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Renato Dias1

O emprego inadequado de energia elétrica, e de utilização da eletrônica tem sido motivo de repercussões, de geração de custos e de perdas para o sistema energético. O objetivo geral deste artigo consiste em apresentar a automatização de uma máquina de sopro com uso do CLP (Controlador Lógico Programável), baseado em microprocessadores. Para tanto, foram necessárias as análises: de funcionamento do projeto antigo e dos custos de produção e manutenção da máquina; dimensionamento dos contatores, válvulas e solenóides com suas respectivas potências e aplicações; de custos e benefícios quanto à aquisição e utilização do novo processo; elaboração do projeto de força, do comando hidráulico e pneumático; montagem do painel elétrico com os específicos dispositivos como: botoeiras, micro chaves, sensores de temperatura entre outros; desenvolvimento e instalação da automação e programação específica; além da execução dos testes finais. A pesquisa-diagnóstico buscou explorar a área de atuação e levantar as situações de riscos ou perdas, por meio de fontes primárias e secundárias, utilizando de instruções de programação com operações aritméticas e analógicas, textos explicativos e conclusivos, pertinentes à interpretação e utilização do software trazendo considerável retorno à empresa no que se refere à redução de custos, aperfeiçoamento dos processos, performance, ergonomia, e principalmente redução no emprego de energia.

Palavras Chave: Programação. Controlador Lógico Programável. Automação

1 INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, os avanços da Ciência, por meio da própria tecnologia, têm proporcionado o entendimento de leis, materiais, processos industriais ou científicos, produtos entre outros, notadamente, nos campos da Física e Eletrônica. Recentes pesquisas na área, de acordo com o acervo consultado em Bibliografias relacionadas ao presente estudo, identificam que há uma busca constante em aperfeiçoar o rendimento e a qualidade dos sistemas, materiais e suas leis fundamentais.

Com a realidade do atual quadro econômico das empresas e do mercado de trabalho, no que refere a importância do conhecimento e das habilidades técnicas, as grandes descobertas profissionais dos indivíduos, em muitos casos, podem surgir com as possibilidades que o mercado oferece, dada a operacionalidade de máquinas e equipamentos, novas tecnologias e novos processos de produção.

As formas mais conhecidas de geração de energia disponíveis no momento, como por exemplo, a energia hidrelétrica, já apresetam resultados desfavoráveis dada a escassez dos recursos naturais, levando ao racionamento em alguns setores da atividade econômica, refletindo indicadores decrescentes quanto ao valor agregado, o nível de emprego de um modo geral, e principalmente, o preço.

1 Mestre e pesquisador do Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica da UFSC. Professor de Tecnologia em Processos de Produção Mecânica do SENAI e professor da ASSEVIM.r.dias@terra.com.br

Esta pesquisa, caracterizada como pesquisa-diagnóstico tem por objetivo proporcionar ao leitor o conhecimento da aplicabilidade dos aspectos teóricos estudados em áreas afins, que estão direcionados á economia de energia, tempo e qualidade de processos, nas empresas que tem como meta, segurança, produtividade e lucro.

No momento de decidir por determinado investimento, o projetista deve ter suficiente conhecimento da situação competitiva, buscando minimizar o esforço humano, e da máquina buscando obter maior produtividade. Considerando que os objetivos pesquisados, vêm ao encontro das diretrizes de mercado, no que se refere ao emprego da automação, ou à racionalização do uso dos recursos de tratamento da informação, as metas previstas pela empresa, em relação à Eletrônica, Controle e Processos que envolvem produção, máquinas e equipamentos.

Analisando a crescente demanda por energia de tais processos de máquinas e equipamentos, é notória a necessidade da automação, com o auxílio do CLP (Controlador Lógico Programável), pois os ganhos em escala são maiores, em virtude da maior produção com menor emprego de tempo em horas trabalhadas, implicando na redução de custos e na melhor performance de trabalho, realizado por meio do uso de energia elétrica e linguagens da informática.

O CLP (Controlador Lógico Programável), baseado em microprocessadores, possibilita a execução e o aperfeiçoamento de atividades mecânicas, elétricas, e eletrônicas que objetivam facilitar o funcionamento de máquinas, em que venha a ser utilizado, dado o processamento rápido das informações por meio da geração de sinais de entrada e saída analógicas ou digitais.

Por esta razão, e com o intuito de utilizar da melhor forma possível a energia elétrica, e os recursos da informática, notadamente os microprocessadores, unindo teoria e prática, o presente artigo busca viabilizar a Automação de uma Máquina de Sopro considerando, a adequação ao uso (Juran).

2 ABORDAGEM TEÓRICA

Este capítulo apresenta parte das informações que fundamentam teoricamente, o presente artigo por meio de enfoques como: processamento de dados e sistemas por meio do uso do CLP (Controlador Lógico Programável), Etapas, imagens e resultados obtidos na automação de uma máquina utilizada na indústria mecânica.

Demais elementos como forma e captação de sinais através de micro chaves, sensores de temperatura (analógico ou digital), microprocessadores e circuitos integrados, também foram utilizados.

2.1 Considerações Preliminares

O gradativo crescimento populacional que induz ao aumento por bens e serviços e por conseqüência à produção industrial, trazem como subproduto uma demanda cada vez maior de energia. A energia, propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho (Theis, 2002), é algo que as pessoas e as indústrias precisam diariamente, muito embora, seu conceito não esteja claro para grande parte dos usuários. Não há uma explicação única que possa definir completamente toda a possibilidade de economizar energia, ainda que existam pesquisas constantes com o objetivo de otimizar o seu uso.

A introdução mássica da microeletrônica e da informática nos equipamentos mecânicos em geral, ocorreu intensivamente nos projetos de automação de máquinas, no decorrer das ultimas décadas. Os microprocessadores, micro-controladores e controladores programáveis, a custos cada vez mais competitivos, então substituindo gradativamente os elementos de processamento de sinal pneumático, hidráulico, sensores de temperatura, micro chaves, entre outros. Com estas combinações de sinais, a microeletrônica e a informática, reúnem as vantagens típicas de cada uma dessas tecnologias, acarretando seu uso crescente na automação industrial.

A automação industrial, principalmente aquela associada aos recursos da microeletrônica e da informática, insere-se cada vez mais em processos mais complexos de programação de máquinas automação. O uso de métodos tradicionais, como por exemplo, o intuitivo para o projeto de comandos combinatórios, segundo Bollmann (1996, p.3-15), “já não satisfaz às modernas exigências para uma boa qualidade do projeto, tais como rapidez na sua execução, facilidade de supervisão, manutenção e padronização”. Para o autor, com a modernização, as exigências da flexibilidade de posições e de velocidades, requeridas nas máquinas e nas células flexíveis de manufatura, podem ser atendidas no âmbito da programação, combinando-se os comandos binários da automação tradicional com os acionamentos pneumáticos e hidráulicos, considerados muito rápidos.

Dados históricos conduzem leis universais como da Oferta e Demanda para compreensão de alguns fenômenos ocorridos inclusive na área da Elétrica ou Eletrônica, no que se refere ao emprego de tecnologia. Alguns autores contribuem com suas obras, como amparo para a realização da presente pesquisa:

planetas que já possuam técnicas sofisticadas num raio que abrange cerca de 400 estrelas

Halliday (1995, p. 2), quando se reporta aos estudos da Física, alerta que: sinais de televisão transmitidos da Terra desde 1950, estarão sendo captados eventualmente por habitantes de outros

produtos na dimensão de seu próprio valorA criação de um produto abre uma passagem para

Outros autores como Rifkin (1995, p. 15), resgatam ensinamentos de Jean Baptiste Say, quando afirmam: “no mesmo instante em que um produto é criado, ele cria um mercado para outros outros produtos”. Ou seja, se um produto é lançado no mercado e não atende as condições em tempo real, haverá necessidade de aperfeiçoamento constante, ou, o ofertante viabiliza as oportunidades com inovação nos produtos e processos, ou deixa de vender. Merico (2002, p. 42), ao se referir á entropia, escreve que “a quantidade de energia que não é mais capaz de realizar trabalho é 10chamada de entropia e correspondente à Segunda Lei da Termodinâmica. O crescimento da entropia, portanto, significa que há decréscimo na energia disponível. Cada vez que alguma coisa ocorre, seja no mundo natural, ou na sociedade, uma quantia de energia disponível é transformada em energia latente (não disponível, dispersa), que não poderá ser utilizada para o trabalho futuro”. Por essa razão, a importância de utilizar adequadamente as fontes de energia.

A tecnologia tanto pode ser útil ao emprego de energia, ou a satisfação de necessidades, como, pode ocasionar desperdícios se não há conhecimento de como utilizá-la de forma correta, se não há entendimento da realidade. Merico (2002), quando ensina que os fluxos de energia na natureza correspondem ao campo de estudo da Termodinâmica, quer dizer que são exatamente as duas Leis da Termodinâmica que nem sempre têm sido lembradas na composição dos fatores de produção que promovem o desenvolvimento. Essas duas leis podem ser expressas em única sentença: “a energia total do universo, permanece constante e a entropia do universo continuamente, tende ao máximo”.

A eletrônica vem apresentando expressivas evoluções para humanidade notadamente, no que se refere à eletrônica digital, mais acessível a técnicos, engenheiros da computação acadêmicos e profissionais da informática. Com o crescimento da automatização das máquinas e do setor de informática, segundo Souza (2000, p. 1) “os microcontroladores surgiram para facilitar o desenvolvimento de novos produtos, serviços”. A competitividade dos regimes de produção, no novo arranjo sócio-econômico mundial, obriga as empresas à aperfeiçoarem os processos por meio de automação e programação, que interferem positivamente na produtividade, quando corretamente empregadas.

No que concerne ao uso de tecnologia com emprego de energia elétrica, relacionada com fenômenos físicos que envolvem cargas elétricas, ou da mecânica que na maior parte dos casos, necessita do emprego de energia elétrica, é fundamental que novas alternativas sejam alcançadas buscando um esforço contínuo para o atendimento das necessidades da demanda ou de seus processos de utilização, de forma adequada, pois devem ser convertidos em produtividade. Demais produtos peculiares à utilização da informação como microprocessadores, impulsionam mercados recentes na área da Automação como: sensores de proximidade indutivos, sensores fotoelétricos, pressostatos eletrônicos, termoelementos, transdutores linear de posição, entre outros; que podem possibilitar um efeito multiplicador de produção, manutenção e automação eletro-mecânicos.

3 AUTOMAÇÃO POR CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)

Considerado um dos equipamentos mais recomendados no uso da automação de equipamentos e processos industriais no Brasil e em todos os países desenvolvidos, o CLP é um equipamento eletrônico programável baseado em microprocessadores. É projetado para funcionar em ambientes industriais, podendo controlar desde simples máquinas até automatizar uma planta completa.

Seu campo de aplicação chega a ser quase ilimitado e o conhecimento de suas potencialidades torna-se cada vez mais necessária a todos os profissionais envolvidos no planejamento, operação, e manutenção de processos industriais.

A estrutura do CLP composta por: Entradas, Unidade Central de Processamento (CPU) e

Saídas, permite a monitoração contínua do estado da máquina (ou de seu processo) sob seu controle. É possível ainda, o processamento de dados externos por meio de programa gravado anteriormente na memória. Existem outros dispositivos tais como: temporizadores, contadores, sistemas de operações lógicas (se, ou, e, então, faça, liga, desliga), que o torna extremamente versátil e com possibilidades de ser aplicado em processos industriais de modo econômico, com confiabilidade, facilidade de manutenção e processamento rápido das informações.

supervisão de plantas industriais, sistemas de transporte e armazenamento)

Seria impossível mencionar todas as aplicações do CLP, porém, a título de exemplo pode ser utilizado para: Automação de máquinas (injetoras de plástico, extrusoras, prensas, plainas, máquinas, impressoras, robôs e manipuladores, câmaras de vácuo, bobinadeiras de motores), e, Controle de processos (siderúrgicos, químicos, medição e controle de energia, estufas e secadoras,

Além da programação variável, segundo Bollmann (1997, p. 112), os CLPs apresentam ainda as seguintes vantagens em relação ao uso de relés para implementar as funções lógicas dos comandos: facilidade de instalação e montagem; simplicidade nas ligações com os demais componentes do comando; redução do tempo de implementação e alteração da lógica do comando, devido à facilidade de programação e reprogramação; integração fácil e simples com computadores; incorporação de um grande número de temporizadores, contadores, unidades de operações aritméticas. além de controladores PID e entradas e saídas analógicas; custo bem menor; tamanho e peso reduzidos; facilidade de expansão dos módulos de entrada e de saída pela modularidade da sua construção.

Para maior segurança, o sistema mecânico, elétrico e de programação, devem ser projetados concomitantemente de modo que, no caso de falta ou retorno de energia, o sistema ofereça condições de não provocar movimentos ou ações danosas ao operador. Para tanto, é fundamental o cuidado com a fiação, e o lay-out do sistema, pois não devem ser montados no mesmo painel do CLP: transformadores, contadores, solenóides, ou outros elementos eletromecânicos não concernentes ao controlador. É recomendável ainda, a instalação de fusíveis para proteção dos circuitos dos módulos de saída do CLP; ou seja, cada saída deve corresponder à respectiva carga descrita no programa.

Para ilustrar a característica de Programação Descritiva e por Ladder, pode ser considerado o seguinte exemplo:

ª No controle de determinada saída dependendo de quatro entradas, a programação seria:

pela Programação Descritiva (BCM):

SE FC1= E FC2=0 E LIGA=0 E FC4=1 ENTAO 10
LIGA 10

ESTADO 1: pela Programação por Ladder:

Para os dois casos deve ser identificado:

Fc1 (sinal da micro-chave) Fc2 (sinal da micro-chave) Liga (botoeira liga) Fc4 (sinal da micro-chave)

Se, forem consideradas as seguintes entradas:

Fc1 = 1 Fc2 = 0 Fc3 (liga) = 0 Fc4 = 1

Então, liga-se a saída 10.

Na Figura 1, podem ser observados os parâmetros definidos por Boolmann (1997): função lógica, equação booleana, símbolo, tabela verdade e execução elétrica como forma de comportamento de elementos lógicos em que a obtenção de um sinal em nível ‘1’ (fim de curso no braço mecânico com sensor ‘NA’, resulta na saída do sinal necessário. Já na segunda linha como tem-se uma negação, em que o mesmo sinal resulta no ‘não chaveamento do componente eletrônico’. No ultimo exemplo, será necessário dois sinais em nível ‘1’, para que se tenha o chaveamento total.

FIGURA 1: Parâmetros definidos por Boolmann

Função lógica Equação booleana Símbolo Tabela verdade Execução elétrica

Sim 1ES=
E1S .

Identidade

01
11

E1 S

| E1\

Não 1ES=
E10 S .

Negação

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