CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL JOÃO...
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____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura” CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA GARÇA 2017
Transcript of CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL JOÃO...
____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI
LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO
DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA
GARÇA
2017
____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI
LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO
DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA
Artigo Científico apresentado à Faculdade de
Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito
para conclusão do curso de Tecnologia em
Mecatrônica Industrial, examinado pela
seguintecomissão de professores:
Data de aprovação: __/__/_____
__________________________________
Prof° Dr. Ulysses de Barros Fernandes
FATEC – Garça
_____________________________________
FATEC - Garça
_____________________________________
FATEC - Garça
GARÇA
2017
3
_________________________ ¹ Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec – Garça ² Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça - Fatec
DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA
João Paulo Castequini Vagetti ¹ [email protected]
Leandro Francisco Lourenço [email protected]
Prof° Dr. Ulysses de Barros Fernandes²
Resumo – Nos processos produtivos, a automação contribui para que as atividades
contidas em cada processo sejam executadas de maneira ágil e com menor custo de produção.Observando a necessidade da indústria em transportar e dosar grãos em determinadas porções e em diferentes processos,notou-se o problema relacionado à ergonomia, com condições que demandam muito esforço, ocasionando desperdício e estendendo o tempo. Para resolver o problema foi implantada uma dosadora de grãos automatizada, com uso da mecânica, elétrica, pneumática, sensoriamento e controlador lógico programável (CLP). Por possuir configurações de um sistema de malha fechadaé possível reduzir os esforços e riscos ao trabalhador, aumentando a velocidade de produção do processo devido à automação deste e a repetitividade. Como metodologia, foi escolhida a realização de um protótipo, que se constitui em um protótipo, para verificar a se a prática encontra-se fundamentada na teoria. As questões postas refletem a relevância do tema escolhido, pois atende às necessidades da indústria, minimiza o cansaço dos colaboradores e agrega conhecimento à ciência.
Palavras–chave: Automação. Dosadora de Grãos.CLP.
Abstract – In the productive processes, a contributory automation for activities as
activities contained in each process and executed in an agile way and with lower cost of production. Noting the need of the industry to transport and dosage grain in certain portions and in different processes, the problem related to ergonomics was noticed, with conditions that require a lot of effort, causing waste and increasing the time. To solve the problem, we implanted an automated grain dosage with the use of mechanical, electrical, pneumatic, sensing and programmable logic controller (PLC). It is therefore necessary to reduce production and risk to work by increasing the speed of production of the automation process and repeatability. As a methodology, the design of a prototype, which is an experiment, was chosen to verify a practical section in the database. As questions put, reflect the relevance of the chosen theme, because we are in the conditions of industry, we minimize consumers and add knowledge to science.
Keywords: Automation.Grain Meter. PLC
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1. INTRODUÇÃO
Nos processos produtivos, a automação contribui para que as atividades
contidas em cada processosejam executadas de maneira ágil e com menor custo de
produção.
Segundo Rosário (2009, p. 23), a automação é todo processo que realiza de
forma independente empreitas e atividades ou que serve de auxílio em tarefas
cotidianas. Para o autor “as principais vantagens da automação são o aumento da
eficiência dos processos, a diminuição dos custos, o aumento da competitividade e
do nível de exigência, a melhoria da qualidade e, por fim, maior controle e segurança
da operação”.
Em diversas situações, efeitos do cansaço afetam os operários,
comprometendo a capacidade de concentração e possibilitando erros operacionais
em equipamentos. Durante uma jornada de trabalho, processos automatizados
atuam constantemente mantendo um paradigma estipulado. Padrão de qualidade e
uniformidade são os resultados alcançados, evitando perdas ocasionadas por falhas
humanas, gerando economia e aumento da produtividade (SIGHIERIE e NISHINARI,
1973).
As empresas investem em maquinários com alta tecnologia agregada por
meio de interação entre si, na busca por alternativas com retorno em curto prazo,
criando um sistema independente, com a aplicação mínima de mão de obra em
qualquer processo produtivo.
Analisando os principais pontos na automatização de um sistema, enfatiza –
se a repetibilidade de um processo, já que a interferência humana será reduzida,
sendo necessário assegurar sua efetividade por meio de investimento no
equipamento, pesquisas e desenvolvimento.
Observando tanto a necessidade da indústria em transportar e dosar grãos
em determinadas porções em diferentes processos, quanto em consideração de
equipamentos contidos no mercado atual, fatores estes decisivos paraincentivarem a
elaboração de um equipamento de baixo custo que realize abastecimento controlado
e transporteparcial de guarnecimento de grãos.
1.1 Objetivos
Propiciar melhorias no processo do abastecimentode recipientes de grãos,
automatizando e aumentando a precisão pelo volume a ser preenchido, aumentar a
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velocidade da produção com maior segurança, reduzindo os esforços e riscos ao
trabalhador.
Verificara possibilidade da automação do processo da produção flexível com
a célula produtiva proposta e verificar a repetibilidade do processo.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Revisão Bibliográfica
As questões pertinentes ao tema passam pela automação no processo de
abastecimento de grãos, uma tecnologia que está inserida no contexto da
Mecatrônica Industrial, fator este que demanda investimentos em abastecimento
derecipientes de armazenamento e o transporte, com uso da mecânica, elétrica,
pneumática, sensoriamento e controlador lógico programável (CLP).
O abastecimento de grãos pode ser feito manualmente o que demanda
esforço, tempo e ocasiona desperdício, ou de forma automática, reduzindo ou
excluindo os problemas.
Carvalho et al.(2011).
[...]no Brasil são dotados de sistemas de abastecimento de ração automáticos, quetêm como objetivo melhorar o processo dedistribuição de ração de forma uniforme, reduzir odesperdício e minimizar o esforço feito pelos tratadores. No entanto, existem aindagalpões antigosequipados com comedouros manuais ou tubulares que demandam maior tempo para opreenchimento total e que exigem grande esforço por parte dos trabalhadores, que necessitamnumperíodo rápido, abastecer todos os comedouros a partir do uso debaldes e tração de diversoscarrinhos de mão cheios de ração.
Pressupondo que a realização do abastecimento de forma manual expõe o
trabalhador à sobrecarga física, desenvolveu a pesquisa relacionada a um dosador
de grãos automatizado.
[...] dosador é um equipamento utilizado para ministrar a quantidade adequada de produto ou ingrediente para um fim específico. Pode ser utilizados na indústria de alimentos, concretos, plásticos, etc., é comum seu uso para preparação de soluções e adição de suplementos, bem como, o reabastecimento de produtos (PRADO e EBEL, 2011 apud VERAS ; NASCIMENTO NETO, 2015).
No entanto, pode-se elaborar um sistema de dosagem com elementos de
integração com configurações, controlar as matérias introduzidas no processo
estabelecendo uma unidade de medida, que pode ser por volume específico.
A pesquisa está fundamentada em leituras de fontes qualitativas, de autores
que se dedicaram a pesquisa, e que contribuíram para as discussões e os
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questionamentos sobre o processo e os resultados que se fazem presentes no
desenvolvimento do trabalho em questão.
A metodologia utilizada é a construção de um protótipo, o qual se constitui em
um experimento atrelado à fundamentação teórica e suas etapas são:
2.1.1Sistema de Coroa e Sem-Fim
Para transmitir potencia e movimento entre eixos reversos, eventualmente
utiliza-se engrenamentos com o sistema sem-fim e coroa. Usualmente o ângulo
formado entre si é de 90°. O sem-fim se equipara a um parafuso de ampliação de
potência e a coroa se assemelha a uma engrenagem comum cilíndrica.
Quando o sem-fim estiver girando livremente em movimentos axiais, a coroa
será posta em movimento de rotação simulando o movimento linear de avanço de
uma cremalheira. Para o autor, com este modo de engrenamento de sem-fim e
coroa adquiri-se grandes razões de redução.
[...] são comuns razões variando entre 3 ½ : 1 até 100 :1, embora os engrenamentos com sem-fim possam ser produzidos para proverem razões de 1:1 até 360 :1. Devido a ação de rosca, os engrenamentos com sem-fim são silenciosos, livres de vibrações e produzem uma velocidade de saída constante livre de pulsações.
As linhas de contato entre sem-fim e os dentes da coroa progridem partindo das extremidades na direção das raízes dos dentes da coroa à medida que estes atravessam o engrenamento (COLLINS,2006).
Na Figura 01, um esboço de um arranjo de engrenamento com coroa e sem-
fim cilíndrico.
Figura 01: Arranjo de engrenamento com coroa e sem-fim
Fonte: Collins (2006).
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Para projetar adequadamente um sistema de engrenamento de coroa e sem-
fim, é necessário seguir uma especificação básica, onde o passo axial do sem-fim
deve ser igual ao passo circular da coroa.
A fabricação de um sem-fim pode ser de uma ou múltiplas roscas, onde é
tratado como “dentes do sem-fim”. Em razões de redução acima de 30:1, utiliza-se
sem-fim com uma rosca, e abaixo de 30:1, as múltiplas roscas são mais comuns. No
entanto a razão de redução é uma função do número de dentes da coroa e do
numero de roscas do sem-fim.
2.1.2 Motores de Corrente Contínua do Tipo Escova
Os motores elétricos são utilizados freqüentemente para o controle de
sistemas que depende de velocidade ou posição de determinado equipamento.
Possuem dois tipos de categorias principais: CC (Corrente Continua) e CA (Corrente
Alternada), sendo o mais utilizado os motores de CC do tipo escova em sistema de
controle moderno.
Um motor CC do tipo escova é essencialmente uma bobina de fio, conhecida
como rotor, que gira livremente no campo de um imã permanente, denominado
como eletroímã.
Quando uma corrente passa pela bobina, a força resultante age na suas
laterais com ângulos de 90º com o campo o fazendo girar. Para a rotação continuar,
quando a bobina pela posição vertical, o sentido da corrente na bobina tem que ser
invertido, isso só é possível com o uso das escovas que fazem contato com o anel
comutador divido que gira com a bobina (BOLTON, 2010).
2.1.3 Sensores Ópticos
São componentes eletrônicos de sinalização e comando que executam
detecção de objetos nem a necessidade do contato mecânico entre eles.
O funcionamento de um sensor óptico é fundamentado em um emissor e
receptor. Um feixe de luz deve alcançar o receptor com uma intensidade suficiente
para fazer com que o sensor comute uma saída conforme demonstrado na Figura
02.
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Figura 02: Princípios de funcionamento
Fonte: Thomazini e Albuquerque (2010).
Um sinal de luz é gerado pelo emissor do sensor em uma determinada
freqüência, assim o receptor é acoplado em um filtro onde considera somente sinais
com a mesma freqüência do emissor. Essa configuração é empregada ao sensor
para minimizar interferências de outras fontes luminosas (THOMAZINI E
ALBUQUERQUE, 2010).
2.1.3.1 Sensor Óptico SICK W12-3
Sensor de Luz de reflexão e supressão do fundo, com dimensão retangular,
alcança uma distancia de comutação de até 350 mm, sua configuração de alcance é
por meio de potenciômetro. Sensor ideal para trajeto de transporte de bandejas
assegura precisamente o posicionamentodestas. Sua tensão de alimentação é de 10
a 30 V com consumo nominal de 100 mA (SICK, 2017). Na Figura 3 é possível
visualizar odiagrama esquemático de ligação.
Figura 03: Sensor SICK W12-3
Fonte: Dos autores
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2.1.4 Controladores lógicos programáveis
Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são computadores de tamanho
reduzido projetado para o ambiente industrial, sendo assim são equipamentos
resistentes a toda hostilidade que possa ocorrer numa indústria como altas
temperaturas, umidade, poeira e etc (JUAREZ, 2010).
Segundo Felipe (2010) são ferramentas muito importantes no controle de
processos industriais, pois, processam um grande número de entradas (sensores) e
com essas informações controlam diversas saídas (atuadores), são como cérebros
capazes de tomar uma infinidade de decisões desde que programados para isso,
desde processos simples como o controle de um motor até processos industriais
complexos como uma linha de produção de automóveis, isso torna o CLP
indispensável em qualquer processo industrial moderno. De uma forma bem
grosseira podemos descrever a seqüência lógica de funcionamento de um CLP de
acordo com a Figura 04.
Figura 04: Fluxograma de um processo lógico
Fonte: clpredes.wordpress.com
Todo CLP pode ser dividido em três partes básicas, a fonte de alimentação,
central de processamento da unidade (CPU) e blocos de entradas e saídas E/S (ou
do inglês inputs/outputs I/O). A fonte de alimentação para um CLP normalmente
trata se de uma fonte chaveada de 24Vcc, esta serve para a alimentação dos blocos
de entradas e saídas e a CPU. A CPU pode ter diversas formas se naturezas,
alguns CLPs utilizam micro controlador, que era a forma mais usada antigamente,
mas com o avanço e criação de programas e comandos mais complexos, muitos
CLPs hoje utilizam microprocessadores como os de computadores mudando apenas
a forma de construção.“Os blocos de entradas e saídas são por onde o CLP recebe
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e enviam informações, estas podem ser analógicas ou digitais, existem blocos que
mesclam estes dois tipos de entradas e saídas, um bloco contém normalmente
somente entradas e saídas” (CAMARGO, 2010).
“Para que um CLP atue como tal, é necessário que se tenha uma
programação, esta, normalmente é feita através de um software onde se desenvolve
o programa e depois se faz o download para o equipamento” (CAMARGO, 2010).
2.1.4.1 CLP Allen Bradley Micrologix 1000
O micro controlador CLP Micrologix 1000 controla variedades de aplicações
extensivas em E/S de 32 pontos no mesmo tempo de execução. Possuindo 1k de
memória pré-configurada de programação e um processamento com tempo de
throughpur de 1,5 ms para programas de 500 instruções.
Com uma memória EEPROM instalada retém a lógica ladder e dados no caso
de ausência de energia do controlador, permite a eliminação de backup de bateria.
Vários pontos comuns de entrada permitem a utilização do controlador em
dispositivos de entrada sink ou source e vários pontos comuns de saída oferecem
isolamento em aplicações de saída com várias tensões. Na Figura 05 abaixo o CLP
utilizado.
Figura 05: CLP Allen-BradleyMicroLogix 1000
Fonte: Dos autores
2.1.5 Válvulas Direcionais
Segundo Bolton (2010) os sistemas hidráulicos e pneumáticos usam válvulas
de controle direcional para conduzir a vazão de um fluído através de um sistema.
Sua utilização é aplicada para variar a vazão do fluído, mas apenas abrem ou
fecham completamente, ou seja, são dispositivos on/off.Estas válvulas on/off são
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muito usadas no desenvolvimento de sistema de controle seqüencial. Para ativar a
comutação, a direção da vazão do fluído através acionamento mecânico, elétrico ou
de pressão de fluído.
2.1.5.1 Válvula Festo MFH 5 1/8
A válvula Festo MFH 5 1/8 (Figura 06) possui vida útil longa com até 200
milhões de ciclos de comutação com princípios inovadores que foram testados e
aprovados em milhões de aplicações. Por ser 5/2 vias, sua versão é simples de
duplo solenóide no manifold de alumínio. Sua fácil aplicação é permitida por possuir
um design robusto e compacto.
Alimentação de 24 Vcc, conectores M8 com vazão de 350mm³/s e 14mm de
largura, a torna um componente muito utilizado em sistemas pneumáticos.
Figura 06: Válvula convencional Festo 5 1/8
Fonte: Dos autores
2.1.6 Cilindro Pneumático
Para Bolton (2010) “o cilindro hidráulico ou pneumático é um exemplo de um
atuador linear. Os princípios e tipos são os mesmos para as versões hidráulica e
pneumática, sendo as diferenças apenas uma questão de tamanho como uma
conseqüência das pressões maiores usadas em hidráulica.” O cilindro consiste de
um tubo cilíndrico ao longo do qual um pistão/êmbolo pode deslizar.
A escolha de um cilindro é determinada pela força e a velocidade necessária
para mover a carga. Os cilindros hidráulicos são capazes de forças muito maiores do
que os pneumáticos. Entretanto, os cilindros pneumáticos são capazes de
velocidades maiores.
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2.1.6.1 Cilindro Pneumático Convencional Festo
Com sua dimensão de 20 mm, o cilindro pneumático convencional Festo
(Figura 07) é ideal para tarefas simples na automação com abertura de válvulas
borboletas, desvios e simples funções de fixação e retenção. Por ter fixações
oscilantes, pouco peso, alta resistência (Festo, 2009).
Figura 07: Cilindro Pneumático Convencional
Fonte: Dos autores
2.2 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO
Sendo este um projeto de abastecimento e transporte automático de grãos,
pode este ser dividido em três partes principais para melhor analise, sendo elas a
estrutura transportadora, sistemade abastecimento e painel de comando controlado
por malha fechada conforme apresentado na Figura 08.
Figura 08: Dosadora de grãos automatizada
Fonte: Dos autores
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2.2.1 Esteira Transportadora
Tem a função de transportar recipientes de armazenamento de grãos para o
ponto de dosagem e seqüencialmente até o final de seu limite de deslocamento,
dando fim ao processo. Eixo motor e movido, lona transportadora, esticadores,
sensor de posicionamento de peça, motor acionador e redução de transmissão são
fixados em uma estrutura metálica caracterizando o esse conjunto de componentes
(Figura 09) como esteira transportadora.
Figura 09: Esteira transportadora
Fonte: Dos autores
2.2.1.1 Estrutura da Esteira
Fabricado de metalon com dimensões de 620 mm x 130 mm x 50 mm esp.2,
sua principal função é acondicionar o esquadrejamento da esteira transportadora,
mantendo a lona transportadora alinhada e comportar todos os componentes
elétricos e mecânicoscontidos nesta. Em uma de suas extremidades, foram
instalados dois esticadores possibilitando o tensionamento e alinhamento da lona
transportadora. Por ser fabricado com um material robusto, é possível aplicação em
ambientes agressivos ao maquinário.
2.2.1.2 Lona Transportadora
Com características técnicas que permite em diversos usos de esteiras,
possui alta resistência a tensões permitindo inúmeras aplicações e segurança na
operação. Tem a função de efetuar o transporte do recipiente de armazenamento de
grãos, seja este plano ou inclinado. A lona transportadora é sustentada por dois
roletes de nylon instalados um em cada extremidades da estrutura da esteira. Os
eixos têm a função de fazer com que a lona transportadora deslize por dentro da
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estrutura da esteira. Apenas um dos roletes é tracionado por um motor de corrente
continua, sendo assim permitindo o movimento da lona.
2.2.1.3 Motor da Esteira
Alojado na lateral direita da estrutura da esteira conforme pode ser visto na
figura 09, o motor da esteira, é um motor de corrente contínua com redução de
transmissão e tem a atribuição de tracionar a lona transportadora por meio de um
eixo trefilado conectado junto ao rolete de nylon. Com tensão de alimentação de 12
VCCe consumo nominal de 7,5 A é possível adquirir um torque de 35 Nm (Newton /
metros) graças à redução de transmissão com relação de 6:1 do tipo coroa e sem-
fim integrada ao motor.
2.2.1.4 Sensor de posição
Posicionado na lateral esquerda da estrutura da esteira, tem a finalidade de
detectar o recipiente de armazenamento de grãos quando alinhado sob a área de
descarga de grãos e enviar pulsos de valores altos para a entrada do CLP.
Conforme descrito no item 2.1.3.1, é possível melhor compreensão em suas
especificações.
2.2.2 Sistema de Abastecimento
Tem a função de abastecer com grãos o recipiente de armazenamento. O meio de
acionamento do sistema de abastecimento é pneumático controlado por CLP. De
acordo com a Figura 10, é possível ver os componentes contidos no sistema que
são: reservatório de grãos, válvula direcional de fluxo de ar, atuador linear
pneumático, sensor volumétrico e válvula controladora. Deste modo é possível dosar
a quantidade configurada por leitura de volume.
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Figura 10: Sistema de abastecimento
Fonte: Dos Autores
2.2.2.1 Reservatório de grãos
O reservatório de grãos está alocado sobre a estrutura da esteira na
extremidade oposta ao motor de tração da lona e fixado por duas colunas de
metalon, sua finalidade é estocar grãos para a dosagem dos recipientes que serão
abastecidos durante o processo.
2.2.2.2 Pistão da válvula controladora
É um cilindro atuador linear pneumático e está posicionada na lateral
esquerda do reservatório de grãos, quando acionado, sua haste realiza um
movimento linear de avanço e ao desacionar ocorre o recuo desta haste. Esses
movimentos são possíveis por possuir duas entradas de fluxo de ar, assim
nomeando um cilindro de duplo acionamento. A extremidade da haste esta fixada na
aba externa da válvula controladora, sendo assim, sua função é de executar a
abertura e o fechamento desta. De acordo com suas características de
amortecimento, é possível efetuar este processo sem que ocorram vibrações ao
sistema de abastecimento.
2.2.2.3 Válvula Direcional
É uma válvula direcional de fluxo de ar de 5/2 vias por acionamento elétrico
com tensão de alimentação de 24 Vcc. Tem a função de direcionar o fluxo de ar para
uma das entradas do cilindro atuador linear pneumático, estipulado pela comutação
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da válvula. A comutação ocorre somente quando o CLP envia um sinal para um dos
relés do sistema, que por sua vez alimenta o solenóide da válvula dando seqüência
ao processo pneumático.
2.2.2.4 Válvula Controladora
A válvula controladora é do tipo esférico, possui uma aba externa do corpo da
válvula, podendo assim ser acionada por meio mecânico. Está fixada na região
inferior do reservatório de grãos e tem a função de controlar o fluxo de grãos que é
despejado no recipiente de armazenamento. Pode–se considerar uma válvula do
tipo on/off.
2.2.2.5 Sensor Volumétrico
É um sensor igual ao modelo utilizado para o posicionamento do recipiente
(2.2.1.4 Sensor de Posição), porém com a função de identificar o volume de grãos
estipulado através do alcance do feixe de luz do sensor. Conforme descrito no item
2.1.3.1 é possível melhor compreensão em suas especificações
2.2.3 Painel de Comando
O painel de comando é composto por controlador lógico programável,
botoeiras, fontes alimentadoras, disjuntores unipolares de 10 A, botoeiras e relês de
acionamento. Tem a finalidade de alimentar todo o sistema elétrico e controlar a
dosadora automatizada. Todos seus componentes estão fixados em uma estrutura
acrílica permitindo a isolação elétrica entre componentes conforme a Figura 11.
Figura11: Painel de comando
Fonte: Dos autores
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2.2.3.1 Fontes alimentadoras
A fonte alimentadora Schmeasal possui entrada de 100 a 240 Vca /1,5 A e
saída de 24 Vcc / 2 A é responsável por alimentar o CLP. Já a fonte alimentadora
Monterey possui entradas de 115 Vca / 12 A e 230 Vca / 6ª e saídas de até 12 Vcc
foi destinada a alimentação do motor de tração da lona transportadora.
2.2.3.2 Controlador Lógico Programável
O CLP utilizado conforme mencionado em 2.1.4.1, possui 20 entradas e 12
saídas (I/O’s), com tensão de alimentação de 24 Vcc, este tem a principal função do
maquinário, que é efetuar a leitura dos sensores e executar as ações para cada
atuador. Para isso foi utilizada a linguagem ladder conforme a Figura 12, onde foi
possível desenvolver o funcionamento do processo.
Figura 12: Programação ladder
Fonte: Dos autores
2.2.3.3 Botoeira
Composto por 2 (dois) botões e 1 (uma) chave de emergência, é utilizado pelo
operador para inicio e parada do processo do maquinário e são identificados
conforme apresentados abaixo:
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START: Tem a função de iniciar o ciclo do processo. É um botão de
pulso, com retorno por mola de cor verde;
STOP: Tem a função de parar o ciclo do processo. É um botão de
pulso, com retorno por mola de cor vermelha;
EMERGENCY KEY: Tem a função de interromper a alimentação de
forma instantânea, permite corrente nominal de 250 A.
2.2.3.3 Relês de segurança
Devido as cargas nas saídas do CLP serem indutivas e desta forma no
acionamento gerar um pico de corrente, foram utilizados relês Allen – Bradley de 24
VCC para interface de acionamento das cargas que são motor e válvula direcional.
2.2.4 Montagem Final
O funcionamento do equipamento só é permitido quando está conectado em
uma rede elétrica de 127 V nas condições em que os 2 (dois) disjuntores unipolares
de 10 A estejam ligados, o reservatório de grãos esteja constantemente abastecido
e deve haver alimentação uniforme de ar comprimido para o sistema pneumático.
Com os disjuntores ligados, é permitida a passagem de corrente elétrica para
as fontes alimentadoras de 12 e 24 VCC, que por sua vez, energizam os seguintes
componentes:
Fonte 12 Vcc: Motor de corrente contínua com redução de transmissão
(Motor da Esteira);
Fonte 24 Vcc: CLP, botão “START”, sensor de posição, sensor
volumétrico e válvula direcional de fluxo de ar.
Na Figura 13 é demonstrado o esquema parcial de alimentação de energia.
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Figura 13: Esquema Elétrico
Fonte: Dos autores
Acionando o botão “START”, um pulso é dado para entrada i0.0 do CLP que
na sequência processa a informação realizando a inserção da saída o0.0 com a
bobina do relé 1 (conforme descritos no item 2.2.3.3). Ao ser energizado, este
possibilita a passagem de corrente elétrica para o motor da esteira, no que efetua o
movimento linear da lona transportadora. Uma vez se movimentando, a esteira
efetuara uma parada, quando o recipienteque estiver sobre a lona transportadora se
alinhar sob a válvula controladora. Essa parada, somente é possível, porque o
recipiente corta o feixe de luz do sensor de posição (conforme 2.2.1.4), onde
esteenvia a informação para a entradai0.1do CLP, realizando um novo
processamento, ocorrendo o corte de energia do relé 1 (saída o0.0).
Simultaneamente com o processamento da informação vinda do sensor de
posição, a saída o0.1 do CLP emite um sinal para a bobina do rele 2, que por sua
vez permite a alimentação elétricado solenóide da válvula direcional. Ao ser
acionada, a válvula direcional guia o fluxo de ar (conforme descrito no item 2.2.2.3)
até a entrada traseira da câmara do pistão da válvula controladora, onde, uma vez
inserido ar comprimido, ocorre o avanço de sua haste que está fixada na aba
externa da válvula controladora. Por estar fixados, essa atuação realizada pelo
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pistão pneumático repercute na abertura da válvula controladora, dando inicio ao
despejamento de grãoscontidos no reservatório por meio gravitacional.
Um sensor volumétrico (item 2.2.2.5) posicionado sobre o recipiente e está
responsável pelo corte do abastecimento dos grãos. Quando os grãos alcançarem
um volume estipulado que é determinado pelo o alcance do feixe de luz do sensor
volumétrico, um sinal é emitido para a entrada i0.2 do CLP que, ao processar a
informação vinda deste sensor, é retirada a alimentação elétrica do rele 2,
resultando no desacionamento da válvula direcional, seqüencialmente o
recolhimento da haste do pistão pneumático e o fechamento da válvula controladora.
O reinicio do processo é realizado automaticamente, devido a programação
realizada.
O processo pode ser interrompido com o acionamento do botão STOP (i0.3)
ou o botão EMERGENCY KEY.
2.3 Resultados
Os primeiros testes funcionais realizados não ocorreram de forma esperada.
No primeiro movimento da esteira, notou-se que a lona transportadora rodava frouxa
e não manteve um alinhamento em seu movimento, colidindo com a lateral interna
da estrutura da esteira. Para sanar esta falha, foi instalado esticadores nas
extremidades da estrutura, permitindo um tensionamento e alinhamento da lona
transportadora.
Realizado novo teste funcional, com a lona tensionada e alinhada, ocorre uma
força lateral sobre o eixo motriz e ocasiona uma sobrecarga no motor
impossibilitando seu funcionamento por mais de 10 minutos. Com isso foi necessário
a substituição do motor para um de maior potencia de 4 W para 46 W, permitindo o
funcionamento em condições normais.
De forma geral os objetivos foram alcançados. O equipamento apresentou
repetibilidade no processo, efetuando leitura eficaz de volume dos recipientes
abastecidos.
Para projetos futuros, é possível incrementar novos segmentos automatizados
de acordo com a necessidade de cada processo, sendo este em especifico,
abastecimento de grãos.
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3.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com os objetivos do trabalho alcançados acredita-se que com esse
maquinário, muitos setores com a necessidade de transportar e dosar grãos terão
uma forma mais eficiente neste tipo de processo. Como a configuração do projeto
não exige manejo do operador para abastecer e transportar parcialmente os
recipientes de armazenamento, conclui-se que é possível reduzir os esforços e
riscos ao trabalhador aumentando a velocidade de produção. Pelos resultados e
características apresentadas, fica clara a necessidade de melhoria a ser feita e
requer a alteração dos componentes estabelecidos devido a aplicação em uma
indústria exigirem um dimensionamento maior destes componentes. No entanto, a
automação deste processo deabastecimento controlado e transporteparcial de
guarnecimento de grãos é possível.
Deixa-se esse protótipo aberto para melhoria e utilização no aprendizado e
treinamentos em técnicos da área.
4 REFERÊNCIAS
FRANCHI, Claiton Moro; CAMARGO, Valter Luis Arlindo de, Controladores
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