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UNIVERSIDADE PAULISTA
ALEXANDRE N. MELKONIAN
LUCAS PEREIRA DE OLVEIRA
VINICIUS SANTANA G. FERREIRA
DIOGENES ALENCAR MACHADO
HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA
PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS
SÃO PAULO
2012
1
ALEXANDRE N. MELKONIAN
LUCAS PEREIRA DE OLIVEIRA
VINICIUS SANTANA G. FERREIRA
DIOGENES ALENCAR MACHADO
HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA
PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS
Orientador: Prof. Alberto Palazzo, especialista
SÃO PAULO
2012
Projeto Integrado Multidisciplinar apresentado a Universidade Paulista-UNIP, como requisito parcial para conclusão do terceiro semestre do curso de Tecnologia de Automação Industrial
2
ALEXANDRE N. MELKONIAN
LUCAS PEREIRA DE OLIVEIRA
VINICIUS SANTANA G. FERREIRA
DIOGENES ALENCAR MACHADO
HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA
PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS
APROVADO EM:
_____________________________/__/__
Prof. Alberto Palazzo, especialista
Universidade Paulista
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RESUMO
Este trabalho tem como finalidade básica, a familiarização dos alunos do
curso de Tecnologia em Automação Industrial, com os vários tipos e métodos de
automação em linhas de produção industrial, componentes usados para execução
do projeto, e sistemas usados para lógica de funcionamento.
Por meio de pesquisas, conhecimentos teóricos e práticos adquiridos em
sala de aula, foi desenvolvido um sistema para automação e controle de uma
linha de envase de bebidas isotônicas
Palavras chave-Enchedoras, Envasadoras, Bebidas, Automação.
ABSTRACT
This work aims to basic familiarization of the students of Technology in Industrial
Automation, with various types and methods of automation in industrial production
lines, components used to project execution, and systems
used for operating logic.
Through research, theoretical and practical knowledge acquired in the
classroom, a system was developed for automation and control of a filling line of
sports drinks
Keywords-Fillers, fillers, Drinks, Automation.
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 6
2 ELEMENTOS DE PROJETO ................................................................................................................ 7
2.1 Atuadores e sensores .................................................................................................................. 7
2.2 Terminologia .............................................................................................................................. 11
2.3 Sensores Fotoelétricos ............................................................................................................... 13
2.4 Termorresistores ........................................................................................................................ 14
2.5 Válvulas para controle de fluido ................................................................................................ 15
2.6 Chave de nível bóia .................................................................................................................... 17
2.7 Chave fim de curso ..................................................................................................................... 19
2.8 Cilindro pneumático ................................................................................................................... 20
2.9 Válvulas pneumáticas ................................................................................................................. 21
2.10 Inversor de frequência ............................................................................................................. 30
3.0 CADEIA DE COMANDO ............................................................................................................... 33
3.1 Sequencia lógica de trabalho-Envasadora ................................................................................. 33
3.2 Sequencia lógica de trabalho-Embaladora ................................................................................. 33
3.3 Diagrama trajeto passo .............................................................................................................. 34
3.4 Fluxograma do sistema de envasamento ................................................................................... 35
3.5 Fluxograma do sistema de embalagem ..................................................................................... 38
3.6 Esquema pneumático ................................................................................................................. 39
3.7 Comando elétrico pneumático – linha de envase ...................................................................... 40
3.8 Comando elétrico-embalagem ................................................................................................... 41
5
3.9 Alocação de sensores ................................................................................................................. 42
3.10 Sensores, Atuadores, Funções e passos em que são usados ................................................... 46
3.11 Microprocessador PIC18F452 .................................................................................................. 48
3.11.1 Programa proposto ............................................................................................................... 50
4 CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 57
5 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 58
6
1 INTRODUÇÃO
Foi proposto o desenvolvimento de um sistema de automação, em um
equipamento para envase de líquidos isotônicos.
Para a execução do projeto, além de conhecimentos adquiridos em sala de
aula nas disciplinas de Controle, Microprocessadores e Microcontroladores,
Pneumática e Hidráulica, Instrumentação e Desenho Assistido por Computador
foram feitas pesquisas sobre o tipo de equipamento industrial e seu
funcionamento, levantamento de dados junto a professores e profissionais da
área, e conhecimento prático de participantes do grupo.
Após o grupo tomar conhecimento da parte funcional mecânica do sistema,
foi feita a pesquisa sobre os componentes que foram usados no projeto, dando
assim, respaldo suficiente para o desenvolvimento da lógica de comandos para
automação do processo.
Através de breves descrições sobre os componentes, diagramas de
etapas, fluxogramas, esquemas elétricos, desenhos técnicos e ilustrativos,
apresentamos o projeto final para atender ao que nos foi proposto
.
7
2 ELEMENTOS DE PROJETO
2.1 Atuadores e sensores
Atuador é um elemento que produz movimento, atendendo a comandos que
podem ser manuais, elétricos ou mecânicos. Como exemplo, pode-se citar
atuadores de movimento induzido por cilindros pneumáticos ou cilindros
hidráulicos e motores (dispositivos rotativos com acionamento de diversas
naturezas).
Tal como o nome sugere, deve obedecer comandos. Sendo geralmente
acoplados a um sistema conhecido como malha fechada, eles informam ao
sistema de comando se a tarefa solicitada foi executada. Uma das formas de
fazer isso é por meio de transdutores de posição como potenciometros e
encoder´s.
Também são atuadores dispositivos como válvulas,contatores, pás, cancelas ou
qualquer elemento que realize um comando recebido de outro dispositivo, com
base em uma entrada ou critério a ser seguido.
Hoje em dia é raro encontrar alguma máquina que não possua sensores, pois
estes são responsáveis por grande parte das informações que possibilitam o
funcionamento de uma máquina
Como o próprio nome sugere, sensores são dispositivos capazes de “sensorear”,
monitorar, detectar algo.
O sensor ideal depende basicamente do material a ser detectado, e para uma
especificação correta devem-se conhecer as principais famílias de sensores,
suas características e vantagens
Os sensores industriais (são como o próprio nome diz) são os sentidos de um
projeto automatizado. Eles são usados para identificação do estado de uma
variável, podendo ser esta variável uma grandeza física qualquer. Veja um
exemplo:
8
FIGURA 1. Exemplo de sistema de envase
WWW.clubedaeletronica.com.br em 22/11/2012)
Um sistema bastante simples, onde um sensor é usado para detectar e contar
garrafas que passam por uma esteira. O funcionamento é bastante simples toda
vez que o sinal do sensor é interrompido, sua saída comuta de baixo para alto,
enviando um sinal a um dispositivo contador que incrementa “1” a cada
passagem de garrafa.
Analógicos ou digitais?
Figura 2. Sinal digital
Analógicos ou proporcionais:
São informações em forma de um sinal elétrico proporcional à grandeza medida.
Figura 3. Sinal analógico
Alimentação dos sensores
Um sensor, como qualquer outro dispositivo eletrônico, requer cuidado com a
alimentação, pois se feita de forma inadequada, poderá causar danos
irreparáveis ao sensor.
9
Tensão Contínua ⇒ Os sensores encontrados no mercado operam em uma faixa de
10 a 30 VDC, então qualquer tensão entre 10 e 30 VDC é suficiente para o
correto funcionamento dos mesmos. Na automação é muito comum o uso de
alimentação de 24 VDC.
Tensão Alternada ⇒ Para máquinas que não tem disponibilidade de uma fonte de
alimentação DC, os fabricantes disponibilizam também, sensores com
alimentação alternada de 90 a 265 VAC, tornando-os compatíveis com os
padrões brasileiros.
Tensão Universal ⇒ O avanço da tecnologia proporcionou comodidade à
automação e os fabricantes disponibilizam capazes de operar em tensões de 12
a 250 V alternada ou continua. É obvio que toda comodidade tem um preço.
Saída dos sensores
Os sensores com saídas discretas possuem saídas com chaveamento eletrônico,
e estes podem ser NPN ou PNP.
Sensores com saída NPN ⇒ São utilizados para comutar a carga ao potencial
positivo. O módulo de saída possui um transistor NPN que conecta a carga à
terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de
funcionamento positiva (VDC).
Figura 4. Esquema eletrônico
10
Figura 5. Esquema real
Sensores com saída PNP ⇒ São utilizados para comutar a carga ao potencial
negativo. O módulo de saída possui um transistor PNP que conecta a carga à
terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de
funcionamento negativo (0 v).
Figura 6. Esquema eletrônico
Figura 7. Esquema real
Sensores com saída a relé ⇒ As saídas não são eletrônicas e sim mecânicas. O
relê possui contatos, normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF), o
11
que nos disponibiliza uma independência quanto ao potencial da carga. A
principal vantagem sobre os eletrônicos esta no chaveamento de correntes mais
altas.
Sensores com saída Analógica ⇒ São usados para monitoração das variáveis de
processo, são também chamados de transdutores, ou seja, convertem uma
grandeza física em uma grandeza elétrica normalmente de 4 à 20mA.
2.2 Terminologia
Distância e face sensora: A face sensora é lado do sensor que detecta o objeto e
a distância é a distância entre a face sensora e o objeto a ser detectado. Com
este parâmetro podemos definir a maior distância que podemos deixar o sensor
do objeto a ser detectado.
Figura 8. Distancia sensora
Histerese: A histerese pode ser traduzida como retardo que tem como objetivo
evitar falsas comutações na saída, este efeito propícia ao sensor uma banda de
segurança entre o ligar (ON point) e o desligar (OFF point). As ilustrações abaixo
são para um sensor com as seguintes características: distância sensora (SN) de
10 mm e histerese (H) de ± 20%.
Figura 9. Histerese
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Figura 10. Distancia de funcionamento do sensor.
Assim, se o objeto estiver se movendo em direção ao sensor, deve mover-se
para o ponto mais próximo para ligá-lo. Uma vez ligado (ON point), permanece
ligado até que o objeto se mova para o ponto mais distante (OFF point).
Tipos de sensores
• Para especificar um sensor deve-se conhecer o material do objeto a
detectar. Os tipos de sensores mais comuns são:
• Mecânicos ⇒ São sensores que operam de forma mecânica, ou seja,
necessita contato. Não importa o material.
• Magnéticos ⇒ São sensores que operam com campo magnético,
detectam apenas magnetos.
• Indutivos ⇒ São sensores que operam com campo eletro-magnético,
portanto detectam apenas materiais ferromagnéticos.
• Capacitivos ⇒ São sensores que operam com o principio de
capacitância, detectam todos os tipos de materiais.
• Ópticos ⇒ São sensores que operam com emissão de luz, estes
detectam todos os tipos de materiais.
• Ultra-sônicos ⇒ São sensores que operam com emissão e reflexão de
um feixe de ondas acústicas. A saída comuta quando este feixe é
refletido ou interrompido pelo material a ser detectado.
• Pressão (pressostato) ⇒ São sensores que operam comparando duas
pressões sendo uma pré-fixada e a outra é a pressão em um
determinado ponto da linha.
Um tipo de sensor encontrado em uma grande quantidade de aplicações é o
sensor fotoelétrico. Estes sensores utilizados numa infinidade de aplicações, indo
desde sistemas de segurança, controle, máquinas industriais, equipamento
médico e eletrônica embarcada. A finalidade de um sensor fotoelétrico é
13
converter um sinal luminoso (luz ou sombra) num sinal elétrico que possa ser
processado por um circuito eletrônico.
2.3 Sensores Fotoelétricos
Figura 11. Sensor fotoelétrico.
Um sensor fotoelétrico pode ser tanto um transdutor como um sensor
propriamente dito.
Dizemos que um sensor fotoelétrico é um transdutor quando ele converte energia
luminosa (radiante) em energia elétrica. É o caso das fotocélulas que convertem
diretamente luz em energia elétrica.
14
2.4 Termoresistores
Figura 12. Termoresistor
Os métodos de para medição de temperatura iniciaram-se em torno de 1835,
com Faraday, porém só houve condições de se elaborar os mesmos, para
utilização em processos industriais a partir de 1925.
Esses transdutores adquiriram espaço nos processos industriais por suas
condições de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação,
baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso.
Devido a essas características, o termorresistor é padrão internacional para a
medição de temperatura na faixa de (-270 a 660) °C em seu modelo de
laboratório.
Os termorresistores são transdutores de temperatura que apresentam uma
variação em sua resistência elétrica quando sofrem alguma variação de
temperatura. De um modo geral, os metais aumentam a resistência com a
temperatura, ao passo que os semicondutores (termistores NTC) diminuem a
resistência com o aumento da temperatura.
Vantagens:
• Possuem menor incerteza dentro da faixa de utilização do que outros tipos
de transdutores; Com ligação adequada não existe limitação para distância
de operação;
• Dispensa utilização de fiação especial para ligação;
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• Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente;
• Têm boas características de reprodutibilidade;
• Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem;
• São mais estáveis e exatos do que os termopares;
• h) Sua curva de resistência em função da temperatura é mais linear que a
dos termopares.
Desvantagens:
• São mais caros para mesma faixa de temperatura.
• Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua temperatura
máxima de utilização.
• Temperatura máxima de utilização 630 °C.
• É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura
equilibrada para indicar corretamente.
• Alto tempo de resposta.
2.5 Válvulas para controle de fluido
Figura 13. Valvula para controle de fluído.
Princípios de funcionamento
Os sensores podem ser classificados de acordo a saída do sinal, podendo esta
ser analógica ou digital.
Digitais ou discretos: São informações em forma de pulsos elétricos “0” ou “1”
não há um valor intermediário.
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Solenóides são dispositivos eletromecânicos baseados no deslocamento
solenóides compreendendo uma grande faixa de dimensões e capacidades para
controle desde pequenas vazões em equipamentos médicos e científicos até
grandes plantas industriais. Em particular, as válvulas para baixas vazões (da
ordem de mililitros por minutos) e baixas pressões têm sido amplamente
aplicadas em equipamentos e montagens para uso em laboratórios clínicos e
químicos. Elas são de pequenas dimensões e requerem baixa tensão e corrente
de acionamento.
A estratégia para fechamento e abertura dos canais fluídicos depende do
fabricante, mas o princípio de acionamento elétrico é basicamente o mesmo, isto
é, uma tensão de alguns volts é aplicada sobre um solenóide que faz com que um
núcleo metálico ferromagnético se desloque, causando a alteração do estado da
válvula. O núcleo ferromagnético comprime uma mola que é a responsável por
deslocar o núcleo para sua posição original quando a corrente elétrica é
interrompida.
Uma válvula solenóide e a combinação de dois elementos básicos: um solenóide
com o respectivo núcleo móvel (plunger) e seu obturador, e o corpo dotado de um
orifício, no qual e posicionado o obturador que permite ou impede a passagem de
fluxo em função da atração, ou não, do núcleo móvel (plunger) quando a bobina e
energizada.
Válvula de ação direta
Numa válvula solenóide de ação direta, o núcleo móvel (plunger) e
mecanicamente conectado com o obturador, portanto, abrira ou fechara
diretamente o orifício principal de passagem, dependendo unicamente de estar,
ou não, energizado o solenóide. A operação não depende da pressão da linha
nem da vazão, logo, as válvulas abrirão ou fecharão com valores de pressão
desde zero ate o máximo permitido.
Tipos de válvula solenóide
Válvulas de duas vias
Possuem uma conexão de entrada e uma de saída, abrindo ou fechando um
orifício principal em função de um comando elétrico
São disponíveis em duas versões:
17
• - Normalmente fechadas - as válvulas permanecem fechadas quando
desenergizadas e se abrem quando energizadas.
• - Normalmente abertas - as válvulas permanecem abertas quando
desenergizadas e se fecham quando energizadas
2.6 Chave de nível bóia
Desenvolvida para controlar o nível de líquidos em tanques ou reservatórios,
sendo instalada sempre lateralmente.
Figura 14. Chave bóia
São extremamente fáceis de instalar, manusear e operar, não necessitando de
alimentação elétrica para sua operação, uma vez que utiliza um simples contato
seco.
Seu funcionamento não é afetado por determinadas características como
variações que possam ocorrer de pressão e temperatura (desde que dentro dos
limites especificados), condutividade ou a presença de espuma, gases/vapores
sobre o líquido.
• Características
• Baixo custo
• Fácil de instalar e ajustar
• Requer manutenção mínima
• Operação sem alimentação elétrica
• Versátil: utilizável em uma infinidade de aplicações
Princípio de funcionamento
18
Uma bóia presa em uma de suas extremidades a uma haste transmite o
movimento do líquido no interior do tanque a um magneto preso à outra
extremidade desta mesma haste.
Por meio de acoplamento magnético, este movimento é transferido a outro
magneto existente no interior do invólucro (sem nenhum contato físico com o
magneto anterior), provocando a comutação de um contato elétrico.
Figura 15. Aplicação da chave bóia.
APLICAÇÃO
Alarme de nível alto/baixo, controle de nível através de dispositivos como bombas
ou válvulas envolvendo os mais diversos produtos como água, produtos químicos,
entre outros, seja em tanques ou reservatórios são algumas aplicações típicas
desta chave.
19
2.7 Chave fim de curso
Figura 16. Interior de uma chave de fim de curso.
Uma chave fim de curso, ou do inglês microswitch, é um termo genérico usado
para referir-se a um comutador elétrico que é capaz de ser atuado por uma força
física muito pequena. Ela é muito comum devido ao seu pequeno custo e extrema
durabilidade, normalmente mais que 1 milhão de ciclos e acima de 10 milhões de
ciclos para modelos destinados a aplicações pesadas.
Chave fim de curso, é aquela onde, ao final do precesso, ela pode abrir ou fechar
o circuito, um exemplo muito utilizado, são os portões de garagem eletrônicos,
onde, quando o portão chega na rela final, ele aciona a chave limite que impede
que ele continue o processo.
Figura 17. Chaves fim de curso.
20
2.8 Cilindro pneumático
Um cilindro pneumático é um tipo de dispositivo usado para gerar força a partir da
energia do gás sob pressão. O cilindro pneumático básico consiste de uma
câmara cilíndrica com um pistão móvel e de admissão e canais de escape.
Quando o ar comprimido ou outro gás é bombeado para o fundo do cilindro, o gás
se expande, empurrando para cima o pistão móvel e gerando força. Cilindros
pneumáticos, também conhecidos como cilindros de ar, têm vantagens sobre os
sistemas hidráulicos, em alguns casos e são usados em uma ampla variedade de
aplicações.
Figura 18. Cilindros Pneumáticos
Para operar o cilindro, um gás, como o ar, deve primeiro ser pressurizado. Isto
pode ser feito através de uma bomba. Desde que o ar existe normalmente na
pressão atmosférica, as bombas são usadas para forçar um determinado volume
de ar em um espaço menor, fazendo com que sua pressão aumente acima do
nível atmosférico. O ar pressurizado armazena a energia utilizada em comprimi-la.
Quando permitido a se expandir, este ar tende a despressurizar de volta à sua
pressão atmosférica original.
Um cilindro pneumático opera com base neste princípio. O ar é comprimido e
depois encaminhado para a câmara cilíndrica debaixo de um pistão móvel. O ar
pressurizado exerce força contra a base do pistão, fazendo com que o pistão se
mova para cima através do cilindro oco. A haste se estende da base do pistão
para cima através do topo do cilindro. Quando o ar comprimido se expande para o
espaço vazio e move o pistão para cima, esta vara também se move, fornecendo
uma maneira de mover outros elementos mecânicos.
21
A posição do pistão em um cilindro pneumático é controlada por uma válvula que
distribui o ar comprimido na parte superior ou na parte inferior do cilindro. Quando
a extremidade da haste, ou a parte superior, do cilindro são cheias com o ar
pressurizado, o pistão move-se para baixo, e o ar abaixo do pistão é exalado para
fora através de uma tubulação de exaustão. O ar pressurizado que incorpora a
base move o pistão, e o ar acima do pistão é exalado para fora. Este sistema
permite que o cilindro seja operado repetidamente para gerar a força.
Sistemas pneumáticos têm várias vantagens sobre os sistemas hidráulicos, que
utilizam água ou outro fluido para gerar movimento mecânico. O ar de exaustão
de um cilindro pneumático pode ser liberado para o ar circundante, sem
preocupações ambientais. O ar é fácil de obter e pressionar. Além disso, os
vazamentos não são uma preocupação nos sistemas pneumáticos. As
desvantagens dos pneumáticos incluem a necessidade de operar tais sistemas
em alta pressão, que pode ser perigoso, bem como a necessidade de manter o ar
limpo e filtrado.
Vários dispositivos mecânicos familiares fazem uso da força pneumática. Pistolas
de pregos, usada na construção para fixar pregos na madeira ou concreto,
extraem sua força de um ou mais cilindros pneumáticos. Outros exemplos incluem
bombas de bicicleta e os freios de ar utilizados em ônibus e caminhões. Além de
aplicações de consumo, os cilindros pneumáticos também são amplamente
utilizados em ambientes industriais, como fábricas de embalagens e oficinas
mecânicas.
2.9 Válvulas pneumáticas
Os cilindros pneumáticos, componentes para máquinas de produção, para
desenvolverem suas ações produtivas, devem ser alimentados ou descarregados
convenientemente, no instante em que desejarmos, ou de conformidade com o
sistema programado.
Portanto, basicamente, de acordo com seu tipo, as válvulas servem para orientar
os fluxos de ar, impor bloqueios, controlar suas intensidades de vazão ou
pressão. Para facilidade de estudo, as válvulas pneumáticas foram classificadas
nos seguintes grupos:
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• - Válvulas de Controle Direcional
• - Válvulas de Bloqueio (Anti-Retorno)
• - Válvulas de Controle de Fluxo
• - Válvulas de Controle de Pressão
Cada grupo se refere ao tipo de trabalho a que se destina mais adequadamente.
VÁLVULAS DIRECIONAIS
São válvulas que interferem na trajetória do fluxo do ar, desviando-o para onde for
mais conveniente em um determinado momento por ação de um acionamento
externo. Têm por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de
realizar um trabalho proposto. Para um conhecimento perfeito de uma válvula
direcional, deve-se levar em conta os seguintes dados:
• - Posição Inicial
• - Número de Posições
• - Número de Vias
• - Tipo de Acionamento (Comando)
• - Tipo de Retorno
• - Vazão
Para a representação das válvulas direcionais nos circuitos pneumáticos
utilizamos simbologia normalizada conforme norma DIN ISSO 1219. Esta norma
nos dá a função da válvula e não considera a construção da mesma. O
desenvolvimento dos símbolos nos dá a noção exata de como compreender a
simbologia completa das válvulas.
DESENVOLVIMENTO DOS SÍMBOLOS
As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo. Este
retângulo é dividido em quadrados. O número de quadrados representados na
simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade
de movimentos que executa através de acionamentos. Número de posições é a
quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou
permanecer sob a ação de seu acionamento. Nestas condições, a torneira, que é
uma válvula, tem duas posições: ora permite passagem de água, ora não permite.
23
O número de vias é o número de conexões de trabalho que a válvula possui.
São consideradas como vias a conexão de entrada de pressão, conexões de
utilização e as de escape. Para fácil compreensão do número de vias de uma
válvula de controle direcional podemos também considerar que:
Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar
um dos quadrados (posição) e verificar quantas vezes o(s) símbolo(s) interno(s)
oca(m) os lados do quadro, obtendo-se, assim, o número de orifícios e em
correspondência o número de vias. Preferencialmente, os pontos de conexão
deverão ser contados no quadro da posição inicial.
IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS DAS VÁLVULAS
As identificações dos orifícios de uma válvula pneumática, reguladores, filtros etc.,
têm apresentado uma grande diversificação de indústria para indústria, sendo que
cada produtor adota seu próprio método, não havendo a preocupação de utilizar
uma padronização universal. Em 1976, o CETOP – Comitê Europeu de
Transmissão Óleo-Hidráulica e Pneumática propôs um método universal para a
identificação dos orifícios aos fabricantes deste tipo de equipamento. O código,
apresentado pelo CETOP, vem sendo estudado para que se torne uma norma
universal através da Organização Internacional de Normalização - ISO. A
finalidade do código é fazer com que o usuário tenha uma fácil instalação dos
componentes, relacionando as marcas dos orifícios no circuito com as marcas
contidas nas válvulas, identificando claramente a função de cada orifício.
24
Essa proposta é numérica, conforme mostra.
- IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS
• Nº 1 - alimentação: orifício de suprimento principal.
• Nº 2 - utilização, saída: orifício de aplicação em válvulas de 2/2, 3/2 e 3/3.
• Nºs 2 e 4 - utilização, saída: orifícios de aplicação em válvulas 4/2, 4/3, 5/2
e 5/3.
• Nº 3 - escape ou exaustão: orifícios de liberação do ar utilizado em válvulas
3/2, 3/3, 4/2 e 4/3.
• Nºs 3 e 5 - escape ou exaustão: orifício de liberação do ar utilizado em
válvulas 5/2 e 5/3. Orifício número 1 corresponde ao suprimento principal; 2
e 4 são aplicações; 3 e 5 escapes.
• Orifícios de pilotagem são identificados da seguinte forma: 10, 12 e 14.
• Estas referências baseiam-se na identificação do orifício de alimentação 1.
• Nº 10 - indica um orifício de pilotagem que, ao ser influenciado, isola,
bloqueia o orifício de alimentação.
• Nº 12 - liga a alimentação 1 com o orifício de utilização 2, quando ocorrer o
comando.
• Nº 14 - comunica a alimentação 1 com o orifício de utilização 4, quando
ocorrer a pilotagem.
Quando a válvula assume sua posição inicial automaticamente (retorno por mola,
pressão interna) não há identificação no símbolo. Em muitas válvulas, a função
dos orifícios é identificada literalmente. Isso se deve principalmente às normas
DIN (DEUTSCHE NORMEN), que desde março de 1996 vigoram na Bélgica,
Alemanha, França, Suécia, Dinamarca, Noruega e outros 24países. Segundo a
Norma DIN 24.300, Blatt 3, Seite 2, Nr. 0.4. de março de 1966, a identificação dos
orifícios é a seguinte:
• Linha de trabalho (utilização): A, B, C
• Conexão de pressão (alimentação): P
25
• Escape ao exterior do ar comprimido utilizado pelos equipamentos
pneumáticos (escape, exaustão): R, S, T
• Drenagem de líquido: L
• Linha para transmissão da energia de comando (linhas de pilotagem):
X, Y, Z
Os escapes são representados também pela letra E, seguida da respectiva letra
que identifica a utilização (normas N.F.P.A.) Exemplo: EA - significa que o orifícios
em questão são a exaustão do ponto de utilização A. EB - escape do a utilizado
pelo orifício B. A letra D, quando utilizada, representa orifício de escape do ar de
comando interno.
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SIMBOLOGIA DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS
27
CADEIA DE COMANDOS
Os circuitos pneumáticos são divididos em várias partes distintas e em cada uma
dessas divisões, elementos pneumáticos específicos estão posicionados. Esses
elementos estão agrupados conforme suas funções dentro dos sistemas
pneumáticos. As múltiplas funções quando devidamente posicionadas dentro de
uma hierarquia, formam o que chamamos de cadeia de comandos. A disposição
gráfica dos diferentes elementos é análoga a representação esquemática da
cadeia de comando, ou seja, o fluxo de sinais é de baixo para cima. A
alimentação é um fator muito importante e deve ser bem representada. É
recomendável representar elementos necessários a alimentação na parte inferior
e distribuir a energia, tal como mencioná-la de maneira ascendente. Para circuitos
relativamente volumosos pode-se simplificar desenhando numa parte do esquema
a fonte de energia assinalando os diferentes elementos por meio da simbologia
simplificada.
Figura 19. Cadeia de comandos
TIPOS DE ACIONAMENTOS
A comutação das válvulas direcionais dependem de acionamentos externos,
esses acionamentos podem ser: mecânicos, manuais, elétricos, pneumáticos ou
ainda combinados. O acionamento deve ser compatível com o momento do
acionamento. Por exemplo: para um sinal de início de ciclo normalmente se usa
um acionamento muscular (botão, pedal, alavanca). Quando o acionamento vai
28
ser executado por um cilindro no meio do ciclo, um acionamento mecânico (rolete,
gatilho ou came) é o mais indicado.
29
30
2.10 Inversor de frequência
Figura 20. Inversor de frequência
Os conversores de frequência , também conhecidos como inversores de
frequência , são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede
alternada senoidal, em tensão contínua e finalmente convertem esta última, em
uma tensão de amplitude e frequência variáveis.
A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo que alguns
fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. Inerentemente ao projeto básico
de um Conversor de Frequência, teremos na entrada o bloco retificador, o circuito
intermediário composto de um banco de capacitores eletrolíticos e circuitos de
filtragem de alta frequência e finalmente o bloco inversor, ou seja, o inversor na
verdade é um bloco composto de transistores IGBT, dentro do conversor. Na
indústria entretanto, ambos os termos são imediatamente reconhecidos, fazendo
alusão ao equipamento eletrônico de potência que controla a velocidade ou
torque de motores elétricos.
Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir os
rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e
variadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínua pelo
conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção mais simples e
reposição profusa.
31
Os conversores de frequência costumam também atuar como dispositivos de
proteção para os mais variados problemas de rede elétrica que se pode ocorrer,
como desbalanceamento entre fases, sobrecarga, queda de tensão, etc.
Normalmente, os conversores são montados em painéis elétricos, sendo um
dispositivo utilizado em larga escala na automação industrial. Podem trabalhar em
interfaces com computadores, centrais de comando, e conduzir, simultaneamente,
dezenas de motores, dependendo do porte e tecnologia do dispositivo.
Os conversores costumam ser dimensionados mais precisamente, pela corrente
do motor. O dimensionamento pela potência do motor pode também ser feita,
entretanto, a corrente é a principal grandeza elétrica limitante no
dimensionamento. Importante também notar outros aspectos da aplicação,
durante o dimensionamento, como por exemplo, demanda de torque (constante
ou quadrático), precisão de controle, partidas e frenagens bruscas ou em
intervalos curtos ou muito longos, regime de trabalho, e outros aspectos
particulares de cada aplicação. Dentre os diversos fabricantes deste produto,
temos uma vasta coleção de catálogos e normas, que devem sempre ser
consultados.
Quando o acionamento elétrico não exige variação da velocidade do motor,
querendo-se apenas uma partida mais suave, de forma que limite-se a corrente
de partida evitando assim quedas de tensão da rede de alimentação, costuma-se
utilizar soft-starters.
Os conversores de frequência tem uma vasta aplicação na indústria de máquinas
e processos em geral. Com a capacidade inerente de variar a velocidade de
motores elétricos trifásicos de Corrente Alternada, permitem a aos projetistas,
desenvolver máquinas que sem os mesmos, seriam praticamente impossíveis de
serem fabricadas.
Os conversores de frequência de última geração, não somente controlam a
velocidade do eixo de motores elétricos trifásicos de corrente alternada, como
também, controlam outros parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um
deles, é o controle de Torque.
Através da funcionalidade que os microprocessadores trouxeram, os conversores
de frequência hoje são dotados de poderosas CPUs ou placas de controle
microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade de métodos de
32
controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos. Cada fabricante
consegue implementar sua própria estratégia de controle, de modo a obter
domínio total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico, permitindo em
muitos casos que motores elétricos trifásicos de corrente alternada, substituírem
servo motores em muitas aplicações. Os benefícios são diversos, como redução
no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas de acionamento, custo de
manutenção.
Muitos conversores hoje, são dotados de opcionais que permitem implementar
técnicas de controle de movimento, manipulação de vários eixos de acionamento,
Posicionamento e Sincronismo de Velocidade ou Sincronismo de Posição.
Modernas técnicas de chaveamento da forma de onda de tensão e também da
frequência aplicada sobre o estator do motor elétrico, permitem o controle com
excelente precisão, sobre o eixo do motor. Uma das técnicas mais conhecidas é o
PWM ou "Pulse Width Modulation". Tais técnicas são sempre aliadas ao
modelamento matemático preciso do motor elétrico. Os conversores de última
geração, fazem medições precisas e estimativas dos parâmetros elétricos do
motor, de modo a obter os dados necessários para o modelamento e
consequente controle preciso do motor.
Os Conversores de Frequência, por serem dispositivos dotados comumente de
uma ponte retificadora trifásica a diodos, ou seja, trata-se de cargas não lineares,
geram harmônicas. Os fabricantes de conversores de frequência disponibilizam
filtros de harmônicas, alguns já integrados ao produto, outros opcionais. Existem
várias técnicas para filtragem de harmônicas, que vão desde as mais simples e
menos custosas, como indutores na barra DC ou indutores nas entradas do
conversor, antes da ponte retificadora, passando pelos retificadores de 12 ou 18
diodos ou pulsos, utilizando transformadores defasadores até chegar aos filtros
ativos ou retificadores a IGBT, para diminuição ou até mesmo eliminação das
harmônicas tanto de corrente quanto de tensão elétrica.
33
3.0 CADEIA DE COMANDO
3.1 Sequencia lógica de trabalho-Envasadora
• 1º Passo: Verificação do nível de matéria prima dos tanques superiores
através das chaves bóia S6, S7, S8 e S9, se vazio acionar válvulas de
vazão A8 e A9.
• 2º Passo: Verificação da temperatura da matéria prima dos tanques
superiores, se fora da faixa de 20 à 23 graus acionar os circuladores de
água quente ou fria A10 e A11.
• 3º Passo: Verificação do nível da mistura do tanque inferior através das
chaves bóia S10 e S11, se vazio acionar as válvulas de vazão A6 e A7.
• 4º Passo: Acionar o motor do batedor
• 5º Passo: Acionar o motor da esteira que será controlado através do
inversor de freqüência CFW 09.
• 6º Passo: Sensor fotoelétrico S1 detecta três garrafas e avança cilindro A3.
• 7º Passo: Cilindro A3 aciona um fim curso S3 que avança cilindro A5.
• 8º Passo: Cilindro A5 aciona um fim curso S12 que liga a bomba A12 que
envia a mistura aos bicos envasadores.
• 9º Passo: Um sensor de vazão S13 detecta o refluxo da mistura no mesmo
nível de entrada que desliga a bomba e recua cilindro A5.
• 10º Passo: Cilindro A5 aciona um fim de curso S14 que recua cilindro A4.
• 11º Passo: Um sensor fotoelétrico S2 detecta três garrafas e avança
cilindro A4.
• 12º Passo: Cilindro A4 aciona um fim de curso S4 que recua cilindro A3.
3.2 Sequencia lógica de trabalho-Embaladora
• 1º Passo: Sensor fotoelétrico S1 detecta 3 garrafas e avança cilindro A1.
• 2º Passo: Cilindro A1 aciona fim de curso S4 que recua o próprio cilindro
A1.
• 3º Passo: Sensor fotoelétrico S2 detecta plataforma cheia e aciona motor
da esteira.
• 4º Passo: Sensor fotoelétrico S3 detecta embalagem de garrafas e desliga
motor da esteira.
34
3.3 Diagrama trajeto passo
35
INÍCIO
NÍVEL DOS
TANQUES
SUPERIORES
CHEIO?
ABRE VÁLVULAS
DE VAZÃO A8 E A9
TEMPERATURA
DOS TANQUES
SUPERIORES 20°
A 23° CELSIUS?
LIGA CIRCULADOR DE
ÁGUA QUENTE OU
FRIA A10 E A11
NÍVEL DO
TANQUE
INFERIOR CHEIO?
ABRE VÁLVULAS DE
VAZÃO A6 E A7
3.4 Fluxograma do sistema de envasamento
36
INVERSOR ACIONA O
MOTOR DA ESTEIRA
SENSOR S1
PORTA 1 = 3
GARRAFAS
CILINDRO A3 AVANÇA
FIM DE CURSO S3
CILINDRO A5 AVANÇA
FIM DE CURSO S12
BOMBA A12 LIGA
MOTOR DO BATEDOR
37
SENSOR DE
REFLUXO S13
BOMBA A12 DESLIGA
CILINDRO A5 RECUA
FIM DE CURSO S14
CILINDRO A4 RECUA
SENSOR S2
PORTA 2 = 3
GARRAFAS
CILINDRO A4 AVANÇA
FIM DE CURSO S4
CILINDRO A3 RECUA
FIM
38
INÍCIO
S1=3
GARRAFAS
A1 AVANÇA
S2 IDENTIFICA GARRAFAS
MOTOR
S3 IDENTIFICA
EMBALAGEM
DESLIGA MOTOR ESTEIRA
FIM
3.5 Fluxograma do sistema de embalagem
39
[Digite uma citação do
documento ou o resumo de
uma questão interessante.
Você pode posicionar a caixa
de texto em qualquer lugar do
documento. Use a guia
Ferramentas de Caixa de Texto
para alterar a formatação da
caixa de texto da citação.]
3.6 Esquema pneumático
40
3.7 Comando elétrico pneumático – linha de envase
41
3.8 Comando elétrico -embalagem
42
3.9 Alocação de sensores
43
44
45
46
47
48
3.11 Microprocessador PIC18F452
Figura 21 Microcontrolador
49
Um Microcontrolador é um sistema computacional completo inserido em um único
circuito integrado. Possui CPU, memória de dados RAM (Random Access
Memory) e programa ROM (Read Only Memory) para manipulação de dados e
armazenamento de instruções, sistema de clock para dar seqüência às atividades
da CPU, portas de I/O além de dois outros possíveis periféricos como, módulos
de temporização, conversores analógico digital e até mesmo nos mais avançados
conversores USB (Universal Serial Bus) ou ETHERNET.
Apesar de seu funcionamento exigir uma freqüência de clock de alguns MHz, o
que é pouco comparado aos microprocessadores modernos, sua utilização é
perfeitamente adequada para utilizações típicas. Consomem pouca energia, algo
em torno de miliwatts, possuem a capacidade de “hibernar” enquanto aguardam o
acontecimento de um evento que o colocará em funcionamento novamente, ideal
para circuitos alimentados a baterias químicas pois seu consumo reduz para algo
em torno de nanowatts. São componentes de baixo custo e compactos.
Para fazer uso do Microcontrolador é necessário desenvolver, além do programa
que controla determinado processo, um hardware responsável pela interface entre
o mundo externo e o Microcontrolador, adaptando os níveis de tensão e corrente.
Porém, para aplicações mais simples e de valores de tensão e corrente próximos
aos valores nominais do Microcontrolador pode-se utilizar seus pinos de I/O
diretamente interligados ao sistema.
Existe uma grande quantidade de Microcontroladores utilizados em projetos de
equipamentos eletroeletrônicos. O Microcontrolador que iremos utilizar será o
18F452 da Microchip. A grande vantagem é que possui memória Flash,
possibilitando assim escrever/apagar com grande rapidez.
Abaixo temos principais características do 18F452 utilizado em nosso projeto:
- 40 pinos podendo ter até 34 I/O (Input/Output digital);
- 8 canais A/D de 10 Bits;
- 02 Módulos CCP – capture, compare e PWM;
- Memória de Programa Flash – 32K
- Memória RAM – 1536 bytes;
- Memória EEPROM – 256 bytes;
50
- velocidade de processamento – até 10MIPS (milhões de instruções por
segundo);
- Módulo MSSP (Master Synchronous Serial Port);
- Módulo USART;
- Possibilita até 100.000 ciclos de escrita/leitura na memória de programa; 3
- Possibilita 1.000.000 de ciclos de escrita/leitura na EEPROM;
- Retenção dos dados na memória por até 40 anos;
- Possibilita habilitação do Watchdog Timer;
- Possibilita interrupção externa através de pinos do Microcontrolador;
- 4 Temporizadores/Contadores.
Em nosso projeto, o controle de temperatura dos tanques é feito através do
microprocessador, usando o sensor de temperatura PT100, e o programa foi
desenvolvido e adaptado com orientação do Prof Tiago Correale
3.11.1 Programa proposto
#include <p18F452.h> // Register definitions
#include <pwm.h> //PWM library functions
#include <adc.h> //ADC library functions
#include <timers.h> //Timer library functions
#include <delays.h> //Delay library functions
#include <i2c.h> //I2C library functions
#include <stdlib.h> //Library functions
#include <usart.h> //USART library functions
51
#pragma config OSC = XT
#pragma config WDT = ON
#pragma config WDTPS = 128
#pragma config LVP = OFF
#pragma config PWRT = ON
#pragma config BOR = ON
#pragma config BORV = 42
union bits
{
struct
{
unsigned BIT0:1;
unsigned BIT1:1;
unsigned BIT2:1;
unsigned BIT3:1;
unsigned BIT4:1;
unsigned BIT5:1;
unsigned BIT6:1;
unsigned BIT7:1;
} ;
struct
52
{
unsigned BITS:8;
} ;
};
// Exemplo de codigo que pode ser utilizado no controle de diversos dispositivos,
// inclusive no controle de temperatura...
void controlaLeds(unsigned int temp)
{
STATUS_LEDS = 0;
if(conversao >= 40)
{
STATUS_LEDSbits.BIT0 = 1;
STATUS_LEDSbits.BIT1 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;
}else if(conversao <= 20){
STATUS_LEDSbits.BIT0 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT1 = 1;
STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;
53
STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;
}else{
STATUS_LEDSbits.BIT0 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT1 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;
STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;
}
}
/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
* Configurações do Pic *
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */
void main()
{
PORTA = 0x00; //Limpa PORTA
PORTB = 0x00; //Limpa PORTB
PORTC = 0x00; //Limpa PORTC
PORTD = 0x00; //Limpa PORTD
54
PORTE = 0x00; //Limpa PORTE
LATA = 0x00; //Limpa PORTA
LATB = 0x00; //Limpa PORTB
LATC = 0x00; //Limpa PORTC
LATD = 0x00; //Limpa PORTD
LATE = 0x00; //Limpa PORTE
TRISA = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS
PORTA0
////TRISB = 0b00001111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS
PORTB
////TRISB = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS
PORTB
TRISB = 0;
TRISC = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS
PORTC
TRISD = 0b00000000; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS PORTD
TRISE = 0b00000100; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS PORTE
STATUS_LEDS = 0;
55
OpenADC(ADC_FOSC_8 & ADC_LEFT_JUST & ADC_3ANA_0REF,
ADC_CH1 & ADC_INT_OFF);
//CONFIGURAÇÃO DO AD
/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
* Inicialização do Sistema *
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */
while(RCONbits.NOT_TO);
inicializa_lcd(); // configura o lcd
tela_principal(); // imprime a tela principal no LCD
/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
* Rotina principal *
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */
while(1)
{
ClrWdt(); //Inicia o watch-dog
timer
ConvertADC(); //Inicia conversão AD
while (BusyADC()); //Aguarda fim da conversão AD
56
conversao = ADRESH; //lê resultado da
conversão AD
conversao = (conversao * 50); //faz regra de 3 para converter o
valor,
conversao = (conversao / 255); //das unidades de AD em Volts.
controlaLeds(conversao);
converte_bcd((unsigned char)conversao);
comando_lcd(0xC5); //posiciona o cursor na
linha 1, coluna 5
escreve_lcd (dezena + 0x30); //escreve no display de LCD
escreve_lcd (',');
escreve_lcd (unidade + 0x30); //escreve no display de LCD
escreve_lcd ('V');
PORTB = STATUS_LEDS;
}
}
57
4 CONCLUSÃO
Este trabalho teve por finalidade aprimorar as habilidades de pesquisa e
desenvolvimento de projetos com a criação de um sistema automatizado de
envase de líquidos isotônicos. Para tanto, diversos critérios foram utilizados, como
a analise de especificações técnicas dos componentes, seguindo parâmetros de
normas nacionais e internacionais, utilizando componentes com o melhor
custo/beneficio.
O projeto foi desenvolvido baseado em uma linha de produção real visando a
importância da automação industrial. Com base na pesquisa realizada
encontraram-se diversos benefícios, tais como, grandes ganhos em eficiência,
qualidade, precisão e produção, Os quais acarretam redução de custos e maior
lucratividade.
58
5 REFERÊNCIAS
-Escola Politécnica da USP-Dep. Eng. Mecatrônica e Sist.Mecânocos
-Inst. Federal de Educ.Ciencia e Tecnologia de Santa Catarina
-Siemens do Brasil
-Festo
-Parker Hannifin
-Sense Sensores e Instrumentos
-Ztech
-Centro Paula Souza – Fatec
-WWW.clubedaeletronica.com.br
-Weg Brasil