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Ariéder Adelmo Anselmo Willian Polam Zielonca
AUTOMATIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE PASTEURIZAÇÃO PZ501 -001
CURITIBA 2008
Ariéder Adelmo Anselmo
Willian Polam Zielonca
AUTOMATIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE PASTEURIZAÇÃO PZ501 -001
Projeto Final apresentado como requisito para
conclusão do Curso de Graduação em
Engenharia Elétrica, do Setor de Tecnologia da
Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro
CURITIBA 2008
TERMO DE APROVAÇÃO
ARIÉDER ADELMO ANSELMO WILLIAN POLAM ZIELONCA
AUTOMATIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE PASTEURIZAÇÃO PZ501-001
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado e aprovado como requisito
para obtenção do título de Engenheiro eletricista pela Universidade Federal do
Paraná.
Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro
(Orientador e banca)
Prof. Ph.D. José Manoel Fernandes
(banca)
Prof. M.Sc. Vilson R. G. R. da Silva
(banca)
Curitiba, Dezembro de 2008
i
AGRADECIMENTOS
Agradecemos à todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram com
a realizaçao de nosso sonho.
Aos nossos queridos familiares que sempre estiveram ao nosso lado dando
força e sabedoria.
A universidade Federal do Paraná, na figura de seu corpo docente, que
sempre nos prestou com o conhecimento necessário no desenvolvimento do
trabalho.
A empresa AmBev pela total disponibilizaçao de sua estrutura e acervo
técnico.
E principalmente a Deus, que nos deu a possibilidade de estabelecer esse
momento, como uma verdadeira conquista em nossas vidas.
ii
“Viver é ter sonhos, acreditando sempre na capacidade de realizá-los”.
(Mauriston Martins)
iii
RESUMO
ANSELMO, Ariéder Adelmo; ZIELONCA, Willian Polam. Modernização do
Equipamento de Pasteurização PZ501-001. 2008. Monografia (Graduação). Curso
de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Paraná, Curitiba.
O objetivo desse projeto é desenvolver soluções para a automação do
Equipamento de Pasteurização PZ501-001 da empresa “Companhia de Bebidas das
Americas – AmBev”, que está apresentando sucessivas falhas no seu sistema de
acionamento, devido ao seu atual dispositivo de controle de movimentação de
grelhas.
Através da utilização de um controlador lógico programável (CLP), será
possível substituir grande parte do circuito de controle por um sistema moderno, de
forma a melhorar a confiabilidade do sistema e reduzir as perdas de receita geradas
pela indisponibilidade do equipamento.
Palavras-chave: CLP, controle e automação, pasteurizador.
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1:Gráfico da temperatura do processo de pasteurização .............................. 11
Figura 2: Vista superior do pasteurizador de cervejas.............................................. 12
Figura 3: Cunha que faz a elevação. ........................................................................ 13
Figura 4: Sensores indutivos de posição. ................................................................. 13
Figura 5: Vista lateral do pasteurizador de cervejas. ................................................ 14
Figura 6: diagrama elétrico do Pasteurizador. .......................................................... 15
Figura 7: Esquema de acionamento das válvulas S5 e S6....................................... 16
Figura 8: Representação da lógica em forma de fluxograma. .................................. 17
Figura 9: Placas eletrônicas de retorno/avanço........................................................ 18
Figura 10: Placas eletrônicas de subida/abaixamento.............................................. 19
Figura 11: Diagrama de blocos do fluxo de comando............................................... 19
Figura 12: Classes de tensão definidas na norma.................................................... 21
Figura 13: Zonas de segurança das instalações elétricas. ....................................... 22
Figura 14: Esquema válvula proporcional direcional ................................................ 26
Figura 15: Válvula e placa eletrônica........................................................................ 27
Figura 16: Diagrama de blocos da placa eletrônica. (Rexroth, 2003)....................... 29
Figura 17: Sensor indutivo........................................................................................ 30
Figura 18: Procedimentos básicos do CLP. (Antonelli, 1998)................................... 32
Figura 19: Arquitetura básica do CLP. (Atos, 1999) ................................................. 33
Figura 20: Etapas substituídas pelo Controlador Lógico Programável solução 1).... 37
Figura 21: Controlador Lógico Programável no sistema proposto (solução 1). ........ 37
Figura 22: Diagrama de entrada e saída do CLP. .................................................... 38
Figura 23: Programa do CLP para a solução 1 ........................................................ 39
Figura 24: Programa do CLP em linguagem texto estruturado para a solução 1 ..... 40
Figura 25: Diagrama elétrico equivalente para a solução 1...................................... 41
Figura 26: Etapas substituídas pelo Controlador Lógico Programável (solução 2) .. 42
Figura 27: Controlador Lógico Programável no sistema proposto (solução 2) ......... 42
Figura 28. Bloco temporizador em linguagem ladder. .............................................. 43
Figura 29: Programa do CLP para a solução 2. ....................................................... 44
Figura 30: Diagrama elétrico equivalente para a solução 2...................................... 45
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Quantidade de U.P. para cada tipo de cerveja. .......................................... 9
Tabela 2: Calculos de U.P. ....................................................................................... 11
Tabela 3: Seqüência de acionamento. ..................................................................... 17
Tabela 4: Tipos de óleo recomendádos.................................................................... 24
Tabela 5: Evolução das Aplicações do CLP. ............................................................ 30
Tabela 6. Lógica de ativação das entradas das placas controladoras ..................... 37
Tabela 7: Relação entre entradas/saídas do CLP e sensores e atuadores (solução 1)
.................................................................................................................................. 40
Tabela 8. Relação entre endereço e constante de tempo do bloco temporizador.... 42
Tabela 9: Relação entre entradas/saídas do CLP e sensores e atuadores (solução 2)
.................................................................................................................................. 44
vi
SUMÁRIO INTRODUÇÃO ............................................................................................................1 1 DESCRIÇÃO DO PROJETO ............................. ..................................................2
1.1. Objetivo do projeto ........................................................................................2 1.2 Diferencial do projeto ....................................................................................3
2 VISÃO GERAL DA COMPANHIA DE BEBIDAS DAS AMÉRICAS – AMBEV...4
2.1. Números da companhia ................................................................................4 2.2. Breve Histórico..............................................................................................5 2.3. Produtos........................................................................................................6 2.4. Filial Curitiba .................................................................................................6 2.5. Packaging .....................................................................................................7
3. DESCRIÇÃO DO PASTEURIZADOR...................... ............................................8
3.1 Função ..........................................................................................................8 3.2 Controle da pasteurização ............................................................................8 3.3 Funcionamento ...........................................................................................11 3.4 Circuito atual ...............................................................................................14
4 TÉCNICAS E NORMAS ENVOLVIDAS ..................... .......................................20
4.1 Retrofit ........................................................................................................20 4.2 Norma regulamentadora NR10 ...................................................................21 4.3 Normas de padronização ISA .....................................................................23
5 COMPONENTES ...............................................................................................24
5.1 Sistema hidráulico.......................................................................................24 5.2 Sensores indutivos......................................................................................28 5.3 Controlador Lógico Programável ................................................................29
5.3.1 Definição..............................................................................................29 5.3.2. Histórico...............................................................................................29 5.3.4. Arquitetura de um CLP ........................................................................31 5.3.5. Linguagem de programação ................................................................33
6. RESULTADOS ...................................... ............................................................35
6.1. Controle de Movimento da Grelha Pelos Sensores de Posição..................35 6.1.2 Desenvolvimento da Solução por Sensores de Posição......................36
6.2 Controle de Movimento da Grelha por Temporização.................................41 6.2.1 Representação de Temporizadores em linguagem Ladder .................41 6.2.2. Desenvolvimento da Solução por temporização..................................42
6.3. Análise das Soluções..................................................................................44 7. CONCLUSÃO ....................................... .............................................................46 REFERÊNCIAS.........................................................................................................47
1
INTRODUÇÃO
Nos dias atuais a disputa por uma posição de destaque no mercado
globalizado é cada vez maior. Nesse universo, aquela empresa que conseguir ter
uma melhor gestão de custo, tempo e pessoal terá grande vantagem sobre as
demais.
Na industria, um dos principais indicadores de desempenho é a eficiência da
produção, a qual avalia a quantidade de produtos que são fabricados em um
intervalo de tempo determinado. Uma maior eficiência garante um menor custo de
produção, sem precisar descuidar da qualidade intrínseca e visual do produto para
garantir seu fornecimento.
Umas das demandas corrente no mercado de engenharia para a busca de
uma maior eficiência é a atualização do sistema elétrico de acionamento de
maquinas e equipamentos que já estejam ultrapassados e obsoletos, sem
necessariamente ser investidos altos valores em um novo equipamento.
Seguindo essas motivações, foi acordado entre os formando e a empresa
“Companhia de Bebidas das Americas – AmBev”, a realização de estudos teóricos e
o conseqüente desenvolvimento pratico de um sistema moderno de acionamento
para um dos seus mais antigos equipamentos (aproximadamente 30 anos de idade),
o pasteurizador de bebidas da linha 501 da área de packaging de cerveja da sua
filial Curitiba, representado na empresa pelo símbolo CW.
Este equipamento é fundamental para a qualidade da cerveja, pois garante a
integridade do produto, tornando possível ser consumido em até 180 dias. No
entanto, vem apresentando problemas no seu acionamento principal de
movimentação de garrafas em seu interior. Com isso, está gerando perdas de
receita e baixa produtividade da linha pelas longas paradas que vêem acontecendo.
No decorrer desse trabalho é explicado todo o funcionamento do
equipamento, além de análises e busca por possíveis soluções, enfatizando as
vantagens e desvantagens de cada uma.
2
1 DESCRIÇAO DO PROJETO
Esse projeto é de fundamental importância para a agregação de novos
conhecimentos aos envolvidos e ao mesmo tempo garante uma solução de baixo
custo para a empresa.
Objetivo do projeto
Melhorar as condições de funcionamento do equipamento de pasteurização
de cerveja, visando aumentar assim sua confiabilidade e produtividade, reduzindo
custos operacionais, através da realização de estudos contemplando diversas áreas
do conhecimento relacionado à engenharia e levantamento de dados e conclusões
teóricas que possam auxiliar na sua implementação.
O desenvolvimento do projeto segue as seguintes etapas que podem ser
consideradas metas intermediarias indispensáveis para a conclusão dos trabalhos e
para chegarmos nos resultados finais:
1. Estudo em campo com o acompanhamento do operador, com a
finalidade de aumentar os conhecimentos operacionais do
equipamento.
2. Pesquisa com técnicos eletricistas que realizam a manutenção
programada no equipamento para garantir o perfeito entendimento do
esquema elétrico atual e do funcionamento lógico do acionamento.
3. Estudo em literatura existente sobre os componentes que podem ser
utilizados, para ser definido o esquema elétrico que deverá ser
implementado.
4. Melhoria no controle de deslocamento das garrafas no interior do
Pasteurizador, com a utilização de componentes eletrónicos
adequados para comandar o sistema.
3
5. Consultas a lojas especializadas, fornecedores e fabricantes dos
equipamentos principais para especificar as peças necessárias e seus
custos envolvidos.
6. Adequação dos equipamentos à norma de segurança vigente (NR10),
pois tais padrões estão desatualizados.
7. Estudo da viabilidade econômica da implantação desse sistema e da
real necessidade de sua utilização, através de cálculos que englobam
tópicos como perdas de receita atual (produtividade) devido a
desligamentos por falha, eficiência energética, modificação da vida útil
dos equipamentos.
8. Elaboração de um novo esquema elétrico do equipamento e a
documentação necessária para garantir a perfeita implementação.
1.2 Diferencial do projeto
Esse projeto é dedicado ao aprofundamento teórico, na busca de soluções de
baixo custo, relacionados com diversos componentes elétricos, numa situação
prática extremamente importante para a formação profissional dos envolvidos.
Trabalho proposto pela Companhia de Bebidas das Américas - AmBev, que
poderá ser aplicado ao equipamento, dependendo dos resultados apresentados no
final do projeto e com possibilidade de expansão para outras máquinas detentoras
de circuitos similares.
Haverá um significativo aumento da segurança na operação dos seus
componentes e a permissão de uma correta e identificação dos circuitos elétricos
através da documentação do projeto.
Sem dúvida, servirá como uma forma pratica de se aumentar os
conhecimentos dos formandos e abrir novos horizontes na carreira de engenheiro
eletricista com o contato com a área de automação e controle.
4
2 VISÃO GERAL DA COMPANHIA DE BEBIDAS DAS AMÉRICAS
– AMBEV
A AmBev é uma empresa presente no mercado de bens de consumo, no
segmento de bebidas. Sendo considerada a maior indústria privada de bens de
consumo do Brasil e a maior cervejaria da América Latina. Líder no mercado
brasileiro de cervejas, a AmBev está presente em 14 países, é referência mundial
em gestão, crescimento e rentabilidade. Abaixo segue uma breve descrição da
companhia para que possa ser dada a real noção da importância e da grandeza do
projeto. (AmBev, 2008)
2.1. Números da companhia
Com operações em 14 países pelas três Américas, a AmBev é a quinta maior
cervejaria do mundo e a líder do mercado latino americano. As operações da
Companhia consistem na produção e comercialização de cervejas, chopes,
refrigerantes, outras bebidas não alcoólicas e malte. Possui 45 fabricas nas
Américas, delas 29 unidades são no Brasil, sendo duas de insumos e uma maltaria.
Detentora do maior portfólio do país no setor de bebidas, AmBev vem consolidando
a participação de suas marcas no mercado brasileiro de cervejas. O market share da
companhia é de 67,3% segundo a AC Nielsen - Out/08, o que garante a liderança
absoluta do mercado de cervejas no Brasil.
Para dar conta de toda essa produção de cerveja, além dos refrigerantes
liderados pelo guaraná Antarctica, o mais consumido no país, a AmBev emprega
aproximadamente 35 mil funcionários, 20.000 deles no Brasil e o restante na
América Latina e Canadá.
Quatro de suas marcas de cerveja estão entre as vinte mais consumidas do
mundo: Skol, Brahma, Stella Artois e Antarctica. A Companhia integra a maior
plataforma de produção e comercialização de cervejas do mundo desde a aliança
global firmada com a Interbrew em 2004 para a criação da InBev.
5
A AmBev atua em quase toda a América Latina por meio de operações
próprias (Venezuela, Guatemala, Peru, Equador, Nicarágua, El Salvador e República
Dominicana) e da associação com a Quilmes (Argentina, Uruguai, Paraguai, Bolívia
e Chile), na qual detém hoje participação de 91,18%.
Na América do Norte, representada pela operações da Labatt Brewing
Company Limited (“Labatt”), incorporada à AmBev em 2004, inclui vendas
domésticas de cerveja no Canadá e exportações para os Estados Unidos e Caribe.
Esses são alguns dos números que delineiam o perfil da AmBev, uma das
mais importantes companhias privadas do país, cujo lucro líquido, em 2007, chegou
a R$ 2.816 milhões, sendo uma das dez maiores pagadoras de impostos do Brasil.
(AmBev, 2008)
2.2. Breve Histórico
A história da AmBev remonta ao final do século XIX. Em 1885, um grupo de
empreendedores fundou em São Paulo a Companhia Antarctica Paulista. Três anos
depois, em 1888, no Rio de Janeiro, foi fundada a Manufatura de Cerveja Brahma
Villiger & Companhia.
Conhecidas pela excepcional qualidade de seus produtos e pela legião de
consumidores fiéis, Antarctica e Brahma atravessaram todo o século XX num
contínuo e vigoroso processo de expansão, até a decisão de unirem forças,
formando uma só companhia.
A Companhia foi criada em 1º de julho de 1999. A fusão foi aprovada pelo
Conselho Administrativo de Defesa Econômica (CADE) em 30 de março de 2000.
Formou-se, então, a maior cervejaria da América do Sul: AmBev – Companhia de
Bebidas das Américas. A AmBev estabeleceu como definição estratégica a
expansão internacional, na condição de multinacional brasileira. Passou a ocupar
espaços na América do Sul e na América Central.
Com a aliança global firmada com a InBev, em 3 de março de 2004, a
Companhia passou a ter operações na América do Norte com a incorporação da
Labatt canadense, tornando-se a única cervejaria à abastecer todas as Américas.
(Flag IntelliWan, 2008)
6
2.3. Produtos
O portfolio de produtos da AmBev é composto por 88 produtos: 40 cervejas e
48 bebidas não alcoólicas (refrigerantes, isotônicos, chás e águas).
Suas principais marcas incluem Skol (a terceira cerveja mais consumida no
mundo), Brahma, Antarctica, Bohemia, Original, Quilmes, Labatt Blue, Brahva e
Guaraná Antarctica. Além disso, a AmBev é a maior engarrafadora da PepsiCo fora
dos EUA. Através de um acordo de "franchising", a Companhia vende e distribui os
produtos Pepsi no Brasil e em outros países da América Latina, incluindo Pepsi,
Lipton Ice Tea e o isotônico Gatorade.
Para que seja possível levar ao consumidor todas essas marcas, que
alcançam a média anual de 12 bilhões de litros e 2 milhões de pontos-de-venda em
toda América Latina, a AmBev mantém uma complexa operação: centenas de
distribuidores independentes, 13 mil vendedores e uma frota de 16 mil caminhões e
3.500 motocicletas, sem contar os barcos e balsas que percorrem os rios da
Amazônia e garantem a presença dos produtos da companhia nos mais distantes
pontos da região. (AmBev, 2008)
2.4. Filial Curitiba
O projeto foi realizado na filial Curitiba, responsável pela fabricação de cerveja
e chope, localizada na avenida Getúlio Vargas número 262, bem no centro da
cidade. A história dessa unidade começou com a inauguração da cervejaria
Atlântida, fundada em 1901 por Arthur Iwersen, na qual era produzido uma cerveja
clara e uma cerveja bock, que tinha um bode no rótulo e era indicada para períodos
frios. Em 1942, A Brahma viria a adquirir as instalações desta cervejaria, criando ali
a sua filial paranaense. A partir da criação da Companhia de Bebidas das Américas,
está se tornou uma das suas mais antigas unidades. Nesta filial atualmente são
produzidas as marcas Brahma Chope, Antarctica Pilsen, Antarctica Original e Skol,
todas cervejas em garrafas retornáveis de 600 ml. Também são feitos chopes
Antarctica e Brahma, claro e escuro embarrilados em barris de 10, 30 e 50 litros.
7
2.5. Packaging
O setor de Packaging é responsável por engarrafar a cerveja previamente
produzida, colocando-a em garrafas limpas, em perfeito estado de conservação,
com correta identificação e bem arrolhada, ou seja, pronta para o destino final. Esse
maior área da companhia, há relação com todas as demais e deve-se garantir a
disponibilidade do produto e ao mesmo tempo não descuidar da qualidade e
segurança. Um processo de responsabilidade dessa área é o Pasteurizador,
portando nela que será desenvolvido o projeto.
8
3. DESCRIÇÃO DO PASTEURIZADOR
Uma descoberta cientifica do meio do século XIX, acrescentou uma nova
página na história da cerveja: a pasteurização. O cientista francês Louis Pasteur foi
o inventor desse processo que consiste no aquecimento de um líquido e posterior
resfriamento.
3.1 Função
Se você ferver um alimento, poderá matar todas as bactérias e tornar a
comida estéril, mas isto geralmente afetará significativamente seu sabor e seu valor
nutricional. A pasteurização nada mais é do que um processo térmico, no qual a
cerveja é submetida a um aquecimento a 60 oC e posterior resfriamento, buscando
conferir maior estabilidade ao produto. Essa temperatura é suficientemente alta para
matar certas (não todas) bactérias e incapacitar algumas enzimas e, ao mesmo
tempo, minimiza-se os efeitos no sabor. (Onda Latina, 2008)
O processo de pasteurização é muito difundido em toda a indústria de
alimentos e bebidas, e em nada altera a composição do produto. Graças a esse
processo, é possível às cervejarias assegurar uma data de validade ao produto de
seis meses após a fabricação. Aliás, essa é a grande diferença entre o chope e a
cerveja. O primeiro não é pasteurizado, tendo que ser consumido em poucos dias,
pois ele se deteriora rapidamente.
Graças a descoberta de Pasteur, hoje em dia podemos apreciar as mais
variadas cervejas de todas as regiões do mundo.
3.2 Controle da pasteurização
A pasteurização é um tratamento térmico bastante suave para reduzir o
número de microrganismos com um mínimo de alteração do aroma do produto. Para
a cerveja uma esterilidade parcial é o suficiente, principalmente por que
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microrganismos tais como esporos que tenham sobrevivido à pasteurização, não
são capazes de se desenvolver na cerveja.
A economia de energia e a preservação do sabor do produto podem requerer
a manutenção de uma temperatura baixa, enquanto que para se obter o máximo de
rendimento do pasteurizador exigirá um pouco mais de calor e tempo. Então deve-se
obter um controle cuidadoso e preciso sobre essas variáveis para evitar aumento
nos custos e tempo ou perda de qualidade no sabor.
A designação utilizada para quantificar a pasteurização é a Unidade de
pasteurização (UP). A UP define-se como o aquecimento a uma temperatura de
60ºC durante 1 minuto. A quantidade de UP a aplicar a um produto depende
largamente do tipo de produto, das bactérias que se pretende eliminar, da
embalagem e da validade que se pretende. (Musy Marie, 2008)
Exemplos de números de referência de unidades de pasteurização (UP) e
temperaturas de pasteurização na indústria cervejeira encontram-se na tabela 1.
Tabela 1: Quantidade de U.P. para cada tipo de cerveja.
Produto N°. de
referência da
UP
Temperatura
de
pasteurização
Pilsen/Lager 15- 25 60-62 °C
Cerv. de baixo
teor alcoólico
40- 60 62-64 °C
Cerveja sem
álcool
80- 120 64-66 °C
Fonte: EBC Manual da boa prática, Pasteurização de cerveja, 1995
O efeito de mudanças repentinas na pressão dentro do recipiente também
deve ser levado em consideração. Muitos perfis diferentes podem alcançar o mesmo
total de UP. A mera verificação de que o total de UP foi atingido durante o processo
de pasteurização poderá evitar a possibilidade de contaminação, porém não
fornecerá um quadro do controle de qualidade por completo.
10
O valor da UP é calculado de acordo com a definição padrão, na qual uma
unidade de pasteurização é obtida ao manter a temperatura da cerveja por um
minuto a 60 °C, com uma temperatura de corte (base) mais baixa. O valor da UP é
definido aumentando ou diminuindo-se 10 unidades para cada 7 graus de alteração
da temperatura no valor Z (°C). Este é um cálculo p adrão da indústria cervejeira.
Com os ajustes padrão a fórmula de calculo da UP é: PU/min. = 1,389(T-60)
T = temperatura [°C]. (Musy Marie, 2008)
Para se medir automaticamente e melhor se fazer o controle, há no mercado
monitores de pasteurização. Esses equipamentos passam através pasteurizador
acoplado a uma garrafa enquanto mede e armazena os valores de temperatura em
relação ao tempo. Após a passagem pelo túnel de pasteurização, o Monitor de
Pasteurização deve ser conectado ao equipamento combinado
Impressora/Recarregador para imprimir o protocolo de medição.
O valor total de UP é obtido pela soma dos valores de UP calculados para
cada meio minuto de gravação. A cronometragem é iniciada após a execução pré-
gravação do autoteste e a primeira gravação ocorre a um tempo 0,0. Quando
encerrada a gravação, o tempo total é arredondado para o meio minuto mais baixo.
É registrado ainda a máxima temperatura atingida durante o processo e o
tempo total durante o qual todas as gravações individuais estiverem dentro de 2 °C
da temperatura máxima. Cada tempo é checado para averiguar o quanto este se
aproximou da temperatura máxima.
A temperatura de corte inferior é especificada pelo fabricante e programada
no Monitor de Pasteurização, sendo a melhor temperatura na qual o valor é
utilizadas para o cálculo da U.P.
Figura 1:Gráfico da temperatura do processo de pasteurização
11
Alguns exemplos de cálculos da U.P. estão descritos nesta tabela 2:
Tabela 2: Calculos de U.P.
Cerveja Refrigerantes/sucos
1 UP/min. A 60°C
Z = 7
1 UP/min. A 70°C
Z = 10
1 UP/min. A 80°C
Z = 10
UP/min. 1,389(T-60) 1,259(T-70) 1,259(T-80)
50 °C
60 °C
67 °C
70 °C
74 °C
80 °C
81 °C
88 °C
90 °C
0,04
1,0
10,0
26,9
100
725
1.000
10.000
19.518
0,01
0,1
0,5
1,0
2,5
10,0
12,6
63
100
0,001
0,01
0,05
0,10
0,25
1,00
1,26
6,3
10
Fonte: Musy Marie, 2008
Devido a obrigatoriedade de um controle de U.P. preciso, deve-se ter uma
correta movimentação das garrafas no interior do pasteurizador, mantendo os
tempos envolvidos rigorosamente medidos e ajustados. Isso impede danos ao
produto por super-pasteurizaçao e também evita gerar produtos com menor validade
devido a sub-pasteurizaçao.
3.3 Funcionamento
A cerveja já engarrafada e arrolhada chega até o pasteurizador por esteiras
laterais até a frente do equipamento, onde se acumulam e são forçadas para a seu
interior sobre grelhas fixas onde se inicia o processo de movimentação conforme a
Figura 2.
12
Figura 2: Vista superior do pasteurizador de cervejas.
O transporte de entrada se divide em dois, sendo que um se direciona à parte
superior e outro à inferior do pasteurizador, ambos níveis fazem a mesma função e
essa divisão é apenas para duplicar sua capacidade que no total é para
aproximadamente 70.000 garrafas por hora.
O Deslocamento interior se dá através da movimentação de uma grelha
móvel seguindo um ciclo contínuo em 4 etapas: sobe - avança - desce - recua. Há o
levantamento das garrafas que estão repousadas na parte fixa e consequente
avanço de aproximadamente 12 cm, abaixando para deixa-las na nova posição e
voltando ao ponto inicial para coletar mais garrafas.
No recomeço do ciclo, aquelas que já foram deslocadas num primeiro
momento se movimentam novamente e assim sucessivamente até o final do
equipamento, sempre entrando novas garrafas ao mesmo tempo que saem aquelas
já pasteurizadas. Cada ciclo demora em torno de 10 segundos e para que as
garrafas percorram os 34 metros totais do pasteurizador leva em torno de 267 ciclos
ou algo entre 45 e 50 minutos.
O movimento das grelhas se dá pelo acionamento de dois pistões hidráulicos
de cada lado, um responsável pela elevação e abaixamento e o outro pelo avanço e
recuo. Para o movimento de elevação, quando o pistão com tal finalidade recua seu
êmbolo, este faz a estrutura de sustentação da parte móvel do equipamento
sobrepor a “cunhas” que são inclinadas, elevando o conjunto.
13
Figura 3: Cunha que faz a elevação.
Esse movimento é coordenado por 8 sensores que determinam a posição da
grelha através de detectores de metal. Estes estão direcionados a um eixo que se
movimenta junto com as grelhas. Há "bolachas" metálicas presas nesse eixo que
são detectadas pelo sensor quando passam em sua frente, fazendo-o atuar e
posteriormente ativando os contatores.
Figura 4: Sensores indutivos de posição.
O processo de pasteurização se dá por esguichos de água quente sobre as
garrafas que passam por baixo, começando numa temperatura mais baixa e
aumentando gradativamente até o meio do equipamento onde se há a temperatura
de pasteurização. Desse ponto para frente a temperatura é diminuída
gradativamente, com a saída possuindo a mesma temperatura da entrada. O
aquecimento da água ocorre em oito tanques inferiores a grelhas através do uso de
vapor e, com o auxílio de 15 bombas, essa água é jogada sobre as garrafas.
Há sensores de final de curso na entrada e na saída para detectar a presença
de garrafas, evitando acumulo exagerado. Na figura 5, podemos visualizar o
posicionamento dos sensores indutivos e como se dá o deslocamento das garrafas.
14
Figura 5: Vista lateral do pasteurizador de cervejas.
3.4 Circuito atual
O circuito é composto basicamente pelos componentes eletromecânicos:
relês e contatores. A lógica do sistema é gerada pela combinação dos estados dos
contatores, representados pela letra “d”. Dependendo dos valores lógicos dos quatro
principais contatores (d5 a d8) em atuado e não atuado, é gerado o acionamento
das válvulas solenóides que geram o movimento dos pistões.
O acionamento dos contatores é dado pelos sensores indutivos que
determinam a posição da máquina no instante. O acionamento do circuito de
comando se dá em 42 Vac, uma tensão fora de padrão de mercado que dificulta a
reposição dos componentes e consequentemente aumenta os custos de
manutenção. Na figura 6, temos o diagrama elétrico do equipamento.
15
Figura 6: diagrama elétrico do Pasteurizador.
Os sensores indutivos estão indicados pela letra “b”, sempre são acionados
aos pares, os que estão na parte superior tem a função de acionar os contatores, ao
contrários dos que estão na parte inferior que são responsáveis pelo seu
desligamento usando para isso relês auxiliares.
Quando um sensor atua, aciona o contator que fecha seus contatos
normalmente abertos. Um desses contatos, faz um curto-circuito propositalmente
nos sensores para garantir que mesmo com o seu desacionamento, os contatores
continuarão acionados até que num movimento futuro seja aberto esse circuito pelos
contatos normalmente fechados dos relês auxiliares.
Os sensores de finais de curso b4 e b5 localizados a direita do esquema,
garantem que não há acúmulos na saída da máquina. Se acumular, as garrafas
encostam nesses sensores que abrem o circuito, evitando quebras de garrafas por
excesso de pressão. São dois, um para cada andar do equipamento, localizados no
centro da saída do mesmo.
Sempre que esta liberada a saída eles estão atuados, acionando o relê u3,
que serve como chave para ligar o contator d9, responsável pela segurança do
circuito. Sempre que d9 não estiver atuado, o sistema todo pára, pois é ele que
manda sinal para as válvulas s5 e s6. Essas válvulas solenóides são responsáveis
16
pela segurança do esquema hidráulico. Para que o sistema funcione a S6 sempre
deve estar acionada. E a S5 deve estar acionada sempre que o sistema for descer,
com a finalidade de evitar o recomeço do ciclo em caso de acúmulos.
Figura 7: Esquema de acionamento das válvulas S5 e S6.
Na tabela abaixo, podemos ver a seqüência de acionamento dos contatores.
Por exemplo, quando a maquina está na posição retornado e abaixado, os sensores
acionados são aqueles em amarelo, ou seja, b11, b16, b17 e b18, isso força os
contatores d6, d7 e d8 ficarem desatuados e apenas o d5 atuado. Seguindo essa
configuração, as placas eletrônicas que comandam as válvulas proporcionais
direcionais do sistema hidráulico, farão o sistema subir.
No final do movimento, os sensores acionados mudarão para a configuração
da próxima linha da tabela, e assim sucessivamente ate recomeçarem o ciclo.
17
Tabela 3: Seqüência de acionamento.
Fonte: AmBev, 2004
A representação em forma de fluxograma do sistema está representado na
figura 8.
Figura 8: Representação da lógica em forma de fluxograma.
CONDIÇAOINICIAL
b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 CICLO d5 d6 d7 d8 S1 S2 S3 S4 S5 S6
RETORNADOEM BAIXO
RETORNADOEM CIMA
AVANÇADOEM CIMA
AVANÇADOEM BAIXO
SOBE
AVANÇA
DESCE
RETORNA
18
A ligação entre os contatores e as válvulas proporcionais direcionais,
responsável pelo avanço-retorno e subida-abaixamento, é feito por placas
eletrônicas, que fazem o controle e a variação de velocidade no acionamento. A
figura 9, nos mostra o diagrama de blocos simplificado da placa de retorno/avanço e
a figura 10, da responsável pela subida/abaixamento. Ainda podemos ver, a
interligação com os contatores, que geraram a lógica para seu acionamento.
Figura 9: Placas eletrônicas de retorno/avanço.
Figura 10: Placas eletrônicas de subida/abaixamento.
+24Vcc
d5 d5
+9Vcc -9Vcc d9
d7
d6
d6 d6 d6
R1 R2 R3 R4
k1 k2 k3 k4 Gerador
De rampa sobe
desce R8
k4 k3 k2 k1
d3 d2 d1 d4
d7
+24Vcc
d5 d5
+9Vcc -9Vcc
d9
d7
d8
d7
d8 d8 d8
R1 R2 R3 R4
k1 k2 k3 k4 Gerador
De rampa avança
retorna R8
k4 k3 k2 k1
d3 d2 d1 d4
S4
S3
19
Em ambas as placas eletrônicas, a lógica dos contatores acionam um dos
quatro relês internos (k1 a k4) e ainda um led correspondente. Esses relê acionados
fazem seus contatos se ligarem a tensão que fará o acionamento das válvulas,
sendo positiva para retornar o pistão (avançar as garrafas) e o contrário para a
tensão negativa.
Para variar a tensão e consequentemente a velocidade do movimento, há os
potenciômetros R1, R2, R3 e R4, que variam a tensão aplicada na válvula. Esta faz
a velocidade de acionamento dos pistões variar proporcionalmente a variação da
tensão.
Por fim, há um gerador de rampa ajustável que faz o aumento gradativo
dessa tensão ate o valor determinado, com a finalidade de segurança, evitando
trancos no sistema.
Na figura 11, está representando o fluxo lógico do sistema, no qual as
entradas são os sinais dos sensores indutivos e as saídas as válvulas solenóides.
Figura 11: Diagrama de blocos do fluxo de comando.
20
4 TÉCNICAS E NORMAS ENVOLVIDAS
A Seguir, são mostrados as técnica e normas já existentes e que poderam
servir como base para o desenvolvimento do trabalho.
4.1 Retrofit
É designado para o processo de modernização de algum equipamento,
imóvel, máquina ou tudo que esteja ultrapassado ou fora dos padrões. Este termo,
de origem inglesa, tem significado de reconversão. Surgido na Europa e Estados
Unidos, esta prática tinha o objetivo principal de revitalizar antigos edifícios, para
seguir a rígida legislação, que não permitiu que o rico acervo arquitetônico fosse
substituído. Com isso, houve o surgimento desta solução, que preserva o patrimônio
histórico, ao mesmo tempo em que permite a utilização adequada do imóvel.
O retrofit tem o sentido de renovação, onde pressupõem-se uma intervenção
integral, obrigando-se ao encontro de soluções nos itens que caracterizam seu
posicionamento no que exista de melhor no mercado. Neste sentido percebe-se que
difere substancialmente da simples restauração, que consiste na restituição à sua
condição original, ou da reforma, que visa à introdução de melhorias, sem
compromisso com suas características anteriores. Um retrofit corretamente
planejado, projetado e executado poderá manter o equipamento constantemente
atualizado, aumentando sua vida útil, diminuindo custos com manutenção e
aumentando suas possibilidades de uso. Por isto mesmo, o retrofit pode e deve
buscar, com eficiência, dotar o edifício de atualidade tecnológica que possa traduzir-
se em conforto, segurança e funcionalidade para o usuário mas mantendo a
viabilidade econômica para o investidor. (SindicoNet, 2008)
Essa será uma técnica aplicada no decorrer do presente projeto e que
auxiliará no desenvolvimento de soluções de alto nível técnico, no qual será gasto
uma quantia em dinheiro, a troco de maior confiabilidade e eficiência. O retorno vem
com a redução dos procedimentos operacionais e de manutenção
21
4.2 Norma regulamentadora NR10
A NR-10 é uma norma regulamentadora de segurança e saúde no trabalho
que estabelece os requisitos e condições mínimas para a implementação de
medidas de controle e sistemas preventivos, de forma a garantir a segurança e a
saúde dos trabalhadores que, direta ou indiretamente, interajam em instalações
elétricas e serviços com eletricidade. As Normas Regulamentadoras - NR, são de
observância obrigatória para todas as empresas e o seu não cumprimento
acarretará ao empregador a aplicação das penalidades previstas na legislação
pertinente. Na figura 12, são apresentadas as classes de tensão definidas na norma.
(Ministério do Trabalho e Emprego, 2008)
Figura 12: Classes de tensão definidas na norma.
Em todas as intervenções em instalações elétricas as empresas são
obrigadas a possuir Medidas de Controle para prevenção e controle do risco elétrico
e de outros riscos, mediante técnicas de análise de riscos, de forma a garantir a
segurança e saúde no trabalho. É obrigatório as empresas com carga acima de
75kW, possuírem um Prontuário das Instalações Elétricas contendo, entre outros
documentos, os diagramas unifilares atualizados.
22
Os documentos técnicos previstos no Prontuário de Instalações Elétricas
devem ser elaborados por profissionais legalmente habilitados, ou seja, engenheiros
eletricista com auxilio de um médico e um engenheiro ou técnico de Segurança do
Trabalho. Na figura 13, são indicadas as zonas de segurança que devem ser
respeitadas em um equipamento em manutenção.
Figura 13: Zonas de segurança das instalações elétricas.
Em todos os serviços executados em instalações elétricas devem ser
previstas e adotadas, medidas de proteção coletiva, de forma a garantir a segurança
e a saúde dos trabalhadores. Quando as medidas de proteção coletiva forem
tecnicamente inviáveis ou insuficientes para controlar os riscos, devem ser adotados
equipamentos de proteção individual. É vedado o uso de adornos pessoais nos
trabalhos com instalações elétricas ou em suas proximidades.
As responsabilidades quanto ao cumprimento da N.R. são solidárias a patrões
e empregados. Os trabalhadores são responsáveis pelo cumprimento das
disposições legais e regulamentares, pela segurança e saúde própria e dos demais
23
trabalhadores e pela avaliação dos riscos provenientes para a execução dos
serviços no sistema elétrico. Os contratantes tem a responsabilidade de manter os
trabalhadores informados sobre os riscos a que estão expostos, instruindo-os quanto
aos procedimentos e medidas de controle dos riscos elétricos a serem adotados. Em
casos de acidentes, a contratante deverá adotar medidas preventivas e corretivas
para evitar nos ocorrências. (Ministério do Trabalho e Emprego, 2008)
4.3 Normas de padronização ISA
A ISA, “The Instrumentation, System and Automation Society”, é uma
organização internacional com cerca de 38.000 associados, em dezenas de países,
que atua na área industrial com sistemas de automação, instrumentação e
eletrônica. Devido as suas iniciativas de fomento à pesquisa e desenvolvimento de
novas tecnologias, a ISA, adquiriu, ao longo dos anos, tamanha relevância que,
atualmente, é referência mundial para tecnologias relacionadas à área industrial.
Regularmente, dentro do âmbito da ISA, comitês técnicos são criados para a
elaboração de normas técnicas que são submetidas à aprovação da comunidade
técnica. Uma vez aprovada, uma norma técnica auxilia as empresas na
padronização de procedimentos e termos, permitindo que todos se beneficiem e que
ocorra o desenvolvimento tecnológico do setor. (ANSI/ISA S88 – Batch Standard,
2002)
As normas ISA são uma grande fonte de consulta e informação quando se
necessita desenvolver sistema de supervisão e controle, relacionados à automação
de equipamentos industriais. Devido a essas caracteristicas, elas estão
profudamente relacionadas com o projeto proposto pela Companhia de Bebidas das
Américas, e poderão servir como base para sua implantação.
O objetivo de desenvolver a atualização do sistema de automação baseado
nas normas ISA, é aumentar a confiabilidade do sistema a partir de uma estrutura
robusta e padronizada, que garanta o aumento de produtividade, flexibilidade,
confiabilidade, maximizando a utilização dos recursos disponíveis sem comprometer
a qualidade dos produtos.
24
5 COMPONENTES
A seguir, são mostrados os principais componentes que serão utilizados na
Implantação do circuito.
5.1 Sistema hidráulico
O sistema hidráulico utilizado no equipamento é de grande capacidade e
resistência, sendo indicado para projetos que envolvam grandes temperaturas e
pressões.
São 4 pistões localizados na saída do pasteurizador (dois de cada lado),
acionados por uma bomba de 30 CV, 1750 RPM e 220 V. Essa bomba é
responsável pela pressão nominal de 110 Bar do sistema, com uma vazão que varia
de 0 a 80 litros de óleo por minuto.
O óleo utilizado é indicado para temperaturas entre 25o à 60o C, podendo ser
dos fabricantes e dos tipos da tabela 3.
Tabela 4: Tipos de óleo recomendádos
Fonte: Rexroth Bosch Group, 2008
A capacidade do sistema é de aproximadamente 250 litros, sendo atualmente
utilizado o óleo Lubrax Indl HR 68 EP, que segundo o fabricante, evita o desgaste e
a corrosão das partes lubrificadas. É formulado com óleos básicos parafínicos
especiais que possuem natural resistência à oxidação, boa demulsibilidade e boa
Marca Tipo
Petrobrás Lubrax Indl HR 68 EP Renolub Renolin MR 20 Texaco Rando oil HD 315 Castrol Hyspin AWS 68 Esso Nuto H 68 Shell Hidráulico E 68
Ipiranga Ipitur AW 68
Mobil Oil DTE 26
25
liberação de ar. É especialmente recomendado para uso em sistemas hidráulicos de
alta pressão, como elevadores, equipamentos de mineração, máquinas de
moldagem e injeção de plásticos, prensas e máquinas operatrizes. (Petrobrás -
Especificação técnica Lubrax HR EP, 2003).
O acionamento é realizado por 6 válvulas proporcionais direcionais 4/3
(quatro vias e três posições) para comando do sentido e intensidade da vazão, com
comando elétrico à solenóide com rosca central e bobina removível. São 2 válvulas
para cada par de pistões, uma para seu avanço e outra para seu retrocesso, com
duas válvulas auxiliares todas com tensão variado de 0 a 10 V e com corrente entre
0 e 20 mA.
De acordo com a Figura 14: Com as solenóides desenergizadas, temos a
posição centralizada do êmbolo principal através de molas. Com a energização da
solenóide, há a atuação direta do êmbolo com seu deslocamento para o lado
proporcional ao sinal elétrico de entrada.
Figura 14: Esquema válvula proporcional direcional
Para o controle das solenóides de avanço e retorno dos pistões, é necessário
a utilização de uma placa eletrônica de comando externa. Essa placa é fornecida
pelo fabricante da solenóide, possuindo quatro sinais de comando ajustáveis por
potenciômetros e com LED’s indicativos. A tensão de funcionamento é 24 Volts, com
a saída variando de -10 à +10 V. É responsável pelo controle de até duas válvulas.
26
Umas das funções principais dessa placa é a geração de função de rampa na
saída com a possibilidade de ajuste do tempo. É importante essa característica pois
transforma uma função de salto em uma rampa que evita trancos desnecessários
nos pistões. Também há uma proteção contra inversão de polaridade para a
alimentação de tensão. A figura 15 nos mostra uma válvula proporcioanl direcional e
sua placa controladora.
Figura 15: Válvula e placa eletrônica.
Abaixo apresentamos o diagrama de blocos que ilustra o funcionamento das
placas e nos mostra suas entradas e saídas. Figura retirada do catalogo do
fabricante.
27
Figura 16: Diagrama de blocos da placa eletrônica. (Rexroth Bosch Group, 2003)
28
5.2 Sensores indutivos
Os sensores indutivos são emissores de sinal que detectam, sem contato
direto, elementos metálicos que atravessam o seu campo magnético convertendo
em um sinal elétrico. Eles formam um campo magnético e no momento da
passagem de um objeto metálico à sua frente, é diminuído sua intensidade pela
absorsão do metal. Então o sensor identifica essa variação e muda sua saída.
As principais vantagens da utilização de sensores indutivos são:
• Grande durabilidade por não necessitar de contatos mecânicos para a
detecção;
• Excelente precisão e garantia da supervisão;
• Altas freqüências de comutação até 3000Hz;
• Indicação através de Led;
• Insensível a trepidações;
• Totalmente lacrado podendo ser utilizado em ambientes agressivos;
• Versatilidade de formatos e formas de fixação;
• Facilidade de interface com os principais CLP’S.
O sensor utilizado é para tensões entre 20 e 250 V (2 fios), com corrente
entre 5 e 500 mA, distância de atuação de 5 mm, da marca Balluff.
Figura 17: Sensor indutivo.
29
5.3 Controlador Lógico Programável
O dispositivo eletrônico utilizado no trabalho é o Controlador Lógico
Programável descrito nas próximas seções.
5.3.1 Definição
O Controlador Lógico Programável (CLP) ou Programmable Logic Controller
(PLC), pode ser definido como um equipamento de controle industrial
microprocessado, capaz de armazenar instruções para a implementação de funções
de controle (seqüência lógica, temporização e contagem, por exemplo), além de
realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em
rede. Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas
pela capacidade de processamento de um determinado número de pontos de
entrada e/ou saídas (E/S). (Georgini, 2002).
De acordo com a norma IEC 1131, o controlador lógico programável é
definido como um sistema eletrônico digital a ser utilizado na indústria que contém
uma memória programável capaz de armazenar internamente instruções de
comando orientadas ao usuário. O controlador lógico programável e os periféricos
correspondentes (sistema CLP) são concebidos de modo que possam se integrados
facilmente em sistemas industriais de comando e serem aplicados em todas as
funções a eles designadas.
5.3.2. Histórico
O CLP surgiu dentro da indústria automobilística americana, na General
Motors em 1968, devido principalmente à dificuldade de mudar a lógica de controle
dos painéis de comando a cada mudança na linha de montagem, tais como
modificações na fiação e disposição de relés, o que proporcionava altos gastos de
tempo e dinheiro.
30
Com a criação do CLP, houve a possibilidade de transferência das alterações
de hardware para alterações em software.
Segundo Atos (1999), a seguinte tabela representa a evolução da
aplicabilidade dos CLP’s em função dos anos.
Tabela 5: Evolução das Aplicações do CLP.
5.3.3. Funcionamento
De acordo com Antonelli (1998), o funcionamento básico do CLP se baseia
nos seguintes procedimentos: inicialização, verificação do estado das entradas,
transferência para a memória, comparação com o programa do usuário e
atualização das saídas. Esses procedimentos estão ilustrados na figura 18.
Figura 18: Procedimentos básicos do CLP. (Antonelli, 1998)
31
No momento em que é ligado o CLP executa uma série de operações pré-
programadas, gravadas em seu Programa Monitor, dentre as quais há a verificação
do funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares, verificação da
configuração interna e comparação com os circuitos instalados, desativação de
todas as saídas e verificação da existência de um programa de usuário.
Na etapa de verificação dos estados das entradas, o CLP lê o estados de
cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura
recebe o nome de Ciclo de Varredura (Scan) e normalmente é de alguns micro –
segundos.
Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma
região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela
recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta
memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do
usuário. O CLP ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória
Imagem das Entradas , atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de
acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa. Logo após a
esse procedimento, o CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas ,
atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia-se então, um novo ciclo de
varredura.
5.3.4. Arquitetura de um CLP
De acordo com Atos (1999), as unidades básicas que compõem o hardware
de um CLP, ilustradas na figura 19, são as seguintes:
• Unidades de entrada
• Unidades de saída
• Unidade de processamento
• Unidade fonte de alimentação
32
Figura 19: Arquitetura básica do CLP. (Atos, 1999)
5.3.4.1. Unidades de entrada
São dispositivos que podem ter um ou mais canais de aquisição de dados que
codifiquem sinais analógicos ou digitais de entrada de diversos níveis de tensão
(alternada ou contínua), provenientes de diversos tipos de transdutores, cujos sinais
de saída sejam tensões ou correntes. Botões, chaves de fim de curso, sensores de
proximidade, termostatos e pressostatos são exemplos de unidades de entrada de
um CLP.
5.3.4.2. Unidades de saída
São dispositivos que podem ter um ou mais canais, fornecendo sinais digitais
ou analógicos devidamente amplificados para energizar os elementos de operação e
sinalização de atuadores diversos, que se caracterizam pelo tipo (corrente alternada
ou corrente contínua) e pelo diversos níveis de tensão e potência. Contatores,
solenóides, relés e lâmpadas são exemplos de unidades de saída de um CLP
33
5.3.4.3. Unidade de processamento
Segundo Atos (1999), A unidade de processamento é o centro do controlador
programável e é composta pelo microprocessador, memória de programa básico,
memória de dados, memória de programa de usuário e interface de comunicação
homem-máquina. O módulo de processamento monitora os sinais de entrada do
controlador programável e os combina de acordo com as instruções existentes na
memória de programa de usuário executando operações lógicas, operações de
temporização, contagem e seqüenciamento para a seguir liberar os sinais
apropriados para as saídas.
5.3.4.4. Unidade fonte de alimentação
A Fonte de Alimentação tem como função básica converter a tensão da rede
elétrica para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos e fornecer tensão
para alimentação das entradas e saídas.
5.3.5. Linguagem de programação
O objetivo de uma linguagem de programação é traduzir instruções
compreendidas pelo ser humano em instruções na qual a unidade de
processamento pode executar. Para permitir essa comunicação, o usuário utiliza um
software específico que lhe permite programar o CLP.
De acordo com a norma IEC 61131-3, foram definidos cinco tipos de
linguagem de programação:
• Lista de Instruções: linguagem que se assemelha a uma linguagem de
baixo nível, similar a linguagem Assembler. É melhor empregada em
aplicações menores ou para a otimização de partes de uma aplicação
mais complexa.
• Texto Estruturado: linguagem de alto nível, similar ao Pascal.
Geralmente é utilizada para representar declarações complexas, que
34
envolva variáveis que representem uma ampla faixa de dados de
diferentes tipos, incluindo valores analógicos e digitais.
• Ladder: O nome Ladder deve-se ao fato da linguagem parecer-se com
uma escada. É a linguagem mais popular entre os usuários dos antigos
sistemas de controle a relés. Esta linguagem é a representação lógica
da seqüência elétrica de operação.
• Diagrama de Blocos de Função: É uma linguagem gráfica representada
por blocos conectados entre si como um circuito elétrico. É apropriada
para aplicações que envolvam fluxo de informações, ou dado, entre os
componentes de controle.
• Diagrama Funcional Seqüencial: Não é vista por muitos como uma
linguagem, já que ordena blocos de comandos que são executados.
Muito útil quando se tem muitas sub-rotinas que podem ou não ser
chamadas para a execução. É uma linguagem estruturada, portanto
permite que equipes diferentes façam partes diferentes de um único
programa, e que este funcione a contento depois de reunidas as
partes.
35
6. RESULTADOS
Para o processo de automatização do Pasteurizador foram propostas duas
soluções envolvendo a substituição dos circuitos intermediários de relés e
contatores, que realizam a lógica de movimentação das grelhas, por um CLP. A
primeira solução envolve a utilização dos sensores de posição para o controle do
movimento e a segunda solução determina o controle a partir de temporizadores
internos ao CLP.
6.1. Controle de Movimento da Grelha Pelos Sensores de Posição
A primeira solução proposta é similar ao funcionamento atual do
equipamento, ou seja, os sensores de posição acoplados no eixo do pistão
determinam qual movimento o pistão deve realizar. O objetivo principal é a
substituição dos circuitos intermediários por um CLP, que atuaria diretamente na
placa controladora das válvulas proporcionais direcionais, fornecendo a lógica
necessária para a correta movimentação das grelhas.
A figura 20 mostra um diagrama de bloco que determina quais etapas
intermediárias de controle serão substituídas pelo CLP e a figura 21 a situação com
o CLP implementado.
Figura 20: Etapas substituídas pelo Controlador Lógico Programável (solução 1).
36
Figura 21: Controlador Lógico Programável no sistema proposto (solução 1).
6.1.2 Desenvolvimento da Solução por Sensores de Posição
Os oito sensores de posição seriam então as entradas digitais para o CLP e
as saídas do CLP atuaria nas duas entradas da placa controladora das válvulas
proporcionais direcionais, fornecendo a lógica mostrada na tabela 6. O CLP recebe
também mais duas entradas digitais correspondentes aos dois sensores de fim de
curso, sensores do tipo normalmente fechados, que devem interromper por completo
o movimento das grelhas quando atuados. Outro sensor que age de maneira similar
aos sensores de fim de curso é o sensor de nível dos tanques de água do
Pasteurizador, que é um sensor do tipo normalmente fechado e também deverá
interromper o movimento das grelhas quando estiver atuado. A figura 22 mostra o
diagrama de blocos das entradas e saídas do CLP.
Figura 22: Diagrama de entrada e saída do CLP.
37
A tabela 6 mostra a lógica de acionamento das entradas das duas placas
controladoras, uma responsável pelos movimentos de subida/descida (terminais
K1.1 e K3.1) e a outra responsável pelo movimento de avanço/retorno das grelhas
(terminais K1.2 e K3.2), em função dos sensores de posição. Os valores
denominados de “x” são valores que não influenciam no acionamento das válvulas
durante a execução da etapa que está sendo realizada.
Tabela 6. Lógica de ativação das entradas das placas controladoras
O programa desenvolvido para garantir a lógica sugerida está ilustrado na
figura 23 e foi desenvolvido em Ladder por ser uma linguagem intuitiva e de fácil
visualização. Devido ao fato de não haver a garantia de qual CLP poderia ser
utilizado e/ou adquirido pela empresa, optou-se por desenvolver o programa com
saídas e entradas genéricas, que é suportado pelo programa STEP 7 – Micro/WIN
32. O programa equivalente em linguagem de Texto Estruturado está ilustrado na
figura 24.
A tabela 7 fornece a relação entre entradas e saídas utilizadas no CLP com
os sensores e atuadores utilizados no projeto. Os sensores de posição estão
arranjados em pares paralelos, o que garante a operação do equipamento mesmo
se houver a desregulação de um deles por causas externas como vibrações, que
ocorrem com relativa freqüência nesse conjunto. Para que o sistema funcione
corretamente e para garantir a segurança do mesmo, é necessário que a solenóide
S6 esteja sempre acionada quando houver qualquer movimento das grelhas e a
solenóide S5 esteja acionada na descida da grelha.
38
Figura 23: Programa do CLP para a solução 1
39
Figura 24: Programa do CLP em linguagem texto estruturado para a solução 1
40
Tabela 7: Relação entre entradas/saídas do CLP e sensores e atuadores (solução 1)
O diagrama elétrico correspondente ao circuito dessa solução está
apresentado na figura 25, o CLP está representado genericamente, apenas com
suas entradas e saídas.
Figura 25: Diagrama elétrico equivalente para a solução 1.
41
6.2 Controle de Movimento da Grelha por Temporizaçã o
Essa segunda solução proposta visa gerar um controle de movimentação das
grelhas a partir de sinais temporizados internamente ao CLP. Para essa situação
não seria necessário a obtenção de dados pelos sensores de posição, visto que o
programa geraria automaticamente a saída em função apenas do tempo pré-
programado. As figuras 26 e 27 ilustram a etapa substituída pelo CLP.
Figura 26: Etapas substituídas pelo Controlador Lógico Programável (solução 2).
Figura 27: Controlador Lógico Programável no sistema proposto (solução 2).
6.2.1 Representação de Temporizadores em linguagem Ladder
O temporizador é representado pelo bloco ilustrado na figura 28. Três
terminais compõem esse elemento: a entrada “IN”, a constante “PT” e a saída
42
temporizada “TON”. Para cada endereço declarado para o temporizador, há uma
constante de tempo intrínseca à ele e o valor da temporização é calculada através
da multiplicação entre a constante “PT” e a constante de tempo do elemento. A
tabela que relaciona o valor do endereço com a constante de tempo intrínseca do
bloco é mostrada na seqüência.
Figura 28. Bloco temporizador em linguagem ladder.
Tabela 8. Relação entre endereço e constante de tempo do bloco temporizador
Fonte: Curso de Controladores Lógicos Programáveis, UFRJ
6.2.2. Desenvolvimento da Solução por temporização
A figura 29 ilustra o programa desenvolvido para a solução por temporização.
As saídas realimentadas, como um contato normalmente fechado, garantem que o
CLP só gera as saídas atuais se as anteriores estiverem desabilitadas. Como os
43
endereços dos temporizadores estão situados na faixa entre um e quatro, a
constante de tempo é igual a 1 ms, logo para ser gerado uma temporização de 2,5
segundos entre cada etapa de movimentação da grelha é necessário atribuir o valor
250 nas entradas “PT” correspondentes. A tabela 9 fornece a relação entre as
entradas e saídas do CLP com os sensores utilizados e a figura 30 fornece o
diagrama elétrico equivalente para tal solução.
Figura 29: Programa do CLP para a solução 2.
44
Tabela 9: Relação entre entradas/saídas do CLP e sensores e atuadores (solução 2).
Figura 30: Diagrama elétrico equivalente para a solução 2.
6.3. Análise das Soluções
As duas soluções propostas fornecem os resultados esperados para o correto
funcionamento da movimentação das grelhas, porém há algumas diferenças que
devem ser consideradas. A solução por temporização exige um número menor de
entradas, visto que não necessita dos sinais de sensores para executar o
45
movimento, porém ela pode ser menos confiável no caso de uma anomalia na
execução do software, os sinais de movimentação da grelha são exclusivamente
gerados por temporizadores internos ao CLP, ou seja, o software poderia gerar
comandos indevidos ao sistema, o que acarretaria em uma falta de sincronismo do
mesmo. Para a solução por controle a partir de sensores de posição, tal problema de
software não poderia resultar em uma falta de sincronismo do sistema, visto que os
sinais para os estados subseqüentes de operação da grelha só são gerados se a
grelha completar seu movimento, e conseqüentemente, o sensor completar seu ciclo
anterior.
A solução temporizada tem a necessidade de incluir sensores de posição
para garantir a confiabilidade das informações, pois em caso de o pistão não
avançar ou recuar todo o seu curso, ou em caso de movimento desigual entre os
lados do pasteurizador, faria o movimento se perder. Mas também se for colocado
sensores de posição, a primeira solução ficaria parecida com a primeira.
Devido a esses fatos, para a implantação desse sistema de automatismo do
Pasteurizador, a solução por controle através de sensores de posição será a
escolhida.
46
7. CONCLUSÃO
O projeto necessitou uma grande demanda de estudos em literaturas para
garantir a correta interpretação da simbologia utilizada no esquema elétrico e
principalmente para conhecimento das especificações e do funcionamento dos
componentes utilizados. Com a conclusão deste trabalho, podemos dizer que
adquiriu-se uma grande quantidade de informações que poderá ser utilizada na vida
profissional dos envolvidos. Portanto, as expectativas e a proposta fundamental da
disciplina, que é complementar a formação acadêmica dos formandos, foram
atingidas.
Controlador Lógico Programável é um componente que substitui
excelentemente os antigos contatores e relés, e que podem ser usados em inúmeros
outros projeto de automação, controle, supervisão e lógica. Sua empregabilidade
garante resultados satisfatórios nos mais variados ramos industriais.
Conforme informado na seção “Análise das Soluções”, a solução que será
utilizada na possível etapa prática desse projeto será a solução 1, pois realiza de
maneira precisa a lógica necessária para a movimentação das grelhas, fornecendo
uma maior confiabilidade em comparação com a solução por temporização.
Não foi comentado nesse trabalho o levantamento de custos necessários para
a implantação do projeto, visto que o orçamento dos equipamentos que deverão ser
adquiridos, em especial o Controlador Lógico Programável, depende da aprovação
de trâmites internos da empresa, os quais não foram revelados até a data de
encerramento desse documento.
Os passos futuros sugeridos para a continuidade desse projeto concentram-
se principalmente no desenvolvimento de um sistema supervisório, que forneceria
uma interface homem máquina capaz de possibilitar a alteração da velocidade de
movimentação de grelhas através de um computador externo ao sistema. A
necessidade de tal sistema está sendo discutida em conjunto com a empresa e sua
implementação ocorreria mediante uma análise de custo-benefício das ferramentas
e equipamentos disponíveis, em uma etapa posterior a automatização do
equipamento.
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REFERÊNCIAS
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