Introdução

Este trabalho teve como principal objectivo adquirir conhecimentos a

nível de variadores de velocidade, autómatos programáveis ( PLCs ),

terminais de comunicação, assim como resolver problemas que surgem só

quando se põe as máquinas a trabalhar.

A máquina em estudo já estava implementada, apresentando alguns

problemas de funcionamento, pretendendo-se assim, apresentar soluções para

os resolver e para optimizar o seu funcionamento.

Como já vimos, na descrição do processo de fabrico, esta máquina está

situada na parte final da linha de produção.

Conforme o tipo de garrafa que se encontra em produção, usamos o

macho ou escovilhão. O macho tem forma cónica, assim como a rosca das

bolachas em que é usado. À medida que vai enroscando, a força exercida

aumenta, e aproveitamos esta força que se traduz em corrente absorvida pelo

motor, para controlar o momento em que termina a roscagem. O escovilhão é

uma escova cilíndrica que deverá passar uma série de vezes pela rosca da

bolacha. Como aqui não podemos usar o aumento de corrente, definiu-se no

programa o número de cursos que o escovilhão deve realizar, e colocou-se uns

detectores para limitar o limite superior e inferior do curso do escovilhão.

Macho Escovilhão

Estudo prévio do material

Autómato

A máquina de passar macho utiliza o PLC TSX 37-22 da

Telemecanique. O TSX 37-22, tem um relógio interno em tempo real que

permite a expansão do volume da memória de aplicação e um módulo de

comunicação. Estes não incorporam módulos de entrada/saída na base de

dados, mas conseguem receber um mini encaixe que permite que o número de

entradas/saídas seja expandida para 256 I/O. Os PLCs TSX 37-22 tem 2

versões de configurações diferentes para ir de encontro aos requisitos de

fornecimentos directos e alternados. Os PLCs modulares TSX 37-22 são

idênticos em todos os aspectos aos TSX 37-21 PLCs, com contagens mais

rápidas e funções analógicas de entrada e saída já incorporadas.

O PLC TSX 37-21 e o TSX 37-22 consistem num suporte contendo uma

fonte 24 VDC (TSX 37-21 101 e TSX 37-22 101) ou 100-240 VAC (TSX 37-

21 e TSX 37-22 001), processador, memória, watchdog e 3 slots para

módulos. Usando a mini extensão TSX RKZ 02 é possível adicionar 2 slots

extras ao PLC. O conjunto é constituído por 5 slots que estão disponíveis e

cada um pode ser equipado com um módulo de tamanho standard ou 2

módulos de metade do tamanho standard, excepto o primeiro módulo que

pode ser equipado com apenas um módulo de tamanho standard.

O display centraliza todas as informações necessárias para diagnóstico e

para a manutenção do PLC e seus módulos. Para tal, dá-nos a seguinte

informação:

8 LEDs de estado dando a informação da função do PLC (RUN, TER, I/O, ERR

e BAT) e a modalidade de exposição actual (R I/O, LEDs de WRD e de DIAG),

painel de 96 LEDs que indicam: entradas/saídas locais na modalidade de

exposição (BASE ou EXT); o status de todas as entradas do PLC e saídas

discretas; entradas/saídas remotas na modalidade de exposição (R I/O); o status

da entrada/saída discreta de cada escravo actual.

A memória interna do TSX 3722 é composta por dois locais distintos de

armazenamento:

Uma memória RAM interna usada por aplicações do programa com

uma capacidade de 20 Kwords que poderá ser expandida até

64Kwords através de um cartão de memória PCMCIA.

Uma memória EPROM de 16 Kwords, que serve de memória de

backup:

o de aplicações do programa (só 15 Kwords podem ser usadas)

o para words internas %MW até uma máximo de 1000 (sendo

reservada 1Kword).

Variador de Velocidade

Nesta máquina existem 2 variadores de velocidade. Temos um para

controlar o motor de deslocamento vertical do braço da cabeça, e o outro para

controlar o motor de rotação do macho.

Para nos familiarizarmos com os variadores de velocidade, foi-nos

cedido um variador ATV28 da Schneider – Telemecanique com o qual foi

possível efectuar vários tipos de testes com o objectivo de compreendermos o

seu funcionamento assim como explorar as suas capacidades e possibilidades

a nível de utilização.

Este variador de velocidade é em todos os aspectos fundamentais,

semelhante aos variadores utilizados na máquina em questão, (recorde-se que

os utilizados na máquina são o ATV18 e o ATV58), o que nos permitiu

simular vários aspectos e pormenores do seu funcionamento.

O princípio básico de variadores de velocidade é transformar a energia

eléctrica de frequência industrial em energia eléctrica de frequência variável.

Os variadores de velocidade para motores de indução AC conseguem

esta variação de velocidade com duas etapas de funcionamento: uma primeira

etapa rectificadora que transforma corrente alternada em contínua, e outra

inversora que transforma corrente contínua em alternada, com uma frequência

e um valor de tensão que dependerá dos impulsos de controlo. Desta forma

consegue-se uma tensão variável nos terminais do motor e deste modo

permite-se ao motor de indução um arranque de forma eficiente a diferentes

velocidades.

A utilização de variadores de velocidade permite reduzir o consumo

energético, um melhor controlo operativo, melhorando a rentabilidade e

produtividade dos processos produtivos, e ainda uma maior economia em

produção. Podemos ainda obter amplas gamas de velocidade, de binário e de

potência, obtenção de factor de potência unitário, facilitando também o

controlo com vários motores. Permite ter uma resposta dinâmica comparável

com os drivers DC.

Esquema de funcionamento de um variador de velocidade

Os variadores de velocidade utilizados permitem dois tipos de controlo:

controlo manual de velocidade, em que a velocidade pode ser estabelecida ou

modificada manualmente (display do operador) onde é possível a inversão do

sentido de rotação, ou controlo automático de velocidade, que utilizando

realimentação pode-se ajustar velocidades automaticamente (ideal para

aplicações nas quais a velocidade requerida varia de forma contínua).

Os variadores de velocidade trabalham com tecnologia PWM

(modulação por largura de impulsos), na qual a forma da curva de tensão

entregue ao motor é sincronizada a alta frequência por comutações nos

componentes de saída do inversor. O rendimento deste método de controlo é

superior a 95%.

Esta forma de onda sintetizada tem uma pequena quantidade de distorção

de harmónicos, os quais aumentam as perdas do motor. Com motores antigos,

é importante verificar se o isolamento pode resistir aos picos de tensão

devidos ao variador de velocidade.

A utilização de variadores de velocidade com controlo vectorial

apresenta rendimento próximo aos motores DC. Esta característica faz com

que os variadores sejam instalados em aplicações onde estavam instalados os

motores DC, que até agora, eram os mais utilizados.

O controlador de velocidade utilizado, está equipado com dispositivos de

segurança que no caso de avaria pode desligar-se e consequentemente o

motor. O motor pode também ser parado por bloqueio mecânico. As variações

de tensão, especialmente falhas de alimentação, podem também causar

paragens do motor.

No caso em que o motivo da paragem deixe de ocorrer, há o risco de

recomeçar o funcionamento, o que porá em perigo a segurança de certas

máquinas ou pessoas, tornando-se necessário tomar cuidados no sentido de

evitar esta situação, usando um detector de baixas velocidades que desligue a

alimentação do controlador de velocidade se o motor faz uma paragem não

programada.

Terminal Magelis

Nesta máquina usamos um terminal Magelis para o operador poder

inserir ou consultar o binário de aperto.

As principais características do MAGELiS XBT-H incluem:

Duas linhas de 20 caracteres.

Várias versões do painel, disponíveis com ou sem chaves de introdução

de dados até 4 chaves de função.

Flash-EEPROM com a possibilidade de carregamento remoto de

aplicações de programas e de protocolos.

Software de simulação para verificar programas de aplicação com o PC antes da

instalação do PLC/terminal.

O terminal MAGELIS é de fácil utilização, permitindo uma relação

simples do operador com a máquina. Este terminal liga-se directamente ao

autómato. Também é fácil de criar e modificar mensagens e alarmes usando o

software MAGELIS.

Terminal Magelis

Descrição do funcionamento

O painel de controlo da máquina de passar macho é constituído pelos

botões e comutadores de controlo presentes na figura seguinte.

Na parte lateral existe ainda um botão para a limpeza manual do macho.

Painel de controlo

No modo automático, e quando é premido o botão de início de ciclo, o

travão de entrada normalmente fechado, abre e deixa passar uma garrafa,

fechando imediatamente a seguir.

Conforme o comutador de selecção do modo alternado/contínuo estiver

seleccionado, o travão abre e fecha permitindo, no caso do modo contínuo,

deixar passar uma garrafa para que apenas uma das máquinas de passar macho

efectue a operação, ou então, no caso de estar seleccionado o modo alternado,

deixar passar duas garrafas alternadamente de modo a que seja possível às

duas máquinas de passar macho realizarem a operação ao mesmo tempo.

Quando a garrafa passa à frente do detector de posição centrada (I1.31),

o elevador é accionado, de modo a retirar a garrafa do tapete rolante e as

maxilas são activadas agarrando a garrafa.

Assim que a garrafa está fixa, a cabeça desce até à bolacha da garrafa,

parando de descer assim que o sensor de posição ( I1.12 ) é activado. Neste

momento o macho fica em contacto com a bolacha, e inicia o movimento de

rotação, enroscando na bolacha até atingir o binário predefinido. Como a

rosca é cónica, o binário começa a aumentar à medida que vai apertando até

atingir o binário previamente definido. Nesse momento, é activado I1.23

(limite de binário atingido).

Quando I1.23 é activado, inicia-se o movimento de rotação no sentido

inverso, de modo a desenroscar o macho até voltar a activar I1.12 . Neste

instante, está garantida a segurança para que a cabeça volte a subir até actuar

I1.17 (cabeça em posição de ciclo). Entretanto é activado um sopro de ar,

direccionado para o macho, para limpeza.

Assim que a cabeça é recolhida, pode ainda ocorrer a lubrificação e/ou

limpeza do macho. Caso a opção de lubrificação esteja seleccionada, I1.20

está activo, e então é aplicado um esguicho de óleo ao macho de modo a

lubrificá-lo.

De seguida, as maxilas abrem novamente para libertar a garrafa e desce o

elevador, pousando aquela no tapete rolante.

Assim que a garrafa passa pelo detector à saída (I1.9), recebe um jacto

de ar na parte superior junto à bolacha de modo a limpar impurezas ou

sujidade acumulada.

Quando a garrafa sai do alcance do detector de saída, é permitida a

entrada de uma nova garrafa na máquina para se dar início a um novo ciclo.

O princípio de funcionamento da máquina com o uso do escovilhão é

semelhante. Enquanto na passagem do macho a cabeça começa a maquinar

quando I1.12 é activado, e recolhe quando o binário predefinido é atingido, na

passagem do escovilhão tem de se regular uma série de detectores conforme o

tipo de garrafa em causa. Então a cabeça desce até activar I1.18 (limite

superior do curso do escovilhão) e maquina descendo até I1.27 (limite inferior

do curso do escovilhão), voltando de seguida a subir até I1.18. Esta operação é

repetida tantas vezes quanto as que são definidas no contador C1 do

programa. Só quando o contador chegar ao fim da contagem é que a cabeça

recolhe até activar o detector de cabeça em posição de ciclo I1.17. Na

operação com escovilhão não existe lubrificação.

Sugestões e possíveis melhoramentos

Tivemos oportunidade de observar a máquina em funcionamento e

verificamos que ocorriam alguns problemas que com simples afinações ou

alterações, poderiam ser resolvidos, melhorando o seu desempenho.

Apresenta-se de seguida algumas sugestões para possíveis melhoramentos da

máquina em questão.

SUGESTÃO 1

Frequentemente ocorre a queda de garrafas na linha de transporte, e a

máquina, não sendo capaz de detectar esta situação, tenta trabalhar a garrafa

numa posição incorrecta. Isto obriga à intervenção humana quer para colocar a

garrafa na posição devida, quer para intervir na máquina.

Poderia-se abordar a questão, fazendo com que a máquina detectasse esta

situação e então deixasse a garrafa continuar para que posteriormente fosse

retirada da linha. Mas a solução deve ser evitar que esta situação ocorra.

Depois de uma análise atenta, chegamos à conclusão que as garrafas caíam

devido à acção do travão de entrada da máquina. O principal problema era

este actuar muito em baixo e ao travar de repente, “passava uma rasteira” às

garrafas. Mas por razões técnicas não se podia elevar o travão visto que

poderia danificar a pintura da garrafa. Então fez-se um ajuste no travão, para

ter um funcionamento mais suave.

SUGESTÃO 2

Outra das melhorias que se poderiam implementar, é colocar as

máquinas em paralelo, já que se dispõe de duas máquinas. Esta é uma solução

que ainda não foi implementada, uma vez que a linha de produção ainda não

exige funcionamento mais rápido, e principalmente porque se tem de

implementar um divisor de garrafas para poder direccioná-las uma a uma ou

para a respectiva máquina. Este divisor é de difícil concretização, uma vez que

as garrafas são pesadas e vêm por vezes encostadas umas às outras.

Posicionamento actual

Posições sugeridas

SUGESTÃO 3

Quando as maxilas apertam a garrafa, esta tem de ficar bem alinhada

com o escovilhão ou macho (conforme o caso), para poderem encaixar

perfeitamente no interior da bolacha.

As maxilas actuais têm um formato em “V”, para tentar encaminhar a

garrafa para o centro, mas a garrafa pode não deslizar e ficar deslocada.

Uma solução será substituir as maxilas por umas com rodas soltas que

deixarão posicionar-se ao centro, bloqueando-as de seguida.