Automatização de uma máquina para costura...

Simão Pedro Mendes Ribeiro

Automatização de uma máquina para costuradobragem e empilhamento de compressas degaze

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Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Dezembro de 2010

Tese de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestreem Engenharia Electrónica Industrial e Computadores

Trabalho efectuado sob a orientação doProfessor Doutor Jaime Francisco Cruz Fonseca


Automatização de uma máquina para costuradobragem e empilhamento de compressas degaze

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

DECLARAÇÃO


Endereço electrónico: [email protected] Telm: 936091888

Número do Bilhete de Identidade: 12767683

Título dissertação

Automatização de uma máquina para costura dobragem e empilhamento de compressas de gaze

Orientador:

Professor Doutor Jaime Francisco Cruz Fonseca

Ano de conclusão: 2010

Designação do Mestrado:

Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Electrónica Industrial e Computadores

Departamento de Electrónica Industrial

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA TESE/TRABALHO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE. Universidade do Minho, ___/___/______ Assinatura: ________________________________________________

iii

Agradecimentos

Durante a realização deste trabalho, existiram pessoas e entidades que de alguma

forma contribuíram para o seu desenvolvimento, aos quais não posso deixar de

agradecer.

Ao meu orientador Dr. Jaime Fonseca, pela disponibilidade e apoio prestado

durante a elaboração desta tese.

À empresa Adatecnologias, pela oportunidade que me concedeu de desenvolver

este trabalho, entre outros, ao longo deste ano. Sem esta possibilidade, esta dissertação

não seria uma realidade.

Ao Eng. António Freitas, por todo o apoio, disponibilidade e transmissão de

conhecimentos.

Ao Sr. Paulo Andrade por toda a ajuda e conselhos prestados.

A todo o pessoal da adatecnologias pela forma como me receberam, espírito de

entreajuda e companheirismo.

Ao departamento de Electrónica Industrial da Universidade do Minho pela

minha formação.

Aos meus colegas de curso, pelo apoio, todas as conversas e opiniões, mas

sobretudo pelo companheirismo de todos os momentos.

Por fim, á minha família, pais e irmão pelo estímulo, apoio e esforço ao longo de

toda a minha formação e á minha namorada Sónia pelo amor dedicado.

A todos o meu muito obrigado.

v

Resumo

O presente trabalho situa-se na área da automação industrial, que se baseia na

automatização de operações de produção, ou seja, substituição total ou parcial do

trabalho humano por máquina. A sua utilização contribui para que uma empresa se torne

mais competitiva e atractiva em termos de mercado.

O trabalho descrito nesta dissertação, tem por base o desenvolvimento de uma

máquina industrial para costura, dobragem e empilhamento automáticos de compressas

de gaze. Esta foi projectada e desenvolvida na empresa Adatecnologias, para posterior

instalação na empresa ADA (Albino Dias de Andrade, Lda.), que tem por actividade a

produção de tecidos de gaze para fabrico de penso hospitalar.

São apresentados todos os passos do desenvolvimento da máquina, desde a fase

de estudo, a escolha dos componentes até á sua construção. Descreve-se o sistema

desenvolvido para controlo de todo o processo, que se baseia num PLC (Controlador

Lógico Programável), e a aplicação de interface para disponibilização de informação

para o operador, implementada num terminal programável.

Como exemplo de algumas das funcionalidades do sistema tem-se a visualização

de informações em tempo real que ilustram o processo realizado pela máquina,

flexibilidade de ajuste de parâmetros, ao nível dos processos de fabrico: costura,

dobragem e empilhamento, com possibilidade de edição de programas onde estes

parâmetros são guardados, históricos semanais de produção, controlo de todas as

funcionalidades da máquina, monitorização do processo de costura com detecção de

ruptura ou falta de linha nas máquinas de costura.

Palavras-Chave: Automação, Sistemas HMI, PLC´s, Comunicação RS-232 e RS-485

vii

Abstract

The present work, scope is in the area of industrial automation, which is based

on automatization of production operations, in other words, total or partial replacement

of human labor by machine. Its use contributes to a company become more competitive

and attractive in market terms.

The work described in this dissertation is based on the development of an

industrial machine, for sewing, folding and packaging automatic gauze swabs. This was

designed and developed in the company Adatecnologias for subsequent installation in

the company ADA (Albino Dias de Andrade, Ltd.), whose activity was the production

of gauze fabric for the confection of hospital dressing

Every step of the development of the machine is presented, since the study

phase, the choice of components until their construction. It is described the system

developed to control the entire process, which is based on a PLC (Programmable Logic

Controller), and the interface application in order to provide information to the operator,

that is implemented in a programmable terminal.

Some examples of the system functionality are, the capacity of display real-time

information that illustrate the process performed by machine, the flexibility of adjusting

parameters, the level of manufacturing processes: sewing, folding and packaging, with

the possibility of editing programs where these parameters are stored, historical weekly

production, control all the features of the machine, monitoring the process of sewing

with the detection of rupture or failure of the line sewing machines.

Keywords: Automation, PLC´s, MHI systems, RS-232 and RS-485 communication

ix

Índice

Agradecimentos ............................................................................................................. iii

Resumo ............................................................................................................................ v

Abstract ......................................................................................................................... vii

Índice .............................................................................................................................. ix

Índice de Figuras ......................................................................................................... xiii

Índice de Tabelas ........................................................................................................ xvii

Lista de Siglas e Acrónimos ........................................................................................ xix

Capítulo 1 Introdução .................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento e Motivações ............................................................................. 1

1.2 Objectivos ............................................................................................................ 3

1.3 Organização da Tese............................................................................................ 4

Capítulo 2 Estado da Arte ............................................................................................. 5

2.1 Automação Industrial .......................................................................................... 5

2.2 Automatização de Processo de Fabrico de Compressas de Gaze ........................ 6

2.2.1 Mabotex Modelo MCA4-BR450 .......................................................................... 7

2.2.2 Tecnologia Hnos. Espejo, S.L. Modelo SN-1V-FGC ........................................... 8

Capítulo 3 Especificações do Sistema ao Nível de Hardware ................................... 11

3.1 Arquitectura da Máquina ................................................................................... 12

3.2 Modo de Operação ............................................................................................ 14

3.3 Hardware Seleccionado ..................................................................................... 20

3.3.1 Máquinas de Costura .......................................................................................... 21

3.3.2 Puller .................................................................................................................. 24

3.3.3 Sistema Pneumático ............................................................................................ 24

3.3.4 Motor de Indução Trifásico ................................................................................ 26

3.3.5 Conversor de Frequência .................................................................................... 26

3.3.6 Sensores .............................................................................................................. 28

Introdução

x

3.3.7 Controlador Lógico Programável (PLC) ............................................................ 33

3.3.8 Terminal Programável ........................................................................................ 35

3.4 Instalação ........................................................................................................... 36

Capítulo 4 Aplicação Desenvolvida ............................................................................. 43

4.1 Funcionalidades ................................................................................................. 43

4.2 Aplicação de Interface ....................................................................................... 45

4.2.1 Configurar Parâmetros ........................................................................................ 48

4.2.2 Produção ............................................................................................................. 50

4.2.3 Gestão de Programas .......................................................................................... 51

4.2.4 Consulta de Tempos............................................................................................ 53

4.2.5 Teste de Condições Iniciais e Manutenção ......................................................... 54

4.2.6 Alarmes ............................................................................................................... 54

4.2.7 Histórico de Alarmes .......................................................................................... 58

4.3 Aplicação de Controlo ....................................................................................... 60

4.3.1 Aquisição da Velocidade de Funcionamento da Máquina Fornecedora de

Compressas .................................................................................................................. 61

4.3.2 Comunicação com os Inversores de Frequência ................................................. 63

4.3.3 Controlo do Módulo de Recepção ...................................................................... 66

4.3.4 Controlo do Processo de Costura ........................................................................ 66

4.3.5 Controlo do Módulo de Mudança de Direcção da Compressa ........................... 69

4.3.6 Controlo do Módulo de 1ª e 2ª Dobras ............................................................... 71

4.3.7 Controlo do Processo de 3ª Dobra ...................................................................... 73

4.3.8 Controlo do Sistema de Viragem de Compressa Dobrada .................................. 74

4.3.9 Controlo do Sistema de Empilhamento .............................................................. 76

4.3.10 Controlo de Alarmes ......................................................................................... 78

4.3.11 Gestão de Programas ........................................................................................ 83

Capítulo 5 Conclusões e Pospostas de Trabalho Futuro ........................................... 85

5.1 Conclusões ......................................................................................................... 85

5.2 Propostas de Trabalho Futuro ............................................................................ 88

xi

Referências .................................................................................................................... 91

Anexo A ......................................................................................................................... 93

Anexo B - Acções .......................................................................................................... 95

Anexo C – Receptividades ............................................................................................ 99

xiii

Índice de Figuras

Figura 1 – Diagrama simplificado de um sistema automático ......................................... 6

Figura 2 - Processo de fabrico da compressa de gaze [6] ................................................. 7

Figura 3 – Máquina de dobragem desenvolvida pela Mabotex, modelo MCA4-BR450

[6] ..................................................................................................................................... 8

Figura 4 - Máquina de dobragem desenvovida pela empresa Tecnología Hnos. Espejo,

S.L , modelo SN-1V-FGC [7] ........................................................................................... 9

Figura 5 – Arquitectura da máquina desenvolvida ......................................................... 12

Figura 6 – Estrutura dos módulos de costura ................................................................. 13

Figura 7 – Padrão 1 de costura ....................................................................................... 15

Figura 8 – Padrão 2 de costura ....................................................................................... 15

Figura 9 – Processo de dobragem pretendido ................................................................. 15

Figura 10 – Perspectiva das etapas constituintes do processo de costura ...................... 16

Figura 11 – Modulo de mudança de direcção da compressa .......................................... 17

Figura 12 – Modulo de 1ª e 2ª dobras ............................................................................. 18

Figura 13 – Modulo de 3ª dobra e viragem de compressa dobrada ................................ 19

Figura 14 – Sistema de empilhamento ........................................................................... 19

Figura 15 – Esquema de interligação do hardware......................................................... 20

Figura 16 - Maquina de costura de ponto-preso Mitsubishi, modelo LS2-1780 ............ 21

Figura 17 – Formação do ponto preso ............................................................................ 22

Figura 18 - Instalação das máquinas de costura na máquina desenvolvida.................... 22

Figura 19 - LIMISEVO XC-K series [8] ........................................................................ 23

Figura 20 - Perspectiva interior da máquina de costura [8] ............................................ 23

Figura 21 - Puller instalado na máquina de costura ....................................................... 24

Figura 22 – Sistema pneumático .................................................................................... 25

Figura 23 – Cilindros pneumáticos [9] ........................................................................... 25

Figura 24 - Placa característica do motor trifásico de indução - valores nominais ........ 26

Figura 25 - Conversor de frequência Toshiba VF-nC3 .................................................. 27

Figura 26 - Cilindro pneumático com sensor reed switch instalado............................... 29

Figura 27 - Sensor armazenador de compressas: esquerda) Sensor Omron E3F2-R4B4;

direita) espelho reflector E39-R1S [12].......................................................................... 29

Introdução

xiv

Figura 28 - Sensor WENGLOR ODX202P007 – Possibilidades de método de detecção

[13] ................................................................................................................................. 30

Figura 29 - Sensor detector de ruptura de linha ELTEX UPG 16720/16730: a) aspecto

exterior; b)possibilidades de direcção do fio [15] .......................................................... 32

Figura 30 - Encoder LEINE LINDE RSI503 [16] .......................................................... 33

Figura 31 - Ciclo de scan de um PLC ............................................................................ 34

Figura 32 - Unidades constituintes do sistema de controlo: a) PLC FBs-60MC; b)

módulo de expansão FBs-16EY; c) módulo de comunicação FBs-CB55; ..................... 35

Figura 33 - Terminal Programável HAKKO modelo V808c ......................................... 36

Figura 34 – Quadro eléctrico .......................................................................................... 37

Figura 35 – Configuração da rede RS-485 ..................................................................... 38

Figura 36 – Máquina instalada no cliente ....................................................................... 39

Figura 37 – Perspectiva dos módulos de costura e mudança de direcção da compressa 39

Figura 38 – Perspectiva 2 dos módulos de costura e mudança de direcção da compressa

........................................................................................................................................ 40

Figura 39 - Perspectiva dos módulos de dobragem ........................................................ 40

Figura 40 – Perspectiva da máquina com as máquinas de costura extraídas para troca de

bobina ............................................................................................................................. 41

Figura 41 – Esquema elucidativo da interligação entre as diferentes janelas da aplicação

........................................................................................................................................ 47

Figura 42 – Janela principal da aplicação de interface ................................................... 47

Figura 43 – Janela “Configurar parâmetros” .................................................................. 48

Figura 44 – Janela “Configurar parâmetros”, teclado numérico .................................... 49

Figura 45 – Janela “Separador de compressas” .............................................................. 49

Figura 46 – Janela “Produção” ....................................................................................... 50

Figura 47 – Janela “Produção semanal” ......................................................................... 50

Figura 48 – Janela “Gráfico de produção semanal” ....................................................... 51

Figura 49 – Janela “Gestão de programas” .................................................................... 51

Figura 50 – Janela “Editar programa” ............................................................................ 52

Figura 51 – Janela “Editar programa”, confirmação de edição ...................................... 52

Figura 52 – Janela “Seleccionar programa” ................................................................... 53

Figura 53 – Janela “Consulta de tempos” ....................................................................... 53

Figura 54 – Janela “Teste de condições iniciais” ........................................................... 54

Figura 55 – Janela de alarme de ruptura na linha superior ............................................. 56

xv

Figura 56 – Janela de alarme de ruptura na linha inferior .............................................. 56

Figura 57 – Janela de alarme de máquina mal posicionada ........................................... 57

Figura 58 – Janela de alarme de armazenador de compressas cheio .............................. 57

Figura 59 – Janela de alarme de compressa presa .......................................................... 58

Figura 60 – Janela de alarme de botão de emergência accionado .................................. 58

Figura 61 – Janela “Histórico de alarmes” ..................................................................... 59

Figura 62 – Janela “Histórico de alarmes”, visualização de activação de alarmes ........ 60

Figura 63 – Janela “Histórico de alarmes”, visualização de desactivação de alarmes ... 60

Figura 64 – Imagem elucidativa da dependência entre módulos ao nível das correias de

arrasto ............................................................................................................................. 61

Figura 65 – Função Speed Detection .............................................................................. 62

Figura 66 – Função ModBus Master Instruction ............................................................ 63

Figura 67 – Tabela Variadores 2 a 8............................................................................... 64

Figura 68 – Tabela Variador 1 velocidade de recepção ................................................. 65

Figura 69 – Tabela Variador 1 velocidade de funcionamento ........................................ 65

Figura 70 - GRAFCET 1, Processo de mudança de direcção ........................................ 66

Figura 71 – GRAFCET 2, Processo de costura máquina 1 ............................................ 68

Figura 72 - GRAFCET 3, processo de mudança de direcção ......................................... 70

Figura 73 - GRAFCET 4, Processo de 1ª e 2ª dobra ...................................................... 72

Figura 74 - GRAFCET 5, Processo de 3ª dobra ............................................................. 73

Figura 75 - GRAFCET 6, Processo de sistema de viragem ........................................... 75

Figura 76 - GRAFCET 7, Processo do sistema de empilhamento ................................. 76

Figura 77 - GRAFCET 8, Processo de separação de compressas .................................. 77

Figura 78 - GRAFCET 9, Controlo do Botão de Emergência........................................ 78

Figura 79 – GRAFCET 10, Controlo de Alarmes parte 1 .............................................. 80

Figura 80 - GRAFCET 10, Controlo de Alarmes parte 2 ............................................... 80



xvii

Índice de Tabelas

Tabela 1 - Sensor Fotoeléctrico Omron principais características [12].......................... 30

Tabela 2 - Sensor Fotoeléctrico Wenglor principais características [14] ....................... 31

Tabela 3 - Sensor piezoeléctico Eltex principais características [15] ............................ 32

Tabela 4 - Encoder Leine Linde RSI503 principais características [16] ........................ 33

Tabela 5 – Sistemas mecânicos associados a cada variador de velocidade.................... 38

Tabela 6 – Mensagens de alarme e respectivos bits de activação .................................. 55

Tabela 7 – Grafcet 2 acções nível 2 ................................................................................ 68

Tabela 8 – Grafcet 2 receptividades nível 2 ................................................................... 69

Tabela 9 - Grafcet 3 acções nível 2 ................................................................................ 70

Tabela 10 – Grafcet 3 receptividades nível 2 ................................................................. 71

Tabela 11 – Grafcet 4 acções nível 2 .............................................................................. 72








Tabela 19 - Grafcet 8 acções nível 2 .............................................................................. 77

Tabela 20 - Grafcet 8 receptividades nível 2 .................................................................. 78


Tabela 22 - Grafcet 9 receptividades nível 2 .................................................................. 79

Tabela 23 - Grafcet 10 acções nível 2 ............................................................................ 81

Tabela 24 - Grafcet 10 receptividades nível 2 ................................................................ 82

xix

Lista de Siglas e Acrónimos

PLC Controlador Lógico Programável

ISO International Organization for Standardization

PID Proporcional Integral e Derivativo

CPU Unidade Central de Processamento

LED Diodo Emissor de Luz

SRAM Memória Estática de acesso Aleatório

DRAM Memória Dinâmica de Acesso Aleatório

ROM Memória Apenas de Leitura

TFT-LCD Thin Film Transistor Liquid Crystal Display

URL Uniform Resource Locator

HTL High-Threshold Logic

CAD Computer-Aided Design

USB Universal Serial Bus

Hz Hertz

V Volt

Cm Centímetros

W Watt

A Amperes

F Frequência

Rad Radianos

Rpm Rotações por minuto

MB Mega Bytes

bps Bits Por Segundo

ppr Pulsos por rotação

Ω Ohm

Automatização de um Máquina para Costura, Dobragem e Empilhamento de Compressas de Gaze

1

Capítulo 1

Introdução

Este capítulo introdutório pretende enquadrar o trabalho nas suas condições de

realização, nomeadamente a empresa onde foi desenvolvido e a que se destina, assim

como, as motivações e objectivos para a sua proposta. Na parte final é apresentada a

estrutura da tese.

1.1 Enquadramento e Motivações

O trabalho descrito nesta tese, tem por base o desenvolvimento de uma máquina

industrial para costura, dobragem e empilhamento automáticos de compressas de gaze.

Esta foi projectada e desenvolvida na empresa adatecnologias, sediada em Paços

de Ferreira e que se dedica ao desenvolvimento de soluções de automação e manutenção

industrial. Trata-se de uma empresa vocacionada para o projecto e desenvolvimento de

soluções á medida do cliente.

A máquina em questão foi requisitada pela empresa ADA (Albino Dias de

Andrade, Lda.), que tem por actividade, a produção de tecidos de gaze para fabrico de

penso hospitalar, sendo as compressas de gaze cosidas um produto solicitado por

diversas unidades hospitalares. Trata-se de uma empresa de integração vertical, ou seja,

comporta desde operações básicas de transformação de matéria-prima (no caso algodão)

em produto intermédio, até ao fabrico do produto final. Os processos a automatizar,

inserem-se na fase final da cadeia de produção onde o produto é finalizado.

O tipo de produção da empresa é essencialmente produção em massa, ou seja,

fabrico continuado de produtos idênticos, com uma cadência de produção muito

elevada, onde são requeridos equipamentos dedicados, como no caso da aplicação

descrita nesta tese.

Os processos que se pretendiam automatizar, eram, até então, realizados de uma

forma manual, através de operadores dedicados para as suas diferentes fases, e que de

uma forma repetitiva executavam as tarefas necessárias.

Numa primeira fase existiam operadores exclusivos para efectuar as costuras

nas compressas de gaze, recorrendo a máquinas de costura convencionais.

Posteriormente, outros, eram responsáveis por inspeccionar as compressas, a fim de

Introdução

2

verificar se as costuras estavam correctamente realizadas, e nesse caso, dobrá-las num

formato pretendido e de seguida agrupá-las por lotes de um determinado número. As

compressas com costura defeituosa eram separadas para depois serem corrigidas.

A realização destas operações de produção de uma forma manual apresenta

diversas desvantagens: o tempo de fabrico do produto é elevado e requer diversos

operadores, logo o seu preço de produção aumenta; é susceptível a falhas, uma vez que

a inspecção do produto é realizada por um humano, assim como, a contagem do número

de compressas produzidas a serem agrupadas por lotes; o controlo e gestão da produção

não são rigorosos, porque não é possível saber com exactidão o número de produtos

produzidos em determinado tempo. Além disto, como se trata de um produto para

utilização em meio hospitalar, o seu nível de contaminação obedece a padrões rigorosos,

sendo que o manuseamento do mesmo contribui para o aumento desse nível, implicando

outro tipo de preocupação/gastos na sua produção, nomeadamente o controlo do nível

de bactérias de todos os operadores em contacto com o produto.

A automatização destes processos de produção das compressas de gaze (costura,

dobragem e empilhamento) oferece diversas vantagens em detrimento ao processo

manual até então utilizado, sendo as mais evidentes:

- Maior controlo e gestão de toda a produção, através da disponibilização de

dados referentes ao processo;

- Redução dos custos de fabrico;

- Aumento da produção;

- Aumento da qualidade do produto;

- Redução da área de trabalho (este produto é produzido numa sala de ambiente

controlado logo com custos elevados. A limpeza do ar, ou seja o seu nível de

concentração (partículas/ de ar), obedece a um limite máximo classificado pela

norma ISO 14644-1 em nove classes. Neste caso a sala onde a máquina será instalada é

classificada com a classe ISO 7);

- Diminuição de manuseamento do produto, contribuindo para uma menor

contaminação do mesmo.

Com as diferenças evidentes entre o processo manual e o automático, achou-se

que o desenvolvimento deste trabalho, seria de todo pertinente, visto reunir vantagens

suficientes para ser considerado válido.


3

1.2 Objectivos

Nesta tese, são apresentados todos os passos do desenvolvimento de uma

máquina para costura, dobragem e empilhamento automáticos de compressas de gaze,

sendo o seu controlo baseado num PLC e a informação disponibilizada para o operador

num terminal programável.

Para que a automatização desta máquina seja bem sucedida, e de encontro às

necessidades do cliente, este forneceu uma série de requisitos/objectivos a cumprir no

desenvolvimento da mesma, sendo estes:

Interligação da máquina a uma outra já presente na empresa, responsável por

produzir e fornecer as compressas de gaze. As duas devem estar em sincronismo

durante o processo de fabrico, para que a passagem das compressas entre ambas,

seja efectuada de uma forma totalmente automática.

A dimensão da máquina deve ser a mais reduzida possível devido aos custos

elevados da sala onde será instalada.

O tipo de compressas produzidas pode variar em dimensão e tipo de tecido,

devendo a máquina ser configurável, para que se possa ajustar aos diferentes

tipos.

Capacidade de realização de dois tipos de produto diferentes, possuindo o

sistema flexibilidade para ser ajustado de uma forma rápida para o tipo

pretendido.

A cadência de recepção de compressas na máquina não deve ser superior a 4

segundos.

Deve possuir um sistema de monitorização e controlo para o utilizador.

Deve ser totalmente configurável, ao nível dos processos de fabrico: costura,

dobragem e empilhamento.

Garantia de qualidade de costura, com detecção de situações de ruptura ou falta

de linha nas máquinas de costura.

Possibilidade de editar programas com as configurações pretendidas para os

diferentes tipos de compressas, para que a máquina possa ser reconfigurada de

forma rápida na troca de produto.

Guardar históricos semanais de produção por turnos de trabalho.

Guardar registos de todos os alarmes ocorridos no processo – tipo, data e hora a

que ocorreu e foi desactivado.

Introdução

4

Registo de tempo em funcionamento total da máquina e por turno.

Respeitar todas as normas de segurança.

Fiabilidade para funcionar 24 horas/dia

1.3 Organização da Tese

A tese encontra-se dividida em cinco capítulos, organizados da seguinte forma:

No capítulo introdutório é feito um enquadramento ao trabalho nas suas

condições de realização assim como as motivações e objectivos para a sua proposta.

No segundo capítulo é abordado o tema da automação industrial assim como as

empresas que se apresentam como as mais importantes no sector da automatização de

processos de fabrico de compressas de gaze e exemplos dos respectivos produtos

desenvolvidos.

O terceiro capítulo descreve o sistema ao nível de hardware. Numa fase inicial,

apresenta-se a arquitectura da máquina e o seu modo de operação, descrevendo-se as

diversas etapas pelas quais o produto passa até ficar finalizado. Posteriormente

apresentam-se todos os componentes de hardware seleccionados, assim como a

justificação das opções tomadas. Na parte final do capítulo apresenta-se a instalação do

hardware.

No quarto capítulo descrevem-se as aplicações de controlo e interface para

operador. São abordadas todas as etapas e métodos utilizados no seu desenvolvimento.

O quinto e último capítulo, diz respeito às conclusões relativamente ao trabalho

realizado e algumas propostas de trabalho futuro.


5

Capítulo 2

Estado da Arte

Este capítulo introduz o tema da automação industrial, centrando a sua

importância na actualidade. Apresenta-se uma análise ao estado da arte, no que diz

respeito a sistemas de automatização de processos de fabrico de compressas de gaze,

concretamente os processos de costura, dobragem e empilhamento.

2.1 Automação Industrial

A automação industrial é uma área da engenharia que se baseia na

automatização de operações de produção, ou seja, substituir total ou parcialmente o

trabalho humano por máquina. Trata-se de uma tecnologia que comporta sistemas

mecânicos, eléctricos e electrónicos, apoiados por meios computacionais.

Com os mercados cada vez mais globalizados, o grande desafio das empresas,

passa por produzir produtos com qualidade ao menor preço, só desta forma é possível

manterem-se na forte concorrência do mercado. Para tal, é necessário reduzir custos do

processo de fabrico e aumentar a produtividade e qualidade. Impulsionada por estes

factores, a automação industrial tem-se revelado como uma ferramenta essencial na

sustentação e desenvolvimento empresarial.

Em qualquer processo de automatização, seja este de dimensão reduzida ou

elevada, está sempre presente o estudo dos quatro elementos, representados na figura 1.

O controlador, recebe informações acerca do processo através de sensores (podem ser

de presença, temperatura, força, posição, etc), processa essa informação de acordo com

a programação que lhe é introduzida, e mediante esta actua no processo através de

actuadores, que podem ser motores eléctricos, componentes pneumáticos, etc.

Estado da Arte

6

Figura 1 – Diagrama simplificado de um sistema automático

Com o aumento da utilização e complexidade de processos automáticos, tornou-

se necessário o acesso ao estado dos mesmos. Isto desencadeou a utilização de sistemas

de interface homem-máquina, de supervisão e controlo e mais recentemente a

implementação de redes industriais que permitem que a informação flua de uma forma

automática, entre os diversos departamentos desde os gabinetes de projecto, passando

pela gestão e controlo de stocks de matérias-primas, até aos equipamentos de controlo

da linha de produção.

Actualmente, com o avanço das tecnologias de informação, usando um browser

é possível controlar uma máquina á distancia e em tempo real, presente em qualquer

parte do mundo, desde saber informação sobre o seu estado, configurar a máquina ou

dar-lhe ordens de operação.

2.2 Automatização de Processo de Fabrico de Compressas de

Gaze

No que diz respeito ao desenvolvimento de soluções de automação específicas

para a indústria de fabrico de compressas de gaze, não se encontram muitas empresas

dedicadas a fazê-lo. Como na grande parte dos processos de automação, as soluções são

construídas á medida das necessidades do cliente, desenvolvendo-se muitas vezes

produtos protótipos não anunciados no mercado.

Respeitante aos processos de dobragem e empilhamento automáticos de tecido

de gaze, existem produtos comerciais destinados ao efeito, sendo a sua função, cortar o

tecido de gaze que é fornecido em rolos e dobrá-lo formando a compressa, da forma que

é ilustrado na figura 2.


7

Figura 2 - Processo de fabrico da compressa de gaze [6]

Neste trabalho, o que é pretendido, é uma continuação do processo descrito, ou

seja, partir da compressa produzida por estas máquinas já existentes no mercado, cosê-la

nas bordas e no meio, posteriormente dobrá-la num formato desejado e por fim

empilhá-la. Após pesquisa, não foi encontrado nenhum produto capaz de realizar estas

tarefas conjuntas de uma forma automática, sendo que respeitante ao processo de

costura automática em tecido de gaze não se encontrou nenhuma referencia a produtos

comerciais ou projectos em desenvolvimento, para o efeito.

De seguida abordam-se duas empresas, que se apresentam como as mais

importantes nos sectores de dobragem e empilhamento de tecido de gaze, apresentando

produtos capazes de fabricar compressas de vários tipos e tamanhos de uma forma

automática.

2.2.1 Mabotex Modelo MCA4-BR450

A Mabotex é uma empresa sediada em França que desenvolve e comercializa

máquinas de dobragem e condicionamento de têxteis médicos.

Estado da Arte

8

Figura 3 – Máquina de dobragem desenvolvida pela Mabotex, modelo MCA4-BR450 [6]

Na figura 3 pode ver-se um exemplo de uma máquina desenvolvida por esta

empresa, que realiza as funções de corte da gaze e dobragem, e em seguida empilha as

compressas em canais de saída.

Esta máquina tem como principais características: uma largura útil de 45cm;

dimensão mínima das compressas 5cm x 5cm e dimensão máxima de 10cm x 20cm.

A produção teórica desta máquina, segundo o fabricante é de 13200 compressas

por hora, para os tamanhos de 5cm x 5cm e 7,5cm x 7,5cm e de 12000 compressas por

hora para o tamanho de 10cm x 10cm [6].

2.2.2 Tecnologia Hnos. Espejo, S.L. Modelo SN-1V-FGC

Tecnología Hnos. Espejo, S.L é uma empresa sediada em Espanha que se

dedica, também, ao desenvolvimento de automatismos para a indústria de produção de

gases hospitalares.


9

Figura 4 - Máquina de dobragem desenvovida pela empresa Tecnología Hnos. Espejo, S.L , modelo SN-

1V-FGC [7]

Na figura 4, apresenta-se um exemplo de uma máquina desenvolvida por esta

empresa que á semelhança da máquina apresentada anteriormente, realiza também, os

processos de corte, dobragem e empilhamento.

As suas principais características são: realização de compressas de tamanho

grande, 30cmx15cm (mínimo) e 60cmx70cm (máximo); é compatível com qualquer

tipo de tecido de gaze (malha, circular, etc.); produção de compressas de 4 a 8 capas;

selecção do formato e ajuste de parâmetros de dobragem mediante interface táctil;

separação de compressas produzidas por lotes em número desejado [7].

Este modelo, encontra-se na empresa ADA (cliente da máquina descrita nesta

tese). Como referido acima no capitulo1.3, um dos objectivos é a interligação da

máquina desenvolvida, a esta apresentada na figura 4, para que as compressas

produzidas pela mesma, passem automaticamente para a máquina a ser desenvolvida de

forma a serem cosidas, posteriormente dobradas e no final empilhadas num canal de

saída.


11

Capítulo 3

Especificações do Sistema ao Nível de

Hardware

O objectivo deste capítulo é fazer uma apresentação e justificação das opções

tomadas ao nível do hardware constituinte do sistema desenvolvido para a

automatização dos processos de costura, dobragem e empilhamento automáticos de

compressas de gaze.

O capítulo começa por apresentar a arquitectura da máquina desenvolvida e o

seu modo de operação.

Na secção seguinte apresenta-se o hardware seleccionado, começando pelas

máquinas de costura MITSUBISHI LS2-1780 utilizadas neste trabalho, sua constituição

e características, assim como o puller instalado nas mesmas.

De seguida apresenta-se o sistema pneumático, responsável por actuar sistemas

mecânicos de abertura das máquinas de costura, de dobragem e mudança de direcção

das compressas.

Na secção seguinte apresentam-se os motores de indução trifásicos, escolhidos

para traccionar as correias responsáveis pelo arrastamento das compressas de gaze ao

longo de toda a máquina, assim como os rolos utilizados para efectuar as dobras.

Apresentam-se, também, os conversores de frequência utilizados para variação da

velocidade dos motores de indução, assim como a justificação da utilização dos

mesmos.

Segue-se uma apresentação e classificação dos sensores utilizados,

nomeadamente sensores magnéticos, sensores fotoeléctricos, sensores piezoelécticos e

encoder.

Por fim, são descritos os equipamentos utilizados no controlo do processo e

interface com o utilizador, respectivamente o controlador lógico programável, módulos

de expansão e comunicação, e a consola táctil. Descrevem-se as razões da escolha dos

mesmos e suas características.

Especificações do Sistema ao Nível de Hardware

12

3.1 Arquitectura da Máquina

A máquina desenvolvida, em termos da sua arquitectura, é composta por diversos

módulos interligados entre si. Cada módulo é constituído por uma parte estrutural

construída em ferro que suporta os respectivos constituintes mecânicos. No seu

desenvolvimento recorreu-se ao software de CAD em 3D, solidworks, do qual se

apresenta o desenho final da máquina, exposto na figura 5.

Figura 5 – Arquitectura da máquina desenvolvida

Legenda

1- Módulo de recepção das compressas.

2- Módulo de 1ª costura.



5- Módulo de mudança de direcção das compressas.


7- Módulo de 1ª e 2ª dobra.

8- Módulo de 3ª dobra e viragem de compressa dobrada.

9- Módulo de empilhamento com separador.

10- Canal de saída.

11- Quadro eléctrico.

12- Painel do operador.

13- Máquinas de costura.


13

O primeiro módulo, é responsável por efectuar a recepção das compressas

produzidas na máquina já presente no cliente. Os módulos legendados como dois, três,

quatro e seis efectuam operações de costura nas compressas através de máquinas de

costura convencionais, adaptadas para o efeito. O módulo cinco é responsável por

efectuar a mudança de direcção das compressas para que a última costura seja realizada

no sítio pretendido. Os módulos sete, oito e nove realizam as operações de dobragem e

empilhamento através de sistemas mecânicos.

O canal de saída, é onde as compressas são empilhadas e separadas por lotes de

número variável. O painel de comando para o operador, é constituído por uma consola

táctil como sistema de interface, um botão de emergência, um botão start e um stop.

Os módulos legendados como dois, três, quatro e seis, ou seja os módulos

responsáveis por efectuar as costuras na compressa, possuem a particularidade de serem

devididos em duas estruturas mecânicas, legendadas na figura 6 como superior e

inferior. A estrutura superior do módulo desliza com o auxílio de guias sobre duas

calhas fixas, instaladas na estrutura inferior, permitindo assim ajustar a posição da parte

superior do módulo, através da rotação de um manípulo.

Figura 6 – Estrutura dos módulos de costura

Esta solução mecânica, é necessária devido ao tamanho das compressas a serem

produzidas poder variar entre um limite mínimo de 40x40cm e máximo de 50x50cm,

sendo que as costuras devem ser sempre realizadas no mesmo local na compressa.

Manípulo

de ajuste

da estrutura

superior

Inferior

Superior

S


14

3.2 Modo de Operação

A abordagem utilizada no desenvolvimento da máquina, comporta um tipo de

operação sequencial, ou seja, cada módulo é responsável por efectuar uma ou mais

operações, e passar o produto para o módulo seguinte onde é efectuada nova tarefa.

Quando a compressa chega ao último módulo da máquina, todas as operações

pretendidas estão realizadas e portanto o produto finalizado.

O primeiro módulo recepciona as compressas provenientes da outra máquina já

presente na empresa e apresentada no capítulo anterior. Esta funciona a uma

determinada velocidade que pode ser configurável pelo utilizador, sendo assim

necessário que a máquina a ser desenvolvida deva ser capaz de acompanhar essas

possíveis alterações de velocidade.

Para que as compressas fluam de forma correcta na máquina a ser desenvolvida, a

velocidade de cada módulo subsequente não deve ser inferior á velocidade do módulo

antecedente para que a compressa não forme dobras. Assim, no caso do aumento da

velocidade da máquina fornecedora, seria necessário ajustar a velocidade de todos os

módulos da máquina a ser desenvolvida. Como se verá á frente, esta opção não é de

todo viável. A alteração de velocidade na máquina desenvolvida implica a sua

reconfiguração e consequentemente gasto de tempo, assim como a afinação das

máquinas de costura para essa nova velocidade, que se revela um processo bastante

demorado.

A solução é fazer as alterações de velocidade no primeiro módulo, ou seja,

recepcionar as compressas á velocidade da máquina fornecedora, e quando estas já se

encontram totalmente no primeiro módulo, ajustar a sua velocidade para a requerida na

máquina desenvolvida. Isto permite que as máquinas funcionem a velocidades distintas,

mas com a passagem do produto entre as mesmas, controlada. Desta forma a alteração

da velocidade da máquina fornecedora de compressas, implica apenas a alteração da

velocidade de recepção do primeiro módulo da máquina desenvolvida. Este apresenta-se

como o motivo para o facto da necessidade do primeiro módulo.

Como referido no capítulo 1.3, um dos objectivos é a possibilidade da realização

de dois processos distintos de produção do produto. Estes estão relacionados com o

padrão de costura.


15

A figura 7, apresentada a seguir, ilustra um dos padrões pretendidos, em que a

compressa deverá ser cosida em três extremidades e no meio. A este deu-se o nome de

padrão 1.

Figura 7 – Padrão 1 de costura

No outro padrão pretendido, a costura do meio é suprimida, como se pode ver na

figura 8, sendo as costuras laterais iguais às apresentadas no padrão 1 de costura.

Figura 8 – Padrão 2 de costura

Após efectuadas as costura, as compressas devem ser dobradas da forma que é

ilustrada na figura 9, e no final empilhadas num armazenador em lotes de número

variável.

Figura 9 – Processo de dobragem pretendido


16

Os processos de dobragem e empilhamento são os mesmos para os dois tipos de

produto.

Na figura 10 são ilustradas as perspectivas das etapas constituintes do padrão 1

de costura, de forma a elucidar o modo como este se realiza na máquina desenvolvida.

Figura 10 – Perspectiva das etapas constituintes do processo de costura

Analisando a figura 10, pode perceber-se o processo de costura de uma

compressa, onde a cor vermelha está representada a costura realizada em cada módulo

onde esta se encontra e a cor azul as costuras já realizadas anteriormente. Como se pode

constatar, quando a compressa chega ao módulo de 1ª e 2ª dobras, o padrão de costura

está completo.

Quanto ao padrão 2 de costura, o método é o mesmo, com a diferença que no

módulo de 2ª costura, não é efectuada a costura na compressa. A máquina de costura

presente nesse módulo é deixada de fora, através de um sistema mecânico, explicado á

frente.

Como se pode verificar pela perspectiva ilustrada na figura 10, após as três

primeiras costuras existe um módulo responsável pela mudança de direcção da

compressa, apresentado na figura 11. Esta é recepcionada no módulo através das

correias. Quando a compressa se encontra na posição desejada, é elevada uma estrutura

mecânica de numa posição inferior em relação às correias, para uma posição superior,

levando consigo a compressa. Esta estrutura é constituída por diversos rolos de


17

superfície rugosa e tracionados por um motor eléctrico, que direccionaram a compressa

no sentido indicado na figura 11.

Figura 11 – Modulo de mudança de direcção da compressa

Após efectuadas as costuras, segue-se o processo de dobragem. No módulo de 1ª

e 2ª dobras, legendado na figura 5 com o número sete, são efectuadas as primeiras duas

dobras ilustradas anteriormente na figura 9.

Na figura 12, apresentada a seguir, pode ver-se um plano deste módulo, e assim

perceber o seu funcionamento. São accionadas duas partes mecânicas em espécie de

cunha, através de actuadores pneumáticos de movimento linear, que introduzem a

compressa entre dois rolos, efectuando-se assim a dobra.

D

Direcção de

entrada

Direcção

de saída


18

Figura 12 – Modulo de 1ª e 2ª dobras

Segue-se o módulo de 3ª Dobra e viragem de compressa dobrada. Quanto á

dobra, o processo é o mesmo, ou seja, existe uma cunha de dobragem que quando

accionada introduz a compressa entre dois rolos. A parte de viragem de compressa, é

efectuada com recurso a um actuador pneumático de movimento linear e um rotativo.

Este sistema existe apenas para que as mesmas sejam empilhadas no armazenador de

forma horizontal e não vertical (situação requerida por apresentar uma maior percepção

para o operador da divisão das compressas por lotes). O actuador de movimento linear,

aquando da chegada da compressa, levanta a estrutura mecânica, trazendo consigo a

compressa. De seguida o actuador de movimento rotativo efectua um deslocamento de

90º. O actuador linear desce novamente, introduzindo a estrutura mecânica entre os

rolos que arrastam a compressa para a frente, já rodada de 90º.


19

Figura 13 – Modulo de 3ª dobra e viragem de compressa dobrada

Por fim o sistema de empilhamento por lotes de número variável, representado

na figura 14. É constituído por três partes mecânicas, accionadas também por actuadores

pneumáticos lineares. Uma responsável por recolher as compressas, outra por fixa-las

no canal de saída e uma terceira encarregue de fazer a separação por lotes. Aquando da

chegada da compressa o recolhedor é accionado fazendo o movimento na direcção do

canal de saída onde são empilhadas as compressas. Quando este está a chegar á frente, o

fixador desce fazendo com que a compressa seja colocada no canal de saída. Após isso,

o fixador sobe antes de este voltar atrás, para não deixar que as compressas presentes no

armazenador possam cair.

Figura 14 – Sistema de empilhamento


20

O separador, é uma estrutura mecânica, accionada também, por um cilindro

pneumático, que sobe ligeiramente fazendo com que a compressa seja colocada no

armazenador numa posição superior em relação às outras, permitindo assim que o

operador de uma forma rápida identifique no canal de saída os lotes em número

desejado.

3.3 Hardware Seleccionado

Na figura 15, ilustram-se os diversos componentes constituintes da máquina e a

sua interligação.

Como unidade central, responsável por controlar o processo, afigura-se o PLC,

ao qual foi adicionado um módulo de comunicação de duas portas RS-485. Este recebe

como entradas os diversos sensores e botões para comando do utilizador (start, stop e

emergência). Ao nível da actuação, controla oito variadores de velocidade (e

consequentemente os motores) através de saídas digitais para a sua habilitação e envio

de valor de velocidade por RS-485, controla as máquinas de costura e os actuadores

pneumáticos (cilindros). O interface com o utilizador é efectuado através de uma

consola táctil, ligada ao PLC por RS-485.

Figura 15 – Esquema de interligação do hardware


21

3.3.1 Máquinas de Costura

Para a realização das costuras nas compressas, escolheram-se máquinas de

costura comerciais da marca Mitsubishi, modelo LS2-1780, apresentada na figura 16.

Trata-se de uma máquina do tipo ponto preso (característica do ponto de costura

requerida pelo cliente). Dos seus principais constituintes mecânicos é possível

identificarem-se componentes relacionados com a afinação da máquina (tensor de linha

de agulha, ajuste de comprimento do ponto e painel de controlo) e dispositivos

fundamentais na formação do ponto de costura (freio, calcador, arrastador, agulha,

espelho e bobina que se encontra na parte inferior da máquina, por baixo do calcador –

não visível na figura).

Figura 16 - Maquina de costura de ponto-preso Mitsubishi, modelo LS2-1780

Uma característica a ter em conta é o facto deste tipo de máquina de costura

utilizar linha na agulha e na bobina para formação da costura, da forma que é ilustrada

na figura 17. Como referido nos objectivos do trabalho, é requerido que a automatização

do processo de costura seja capaz de detectar rupturas ou falta de linha, sendo que neste

caso terão de ser levadas em conta as duas linhas que a máquina utiliza - linha de agulha

e linha da bobina.


22

Figura 17 – Formação do ponto preso

Outro facto, tem a ver com o acesso á bobina, que é necessário para proceder á

sua troca, quando a linha acaba. Para tal, na instalação das máquinas de costura na

máquina desenvolvida, estas foram colocadas numa base em ferro que desliza sobre

duas calhas, com o auxílio de guias, para a parte exterior do módulo que a suporta, de

modo a que o operador possa ter acesso á bobina (figura 18). Este movimento de

extracção das máquinas de costura é feito através de cilindros pneumáticos.

Figura 18 - Instalação das máquinas de costura na máquina desenvolvida

Esta máquina de costura, integra uma unidade de accionamento LIMISERVO

XC-K series (figura 19), constituída por um servo motor de indução trifásico de

potência nominal de 550W, velocidade nominal de 4000 rpm e velocidade máxima de

5000 rpm. Possui um controlador, que através do painel de controlo, que é possível

visualizar-se na figura 16, possibilita ajustar uma série de parâmetros da máquina de

costura, como por exemplo, velocidade de funcionamento, aceleração/desaceleração,

etc.


23

Figura 19 - LIMISEVO XC-K series [8]

Na escolha da máquina foram tidas em conta algumas características

indispensáveis da mesma, tal como característica de ponto de costura desejado,

fiabilidade de operação, flexibilidade de ajuste de parâmetros e possibilidade de

comandar externamente o inicio e fim de costura, o levantamento do calcador e o corte

de linha, através de sinais distintos, uma vez que é pretendido por a mesma a funcionar

de uma forma automática comandada por um PLC.

Após pesquisa concluiu-se ser a máquina apresentada o produto comercial que

melhor reúne as características desejadas, para além de possuir uma assistência técnica

eficiente e eficaz, necessária para afinações mecânicas na mesma. Das suas

características destacam-se as seguintes [8]:

- Accionamento directo, ou seja, o motor é integrado na estrutura da máquina

(figura 20), o que possibilita a eliminação de correias (o recurso a correias, apresenta-se

como o accionamento mais convencional em máquinas de costura), e consequentemente

uma resposta de arranque mais rápida, redução de consumo de energia e vibração, e

eliminação do desgaste das correias.

- Realização de costura limpa devido ao método de lubrificação Fine Amount,

sendo esta uma característica importante, uma vez que se trata da costura de material

hospitalar.

- A instalação de puller foi facilitada de modo a economizar espaço.

Figura 20 - Perspectiva interior da máquina de costura [8]


24

3.3.2 Puller

Por se tratar de um tecido de textura irregular (a textura do tecido de gaze

assemelha-se a uma teia, constituída por aproximadamente quinze fios por centímetro

quadrado – numero que pode variar, consoante o tipo de gaze), e depois de alguns testes

práticos concluiu-se ser necessária a instalação de um puller nas máquinas de costura de

forma a obter-se um arrasto das compressas mais uniforme e consequentemente mais

controlado.

Trata-se de um equipamento que é acoplado às máquinas de costura, e que

funciona como um sistema de arrasto complementar ao arrasto existente nas mesmas.

Ao contrário deste, a superfície do puller em contacto com o tecido, não é constituída

por dentes pontiagudos, mas sim por um material liso (figura 21).

O puller utilizado é da marca Racing modelo PS e pode ser visualizado na figura

21, já instalado na máquina de costura.

Figura 21 - Puller instalado na máquina de costura

3.3.3 Sistema Pneumático

O sistema pneumático utilizado é responsável por fazer mover algumas peças

mecânicas, através de cilindros pneumáticos de movimento linear e rotativo,

nomeadamente a elevação dos rolos de alteração da direcção da compressa, a actuação

das cunhas de dobragem, o sistema de viragem de compressa dobrada (elevação e

rotação), o sistema de empilhamento e a extracção das máquinas de costura para troca

de linha da bobina.


25

O sistema utilizado é da marca CKD e é constituído por uma unidade de

condicionamento que comporta um filtro, responsável por filtrar impurezas do ar que

possam danificar os cilindros, um regulador de pressão para manter pressão constante

no sistema pneumático e uma válvula de corte geral de alimentação de ar para o módulo

onde são colocadas as electroválvulas (figura 22). Por fim os actuadores pneumáticos

(cilindros), realizam movimentos tendo como fonte de energia o ar comprimido.

Figura 22 – Sistema pneumático

As electroválvulas são válvulas de controlo do fluxo de ar, actuadas

electronicamente. Quando solicitadas, são responsáveis por encaminhar o fluxo de ar

para os cilindros pneumáticos correspondentes. Os cilindros usam o ar comprimido para

criar um deslocamento/força, que pode ser linear ou rotativo, através de duas entradas

de ar que possibilitam que o cilindro se mova no seu interior em duas direcções

conforme a direcção do ar. Nas entradas de todos os cilindros utilizados na construção

da máquina, colocaram-se reguladores de caudal, para que se possa ajustar a velocidade

dos mesmos.

Os cilindros pneumáticos utilizados na máquina são apresentados na figura 23.

Figura 23 – Cilindros pneumáticos [9]


26

3.3.4 Motor de Indução Trifásico

Para traccionamento das correias de arrasto das compressas, e dos rolos das

dobras, utilizaram-se motores trifásicos de indução, aos quais estão acopladas redutoras.

A escolha recaiu neste tipo de motor, sobretudo devido ao seu baixo preço, elevada

robustez e reduzida necessidade de manutenção.

Figura 24 - Placa característica do motor trifásico de indução - valores nominais

Pela sua placa característica, apresentada na figura 24, pode saber-se que a sua

tensão nominal é de 400V, corrente nominal de 0.71A e velocidade nominal de 1320

rpm.

3.3.5 Conversor de Frequência

Para que o sistema seja flexível de modo a que seja possível ser ajustado, tornou-

se necessário variar a velocidade dos motores de indução, possibilitando desta forma,

variar a velocidade das correias de arrasto das compressas dos diferentes módulos,

assim como a velocidade dos rolos responsáveis por efectuar as dobras nas mesmas.

Para tal, utilizaram-se oito conversores de frequência, um para cada motor.

O conversor seleccionado para variação de velocidade é da marca Toshiba,

modelo VF-nC3 e (figura 25) opera com o método V/F constante. A sua função é

colocar na saída uma tensão e frequência de amplitudes variável, tendo na entrada uma

tensão e frequência de amplitude fixas. Este método permite um ajuste de velocidade

numa larga gama, sem sacrifício do binário disponível, apresentando-se como a solução

para o problema de ajuste de velocidade pretendido.


27

No entanto, o uso do conversor de frequência proporciona também outras

vantagens, tais como:

- Possibilidade de arranques suaves do motor, reduzindo assim o desgaste de

componentes mecânicos associados aos mesmos, no caso rodas dentadas e correntes.

- Poupança de energia: a quantidade de energia que flui da fonte para o motor é

directamente proporcional á velocidade.

Como desvantagem ou inconveniente salienta-se a introdução de harmónicos na

rede eléctrica uma vez que se trata de uma carga não linear, ou seja, com um consumo

de corrente não sinusoidal.

Figura 25 - Conversor de frequência Toshiba VF-nC3

Como características principais deste conversor salientam-se:

- Opção de controlo vectorial ou escalar (na aplicação foi utilizado controlo

escalar);

- Frequência de saída varia entre 0.1 e 400Hz;

- Tensão de saída entre 30 e 330V;

- Controlo PID incorporado para correcção do erro em malha fechada;

- Filtros de ruído incorporados, para atenuar ruído electromagnético;

- Modo economia de energia;

- Comunicação RS-485 a uma taxa máxima de 38.4 Kbps, compatível com os

protocolos Modbus RTU e Toshiba protocols;

- É compacto, quando comparado com equipamentos de outras marcas;

- Boa relação preço-qualidade;


28

3.3.6 Sensores

Para obter sucesso na automatização de um processo, é necessário obter

informação acerca do seu estado. Essa informação é obtida a partir de sensores

eléctricos. Estes, são dispositivos que recebem e respondem a um estímulo fisico com

um sinal eléctrico. Esse estímulo pode ser uma grandeza, uma propriedade ou condição

e o sinal eléctrico gerado (tensão, corrente ou carga) pode ser amplificado ou

modificado por dispositivos ou circuitos electrónicos.

Sensores Magnéticos do tipo Reed Switches

Os sensores magnéticos do tipo Reed Switches, detectam a proximidade de um

campo magnético, fornecido por um íman permanente, de uma forma muito simples:

quando o íman está distante o interruptor de contacto está aberto, quando o íman está

próximo o interruptor é atraído, fechando-se. Possibilitam detectar proximidade sem

contacto, mas requerem a utilização de um íman separado na parte móvel a detectar [2].

Este tipo de sensor utilizou-se no trabalho para monitorizar a posição dos

pistões dos cilindros pneumáticos. Permite detectar a posição exacta dos mesmos ou

mudar comportamentos repetitivos.

Na sua construção, os cilindros pneumáticos contem ímanes no seu interior, que

estão acoplados á “cabeça” dos pistões. Os sensores são colocados na parte exterior dos

cilindros, no local onde é requerido detectar esse mesmo íman, e consequentemente a

posição do pistão do cilindro (figura 26).

Os sensores utilizados são da marca CKD, a mesma marca dos cilindros

pneumáticos. São sensores desenvolvidos especificamente para o efeito, com um design

próprio para serem colocados nos cilindros [11].


29

Figura 26 - Cilindro pneumático com sensor reed switch instalado

Sensores Fotoeléctricos

Para detecção da compressa de gaze e falta de linha inferior nas máquinas de

costura foram usados sensores fotoeléctricos. O seu princípio de funcionamento baseia-

se na utilização de luz para detecção da presença ou ausência do objecto, através de uma

fonte emissora de luz e um receptor, que podem ser separados ou encapsulados juntos, o

que permite diferentes métodos de detecção com este tipo de sensor: detecção através

do feixe, de reflexo ou proximidade.

Na automatização da máquina utilizou-se um sensor de detecção de reflexo no

armazenador de compressas, para detectar se o mesmo está cheio. Trata-se de um sensor

da marca OMRON, modelo E3F2-R4B4, exposto na figura 27.

Figura 27 - Sensor armazenador de compressas: esquerda) Sensor Omron E3F2-R4B4; direita) espelho

reflector E39-R1S [12]

O emissor e detector estão encapsulados juntos, ficando portanto os dois do

mesmo lado do objecto a ser detectado. O feixe de luz é enviado ao detector por meio de

um espelho reflector (E39-R1S). Quando um objecto intersecta a faixa de reflexão, é

detectado.


30

Tabela 1 - Sensor Fotoeléctrico Omron principais características [12]

Omron E3F2-R4B4

Luz emitida Vermelha

Tensão de alimentação 10…30V DC

Distância de detecção 0,1…4m (com espelho E39-R1S)

Tempo de resposta 1 ms máximo

Faixa de temperatura -25…+55°C

Para detecção de falta ou ruptura da linha da bobina presente nas máquinas de

costura, e para detecção da presença das compressas de gaze ao longo dos diversos

módulos da máquina, utilizaram-se sensores fotoeléctricos de fibra óptica da marca

WENGLOR, modelo ODX202P0007. Estes são constituídos por duas partes, o

amplificador e a cabeça de sensorização.

Foram utilizados com o método de detecção de proximidade, por uma questão de

facilidade de aplicação na máquina, ou seja o emissor e detector estão do mesmo lado

do objecto a ser detectado, as compressas, com a diferença, em relação ao método

anterior, do feixe de luz ser reflectido pelo próprio objecto. Este sensor possibilita

detecção através do feixe (o emissor e o detector estão separados), ou através de

proximidade, como ilustrado na figura 28 [14].

Figura 28 - Sensor WENGLOR ODX202P007 – Possibilidades de método de detecção [13]


31

Tabela 2 - Sensor Fotoeléctrico Wenglor principais características [14]

WENGLOR ODX202P007

Luz emitida Vermelha


Frequência de comutação 2 KHz

Tempo de resposta 250 µs


Este tipo de sensor, nomeadamente a introdução da fibra óptica, oferece algumas

vantagens relevantes e que foram levadas em conta na sua escolha. O tempo de reacção

deste sensor é mais reduzido quando comparado com um sensor sem cabo de fibra

óptica, possibilitam detecção em espaços limitados (situação requerida para detecção de

falta de linha da bobina nas maquinas de costura) e tem total imunidade a ruído eléctrico

e interferências.

Como principais inconvenientes destacam-se o preço mais elevado e a distância

de detecção limitada, tipicamente 8cm em modo de proximidade e 38cm para o modo

de feixe de detecção.

Sensor Piezoeléctico

O princípio de funcionamento deste tipo de sensor baseia-se na utilização de

materiais piezoelécticos, que possuem a característica de gerar uma carga eléctrica ao

lhes ser aplicada uma força que o deforma, ou vice-versa.

A necessidade de utilização de um sensor deste tipo surge devido ao facto de ser

requerido detectar faltas ou rupturas na linha superior das máquinas de costura. Para tal

utilizou-se um sensor detector de ruptura de linha ELTEX UPG 16720/16730, que

baseia o seu funcionamento exactamente no princípio piezoeléctico.


32

Figura 29 - Sensor detector de ruptura de linha ELTEX UPG 16720/16730: a) aspecto exterior;

b)possibilidades de direcção do fio [15]

Na figura 29 apresentam-se a imagem exterior do sensor (a) onde é possível

visualizar a cavidade onde passa o fio, bem como as possibilidades para fazer essa

passagem (b). De notar que é necessário manter um ângulo de direcção do fio na

cavidade para que este esteja em constante pressão com o material piezoeléctico.

O sensor possui um acoplador óptico normalmente fechado como saída, que

reflecte o movimento do fio. Quando o fio está em movimento o acoplador óptico está

inactivo, quando o fio não está em movimento o acoplador óptico está activo.

Tabela 3 - Sensor piezoeléctico Eltex principais características [15]

ELTEX UPG 16720/16730


Tempo de resposta 150 ms

Faixa de temperatura -25…+ 60°C

Consumo de corrente 20mA

Encoder

Para sincronizar a velocidade da máquina a ser desenvolvida com a máquina

existente na empresa utilizou-se um encoder rotativo, acoplado ao veio de movimento

da saída das compressas na máquina fornecedora. Trata-se de um equipamento que

converte o movimento rotativo do veio num trem de pulsos eléctricos, de número exacto

por volta, dependendo da resolução do mesmo.

No trabalho utilizou-se um encoder da marca Leine Linde, modelo RSI503, do

tipo incremental (figura 30), em que a sua saída é sempre referente á ultima posição


33

inicial considerada, ao contrário do encoder do tipo absoluto onde a cada posição do

veio corresponde uma única saída. Sabendo o deslocamento, neste caso angular, num

determinado tempo, é possível saber a velocidade a que o veio roda.

Figura 30 - Encoder LEINE LINDE RSI503 [16]

Tabela 4 - Encoder Leine Linde RSI503 principais características [16]

Encoder Leine Linde RSI503


Saída 2500ppr HTL


3.3.7 Controlador Lógico Programável (PLC)

No trabalho utilizou-se, como sistema de controlo, um PLC, por se tratar de um

equipamento com robustez mecânica e eléctrica para trabalhar em ambientes industriais,

o que não é o caso por exemplo de um computador vulgar. Trata-se de um equipamento

amplamente utilizado em sistemas de automação industrial, e que tem vindo a evoluir

muito desde o seu aparecimento em meados da década de 1970, desencadeando o

aparecimento de vários tipos de PLCs dimensionados para diferentes aplicações. A sua

vasta utilização, aliada ao baixo preço de muita da tecnologia envolvida permite que

apareçam no mercado PLCs com uma relação preço/capacidade cada vez mais baixa.

São equipamentos, tipicamente, constituídos por uma unidade de processamento

que contem o microprocessador, uma fonte de alimentação responsável por fornecer

tensão estável e a níveis desejados á unidade de processamento e outros circuitos

internos e externos, memória reservada ao sistema operativo e memória do utilizador

onde são guardados os programas, módulos de entradas e saídas, módulo de interface de

comunicação que possibilita a troca de dados, quer entre PLCs ou outros dispositivos


34

como computadores de uso geral, conversor de frequência, etc., e dispositivo de

programação.

Na figura 31, apresentada a seguir, é ilustrado o princípio de funcionamento de

um PLC, nomeadamente a realização de um ciclo de scan. O tempo dispendido para a

realização do mesmo, depende da velocidade do processador do PLC e da complexidade

do programa.

Como se pode verificar através da ilustração, em cada ciclo de scan são lidos os

valores/estados das entradas, interpretado o programa contido na memória, e mediante o

mesmo actualizados os valores das saídas.

Figura 31 - Ciclo de scan de um PLC

O PLC utilizado no trabalho é da marca FATEK, modelo FBs-60MC com uma

unidade de expansão FBs-16EY e uma carta de comunicação FBs-CB55, apresentados

na figura 32

O PLC é do tipo modular com 60 pontos: 36 entradas digitais de 24VDC e 24

saídas digitais a relé. Das suas principais características destacam-se [17]:

- Relógio de tempo real;

- Duas entradas com contadores por hardware de alta velocidade até 120KHz,

ideais para ligar encoders: como é implementado em hardware não ocupa tempo de

processamento na unidade de processamento;

- Permite vários tipos de comunicações, até cinco portas no mesmo PLC,

incluindo RS232, RS485, USB e Ethernet;

- Possui um conjunto de instruções bastante poderoso e intuitivo, nomeadamente

para configuração de ligações de rede, controlo PID, controlo de posicionamento, etc.;

- Dispõe de dezasseis pontos de entrada para interrupções externas;


35

Figura 32 - Unidades constituintes do sistema de controlo: a) PLC FBs-60MC; b) módulo de expansão

FBs-16EY; c) módulo de comunicação FBs-CB55;

A unidade de expansão FBs-16EY é constituída por dezasseis saídas a relé, e foi

utilizada devido á insuficiência de saídas no PLC. Esta é acoplada ao PLC através de

uma ficha de ligação.

A unidade de comunicação contem duas portas RS-485 que foram utilizadas

para comunicação com a consola táctil e os conversores de frequência.

3.3.8 Terminal Programável

Como sistema de interface com o operador, utilizou-se um terminal

programável. Através deste o utilizador pode configurar parâmetros da máquina,

visualizar dados de produção e receber informação de possíveis alarmes ocorridos no

processo.

O terminal utilizado é da marca HAKKO, modelo V808c exposto na figura 33.

Trata-se de uma unidade programável com um monitor táctil TFT-LCD de 8,4

polegadas e 65,536 cores.

Quanto á memória, possui uma unidade Flash ROM de 4,5 MB expansível

através de cartão e uma SRAM de 128 KB [18].


36

Figura 33 - Terminal Programável HAKKO modelo V808c

Os seus principais recursos podem ser divididos de uma forma genérica em

quatro partes essenciais:

- Funções relacionadas com visualização de dados, onde se destacam a

possibilidade de criar caracteres de diversos tamanhos, gráficos ou dados guardados em

tabelas de memória (strings de caracteres ou valores numéricos). Possibilita, também, a

visualização de mensagens de alarme, controladas através do PLC.

- Funções relacionadas com entrada de dados, através de touch switches,

possibilitam enviar dados para o PLC ou alternar entre telas, assim como definir strings

de caracteres ou valores numéricos que serão guardados em tabelas de memória.

Possibilita também, através das entradas serie que possui, ligar leitores de código de

barras, controladores de temperatura e inversores.

- Funções relacionadas com a saída de dados, possibilitando a impressão através

de uma impressora conectada á consola, ou ligação a computador pessoal por conexão

serie.

- Funções relacionadas com a comunicação: possibilita comunicação série por

RS232, RS422/485, a uma taxa de transmissão máxima de 115200 bps ou comunicação

por USB.

3.4 Instalação

Na instalação dos componentes de hardware, foi necessário projectar um quadro

eléctrico, apresentado na figura 34, onde se colocaram os conversores de frequência e o

PLC de uma forma organizada. Além destes utilizou-se uma fonte de 24V contínuos e

4A, para alimentação de todos os sensores, actuação das electroválvulas e habilitação

dos conversores de frequência. Os circuitos de alimentação das máquinas de costura,


37

conversores e PLC, foram protegidos contra sobrecargas e curto-circuitos, através de

disjuntores magneto-térmicos.

Figura 34 – Quadro eléctrico

Por questões de segurança, foram instalados diversos botões de emergência, além

do botão presente no painel do operador, ao longo de toda a máquina, para que o seu

acesso seja sempre possível em qualquer parte próxima da mesma.

A configuração da rede RS-485 construída para envio de valores de velocidade

aos conversores de frequência através do PLC, está representada na figura 35. Utilizou-

se cabo de par entrançado para que a atenuação do sinal seja a menor possível, revestido

com malha para aumentar a imunidade ao ruído eléctrico. Devido á impedância

característica do cabo de comunicação, colocaram-se duas resistências de terminação de

120Ω para eliminar possíveis distorções do sinal, que podem acontecer, se a impedância

de terminação da rede for diferente da impedância característica do cabo.

A escolha recaiu neste tipo de rede de comunicação devido ao facto de possibilitar

usar protocolos abertos bem testados a nível industrial, como o caso do Modbus usado

na implementação deste trabalho e de se apresentar como a solução mais barata quando

comparada a outras tipos de redes locais como FieldBus, Ethernet, etc.


38

Figura 35 – Configuração da rede RS-485

Cada variador de velocidade e respectivo motor, está associado aos componentes

mecânicos representados na tabela 5.

Tabela 5 – Sistemas mecânicos associados a cada variador de velocidade

Variador Sistema/s mecânico/s associado/s

Variador 1 Correias de arrasto do módulo de recepção

Variador 2 Correias de arrasto do módulo de 1ª Costura



Variador 5 Correias de arrasto do módulo de mudança de direcção da compressa

Variador 6 Cilindros do módulo de mudança de direcção da compressa

Variador 7 Correias de arrasto do módulo de 4ª costura, e 1ª e 2ª dobra

Variador 8 Rolos de dobragem e correias de arrasto do modulo de 3ª dobra e

viragem de compressa dobrada

Para finalizar o projecto de hardware, apresentam-se algumas imagens da

máquina desenvolvida, onde se pode verificar os diversos componentes de hardware

instalados na mesma (figura 36).


39

Figura 36 – Máquina instalada no cliente

Na figura 36 pode visualizar-se um aspecto de toda a máquina, assim como a

interligação com a máquina responsável pelo fornecimento das compressas. Nas figuras

37 e 38, apresentam-se imagens da mesma de um ângulo diferente. Como é possível

verificar através das imagens, esta encontra-se a realizar o padrão 1 de costura, onde a

segunda máquina de costura é inutilizada, ficando na parte exterior da sua estrutura de

suporte.

Figura 37 – Perspectiva dos módulos de costura e mudança de direcção da compressa

Máquina

fornecedora

de compressas


40

Figura 38 – Perspectiva 2 dos módulos de costura e mudança de direcção da compressa

Na figura 39, é possível visualizar-se a parte dos módulos de dobragem, no instante

onde a primeira cunha de dobragem está a ser actuada e a efectuar a introdução da

compressa nos rolos de dobragem que ficam tapados pelas blindagens da máquina.

Figura 39 - Perspectiva dos módulos de dobragem

Na figura 40, pode ver-se as máquinas de costura numa posição exterior de cada

um dos seus módulos correspondentes, para que o operador possa ter tenha acesso á

bobina.


41

Figura 40 – Perspectiva da máquina com as máquinas de costura extraídas para troca de bobina

Aplicação Desenvolvida

42


43

Capítulo 4


A aplicação desenvolvida na automatização da máquina, divide-se em duas

partes fundamentais: a aplicação de interface para o utilizador, implementada no

terminal programável e a aplicação de controlo implementada no PLC.

O capítulo começa por descrever as funcionalidades pretendidas em cada uma.

De seguida apresenta-se a aplicação de interface desenvolvida assim como as funções e

métodos utilizados na sua implementação. Na parte final são mostrados os algoritmos

de controlo implementados no PLC para os vários processos a realizar, a implementação

do protocolo Modbus-RTU para comunicação com os conversores de frequência, e a

aquisição do sinal do encoder acoplado á maquina fornecedora de compressas através da

utilização das entradas rápidas por hardware disponíveis no PLC.

4.1 Funcionalidades

Embora as duas partes constituintes da aplicação estejam interligadas, para que o

seu desenvolvimento fosse bem sucedido, foram definidas com rigor as funcionalidades

pretendidas para cada uma:

Aplicação de controlo

Aquisição da velocidade de funcionamento da máquina fornecedora de

compressas e mudança de velocidade das correias do módulo de recepção da

máquina desenvolvida:

Adquirir o valor do encoder e através deste calcular a velocidade a que a

máquina fornecedora está a trabalhar. Controlar a mudança de velocidade

do módulo de recepção, aquando da chegada de compressas, entre

velocidade da máquina fornecedora e velocidade pretendida na máquina

desenvolvida;

Controlo da velocidade dos motores de indução, através dos conversores de

frequência:


44

Envio do valor de velocidade pretendido para cada conversor através de

uma rede de comunicação RS-485, constituída por oito conversores de

frequência e controlo do sinal de habilitação dos mesmos;

Controlo do processo de costura em cada máquina de costura:

Programação do processo para realizar a costura de forma automática

através de sinais enviados pelo PLC: sinal para levantamento do

calcador, sinal para iniciar costura e sinal para efectuar o remate de

costura e o corte de linha;

Gerir eventuais falhas no processo, nomeadamente falta de linha superior

ou na canela, ou costura defeituosa devido á linha da canela não estar a

ser apanhada pela linha superior, originando que o ponto de costura não

se forme (esta situação pode acontecer porque a linha da canela não foi

enrolada com a tensão correcta, ou devido a desafinações na máquina de

costura). Neste caso deve ser lançada uma mensagem de alarme para o

utilizador no terminal programável e o processo interrompido;

Programação do inicio e fim de costura nas compressas ajustáveis através

do terminal de interface;

Controlo dos processos de dobragem e viragem de compressa:

Controlo do accionamento dos cilindros pneumáticos, ajustável através

do terminal de interface, e das correias correspondentes aos módulos da

máquina responsáveis pelas dobras;

Controlo do sistema de empilhamento:

Controlo dos cilindros responsáveis por mover as partes mecânicas deste

constituinte (recolhedor, fixador e separador) e programação do

separador de compressas para valores recebidos pelo terminal de

interface;

Controlar possíveis alarmes de compressas presas ao longo de toda a máquina,

desencadeando a paragem da mesma e o lançamento de mensagem no terminal.

Contagem do numero de produtos produzidos, por dia e turno de trabalho, com

histórico semanal.

Gerir os programas da máquina editar/guardar/seleccionar.

Controlo do botão de emergência de forma segura. Quando este é pressionado o

processo deve ser parado imediatamente e a alimentação de ar comprimido


45

cortada, através da electroválvula de corte geral, para evitar que o operador

possa correr perigo.

Inicializações e condições necessárias ao correcto funcionamento do controlo da

máquina.

Aplicação de interface

Permitir a configuração e visualização independentes, dos valores da velocidade

de cada motor, inicio e fim de costura, posicionamento da compressa no módulo

de mudança de direcção, actuação das cunhas de dobragem e separador de

compressas;

Possibilidade de editar até cinco programas, com um nome pretendido, e com as

configurações descritas no item anterior;

Visualização em tempo real do numero de compressas que estão a ser

produzidas por minuto;

Permitir a selecção do turno de trabalho;

Apresentação do número de compressas produzidas por turno de trabalho e

histórico de uma semana de produção;

Visualização do tempo total de funcionamento e tempo de trabalho em cada

turno.

Informar o operador aquando da ocorrência de alarmes.

Histórico dos últimos cem alarmes, ocorridos no processo, com tipo, registo de

hora a que aconteceu e hora a que foi desactivado.

4.2 Aplicação de Interface

A aplicação de interface foi implementada no terminal programável com recurso

ao software de programação V-SFT da Hakko Electronics. Trata-se de um software

gratuito que pode ser adquirido na página de internet do fabricante, assim como diversa

documentação acerca do mesmo, que se revelou como uma importante ajuda ao longo

do trabalho. A implementação da aplicação baseia-se na criação de janelas de diálogo,

num total máximo de 1024, com diversos elementos de display e funções distintas, que

são depois transferidas e guardadas em memória no terminal programável.

O primeiro passo foi configurar os parâmetros de comunicação da porta do

terminal, utilizada para comunicação com o PLC. De referir que o sistema operativo do


46

terminal HAKKO, possui drivers de comunicação com PLC´s da marca FATEK. As

configurações utilizadas foram: RS-485, 9600bps, 8 bits, 1 stop bit, par.

De seguida configuraram-se as áreas de comunicação entre ambos: área de

leitura e escrita.

A área de leitura é a área onde o PLC dá comandos ao terminal através da

definição de três 3 Words consecutivas. Cada uma destas três words tem associadas

funções. A primeira relacionada com diferentes formas de activação do buzzer presente

na consola e funções de configuração do calendário. A segunda Word possibilita

funções relacionadas com o comando do estado das janelas e a terceira permite

controlar a janela a ser exibida no terminal, através do seu número associado.

A área de escrita é a área que informa o PLC sobre o estado do terminal, como o

número da janela que está a ser mostrada, o estado do buzzer, o estado da visualização

de overlaps, etc.

A área de leitura foi definida na posição de memória HR00000 (posição 0 do

Data register do PLC) á HR00002. A área de escrita da posição HR00050 á HR00052.

No desenvolvimento da aplicação, além dos requisitos funcionais, foi tido em

consideração construir um software prático e de utilização intuitiva, para que possa ser

facilmente utilizado por qualquer operador fabril.

A aplicação é construída por uma série de janelas que podem ser visualizadas no

terminal através do toque em botões que realizam a troca de janela (touch switches) ou

controladas pelo PLC através da escrita do número da janela pretendida na terceira

Word da área de leitura (HR00002).

Na figura 41, apresentada a seguir, pode visualizar-se um esquema

representativo das janelas da aplicação e a navegação através das mesmas.


47

Figura 41 – Esquema elucidativo da interligação entre as diferentes janelas da aplicação

Na figura 42, apresenta-se a janela principal da aplicação que possui os botões

de acesso a todas as outras janelas da aplicação, mostradas anteriormente, assim como a

informação do programa seleccionado na máquina, o número correspondente ao turno

de trabalho e o número instantâneo de compressas produzidas por minuto.

Figura 42 – Janela principal da aplicação de interface


48

Legenda:

1 – Visualização do programa em utilização na máquina.

2 – Visualização do turno de trabalho seleccionado.

3 – Visualização no número de compressas produzidas por minuto.

4 – Botões de selecção das diferentes janelas.

5 – Botão de start/stop da máquina: a amarelo quando a máquina está parada e a

vermelho quando está em produção.

Através dos botões de selecção presentes na janela principal (legendados com o

número 4), o operador pode seleccionar diferentes secções da aplicação, com diversas

funções que se passam a descrever nos capítulos seguintes.

4.2.1 Configurar Parâmetros

Figura 43 – Janela “Configurar parâmetros”

Nesta janela é possível o operador configurar todos os parâmetros relacionados

com o funcionamento da máquina, de uma forma bastante intuitiva, através de um

desenho da mesma. As caixas a azul, representam as velocidades das correias e rolos

correspondentes, a verde o inicio e fim de costura, e a vermelho, o posicionamento das

compressas no módulo de mudança de direcção e o instante de actuação das três cunhas

de dobragem. A cada um destes parâmetros está associada uma posição de memória

retentiva do canal Data Register do PLC. As posições de memória associadas a cada

parâmetro, podem ser consultadas no Anexo A.

Possui também um botão que permite activar/desactivar a máquina de costura 2,

para que seja realizado o padrão 2 de costura e outro para abrir todas as máquinas de

costura, caso seja necessário aceder às bobinas, ou realizar operações de manutenção


49

mecânica. No canto inferior direito o botão que dá acesso á janela mostrada na figura 45

(Separador de Compressas).

Figura 44 – Janela “Configurar parâmetros”, teclado numérico

Para realizar alterações no valor pretendido, basta pressionar sobre a caixa

correspondente, e um teclado numérico é sobreposto como mostrado na figura 44

recorrendo á função overlap, que possibilita mostrar uma ou mais telas sobrepostas na

janela corrente. Consoante o parâmetro em questão, o valor permitido introduzir, é

limitado a um valor máximo e mínimo.

Todas as configurações possíveis nesta janela, excepto a activação/desactivação

da máquina de costura 2 e abertura de todas as máquinas, podem ser realizadas com a

máquina em funcionamento.

Figura 45 – Janela “Separador de compressas”

Na janela do separador de compressas, apresentada na figura 45, o operador

pode introduzir o número de compressas colocadas em posição inferior (compressas

abaixo) e superior (compressas acima) no canal de saída, associadas aos registos do

PLC, HR620 para compressas acima e HR630 para compressas abaixo. Cada vez que


50

um dos dois parâmetros é alterado é feito o reset ao valor, correspondente, da contagem

de compressas no canal de saída, recorrendo-se para tal ao desenvolvimento de uma

macro associada a cada botão, que coloca o registo de contagem de compressas a 0.

4.2.2 Produção

Figura 46 – Janela “Produção”

Na janela de produção (figura 46) o operador selecciona qual o turno de trabalho

a laborar. Mediante esta selecção, o valor correspondente do número de compressas

produzidas, é actualizado em tempo real, consoante a produção da máquina. Apenas é

permitido que um turno de cada vez esteja seleccionado.

Os valores são retentivos durante as 24horas diárias, ou seja quando se troca de

turno o ultimo valor registado no turno anterior é guardado. No fim do dia de trabalho

os valores de produção de cada turno são enviados para a tabela apresentada a seguir.

Esta pode ser acedida pressionando o botão “TOTAL”.

Figura 47 – Janela “Produção semanal”


51

Na tabela de produção semanal, são apresentados os valores de produção por dia

de trabalho, contendo, também, na última coluna, um totalizador da produção de cada

dia. No canto inferior direito, um totalizador do número de compressas total produzidas

pela máquina, e do lado esquerdo um botão de acesso á janela seguinte.

Figura 48 – Janela “Gráfico de produção semanal”

Criou-se, também, um gráfico de produção semanal, que pode ser visualizado na

figura 48, para que a análise da produção seja facilitada. No eixo x, estão representados

os sete dias semanais, e no eixo y o numero de compressas produzidas. Cada turno

representa uma linha de cor diferente, consoante a legenda apresentada, do lado direito

do gráfico. Desta forma é possível uma análise comparativa entre a produção dos

diferentes turnos de uma forma rápida.

4.2.3 Gestão de Programas

Figura 49 – Janela “Gestão de programas”

Nesta secção da aplicação o utilizador pode editar programas com as

configurações da máquina introduzidas na janela da figura 43, ou seleccionar programas


52

já editados através dos botões presentes na janela apresentada na figura 49. Se

seleccionar a opção “editar programa”, é apresentada a janela seguinte.

Figura 50 – Janela “Editar programa”

Como se pode verificar através da figura 50, é possível editar até cinco

programas distintos. Pressionando sobre a caixa vermelha, relativa a cada um dos cinco,

é lançado um teclado de caracteres sobreposto a esta janela através da função overlap

que permite escrever o nome pretendido do programa (no exemplo apresentado na

figura 50, foi escrito o nome “ABCDEFGH” no programa 1). Após isso o utilizador

deve pressionar o botão “GUARDAR” relativo a esse mesmo programa que está a

editar, caso não o faço, as configurações não serão guardadas. Neste caso, em que o

utilizador começa a operação de edição, através da escrita do nome, e não a termina

guardando o programa, se pressionar o botão “EXIT” para sair da operação, é lançada

uma mensagem de aviso, a informar que o programa não foi guardado, e o nome editado

é apagado. No caso de pressionar o botão “GUARDAR”, aparece a mensagem

apresentada na janela da figura 51, “deseja guardas as configurações actuais da máquina

no programa 1 com o nome de ABCDEFGH”.

Figura 51 – Janela “Editar programa”, confirmação de edição


53

Se o utilizador pressionar o botão “SIM” as configurações são guardadas, se

pressionar “NÂO”, a operação é abandonada, e retorna á janela da figura 50. Caso o

utilizador seleccione o botão “SIM”, a aplicação de controlo irá guardar as

configurações da máquina em posições de memória do PLC, especificas para cada um

dos cinco programas.

Figura 52 – Janela “Seleccionar programa”

Após a edição do programa o operador pode seleccionar o programa pretendido

através da janela mostrada na figura 52.

4.2.4 Consulta de Tempos

Figura 53 – Janela “Consulta de tempos”

Nesta janela podem ser consultados os tempos que a máquina esteve em

funcionamento em cada turno, assim como o tempo total de funcionamento. O reset aos

valores do tempo em funcionamento de cada turno é efectuado de cada vez que este é

seleccionado. Ficando-se desta forma com um registo diário do tempo de trabalho da

máquina. A contagem de tempo é efectuada no PLC, sendo que a cada parâmetro (horas


54

e minutos) de cada turno e do tempo total, corresponde uma posição de memória

retentiva do Data Register do PLC.

4.2.5 Teste de Condições Iniciais e Manutenção

Figura 54 – Janela “Teste de condições iniciais”

Esta secção da aplicação foi realizada para ajudar na detecção de possíveis

avarias da máquina, relacionadas com defeitos nos sensores, que podem ser provocados

por avarias dos mesmos ou por deslocação da sua posição (situação que pode ocorrer

nos sensores magnéticos do tipo Reed Switches, instalados nos cilindros pneumáticos

que estão em constante movimento).

A cada sensor foi atribuído um bit. Consoante o estado em que o sensor (on/off)

deve estar, quando a máquina está parada e sem qualquer produto, o bit associado ao

mesmo encontra-se inactivo. Quando a máquina se encontra nestas condições e o sensor

não está no seu estado normal (o que provocará mau funcionamento da máquina) o bit é

activo, ficando a cruz respectiva ao sensor, com a cor vermelha (figura 54).

Além disto, é também possível através do botão presente na janela inverter o

sentido de rotação dos rolos de dobragem, para facilitar a extracção de alguma

compressa que possa ficar pressa nos mesmos.

4.2.6 Alarmes

Como referido anteriormente existem diversas situações de alarme que devem

ser previstas durante o funcionamento da máquina. Na aplicação de interface foram

criadas diversas janelas que informam o utilizador da ocorrência desses alarmes, assim

como mensagens de texto associadas.


55

As mensagens de alarme foram implementadas com recurso á função “Bit Order

Alarming” presente no software de desenvolvimento V-SFT, que possibilita mostrar

mensagens de texto mediante a activação de bits associados. Se o bit está activo a

mensagem é mostrada, se está inactivo a mensagem é apagada do display. Se múltiplos

bits, associados á função, estão activos as mensagens são mostradas por ordem de

precedência. As mensagens de alarme criadas e respectivos bits apresentam-se na tabela

6.

Tabela 6 – Mensagens de alarme e respectivos bits de activação

Mensagens de Alarme Bit Associado

Botão de emergência accionado M800

Ruptura na linha superior da máquina 1 M801

Ruptura na linha inferior da máquina 1 M802







Compressa presa M809

Máquina 1 mal posicionada M810




Armazenador de compressas cheio M814

Uma das situações de alarme acorre quando a linha superior ou a linha inferior

(bobina) das máquinas de costura romper ao acabar. Nestes dois casos o processo é

parado e o bit associado à máquina de costura e linha correspondente, é activo no PLC.

No caso da linha superior, é lançada a janela que se encontra na figura 54. Esta

operação é efectuada pelo PLC, através da escrita do número associado a esta janela na

posição de memória HR00002, que corresponde á terceira Word da área de leitura e que

permite controlar a janela a ser exibida no terminal.

Através do desenho da máquina, é indicado ao operador qual a máquina ou

máquinas de costura, no caso de alarmes simultâneos, onde o alarme ocorreu (no


56

exemplo da figura 55 pode ver-se que ocorreu na maquina 1), e através de mensagem de

texto, qual a linha que deve ser verificada (no caso linha superior). O alarme é

desactivado quando o utilizador pressionar o botão “EXIT”.

Figura 55 – Janela de alarme de ruptura na linha superior

No caso da linha inferior é mostrada a janela apresentada na figura 56. O

controlo desta operação é, também efectuado pelo PLC, de forma semelhante á

operação anterior, com a diferença do bit da mensagem de texto activo, ser o

correspondente á mensagem desejada, assim como o número da janela a ser visualizada.

Esta janela possui um botão para fechar as máquinas de costura. Este botão é

necessário porque no caso do fim ou ruptura na linha da bobina, o software de controlo

interrompe o processo e automaticamente actua os cilindros de extracção das máquinas

de costura para que a bobina possa ser trocada. Esta extracção é efectuada de forma

lenta, para que não ponha nenhuma pessoa em perigo que esteja perto da máquina.

Figura 56 – Janela de alarme de ruptura na linha inferior

Quanto o botão de fecho das máquinas é pressionado, as máquinas recolhem

para a sua posição de trabalho, e o alarme desactivado. No caso de alguma máquina, não

ficar correctamente posicionada o operador é informado com uma mensagem de


57

máquina mal posicionada (figura 57). Este alarme impossibilita o funcionamento da

máquina uma vez que provocaria mau funcionamento da mesma.

Figura 57 – Janela de alarme de máquina mal posicionada

Outra janela de alarme criada, tem a ver com a possibilidade do canal de saída

de compressas ficar cheio, o que provocaria problemas no sistema de empilhamento.

Quando isto acontece, é lançada a janela de alarme apresentada na figura 58 e a

máquina parada.

Figura 58 – Janela de alarme de armazenador de compressas cheio

Outra situação a ser prevista, visa a possibilidade de alguma compressa ficar

presa ao longo da máquina, situação que pode acontecer por uma eventual falha do corte

de linha nas máquinas de costura, pela compressa ficar encravada entre os rolos de

dobragem ou no sistema de viragem de compressa dobrada, ou pela falha de um dos

diversos componentes mecânicos. Neste caso é mostrada a janela exposta na figura 59.


58

Figura 59 – Janela de alarme de compressa presa

No caso de algum dos botões de emergência ser accionado, é lançada a janela da

figura 60.

Figura 60 – Janela de alarme de botão de emergência accionado

4.2.7 Histórico de Alarmes

O histórico de alarmes permite obter um registo dos últimos cem alarmes

ocorridos no processo, com registo do tipo de alarme, data e hora a que ocorreu e foi

desactivado. Para tal recorreu-se á função “Alarm Logging”, que permite guardar as

mensagens de alarme ocorridas, na memória da consola, apresentadas anteriormente na

tabela 6, juntamente com a hora e data da ocorrência

Estes registos (mensagem, data e hora) são guardados numa área da consola,

denominada de “Buffering Area”, que corresponde á área onde a amostragem de dados é

guardada. Esta, está dividida em doze partições denominadas de buffers. Cada buffer


59

pode ser alocado na memória SRAM ou DRAM, e guardar vários tipos de dados,

amostrados por diferentes métodos. No caso o buffer utilizado para fazer o histórico de

alarmes foi alocado na memória SRAM, que tem a capacidade de manter os dados

quando o terminal se encontra desligado, uma vez que é alimentada por uma pilha, o

que não acontece com a memória DRAM.

O método de amostragem dos dados corresponde á transição, positiva e negativa,

do bit associado ao alarme, ou seja, a cada transição corresponde uma amostra, o que

permite o registo da activação e desactivação de cada alarme ocorrido.

Figura 61 – Janela “Histórico de alarmes”

De forma a tornar os dois diferentes tipos de mensagens, activação e

desactivação perceptíveis para o utilizador, na apresentação das mensagens no display,

como se pode verificar através da figura 61, estas são mostradas com cor diferente:

vermelho para activação do alarme e preto para desactivação. Criaram-se também dois

botões, que se encontram na parte inferior da janela, “Opções de Visualização” e

“Reset”, que tem as funções de permitir visualizar apenas os registos de activação ou

desactivação dos alarmes de forma separada, ou fazer o reset a todos os alarmes,

respectivamente.

Na janela seguinte, apresentada na figura 62, como se pode observar, apenas são

visíveis registos relacionados com a activação dos alarmes, recorrendo exactamente ao

botão de “Opções de Visualização”


60

Figura 62 – Janela “Histórico de alarmes”, visualização de activação de alarmes

Enquanto na janela da figura 63, apenas são visíveis registos relacionados com a

desactivação dos alarmes.

Figura 63 – Janela “Histórico de alarmes”, visualização de desactivação de alarmes

4.3 Aplicação de Controlo

A aplicação de controlo foi implementada no PLC em linguagem Ladder através

do software WinProladder da Fatek. Trata-se de um software gratuito que pode ser

descarregado da página de internet do fabricante.

No desenvolvimento da aplicação utilizou-se o GRAFCET como técnica de

modulação. Trata-se de uma representação gráfica, das sequências a efectuar pela

unidade de controlo, apresentada segundo um diagrama gráfico sequencial. Este é

constituído por um conjunto de etapas ou estados, aos quais se associam acções,

transições que permitem representar a evolução entre etapas e elementos de ligação que

conferem orientação.


61

A máquina divide-se em diversos módulos com tarefas distintas, que

funcionaram em simultâneo de uma forma paralela. Para cada um destes módulos, foi

criado um GRAFCET que posteriormente foi implementado no PLC. Todas as acções e

receptividades associadas aos mesmos podem ser consultadas nos Anexos B e C,

respectivamente.

Existem algumas considerações, relacionadas com a arquitectura da máquina,

levadas em conta no desenvolvimento do software de controlo. Estas prendem-se com a

dependência existente ao nível do transporte da compressa, entre os seis primeiros

módulos, que correspondem, ao módulo de recepção, aos quatro módulos de costura e

ao módulo de mudança de direcção. Este factor relaciona-se com o tamanho dos

módulos.

Figura 64 – Imagem elucidativa da dependência entre módulos ao nível das correias de arrasto

Como se pode verificar através da figura 64, quando a segunda máquina está a

realizar a costura na compressa, esta ainda se encontra em contacto com o módulo

anterior. A mesma situação acontece nos módulos de primeira, terceira e quarta costura.

Desta forma é necessário ter em conta, para os casos de paragem das correias de

cada módulo, que o módulo seguinte não está a realizar o processo de costura.

4.3.1 Aquisição da Velocidade de Funcionamento da Máquina

Fornecedora de Compressas

Como referido no capítulo 3.3.7, uma das características do PLC utilizado, é

possuir duas entradas com contadores por hardware até 120KHz. Uma destas entradas

foi utilizada para ligação do encoder, não ocupando desta forma tempo de


62

processamento no CPU, uma vez que é realizado por hardware. Estes contadores

permitem diferentes modos de contagem relacionados com a contagem do pulso, a

direcção do pulso e as fases do encoder. No trabalho a contagem do sinal do encoder

fez-se na transição ascendente do pulso utilizamdo-se apenas uma fase do encoder

devido ao facto do veio onde o encoder é ligado, apenas rodar num sentido.

O método utilizado para calcular a velocidade foi contar o número de pulsos

num período de tempo fixo, recorrendo-se para tal á função “Speed Detection”,

apresentada na figura 65.

Figura 65 – Função Speed Detection

Esta usa o recurso de interrupção dos dois pontos de entrada de alta velocidade

presentes no PLC para detectar a frequência do sinal de entrada. Para tal define-se na

função, qual a entrada onde o sinal do encoder foi ligado, no caso a entrada X0 do PLC,

o tempo de amostragem TI=10ms, ou seja o tempo de duração de cada contagem, e um

registo para guardar os resultados da contagem, D100. Como se trata de um registo de

16-bits, o valor máximo de cada contagem deverá ser 32767. Se o período de contagem

for muito elevado ou os pulsos muito rápidos, fazendo com que o valor de contagem

exceda 32767, a flag de overflow é activa e a acção de contagem interrompida.

Como o período de amostragem é fixo, 10ms e cada rotação do encoder

corresponde, também, a um número de pulsos fixo, 2500 no caso do encoder utilizado,

então a velocidade de rotação pode ser calculada através da equação 4.1.

Onde,

N = Velocidade em rpm

D100 = Registo do valor da contagem de impulsos

n = Resolução do encoder (pulsos por rotação)

TI = Tempo de amostragem (período de tempo durante o qual se efectua

a contagem) em ms

(4.1)


63

Tratando-se de um encoder de 2500ppr, e a velocidade da máquina fornecedora

limitada a 50Hz, o numero máximo de pulsos por segundo atingidos será de:

Para um tempo de amostragem de 10ms, equivale a:

Garantindo-se desta forma que o valor de overflow do registo D100, não é

atingido.

4.3.2 Comunicação com os Inversores de Frequência

Como já referido anteriormente, a comunicação com os inversores de frequência

para envio de valores de velocidade, foi implementada através de uma rede RS-485,

utilizando o protocolo Modbus-RTU. As configurações utilizadas na comunicação

foram: 19200bps, 8bits, par.

O controlo de acesso á rede é do tipo mestre-escravo. O protocolo permite um

mestre e um total de até 247 escravos, sendo que apenas o mestre pode iniciar

transacções. A trama de comunicação é essencialmente construída pelo endereço do

destinatário (escravo), o comando a ser executado e os dados necessários para executar

esse comando.

Na implementação do protocolo de comunicação recorreu-se á função Modbus

master instruction, apresentada na figura 66, que permite de uma forma bastante

simples e rápida, comunicar com dispositivos utilizando o protocolo modbus.

Figura 66 – Função ModBus Master Instruction

Na função define-se a porta a utilizar para funcionar como modbus mestre, neste

caso a porta 2, do módulo de comunicação RS-485 presente no PLC. Define-se,

(4.2)

(4.3)


64

também, um registo que será associado a uma tabela onde se irão introduzir os

parâmetros da comunicação (no caso R5200) e um registo que corresponde ao registo

inicial de um total de oito, que são utilizados para a operação da instrução (D200).

Quando a entrada enable “EN” da função passa de 0 para 1, a entrada abortar

“ABT” é 0, e a porta está livre, ou seja não está a ser controlada por outras instruções de

comunicação, esta instrução vai controlar a porta entrando em curso a transacção do/s

pacote/s de dados. Se a porta está ocupada a instrução entrará em estado de espera até

que a porta fique livre.

Quando a função está em transacção de dados a saída “ACT” fica activa. Se

houver um erro ocorrido no fim da transacção de um pacote de dados, as saídas “DN” e

“ERR” serão activas, se não existirem erros a saída “DN” será activa.

Na implementação, criaram-se três tabelas distintas, uma com os parâmetros dos

variadores dois a oito, apresentada na figura 67 e duas responsáveis por enviar os

valores das duas velocidades distintas a que o variador 1 deve funcionar,

respectivamente, a tabela da figura 68 para a velocidade de funcionamento da máquina

fornecedora e a tabela exposta na figura 69 para a velocidade pretendida na máquina

desenvolvida.

Figura 67 – Tabela Variadores 2 a 8

Como se pode verificar através da tabela apresentada na figura 67, definiu-se um

endereço para cada variador (em concordância com o endereço parametrizado no

mesmo), introduzido na coluna “Slave”, o comando de escrita (Single Write), através da

coluna “Command”, o valor a ser escrito, no caso a posição de memória reservada para

cada valor de velocidade introduzido através do terminal programável na janela


65

“Configurar parâmetros” e na coluna “Slave Data” o comando correspondente á escrita

do valor de frequência no variador [19]. Para a variação de velocidade do módulo de

recepção, foi necessária a construção das duas tabelas apresentadas nas figuras 68 e 69.

Figura 68 – Tabela Variador 1 velocidade de recepção

Assim quando o módulo está a recepcionar a compressa, é enviado para o

variador 1, através da tabela apresentada na figura 68, o valor presente na posição de

memória D110, que corresponde ao valor da velocidade de funcionamento da máquina

fornecedora.

Figura 69 – Tabela Variador 1 velocidade de funcionamento

Quando a compressa já se encontra totalmente no módulo de recepção é passada

a velocidade pretendida no mesmo, introduzida pelo utilizador através da janela

“Configurar Parâmetros”, criada no terminal de interface e apresentada anteriormente

no capítulo 4.2.1.


66

4.3.3 Controlo do Módulo de Recepção

No módulo de recepção, em termos do seu controlo, apenas é pretendido

efectuar a alternância entre a velocidade da máquina de entrega e a velocidade de

funcionamento. Quando é dado o start à máquina é enviado para o variador, o valor de

velocidade a que a máquina fornecedora está a trabalhar. Quando a compressa é

detectada no módulo, é enviado o valor da velocidade de funcionamento pretendida,

introduzida pelo utilizador na janela “Configurar Parâmetros” da aplicação de interface.

Quando a compressa se encontra totalmente fora do módulo de recepção, este passa

novamente a funcionar à mesma velocidade da máquina fornecedora.

Devido à dependência existente entre o módulo de recepção e o módulo de 1ª

costura, causada pela sua proximidade, o instante em que a compressa se encontra

totalmente fora do módulo de recepção prende-se com o estado S504, apresentado no

GRAFCET da figura 71 e que corresponde ao processo do módulo de 1ª costura.

Figura 70 - GRAFCET 1, Processo de mudança de direcção

4.3.4 Controlo do Processo de Costura

O controlo do processo de costura através do PLC, envolve o controlo das

correias de arrasto da compressa, através do andamento do motor controlado pelo

variador correspondente, e de três sinais digitais de 24V a enviar á máquina de costura.

Um para habilitação/desabilitarão da costura, um para levantamento do calcador (a on

calcador em cima, a off calcador em baixo) e por fim um sinal de impulso para

realização do remate de costura e corte de linha.


67

O GRAFCET apresentado na figura 71 representa a sequência implementada

para o processo de costura da máquina de costura 1. Quando o bit de start está activo, ou

o módulo de segunda costura está a realizar a costura, é habilitado o variador 2, que

corresponde ao motor de tracção das correias. Aquando da chegada da compressa ao

módulo, esta é detectada pelo sensor fotoeléctrico instalado no inicio do mesmo. Após a

sua detecção é levantado o calcador da máquina de costura durante o tempo introduzido

pelo operador no terminal, continuando o variador habilitado. Este parâmetro pode ser

acedido na janela da aplicação de interface identificada como “Configurar Parâmetros”

através do parâmetro que possibilita o ajuste de inicio de costura. Desta forma é

possível ajustar o posicionamento da compressa em relação á máquina, antes de iniciar a

costura.

Após a contagem desse tempo, o calcador é baixado, através da desactivação do

sinal, e activa a saída do PLC, correspondente ao sinal de costura, durante 80ms com as

correias paradas. Esta situação é necessária, devido a características de funcionamento

da máquina, relacionadas com a formação do ponto de costura. Após testes práticos

detectou-se que o instante de inicio de costura não é exactamente coincidente com o

instante de actuação do arrasto da máquina.

O fim de costura, com o respectivo remate e corte de linha, assim como a

paragem das correias, são efectuados após a compressa deixar de ser detectada pelo

sensor fotoeléctrico e tiver decorrido o tempo introduzido no terminal, através do

parâmetro de ajuste de fim de costura. O sinal para remate e corte de linha é um impulso

de duração 670ms.

Depois de efectuado o remate e corte de linha, a costura está realizada, sendo

apenas necessário, levantar o calcador e habilitar novamente as correias de arrasto para

que a compressa saia da máquina de costura.


68

Figura 71 – GRAFCET 2, Processo de costura máquina 1

Tabela 7 – Grafcet 2 acções nível 2

S500 Y1

S501 Y10,T0=D501,Y1

S502 Y8, T1=8

S503 Y8,Y1

S504 Y1,Y8,T2=D517

S505 Y9,T3=67

S506 Y1,Y10,T4=40


69

Tabela 8 – Grafcet 2 receptividades nível 2

C1 M100+ /M100*Y11

C2 M100*X4

C3 T0

C4 T1

C5 /X4

C6 T2

C7 T3

C8 T4

C9 /M100

Os processos de costura nas restantes três máquinas de costura projectam-se da

mesma forma, com as diferenças de serem actuadas as saídas do PLC, correspondentes

aos sinais de cada máquina e variador de velocidade de cada módulo onde a mesma está

instalada. Os valores de configuração de inicio e fim de costura, associados no

GRAFCET 2 ao Timer 0 e Timer 2 corresponderão às posições de memória de cada

parâmetro para cada máquina.

4.3.5 Controlo do Módulo de Mudança de Direcção da

Compressa

No módulo de mudança de direcção, quando a compressa é detectada, é contado

um tempo introduzido na consola de interface para o utilizador, para que o

posicionamento da compressa, antes de ser mudada a sua direcção possa ser ajustado.

Este parâmetro pode ser acedido na janela da aplicação de interface, “Configurar

Parâmetros”, identificado como “Paragem”. Este ajuste é necessário devido ao facto do

tamanho das compressas a serem produzidas na máquina poder variar, sendo que a

compressa deve sempre chegar ao módulo de 1ª e 2ª dobra, numa posição central em

relação á 1ª cunha de dobragem para que a dobra seja correctamente efectuada. Para

uma melhor percepção desta situação, deve ser consultada a imagem da figura 40,

apresentada anteriormente no capítulo 3.4.

Após esse tempo decorrido as correias são paradas através da desactivação da

saída do PLC, correspondente ao sinal de habilitação do variador de velocidade 5, e

levantada a estrutura mecânica que suporta os rolos de mudança de direcção, através de


70

actuadores pneumáticos. Quando a estrutura mecânica se encontra elevada, é activado o

variador 6 que colocará, através do motor a este acoplado, os rolos de mudança de

direcção em movimento. Quando a compressa se encontra fora do módulo, os rolos são

novamente baixados. Devido á proximidade entre o módulo de mudança de direcção e o

módulo de 4ª costura (pode ser visualizado na figura 37, mostrada anteriormente no

capitulo 4.3), a forma de saber que a compressa deixou o módulo de mudança de

direcção, prende-se com o instante, no processo de costura do módulo de 4ª costura, que

a compressa deixa o sensor fotoeléctrico presente nesse módulo, que corresponderá no

grafcet apresentado para a máquina de costura 1, ao estado S504.

Figura 72 - GRAFCET 3, processo de mudança de direcção

Tabela 9 - Grafcet 3 acções nível 2

S650 Y4

S651 T28=D505,Y4

S652 Y21

S653 Y21,Y5


71


C1 M100

C2 M100*X13

C3 T28

C4 X30

C5 S704

C6 /M100

4.3.6 Controlo do Módulo de 1ª e 2ª Dobras

No módulo onde são efectuadas as duas primeiras dobras na compressa, é

pretendido controlar a actuação das cunhas de dobragem, das correias de arrasto e do

movimento dos rolos de dobragem. Quando o módulo recepciona a compressa, é

contado o tempo introduzido na consola através do parâmetro identificado como

“1ªDobra” da janela “Configurar Parâmetros” criada na aplicação de interface. Este

ajuste é necessário devido ao facto do tamanho da compressa poder variar, sendo que o

instante de actuação da 1ª cunha de dobragem sobre a compressa afecta o

posicionamento da mesma em relação á 3ª cunha de dobragem presente no modulo

seguinte.

Após esse tempo é accionada a cunha de 1ªdobra, através do accionamento da

electroválvula correspondente ao cilindro pneumático. Quando o deslocamento

efectuado pelo cilindro é o desejado, ou seja a sua haste deslocou-se a distância

necessária para introduzir a compressa entre os rolos de dobragem, é detectado através

do sensor reed switch. Mediante o sinal do sensor, é desactivado o sinal da

electroválvula, fazendo com o cilindro pneumático volte novamente á posição inicial.

Nesta fase é contado novamente um tempo introduzido na consola, também na janela

“Configurar Parâmetros”, através do parâmetro 2ªDobra, até a actuação do cilindro da

cunha de 2ª dobra, da mesma forma que o primeiro. Também este é regressado á sua

posição inicial através do sinal do sensor reed switch presente no mesmo. Desta forma

são conseguidos movimentos de vai e vem nas cunhas de dobragem.

Todo o processo de accionamento das cunhas de dobragem é efectuado com as

correias de arrasto das compressas e os rolos de dobragem em movimento.


72

Figura 73 - GRAFCET 4, Processo de 1ª e 2ª dobra


S750 Y6

S751 T41=D506,Y6,Y7

S752 Y22,Y6,Y7

S753 T42=D507,Y6,Y7

S754 Y23, Y6,Y7


C1 M100

C2 M100*X18

C3 T41

C4 X19

C5 T42

C6 X20

C7 /M100


73

4.3.7 Controlo do Processo de 3ª Dobra

O controlo do processo da 3ª dobra desenrola-se de forma semelhante ao

processo anterior, sendo que neste caso apenas é accionada uma cunha de dobragem.

Após a compressa ser detectada no módulo, é contado um tempo introduzido no

parâmetro “3ª dobra” da janela da aplicação de controlo “Configurar Parâmetros”. Findo

esse tempo é accionada a electroválvula correspondente ao cilindro pneumático de 3ª

dobra, que provocará o deslocamento do mesmo. Quando a sua posição coincide com a

posição onde o sensor reed switch está instalado, a electroválvula é desactivada.

Figura 74 - GRAFCET 5, Processo de 3ª dobra


S800 Y7

S801 T43=D508,Y7

S802 Y24,Y7


74


C1 M100

C2 M100*X21

C3 T43

C4 X22

C5 /M100

4.3.8 Controlo do Sistema de Viragem de Compressa Dobrada

No sistema de viragem de compressa dobrada, é pretendido efectuar a actuação

dos dois cilindros pneumáticos dele constituinte. O processo consiste na actuação do

cilindro de movimento linear, aquando da chegada da compressa, a fim de efectuar a

elevação da estrutura mecânica, levando consigo a compressa. De seguida e com a

compressa já numa posição superior em relação às correias de arrasto, é accionado o

cilindro de movimento rotativo, que efectua uma rotação de 90°. O cilindro de

movimento linear é baixado novamente, nesta fase com a estrutura mecânica já rodada.

A estrutura, mantêm-se nesta posição durante o tempo necessário para que a compressa

seja arrastada pelos rolos onde esta é introduzida.

Após a compressa deixar a estrutura é efectuado o processo inverso: levantar a

estrutura, rodar para a posição inicial e baixar.

O instante de actuação de cada cilindro é controlado por tempo.


75

Figura 75 - GRAFCET 6, Processo de sistema de viragem


M131 Y28,T46=40

M132 Y28,Y29,T47=50

M133 Y29,T48=D701

M134 Y29,Y28,T49=20

M135 Y28,T39=40


C1 M100*X29

C2 T46

C3 T47

C4 T48

C5 T49

C6 T39


76

4.3.9 Controlo do Sistema de Empilhamento

O grafcet apresentado na figura 76 representa o processo implementado para o

sistema de empilhamento. Aquando da chegada da compressa é contado um tempo, até

a mesma ser recolhida. Este tempo foi considerado para obter um correcto

posicionamento da compressa.

Após esse tempo decorrido é accionado o recolhedor e o fixador

simultaneamente, sendo que o fluxo de ar em cada cilindro pneumático é regulado para

que o fixador desça totalmente antes de o recolhedor chegar ao canal de saída onde as

compressas são armazenadas.

Quando o recolhedor chega ao canal de saída, é subido o fixador, e só depois o

recolhedor volta á sua posição inicial, para que as compressas não caiam do canal de

saída.

Figura 76 - GRAFCET 7, Processo do sistema de empilhamento


M151 T53=D700

M152 Y25,Y27

M153 Y25


77


C1 M100*X23

C2 T53

C3 X25

C4 X27

Em relação ao processo de separação de compressas no canal de saída,

desenvolveu-se o grafcet apresentado na figura 77. É comparado o valor introduzido na

consola pelo operador “Compressas a baixo”, com um registo que contem o valor da

contagem de compressas no canal de saída. Quando os valores dos dois registos são

iguais, é feito o reset ao valor do registo da contagem e contado um tempo de 1

segundo, para permitir que a compressa seja recolhida pelo recolhedor. Após esse tempo

decorrido é accionado a electroválvula correspondente ao cilindro pneumático,

responsável pela subida do sistema mecânico de separação das compressas, e contado

novamente o valor de compressas produzidas que depois será comparado com o valor

introduzido pelo operador “Compressas a cima”.

Figura 77 - GRAFCET 8, Processo de separação de compressas


M600 CMP HR630 com D4, RST Y26

M601 T227=1, D4=0

M602 CMP HR620 com D4, SET Y26

M603 T228=1, D4=0


78

Tabela 20 - Grafcet 8 receptividades nível 2

C1 Flag igual

C2 T227

C3 Flag igual

C4 T228

4.3.10 Controlo de Alarmes

Como referido anteriormente, existem diversas situações de alarme que podem

ocorrer durante o funcionamento da máquina. Estas podem ser divididas em alarmes de

linha superior, alarmes de linha inferior, compressa presa e botão de emergência

accionado.

Uma das preocupações no controlo da máquina prende-se com a segurança do

operador. Neste sentido considerou-se o accionamento do botão de emergência como

acção prioritária. Como se pode verificar através do grafcet apresentado na figura 78,

sempre que o botão de emergência é accionado, é feito o reset ao bit de start e todas as

saídas do PLC são prontamente desactivadas. Quando o botão de emergência é

desencravado todos ao grafcets responsáveis pelo controlo dos diversos módulos da

máquina e gestão de alarmes são inicializados. Utilizou-se o relé especial do PLC,

M1913, que desabilita todas as saídas, mas o seu estado interno no PLC não é afectado.

Desta forma recorreu-se, também, ao relé especial M1915, que faz reset a todos os relés

retentivos utilizados nos processos de cada módulo da máquina sendo apenas necessário

inicializar esses mesmos grafcets quando o botão de emergência é desencravado.

Figura 78 - GRAFCET 9, Controlo do Botão de Emergência


79


M651 RST M100, SET M1913*SET M1915, HR0=34

M652 SET S0*SET S1*SET S2*SET S3*SET S4*SET S5*SET S6*SET S7,

SET M130*SET M150 , HR0=2


C1 /X35

C2 X35

C3 M100

Em relação aos alarmes de linha superior, inferior e compressa presa, foram

definidas prioridades entre os três, uma vez que podem ocorrer simultaneamente.

Quanto ao alarme de linha superior, é feita uma análise ao sensor piezoeléctico

durante o processo de costura. Se a linha não se encontra em movimento, é activo o bit

de alarme de linha superior correspondente á máquina onde o mesmo ocorreu.

Em relação ao alarme de linha inferior, é contado o número de voltas que a

bobina realiza durante a costura. Esta foi dividida em duas partes de cor diferente (preto

e branco) e através de um sensor sensível á cor, detectado o número de voltas que esta

executa. Se o número contado durante a costura da compressa, é menor que o número

de voltas que a bobina deve efectuar numa costura correcta é activo o bit de alarme de

linha de canela, da máquina de costura correspondente.

Em relação ao alarme de compressa presa, este é controlado através da utilização

de temporizadores, que contam o tempo que a compressa demora a ser detectada entre

os diversos módulos da máquina. É calculado um tempo máximo, segundo o qual a

compressa deve chegar ao módulo seguinte, dependente da velocidade das correias de

arrasto de cada módulo. Durante o funcionamento da máquina, é contado o tempo a

partir do momento que a compressa é detectada no módulo, até ser detectada no módulo

seguinte. Se o tempo contado é superior ao tempo máximo, é activo o bit de alarme de

compressa presa.

Como o processo de costura está a ser realizado simultaneamente em mais que

uma máquina de costura, podem ser activos mais que um bit de alarme de linha superior

ou inferior até que a máquina pare o seu processo, uma vez que apenas acontece quando

a costura em cada módulo é terminada.

Para solucionar esta situação desenvolveu-se o grafcet apresentado da figura79.


80

Figura 79 – GRAFCET 10, Controlo de Alarmes parte 1

Figura 80 - GRAFCET 10, Controlo de Alarmes parte 2


81




M601 HR0=2

M602 RST M100, HR0=18

M603 SET Y10,SET Y13,SET Y16,SET Y19, T212=1

M604 SET Y20

M605 RST Y10,RST Y13,RST Y16,RST Y19, T213=1

M606 RST M802,RST M804,RST M806,RST M808, T214=1

M607 RST Y20, T215=7

M608 M810,M811,M812,M813 HR=25

M609 RST M810

M610 RST M811

M611 RST M812

M612 RST M813

M620 RST M100, HR0=7

M621 RST M801, RST M803, RST M805, RST M807

M630 RST M100, HR=14

M631 RST M809


82


C1 M100

C2 (M802+M804+M806+M808)*(/M801+/M803+/M805+/M807)*/M809*/M800

C3 (M801+M803+M805+M807)*/M809*/M800

C4 M809*/M800

C6 T215*(/X31+/X32+/X33+/X34)

C7 M810

C8 M811

C9 M812

C10 M813

C11 /M810*/M811*/M812*/M813

C13 T215 *X31*X32*X33*X34

C14 /M100*S1*S2*S3*S5

C15 T212

C16 X2

C17 T213*M243

C18 T214

C20 M105

C22 /M801, /M803, /M805, /M807

C32 M102

C33 /M809

Como se pode verificar através da análise do grafcet de controlo de alarmes,

sempre que existir um alarme de linha superior, inferior ou compressa presa é feito o

reset ao bit de start.

No caso de existir mais que um alarme activo, o utilizador é primeiramente

informado do alarme de compressa presa, posteriormente de alarmes de linha superior,

decorridos em uma ou mais máquinas de costura e finalmente de alarmes de linha

inferior.

No caso do alarme de linha inferior, ou seja falta ou ruptura na linha da bobina,

o processo é interrompido através da desactivação do bit de start. Quando todas as

máquinas de costura acabaram o seu processo, são extraídas dos seus módulos de

suporte, através do accionamento dos cilindros pneumáticos, sendo para isso necessário

levantar os calcadores das mesmas, de forma a passarem por cima das correias de

arrasto. Desta forma o operador pode proceder á troca das bobinas.


83

Depois de realizar a operação de substituição da bobina, as máquinas podem ser

colocadas novamente na sua posição de operação, pressionando o botão presente na

janela apresentada na consola. Se alguma das máquinas de costura não ficar bem

posicionada, o operador é informado através de uma janela de alarme, e o start á

máquina não é permitido, até todas as máquinas de costura estarem correctamente

posicionadas.

No caso de alarmes de linha superior, o utilizador é informado através da janela

correspondente ao alarme, quais as máquinas onde o ou os alarmes ocorreram.

Pressionando o botão exit, presente na janela, é feito o reset aos bits de alarme,

possibilitando desta forma que a máquina possa ser posta em funcionamento.

Respeitante ao alarme de compressa presa, o procedimento é o mesmo,

apresentando-se a janela correspondente ao alarme, que possui um botão que quando

pressionado faz o reset ao bit de alarme.

4.3.11 Gestão de Programas

Como referido na apresentação da aplicação de interface, é possível através da

aplicação editar, seleccionar e guardar programas.

Quanto á edição, todas as operações de alteração dos parâmetros da máquina,

assim como o nome dado a cada programa, são efectuadas exclusivamente com recurso

a funções do terminal programável.

Após a edição, caso o operador pretenda guardar os parâmetros actuais da

máquina num programa, os valores dos mesmos, são guardados em memória no PLC.

Para cada um dos cincos programas, reservaram-se 20 posições de memória distintas.

Programa 1, DM521 a DM540, programa 2 DM541 a DM560, programa 3 DM561 a

DM580, programa 4 DM581 a DM600 e programa 5 DM601 a DM620.

Consoante o botão “guardar” programa pressionado na consola, correspondente

a um dos cinco programas, os valores de configuração dos parâmetros da máquina,

acessíveis através da janela da aplicação de interface “Configurar Parâmetros”, são

transferidos para os registos apresentados anteriormente.

Quando o operador selecciona um programa já editado, é efectuada a operação

inversa, ou seja, são passados os valores guardados nas vinte posições de memória,

correspondentes ao número do programa seleccionado, para as posições de memória

associadas a cada parâmetro da máquina.


85

Capítulo 5

Conclusões e Pospostas de Trabalho

Futuro

Neste capítulo apresentam-se as conclusões sobre o trabalho efectuado e

algumas propostas de trabalho futuro que permitem melhorar alguns aspectos da

automatização da máquina.

5.1 Conclusões

Pode concluir-se que os objectivos deste trabalho foram atingidos com sucesso,

pois a aplicação projectada e implementada correspondeu aos requisitos especificados

pelo cliente, e encontra-se em funcionamento nas instalações do mesmo.

Numa primeira fase do projecto foi necessário um contacto com o tipo de

produto e os processos pretendidos automatizar. Após esse contacto foi realizado um

estudo sobre o estado da arte no que diz respeito a sistemas automáticos para a

realização deste tipo de produto. Neste estudo, essencialmente de pesquisa, concluiu-se

existirem apenas sistemas que realizam os processos de dobragem e empilhamento,

sendo que no que se refere ao processo de costura automático em compressas de gaze,

não se encontrou nenhum produto ou referência.

Neste ponto do projecto, foi necessário perceber como é que o processo de

costura se efectua e a viabilidade para tal ser realizado de uma forma automática

utilizando uma máquina de costura convencional. Nestes pressupostos, e depois de

recolher informação sobre diversos fabricantes de diferentes marcas e através do

contacto com técnicos especializados na área, concluiu-se tal ser possível, por existirem

máquinas em que o seu controlo é realizado através de sinais eléctricos distintos para

cada fase do processo. Assim, foi possível controlar o processo de costura através de

três sinais de comando distintos. Um para o levantamento do calcador, um para realizar

a costura e um para efectuar o remate e corte de linha.

Partiu-se então para a construção da máquina apresentada nesta tese, projectada

de forma a satisfazer as necessidades especificadas pelo cliente, assim como a selecção

de todo o hardware necessário ao funcionamento da mesma.

Conclusões e Propostas de Trabalho Futuro

86

Em relação ao hardware seleccionado, de uma forma geral, revelou-se adequado.

Relativamente ao PLC utilizado, demonstrou possuir instruções poderosas que reduzem

bastante o tempo de implementação do software, como o caso das instruções utilizadas

para comunicação através do protocolo ModBus, detecção no número de impulsos do

encoder e conversões lineares. O terminal programável, revelou possuir funcionalidades

suficientes para o pretendido e que permitem retirar bastante programação ao PLC.

Após a fase, em que a arquitectura da máquina e o seu modo de operação estão

definidos, passou-se então ao desenvolvimento dos algoritmos de controlo e sua

implementação, assim como da aplicação de interface.

Uma das prioridades na implementação de controlo, para além do correcto

funcionamento do processo de cada módulo individualmente, prendeu-se com o

correcto controlo da dependência existente entre diversos módulos da máquina, no que

diz respeito ao arrasto da compressa. Quando esta se encontra a realizar uma das quatro

costuras, ainda está em contacto com o módulo anterior. Para resolver este problema foi

necessário sincronizar os grafcets de controlo de cada módulo de costura, do módulo de

recepção e do módulo de mudança de direcção da compressa.

Outra situação prioritária, requisitada pelo cliente, prendia-se com a garantia de

qualidade de costura, através da detecção de situações de ruptura ou falta de linha nas

máquinas de costura. Estes dois requisitos foram solucionados através de uma correcta

sensorização do movimento da linha superior e da rotação da bobina da linha inferior,

sendo depois analisado o sinal dos sensores pelo sistema de controlo.

Respeitante á linha superior utilizou-se um sensor piezoeléctico, com uma

cavidade onde passa a linha. Analisando o sinal deste sensor durante o processo de

costura, é possível saber se a linha superior não está rebentada ou desenfiada da agulha.

Na linha inferior, o método utilizado, prendeu-se com a realização da contagem do

número de rotações da bobina. Devido ao espaço reduzido e á existência de diversos

componentes mecânicos entre a bobina e o espelho da máquina, não se torna possível o

acesso á linha, para uma sensorização directa na mesma. Recorreu-se então á rotação

que a bobina executa quando a linha é puxada pela máquina para realizar a costura. A

bobina foi dividida em duas partes de cor diferente (preto e branco) e através de um

sensor sensível á cor, contado o número de voltas que esta executa, sabendo-se desta

forma se ainda tem linha e está a ser utilizada na costura.

Em relação aos métodos utilizados para solucionar a detecção de ruptura ou falta

de linha, obtiveram-se resultados satisfatórios, sendo contudo necessário contornar


87

alguns problemas. Relativamente ao sensor piezoeléctico seleccionado, devido ao seu

tempo de resposta, a análise ao seu estado foi efectuada apenas na parte final do

processo de costura, de modo a evitar leituras erradas. Quanto á solução implementada

para a bobina, foi definido um número mínimo de voltas que corresponde ao número de

voltas executas durante a costura da compressa de tamanho menor. Em cada costura é

comparado o número de voltas realizadas com o número definido. Se o número contado

é menor que o definido é activo o bit de alarme de linha da canela.

Outra situação que se teve em consideração no desenvolvimento do software de

controlo, relaciona-se com detecção de possíveis compressas presas ao longo da

máquina. Esta situação foi resolvida através da contagem do tempo que a compressa

demora a ser detectada entre módulos, possibilitando saber-se desta forma se alguma

fica presa ao longo da máquina e nesse caso desencadear a paragem do processo.

Uma das grandes prioridades da máquina seria manter a integridade física do

operador. Desta forma foi criado um grafcet que verifica em tempo real os diversos

botões de emergência presentes na máquina. Quando algum destes é accionado todas as

saídas do PLC são desabilitadas e a electroválvula geral de alimentação de ar

comprimido cortada, de modo a que nenhuma parte mecânica esteja sobre pressão.

Foi necessário, também, sincronizar a velocidade do módulo de recepção da

máquina desenvolvida, com a velocidade da máquina fornecedora, através da instalação

de um encoder na máquina fornecedora que mede constantemente a velocidade a que

esta está a trabalhar, permitindo desta forma que a passagem do produto entre ambas se

desencadeasse correctamente.

Quanto ao software de interface para o utilizador, foram implementadas funções

que possibilitam a configuração de diversos parâmetros da máquina, como: velocidade

das correias de arrasto de cada módulo, inico e fim de costura para cada máquina de

costura, instante de actuação das cunhas de dobragem, numero de compressas acima e

abaixo no canal de saída da máquina e possibilidade de selecção do turno de trabalho.

Implementaram-se, também, funções relacionadas com a produção da máquina,

nomeadamente a contagem do número de compressas produzidas por turno que são

guardados, para posterior consulta, numa tabela semanal, dividida por dias de trabalho e

respectivos turnos, e que pode ser acedida na aplicação de interface. Ainda através da

aplicação podem ser editados até cinco programas com as configurações pretendidas

que serão guardadas em memória no PLC, para posterior selecção, permitindo desta

forma que a máquina possa ser reconfigurada rapidamente na troca de produto.


88

Outro requisito especificado pelo cliente seria a possibilidade de produção de

dois produtos distintos, sendo que a sua alteração apenas se prende com o padrão de

costura a realizar. Desta forma criou-se uma opção no software de interface que

possibilita habilitar/desabilitar a segunda máquina de costura, deixando-a de fora do seu

módulo de suporte caso não seja requerido o seu funcionamento.

Recorrendo-se a funcionalidades do terminal programável, implementou-se um

histórico dos últimos cem alarmes ocorridos na máquina, guardados na memória

retentiva do terminal, identificados com o tipo de alarme, data e hora de ocorrência e

desactivação.

Relativamente ao desempenho da máquina, esta tem uma capacidade de

produção máxima de 20 compressas por minuto, no padrão 2 de costura e 17

compressas por minuto no padrão 1, atingindo-se desta forma o requisito proposto que

definia uma cadência de recepção da máquina não superior a 4 segundos.

Uma das grandes dificuldades encontradas ao longo do projecto prendeu-se com

afinações mecânicas das máquinas de costura de forma a encontrar um compromisso

para que funcionassem sem problemas em modo automático. Esta tarefa desempenhada

em parceria com mecânicos/afinadores, revelou-se bastante morosa. Desta forma, as

mesmas, foram afinadas para uma velocidade máxima de funcionamento, segundo a

qual o fabricante garante um correcto funcionamento da máquina, sem problemas de

rebentamento de linhas ou pontos falsos de costura, potenciando desta forma a máquina

desenvolvida em termos da sua produtividade.

Devido ao ponto de costura requerido, as máquinas existentes para este efeito,

possuem linha superior, enrolada em cones de tamanho considerável e linha inferior

numa pequena bobina. A linha presente nesta bobina, em média, apenas cose cerca de

160 compressas. Com uma produção de 20 compressas por minuto, significa que de 8

em 8 minutos aproximadamente, é necessário proceder á troca das bobinas, o que se

revela como uma limitação da máquina, com prejuízo da produtividade.

5.2 Propostas de Trabalho Futuro

Como trabalho futuro sugere-se:

Criação de uma base de dados para guardar os dados de produção e

alarmes ocorridos no processo.


89

Criação de uma página Web, com consulta á base de dados,

possibilitando consultas restritivas da informação em qualquer ponto da

empresa, bastando um computador ligado em rede.

Desenvolvimento de um sistema automático para troca de bobina nas

máquinas de costura.

Melhoramento da monitorização do processo de costura, com detecção

de falhas no cruzamento das linhas, análise do arrasto durante a fase de

alimentação garantindo desta forma um compromisso de ponto constante

e controlo do consumo das linhas.


91

Referências

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4ª Edição, McGRAW- HILL

[2] Jack, H. (2008). Automating Manufacturing Systems With PLCs. Version 5.1

[3] Kusiak, A. e Wiley, J (2000). Computational Intelligence in Design and

Manufacturing, Acedido em: 20, Maio , 2010

[4] Pinto, J.R. (2004). Técnicas de Automação. Edições Técnicas e Profissionais.

Lisboa

[5] Pires, J. (2004). Automação Industrial. 2ª edição , Edições Técnicas e

Profissionais. Lisboa

[6] Mabotex Engineering. “Folding and packaging machines for cotton gauze

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[7] Tecnologia Hnos Espejo, S.L. “Automatic cutting and folding machine in non-

stop process”. Consultado em Abril de 2010. Disponível online em:

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Undertrimmer LS2-1780-M1TW/H1TW”. Consultado em Maio de 2010. Disponível

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[9] CKD. Pneumatic cylinders. Consultado em Maio de 2010. Disponível online

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[11] CKD. Pneumatic, vacuum and auxiliary components. Consultado em Maio de

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[12] OMRON Automação Industrial. “Sensor fotoeléctrico com estrutura M18 em

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92

[14] WENGLOR. “Operating Instructions Fiber Optic Cable Sensor ODX202”.

[15] ELTEX. “UPG yarn break detector 16720/16730” Consultado em Junho de

2010. Disponível online em: http://www.eltex.se/Winding/upg-yarn-break-detector

[16] Leine & Linde. “Datasheet RSI503” de Novembro de 2007

[17] FATEK Automation Corp. “Manuais técnicos do PLS série FBs”. Consultado

em Junho de 2010. Disponível online em: http://www.fatek.com/

[18] HMI Monitouch Hakko Electronics Co, Ltd. “Manuais técnicos”. Consultados

em Junho de 2010. Disponiveís online em: http://www.hakko-

elec.co.jp/en/download/01manu/index.php

[19] Toshiba. RS485 “Tosvert VF-nC3 Communication Function Instruction

Manual” de 2009.

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http://www.fatek.com/

http://www.hakko-elec.co.jp/en/download/01manu/index.php

http://www.hakko-elec.co.jp/en/download/01manu/index.php


93

Anexo A

Posições de memória associadas a cada parâmetro

Velocidade módulo de recepção DR509

Velocidade módulo de 1ª costura DR510



Velocidade das correias do módulo de mudança de

direcção da compressa

DR513

Velocidade dos rolos de mudança de direcção DR514

Velocidade do módulo de 4ª costura e correias do 1º

módulo de dobragem

DR515

Velocidade dos rolos dos dois módulos de

dobragem e correias do 2º módulo de dobragem

DR516

Inicio de costura máquina 1 DR501

Fim de costura máquina 1 DR517







Posicionamento das compressas no módulo de

mudança de direcção

DR505

Instante de actuação da cunha 1 de dobragem DR506




95

Anexo B - Acções

Operações Acções

Variador 1 - Correias de arrasto do módulo de recepção Y0

Variador 2 - Correias de arrasto do módulo de 1ª Costura Y1



Variador 5 - Correias de arrasto do módulo de mudança de direcção da

compressa

Y4

Variador 6 - Cilindros do módulo de mudança de direcção da compressa Y5

Variador 7 - Correias de arrasto do módulo de 4ª costura, e 1ª e 2ª dobra Y6

Variador 8 - Rolos de dobragem e correias de arrasto do modulo de 3ª dobra e


Y7

Coser máquina 1 Y8

Remate e corte de linha máquina 1 Y9

Calcador máquina 1 Y10

Coser máquina 2 Y11









Electroválvula dos cilindros de extracção das máquinas 1, 3 e 4 Y20

Electroválvula dos cilindros de levantamento de rolos de mudança de direcção

da compressa

Y21

Electroválvula do cilindro da 1ª dobra Y22



Electroválvula do cilindro associado ao recolhedor do sistema de

empilhamento

Y25

Electroválvula do cilindro associado ao separador do sistema de empilhamento Y26

Electroválvula do cilindro associado ao fixador do sistema de empilhamento Y27

Anexos

96

Electroválvula do cilindro de elevação do sistema de viragem de compressa

dobrada

Y28

Electroválvula do cilindro de rotação do sistema de viragem de compressa

dobrada

Y29

Electroválvula geral Y30

Inverter sentido de rotação dos rolos, através do variador 8 Y31

Electroválvula do cilindro de extracção da máquina 2 Y32

ON máquina fornecedora de compressa Y33

OFF máquina fornecedora de compressas Y34

Botão de emergência accionado M800









Compressa presa M809





Armazenador de compressas cheio M814

Temporizador de inicio de costura máquina 1 T0

Temporizador entre inicio de costura e habilitação do variador máquina 1 T1

Temporizador fim de costura máquina 1 T2

Temporizador remate e corte de linha máquina 1 T3

Temporizador levantamento do calcador máquina 1 T4








97










Temporizador posicionamento da compressa no módulo de mudança de

direcção

T28

Temporizador para accionamento da cunha de 1ª dobra T41



Temporizador cilindro vertical modulo de viragem de compressa dobrada T46

Temporizador cilindro horizontal modulo de viragem de compressa dobrada T47



Temporizador fecho das máquinas de costura T215

Temporizador levantar calcadores para abertura das máquinas T212

Temporizador baixar calcadores para abertura das máquinas T213

Temporizador levantar calcadores para fecho das máquinas T214

Temporizador entre contagem do número de compressas em baixo atingido e

subida do separador.

T227

Temporizador entre contagem do número de compressas em baixo atingido e

descida do separador.

T228

Temporizador alarme compressa presa entre módulos de 1ª e 2ª costura T230


Temporizador alarme compressa presa entre módulos de 3ª costura e módulo

de mudança de direcção da compressa

T232

Temporizador alarme compressa presa entre módulos de mudança de direcção

e 4ª costura

T233

Temporizador alarme compressa presa entre módulos de 4ª costura e 1ª e 2ª

dobras

T234

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de 1ª e 2ª dobras e

módulo de 3ªdobra

T235

Anexos

98

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de 3ªdobra e módulo de


T236

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de viragem de compressa

dobrada e empilhamento

T237


99

Anexo C – Receptividades

Encoder X0

Botão Stop X1

Sensor máquinas de costura extraídas X2

Sensor recepção de compressa no módulo de recepção X3

Sensor recepção de compressa no módulo de 1ª Costura X4

Sensor canela máquina 1 X5

Sensor linha superior máquina 1 X6







Sensor recepção de compressa no módulo de mudança de direcção X13

Sensor cilindro elevação dos rolos em cima X14




Sensor recepção de compressa no módulo de 1ª e 2ª dobras X18

Sensor cilindro dobra 1 á frente X19


Sensor recepção de compressa no módulo de 3ª dobra X21


Sensor recepção de compressa no módulo de empilhamento X23

Sensor recolhedor atrás X24

Sensor recolhedor á frente X25

Botão start X26

Cilindro fixador em cima X27

Sensor canal de saída cheio X28

Sensor recepção de compressa no módulo de viragem X29

Sensor rolos de mudança de direcção da compressa em cima X30

Sensor máquina 1 correctamente posicionada X31


Anexos

100



Botão “Exit” da janela de alarme de linha superior M105

Botão “Exit” da janela de compressa presa M102

Botão “Abrir todas as máquinas” da janela configurar parâmetros M242

Botão “Fechar máquinas” da janela de alarme de linha da canela M243

Botão “Inutilizar/utilizar” máquina 2 da janela configurar parâmetros M244

Botão da consola de alteração de número de compressas acima M245

Botão da consola de alteração de número de compressas a baixo M246

Botão selecção turno 1 na janela produção M200




Botão seleccionar programa 1 da janela “Seleccionar Programas” M10





Botão guardar programa 1 da janela “Editar Programas” M2

Botão guardar programa 2 da janela “Editar Programas M3

















101









Temporizador posicionamento da compressa no módulo de mudança de

direcção

T28








Temporizador fecho das máquinas de costura T215



Temporizador levantar calcadores para fecho das máquinas T214



Temporizador levantar calcadores para fecho da máquinas T230


Temporizador alarme compressa presa entre módulos de 3ª costura e módulo

de mudança de direcção da compressa

T232

Temporizador alarme compressa presa entre módulos de mudança de direcção

e 4ª costura

T233

Temporizador alarme compressa presa entre módulos de 4ª costura e 1ª e 2ª

dobras

T234

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de 1ª e 2ª dobras e

módulo de 3ªdobra

T235

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de 3ªdobra e módulo de


T236

Temporizador alarme compressa presa entre módulo de viragem de compressa T237

Anexos

102

dobrada e empilhamento

Automatização de uma máquina para costura...

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