Automação de uma injetora de plástico

Automação de uma injetora de plástico

Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium – Araçatuba SP

Automação de uma injetora de plástico

Francis Polo da Cruz

Araçatuba - SP

2012

Automação de uma injetora de plástico

Trabalho de Conclusão de Engenharia Mecatrônica

Orientador: Prof.° Odilon Caldeira Filho

Centro Universitário Católico UniSALESIANO Auxilium de Araçatuba – SP

Araçatuba – SP

2012

CRUZ, Francis Polo – 2012

Automação de uma injetora de plástico

Trabalho de conclusão de curso – 76 p.

UniSalesiano – Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium Araçatuba/SP

Automação de uma injetora de plástico

Francis Polo da Cruz

Trabalho de Conclusão de Engenharia Mecatrônica

Orientador: Prof.° Odilon Caldeira Filho

Centro Universitário Católico UniSALESIANO Auxilium de Araçatuba – SP

Prof.

Centro Universitário Católico Auxilium – UniSALESIANO

Data:

Prof.

Centro Universitário Católico Auxilium – UniSALESIANO

Data:

Prof.

Centro Universitário Católico Auxilium – UniSALESIANO

Data:

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais, irmã e familiares, que acreditaram em mim e sempre me apoiaram em tudo, dedico também aos meus amigos de faculdade e aos professores da Universidade por todo conhecimento transmitido para a realização do presente trabalho.

Francis Polo da Cruz

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus por me dar saúde e inteligência para o desenvolvimento do trabalho. Ao professor Odilon Caldeira Filho pelo tempo dedicado e pela orientação deste trabalho, fornecendo ferramentas e literaturas que facilitaram minhas tarefas. Agradecimento ao senhor Ronaldo proprietário da empresa Injebras Injetados Ltda ME, no município de Birigui, na rua João Batista Puertas Sanches, 605, bairro Novo Parque São Vicente, que me recebeu e permitiu a automação em uma das suas injetoras.

RESUMO

O trabalho detalha características das máquinas injetoras de uma forma geral, com foco na automação de uma injetora de plástico visando confiabilidade, a agilidade e segurança do processo e ocupacional por meio da evolução tecnológica e no uso de periféricos. Para a descrição das características das etapas de evolução e da automação em si, foi utilizada a pesquisa bibliográfica e de campo, além da automação de uma injetora (substituição do painel de controle da mesma). A automação tem como função melhorar a eficiência e controle do processo, aumentar a confiabilidade, diminuir e auxiliar na manutenção e de falhas.

Palavras-chave: máquinas injetoras, automação, confiabilidade, segurança, evolução, eficiência, controle, manutenção.

ABSTRACT

The paper details the characteristics of injection molding machines in general, with a focus on automation of a plastic injection aimed reliability, agility and process safety and occupational through technological developments and the use of peripherals. For a description of the characteristics of the stages of development and automation itself, we used the literature and field, in addition to the automation of an injector (replacing the control panel of the same). The automation function is to improve efficiency and process control, increase reliability, and help reduce maintenance and troubleshooting.

 

Keywords: injection molding machines, automation, reliability, security, progress, efficiency, control, maintenance.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Injetora a pistão “Máquina de Hyatt” 13

Figura 2: Máquina injetora de plástico 15

Figura3: Conjunto de injeção por êmbolo 16

Figura 4: Conjunto de injeção por rosca 17

Figura 5: Unidade de fechamento hidráulico de pistão 18

Figura 6: Sistema Hidráulico Mecânico 18

Figura 7: Sistema Hidráulico 19

Figura 8: Máquina injetora horizontal 20

Figura 9: Máquina injetora vertical 21

Figura 10: CLP LOGO - SIEMENS 26

Figura 11: CLP WEG Clic-02 Fonte: WEG (2012). 26

Figura 12: CLP SIMATIC S7-200 27

Figura 13: CLP WEG Linha TPW-03 28

Figura 14: CLP SIMATIC S7-400 29

Figura 15: CLP Bosch Rexroth L40 29

Figura 16: Partida de um motor em diagrama elétrico a esquerda e a direita programado na linguagem ladder 31

Figura 17: Exemplo de partida de um motor em Diagrama de Bloco de Funções 32

Figura 18: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC 32

Figura 19: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC 33

Figura 20: Exemplo de Lista de Instruções 33

Figura 21: Exemplo da programação por Lista de instruções – IL 34

Figura 22: Programação do tipo Texto estruturado – ST. 35

Figura 23: Contato (NF) e (NA) com impulso 35

Figura 24: Chave tipo botoeira de impulso 36

Figura 25: Contato (NF) e (NA) com retenção 36

Figura 26: Botão com retenção 36

Figura 27: Botão de emergência tipo cogumelo 37

Figura 28: Modelo de chaves fim de curso. 37

Figura 29: Diagrama de blocos de um sensor indutivo 38

Figura 30: Sensores indutivos 39

Figura 31: Sensores de proximidade capacitivos 39

Figura 32: Exemplo de aplicação de sensores capacitivos 40

Figura 33: Válvula reguladora proporcional 41

Figura 34: Válvula direcional 41

Figura 35: Atuador linear 42

Figura 36: Atuador rotativo 43

Figura 37: Injetora de Plástico 45

Figura 38: Painel elétrico 45

Figura 39: Desenvolvimento do projeto elétrico 46

Figura 40: CPU LOGO 24RC 47

Figura 41: Módulo Expansão DM8 24R 47

Figura 42: Módulo Expansão AM2 PT100 48

Figura 43: IHM Logo TD 48

Figura 44: Fonte Logo Power 48

Figura 45: Painel elétrico montado 50

Figura 46: Painel elétrico-disposição dos circuitos 50

Figura 47: Painel sem controladores de temperatura 51

Figura 48: Botões fixados e nomeados 51

Figura 49: Painel fixado e energizado 52

Figura 50: IHM instalada 52

Figura 51: Chaves fim de curso da unidade fechamento 53

Figura 52: Chaves fim de curso da unidade de injeção 53

Figura 53: Chaves fim de curso da porta frontal 54

Figura 54: Chave fim de curso da porta traseira 55

Figura 55: Ligação dos fios na chave fim de curso 55

Figura 56: Ligação de uma válvula 56

Figura 57: Pirômetro 57

Figura 58: Contator 57

Figura 59: PT-100 e ligação das resistências 57

Figura 61: Motor elétrico 58

Figura 62: Programação CLP 59

Figura 63: Cabo de comunicação conectado entre CLP e notebook 59

Figura 64: Download do programa 60

Figura 65: Contagem de peças 61

Figura 66: Parâmetros de temperatura 61

Figura 67: Parâmetros de extração 62

Figura 68: Tempo de resfriamento 62

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 16

CAPÍTULO I 13

INJETORA 13

1.1História 13

1.2Sistemas fundamentais 15

1.3Unidade de injeção 15

1.4Máquina tipo pistão 16

1.5Máquina tipo rosca 17

1.6Unidade de fechamento 17

1.7Mecânico 17

1.8Hidráulico de Pistão 18

1.9 Sistema Hidráulico - Mecânico 18

1.10Acionamento hidráulico 19

1.11Sistema de acionamento e controle da máquina 19

1.12 Tipos de máquinas injetoras 20

1.13Ciclos de injeção 21

CAPÍTULO II 21

AUTOMAÇÃO 21

2.1. Histórico 21

2.2. Microprocessador 21

2.2.2 Hardware 23

2.3 Controlador Lógico Programável (CLP) 23

2.4 Tipo de CLPs 25

2.5 Linguagem de programação 29

2.6 Chaves 35

2.6.1 Chave tipo botoeira 35

2.6.2 Chave fim de curso 37

2.7 Sensores 38

2.7.1 Sensores indutivos 38

2.7.2 Sensores capacitivos 39

2.8 Válvulas 40

2.9 Atuadores 41

2.9.1 Atuadores lineares 41

CAPÍTULO III 45

DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA APLICADA 45

3.1 Empresa 45

3.1 Verificar condições de componentes de campo 45

3.2 Desmontagem do painel elétrico 45

3.1 Desenvolvimento do projeto elétrico 46

3.2 Escolha do CLP 47

3.3 Levantamento dos componentes 49

3.4 Montagem do painel elétrico 49

3.5 Ligações de campo 53

3.5 Programação do CLP 58

3.6. Recursos 61

3.7 Benefícios 62

62

CONCLUSÃO 45

APÊNDICE I 46

APÊNDICE II 65

APÊNDICE III 66

APÊNDICE IV 67

APÊNDICE V 69

BIBLIOGRÁFIA 65

Figura 1: Injetora a pistão “Máquina de Hyatt” 13

Figura 2: Máquina injetora de plástico 15

Figura3: Conjunto de injeção por êmbolo 16

Figura 4: Conjunto de injeção por rosca 17

Figura 5: Unidade de fechamento hidráulico de pistão 18

Figura 6: Sistema Hidráulico Mecânico 18

Figura 7: Sistema Hidráulico 19

1.12.1Máquina Injetora Horizontal 20

Figura 8: Máquina injetora horizontal 20

1.12.2 Máquina Injetora Vertical 21

Figura 9: Máquina injetora vertical 21

2.2.1 Software 21

2.3.1 Entradas 24

2.3.1.1 Entradas digitais 24

2.3.1.2 Entradas analógicas 24

2.3.2 Lógica de controle 24

2.3.3 Saídas 24

2.3.3.1 Saídas digitais 25

2.3.3 Saídas analógicas 25

2.4.1 CLPs de pequeno porte 25

Figura 10: CLP LOGO - SIEMENS 26

Figura 11: CLP WEG Clic-02 Fonte: WEG (2012). 26

2.4.2 CLPs de médio porte 27

Figura 12: CLP SIMATIC S7-200 27

Figura 13: CLP WEG Linha TPW-03 28

2.4.2 CLPs de Grande porte 28

Figura 14: CLP SIMATIC S7-400 29

Figura 15: CLP Bosch Rexroth L40 29

2.5.1 Norma IEC 61131-3 30

2.5.1.1 Linguagem Ladder 30

Figura 16: Partida de um motor em diagrama elétrico a esquerda e a direita programado na linguagem ladder 31

2.5.1.2 Diagrama de blocos de funções 31

Figura 17: Exemplo de partida de um motor em Diagrama de Bloco de Funções 32

2.5.1.3 Sequenciamento gráfico de funções – SFC 32

Figura 18: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC 32

Figura 19: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC 33

2.5.1.4 Lista de instruções – IL 33

Figura 20: Exemplo de Lista de Instruções 33

Figura 21: Exemplo da programação por Lista de instruções – IL 34

2.5.1.5 Texto estruturado – ST 34

Figura 22: Programação do tipo Texto estruturado – ST. 35

Figura 23: Contato (NF) e (NA) com impulso 35

Figura 24: Chave tipo botoeira de impulso 36

Figura 25: Contato (NF) e (NA) com retenção 36

Figura 26: Botão com retenção 36

Figura 27: Botão de emergência tipo cogumelo 37

Figura 28: Modelo de chaves fim de curso. 37

Figura 29: Diagrama de blocos de um sensor indutivo 38

Figura 30: Sensores indutivos 39

Figura 31: Sensores de proximidade capacitivos 39

Figura 32: Exemplo de aplicação de sensores capacitivos 40

Figura 33: Válvula reguladora proporcional 41

Figura 34: Válvula direcional 41

Figura 35: Atuador linear 42

2.9.2 Atuadores rotativos 43

Figura 36: Atuador rotativo 43

Figura 37: Injetora de Plástico 45

Figura 38: Painel elétrico 45

Figura 39: Desenvolvimento do projeto elétrico 46

Figura 40: CPU LOGO 24RC 47

Figura 41: Módulo Expansão DM8 24R 47

Figura 42: Módulo Expansão AM2 PT100 48

Figura 43: IHM Logo TD 48

Figura 44: Fonte Logo Power 48

3.2.1 Custo do CLP 49

3.3.1 Custo dos componentes 49

Figura 45: Painel elétrico montado 50

Figura 46: Painel elétrico-disposição dos circuitos 50

Figura 47: Painel sem controladores de temperatura 51

Figura 48: Botões fixados e nomeados 51

Figura 49: Painel fixado e energizado 52

Figura 50: IHM instalada 52

3.5.1 Ligações das chaves fim de curso 53

Figura 51: Chaves fim de curso da unidade fechamento 53

Figura 52: Chaves fim de curso da unidade de injeção 53

Figura 53: Chaves fim de curso da porta frontal 54

Figura 54: Chave fim de curso da porta traseira 55

Figura 55: Ligação dos fios na chave fim de curso 55

3.5.2 Ligações das válvulas solenoides 55

Figura 56: Ligação de uma válvula 56

3.5.3 Ligações do sistema de aquecimento 56

Figura 57: Pirômetro 57

Figura 58: Contator 57

Figura 59: PT-100 e ligação das resistências 57

3.5.4 Ligação do motor elétrico 58

Figura 61: Motor elétrico 58

Figura 62: Programação CLP 59

Figura 63: Cabo de comunicação conectado entre CLP e notebook 59

Figura 64: Download do programa 60

3.5.1 Manual 60

3.5.2 Semi-automático 60

3.5.3 Automático 60

Figura 65: Contagem de peças 61

Figura 66: Parâmetros de temperatura 61

Figura 67: Parâmetros de extração 62

Figura 68: Tempo de resfriamento 62

INTRODUÇÃO

Será apresentado neste trabalho um histórico sobre injetoras, características e automação de uma. Atualmente com o aumento e a necessidade de uso de peças injetadas, a indústria contribuiu para a evolução tecnológica.

Antigamente não havia controle de qualidade na produção de peças plásticas injetadas, no que se diz respeito a controle dimensional e qualidade devido aos recursos industriais da época (desde máquina, matéria prima, mão-de-obra e etc).

Com as novas matérias primas e a necessidade de injeção de peças técnicas (peças mais complexas) veio a evolução das máquinas e o desenvolvimento de periféricos para automação do processo, tornando mais eficiente e confiável.

Atualmente com o aumento das importações e a competitividade do mercado, as indústrias visam aumentar produtividade sem perder qualidade dos produtos fabricados para ser competitiva no mercado. Sendo assim, as indústrias com melhores recursos industriais se destacam, ao contrário das que não acompanham a evolução.

CAPÍTULO I

INJETORA

    1. História

A máquina dita injetora foi patenteada em 1872 pelos irmãos Hyatt, John e Isaac. Esta injetora consisti em uma prensa manual, possui um cilindro com sistema de aquecimento a vapor, e um bico para descarregar o material de um êmbolo acionado hidraulicamente. O material utilizado era o nitrato de celulose. Por causa da instabilidade do nitrato de celulose, eles acoplaram uma prensa hidráulica vertical ao lado de sua máquina, onde injetava o material nesta prensa, com o molde fechado.

Figura 1: Injetora a pistão “Máquina de Hyatt”

Fonte: Cefet (2004)

Após a invenção dos irmãos Hyatt, este equipamento vem sendo melhorado até hoje. Os fabricantes visam desenvolver máquinas que ofereçam redução de custos energéticos, e oferecem grande produção e qualidade das peças injetadas.

A fabricação de máquinas iniciou-se nas décadas de 30 e 40, com máquinas do tipo pistão com capacidade aproximada de 200 gramas de moldagem. Mesmo ao longo do tempo e com a evolução até hoje as máquinas consistem de quatro partes fundamentais que são a unidade de injeção, unidade de fechamento, acionamento hidráulico e sistema de controle eletromecânico da máquina.

    1. Sistemas fundamentais

São quatro os sistemas fundamentais: unidade de injeção, unidade de fechamento, acionamento hidráulico e sistema de acionamento e controle da máquina.

Figura 2: Máquina injetora de plástico

Fonte: Cefet ( 2004)

    1. Unidade de injeção

A unidade de injeção recebe o material no estado sólido, em forma de pó ou grânulos, e transporta-os em dosagem controladas até o interior do molde. Nesta unidade o material é aquecido por resistências elétricas que são fixadas em volta do cilindro de injeção, assim sendo fundido. Suas principais funções são:

  • Realizar movimento em sua base permitindo movimentos de avanço e recuo;

  • Realizar pressão de contato entre o bico e o molde;

  • Realizar o movimento de rotação da rosca sem fim permitindo a dosagem do material;

  • Realizar movimento de avanço da rosca sem fim durante a fase injeção;

  • Realizar movimento de retorno da rosca sem fim durante a fase de descompressão;

  • Realizar a pressão de recalque.

A unidade de injeção é dividida em dois tipos:

  • Máquina tipo pistão.

  • Máquina tipo rosca.

    1. Máquina tipo pistão

Figura3: Conjunto de injeção por êmbolo

Fonte: Harada 2004

O conjunto de injeção por êmbolo (Figuras 3) é constituído por um êmbolo simples, acionado pelo sistema hidráulico, que desloca o material plástico através de um cilindro previamente aquecido por resistências elétricas. O torpedo (Figura 3) é responsável por homogeneizar o material. Na figura 3 parte superior mostra o êmbolo parado e o cilindro de injeção aquecido sendo alimentado pelo material plástico através do funil de alimentação, já na Figura 3 parte inferior mostra o material sendo levado através do cilindro aquecido com o êmbolo acionado.

    1. Máquina tipo rosca

Figura 4: Conjunto de injeção por rosca

Fonte: Torres 2007

A máquina tipo rosca possui uma rosca sem fim que tem a função de plastificar e homogeneizar o material, executando um movimento rotativo, enquanto que para injetar o material executa com um movimento retilíneo.

    1. Unidade de fechamento

A unidade de fechamento realiza o fechamento do molde com uma força que resiste na hora da injeção, a pressão de injeção do material. A força de fechamento é obtida através de um dos sistemas a seguir:

    • Mecânico.

    • Hidráulico de Pistão.

    • Sistema Hidráulico - Mecânico.

    1. Mecânico

O sistema mecânico funciona com alavancas ligadas em dois braços, os braços são acionados manualmente, eles transmitem a força para as alavancas, essas se deslocam abrindo ou fechando o molde de acordo com o movimento. É um sistema muito utilizado antigamente, seus movimentos dependem do operador, sendo assim utilizado para pequenas produções.

    1. Hidráulico de Pistão

No sistema hidráulico de pistão a abertura e fechamento do molde são realizados por um pistão hidráulico de grande área. A força de fechamento é obtida pela pressão do óleo, ou seja, quanto maior a pressão, maior será a força aplicada no molde. Se houver algum vazamento no sistema de fechamento, haverá perda de pressão, diminuindo assim a força de fechamento, e ocasionando rebarbas na peça injetada.

Figura 5: Unidade de fechamento hidráulico de pistão

Fonte: Torres 2007

    1. Sistema Hidráulico - Mecânico

O sistema hidráulico - mecânico é o sistema mais utilizado pelos fabricantes de máquinas injetoras. É composto por um cilindro e um pistão hidráulico de área bem reduzida, em relação ao sistema com pistão, estes estão ligados a um sistema de articulações que irá movimentar a placa móvel, fechando ou abrindo o molde.

Figura 6: Sistema Hidráulico Mecânico

Fonte: Sandretto do Brasil

    1. Acionamento hidráulico

O sistema hidráulico tem a função de transformar energia hidráulica em energia mecânica e transmiti-la através do sistema em pontos e tempos diferentes, para efetuar movimentos.

Os principais componentes do sistema hidráulico são:

a) Válvula direcional;

b) válvula de controladora de pressão;

c) motor elétrico;

d) reservatório de óleo hidráulico (Tanque);

e) bomba hidráulica;

f) instrumentos de medição;

g) válvula direcional;

h) cilindro de fechamento;

i) acumulador de pressão;

j) válvula controladora de vazão;

k) filtro na linha de sucção (Bomba Hidráulica);

l) válvula de segurança;

m) válvula de retenção.

Figura 7: Sistema Hidráulico

Fonte: Cefet (2004)

    1. Sistema de acionamento e controle da máquina

O sistema de acionamento e controle da máquina é conectado a rede elétrica. É responsável acionar e controlar elementos, acionar o motor elétrico da bomba hidráulica, acionar via IHM (Interface Homem-Máquina) parâmetros de controle da máquina, bem como seus movimentos, controlar o acionamento das resistências do cilindro de aquecimento, permitir a instalação e o controle de sistemas opcionais como aquecimento do molde, extratores entre outros.

O painel elétrico é fixado na máquina, fechado com portas com travas. Nele são fixadas contatores, relés, disjuntores, fonte, e todo o sistema de controle da máquina, CPU do PLC, cartões de entrada/saída, etc.

    1. Tipos de máquinas injetoras

      1. Máquina Injetora Horizontal

Nessa máquina injetora o sistema de fechamento do molde ocorre no eixo horizontal.

Figura 8: Máquina injetora horizontal

Fonte: Torres ( 2007)

1.12.2 Máquina Injetora Vertical

Nessa máquina injetora o sistema de fechamento do molde ocorre no eixo vertical.

Figura 9: Máquina injetora vertical

Fonte: Torres ( 2007)

    1. Ciclos de injeção

O processo de injeção é executado em fases que se repete a cada ciclo. As fases em ordem de execução são:

  • Plastificação: fase responsável por tornar o material plástico capaz de se conformar.

  • Preenchimento: esta fase faz com que o material preencha todas as cavidades do molde.

  • Pressurização e recalque: fase responsável por comprimir o material e manter a pressão para que o material chegue na densidade e forma correta.

  • Resfriamento: fase responsável pela solidificação do material dentro molde, e a estabilização da forma adquirida no recalque.

  • Extração: fase que promove a retirada da peça injetada, a extração pode ocorrer manualmente ou automaticamente por dispositivos quando o molde estiver aberto.

CAPÍTULO II

AUTOMAÇÃO

2.1. Histórico

No início da década de 50 já se comentava que a cibernética (ciência da comunicação e do controle) iria revolucionar completamente as máquinas operatrizes, porém não se sabia como.

Inicialmente houve a tendência de aplicar o computador para comando de máquinas, o que retardou o uso em escala comercial do microprocessador.

O conceito de processamento iniciou-se no fim da década de 40 nos Estados Unidos através do Instituto Tecnológico de Massachussets por força da indústria bélica e espacial. A automação começou a fazer parte integrante da forca aérea dos Estados Unidos.

Porém a automação de injeção de materiais teve berço na Alemanha no instituto de pesquisas Krupp.

No fim da década de 60 várias empresas europeias pesquisavam isoladamente o comando de válvulas direcionais orientadas por comandos eletromecânicos simples, que permitiam o movimento mecânico brusco e descompassado. No início da década de 70 com o aumento da técnica de proporcionalidade, a eletrônica entrou em cheio na automação iniciando a era da robótica industrial.

Atualmente a automação industrial se encontra em plena operação.

2.2. Microprocessador

É um equipamento eletrônico capaz de receber informações através de entrada própria de dados, compilar essa informações e transmiti-las em forma de comando para a máquina.

É dividido em Software e Hardware.

2.2.1 Software

O microprocessador é capaz de executar diversos tipos de funções distintas, cada função é especifica e bem determinada. Um grupo de funções gera uma instrução.

Cada instrução é colocada dentro do microprocessador e a cada instante, o mesmo executa a instrução específica que lhe foi atribuída.

Para que o microprocessador execute uma tarefa, deve-se criar uma série de instruções as quais ele irá executar uma a uma, a esta série de funções denomina-se programa. Portanto para que o microprocessador execute uma tarefa devemos programa-lo, e o programa que coordena as funções é chamado de software.

2.2.2 Hardware

O Microprocessador por si só não é auto suficiente, exige uma série de componentes para sua utilização. Um sistema com microprocessador tem a necessidade de possuir portas de entrada e de saída por onde os sinais são recebidos e enviados pelo circuito, possuir também memória, onde estarão armazenados os programas, dados, contadores, buffers e demais circuitos.

O microprocessador é apenas a unidade central de processamento onde estes dados são manipulados.

A este conjunto de componentes interligados que formam o circuito, nomeamos de Hardware.

2.3 Controlador Lógico Programável (CLP)

Como dito anteriormente o microprocessador não consegue controlar totalmente o processo, pois ele é somente o cérebro do circuito eletrônico. A rede eletrônica que controla todo o processo é chamada de controlador lógico programável.

O CLP surgiu em 1968, dentro da indústria automobilística americana General Motors. Sua motivação foi a enorme dificuldade de modificar a lógica de controle de painéis de comando a cada novo modelo de um automóvel e ou a cada mudança na linha de montagem. O CLP trouxe a vantagem de em vez de modificar ou até mesmo criar um novo painel basta fazer uma alteração na lógica do programa.

O CLP é um equipamento eletrônico de controle livremente programável e baseado em microprocessadores.

O PLC sente o meio ambiente por meios de equipamentos periféricos que lhe enviam informações, o mesmo recolhe essas informações e as processam, e age sobre este meio ambiente conforme a lógica programada. De modo geral o CLP possui três blocos básicos, entrada, lógica de controle e saídas.

2.3.1 Entradas

São elos de ligação entre o CLP e o que acontece em campo. Através das entradas o CLP toma conhecimento do que está ocorrendo na máquina ou processo sob seu controle.

2.3.1.1 Entradas digitais

Uma entrada é digital quando informa apenas dois estado diferentes, por exemplo: contato aberto ou fechado, tensão ou não, em nível logico 0 ou 1.

Nas entradas digitais estão conectadas as chaves fim de curso, pressostatos, sensores de posição, chaves, botoeiras etc.

2.3.1.2 Entradas analógicas

Uma entrada é analógica quando informa continuamente o estado de uma variável, por exemplo a tensão de entrada varia entre 0 a 10V, ou 4 a 20mA.

Ela informa por exemplo a temperatura de um determinado processo. Através desta entrada analógica o CLP reconhece o valor da temperatura a cada momento.

Os CLPs podem também receber informações externas através de IHM (Interface Homem-Máquina) ou mesmo se comunicar com outros PLCs e computadores através de interfaces apropriadas.

2.3.2 Lógica de controle

É a parte do CLP que analisa, processa e decide, obedecendo a um programa armazenado em sua memória, este bloco analisa as variáveis e, de acordo com o programa, atua sobre o meio ambiente através das saídas.

As variáveis que a logica de controle analisa podem ser entradas ou variáveis internas, como contadores, temporizadores etc.

A lógica de controle é composta fundamentalmente pelo processador que executa uma série de funções de acordo com o programa gravado na memória, é a memória que armazena o programa e os comandos para o processador agir.

2.3.3 Saídas

É através das saídas que os CLPs agem sobre as máquinas e processos que estão sobre seu controle. As saídas podem ser digitais ou analógicas.

2.3.3.1 Saídas digitais

Podem estar ligadas ou desligadas conforme lógica de programação. Nelas podem ser conectadas, válvulas solenoides, contatores, relés, lâmpadas etc.

2.3.3 Saídas analógicas

Apresentam uma tensão variável controlado pelo programa e podem por exemplo acionar válvulas proporcionais.

Desta forma o CLP sente e age em um processo industrial controlando ciclos complexos de trabalho, podendo executar centenas de instruções em milésimos de segundo.

2.4 Tipo de CLPs

Os CLPs de acordo com números de entradas e saídas, digitais ou analógicas, de sua capacidade de memória, velocidade de processamento e performance são classificados em:

  • CLPs de pequeno porte

  • CLPs de médio porte

  • CLPs de grande porte

2.4.1 CLPs de pequeno porte

Os CLPs desta categoria caracterizam-se pelo seu tamanho compacto, com isto economizando espaço nos painéis elétricos, requerem menos acessórios e espaço de armazenamento, e podem ser expandidos sempre que necessário. São equipamentos idealizados para aplicações de pequeno e médio porte em tarefas de intertravamento, temporização, contagem e operações matemáticas, substituem com vantagens, contatores auxiliares, temporizadores e contadores eletromecânicos, reduzindo o espaço necessário e facilitando significativamente as atividades de manutenção (TELEMECANIQUE, 2012).

Possuem em sua grande maioria unidade integrada de operação e visualização, possibilitando assim a programação diretamente no equipamento, são resistentes a vibrações, possuindo um elevado grau de compatibilidade eletromagnética, estando assim em conformidade com normas industriais e podendo suportar as condições climáticas mais agressivas.Encaixam diretamente em trilho DIN, possuindo em sua grande maioria fonte de alimentação integrada, sendo programados através de software simples, amigável e intuitivo de utilizar, em alguns destes equipamentos os programas podem ser pré-testados com o simulador integrado do software e transferidos sem erros para a CPU do CLP (SIEMENS, 2012).

Os CLPs de pequeno porte são usualmente chamados de micro CLPs. A figura 10 mostra o micro CLP LOGO fabricado pela Siemens, o qual será utilizado neste trabalho.

Figura 10: CLP LOGO - SIEMENS

Na Figura 11 apresenta mais um exemplo de micro CLP, é o CLP Clic-02 fabricado pela WEG.

Figura 11: CLP WEG Clic-02 Fonte: WEG (2012).

2.4.2 CLPs de médio porte

Os CLPs desta categoria caracterizam-se em geral excelente relação custo-benefício. Em muitos destes equipamentos é possível a comunicação via modem permitindo que seja feita de forma rápida e fácil, a assistência técnica remota (SIEMENS, 2012).

São CLPs rápidos, oferecem um excelente comportamento em tempo real, garantem maior qualidade, eficiência e confiabilidade ao processo, tem uma concepção modular, permitindo que soluções possam ser desenvolvidas sob medida e ampliadas conforme a demanda. Possuem diferentes níveis de memória e diferentes números de entradas e saídas integradas, disponíveis módulos de expansão para diversas funções, como por exemplo: PROFIBUS-DP, AS-Interface, Ethernet, contadores rápidos, saídas de pulso rápido, memória retentiva, entradas de interrupção, relógio de tempo real, cartão de memória removível, módulo de posicionamento, entradas analógicas PT100 e Termopar, Função PID. (SIEMENS, 2008).

Existem diversas possibilidades de painéis de comando e visualização, IHM otimizadas, LCD e gráficas touch screen, interfaces integradas padrão RS485, em alguns a possibilidade de se controlar inversores de freqüência, sem que seja necessário qualquer hardware adicional. (SIEMENS, 2012).

A figura 12 apresenta o CLP de médio porte SIMATIC S7-200 fabricado pela SIEMENS.

Figura 12: CLP SIMATIC S7-200

Fonte: SIEMENS (2012).

Na Figura 13 é representado o CLP de médio porte TPW-03 do fabricante WEG.

Figura 13: CLP WEG Linha TPW-03

Fonte: WEG (2012).

2.4.2 CLPs de Grande porte

Plataformas ideais para as mais sofisticadas soluções em automação, tais como controle de processos com grande volume de dados ou gerenciamento de sistemas de manufatura que exijam um alto nível de performance, velocidade e capacidade de memória, aliando processadores de alta performance, permitindo as mais variadas e complexas soluções em automação (WEG, 2012).

Possuem grande capacidade de armazenamento de programa e interfaces de comunicação integradas. Alguns destes CLPs podem operar em regime de Multiprocessamento, trabalhando juntos para garantir uma maior performance. Em alguns destes equipamentos seus módulos podem ser substituídos, com o sistema em operação, garantido assim uma grande disponibilidade do sistema (SIEMENS, 2012).

São amplamente utilizados em indústrias automotivas, químicas, farmacêuticas, petroquímicas e de geração e distribuição de energia,.

Muitos deles possuem módulos de comunicação industrial Ethernet1 sendo com isto possível receber e enviar e-mail, carregar páginas Web e implementar supervisão, controle, monitoração e diagnósticos em qualquer lugar do mundo (TELEMECANIQUE, 2008).

Na figura 14 é representado o CLP de grande porte SIMATIC S7-400 fabricado pela SIEMENS.

Figura 14: CLP SIMATIC S7-400

Fonte: SIEMENS (2012)

Na figura 15 é mostrado outro CLP de grande porte comercializado pela empresa WEG, o CLP Bosch Rexroth L40.

Figura 15: CLP Bosch Rexroth L40

Fonte: WEG (2012).

2.5 Linguagem de programação

Linguagem de programação é um conjunto padronizado de instruções que um sistema computacional é capaz de reconhecer (FRANCHI, CAMARGO, 1994)

2.5.1 Norma IEC 61131-3

No inicio da década de 1990, o IEC (International Electrotechnical Commission) publicou várias partes da norma IEC 1131 que cobre o ciclo de vida completo dos CLP’s. Essa norma é considerada, por alguns autores, um marco histórico para os CLP’s. Alguns anos depois essa norma foi revisada e recebeu o número IEC 61131 cuja terceira parte – IEC 61131-3 – trata das linguagens de programação. Com o objetivo de simplificar as análises. (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Visando atender aos diversos seguimentos da indústria, incluindo seus usuários, e uniformizar as varias metodologias de programação dos controladores industriais, a norma IEC 61131-3 definiu sintática e semanticamente cinco linguagens de programação:

  • Linguagem LADDER (LD-Ladder Diagram);

  • Diagrama de blocos de funções (FBD-Function Block Diagram);

  • Seqüenciamento gráfico de funções (SFC-System Function Chart);

  • Lista de instruções (IL-Instruction List);

  • Texto extruturado (ST- Structure text).

2.5.1.1 Linguagem Ladder

A Linguagem Ladder é uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos

elétricos para a realização de circuitos de comandos de acionamentos elétricos. Sendo a primeira linguagem utilizada pelos fabricantes, é a mais difundida e encontrada em quase todos os CLPs da atual geração (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Bobinas e contatos são símbolos utilizados nessa linguagem, os símbolos de contatos programados em uma linha representam as condições que serão avaliadas de acordo com a lógica que foi programada. Como resultado determina o controle de uma saída, que normalmente é representado pelo símbolo de uma bobina (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Esta linguagem foi a primeira criada para programação de CLPs, pois se assemelha aos diagramas elétricos utilizados por técnicos e engenheiros. É composto por duas linhas verticais que representam uma fonte de alimentação para o circuito, entre as linhas verticais são colocados contatos normalmente fechado ou normalmente aberto representando chaves, dando o seu nome de Ladder, escada em inglês. Como se assemelha aos diagramas elétricos, fica simples passar o diagrama elétrico por exemplo de uma partida de motor para a linguagem Ladder, como mostra a figura a seguir.

Figura 16: Partida de um motor em diagrama elétrico a esquerda e a direita programado na linguagem ladder

2.5.1.2 Diagrama de blocos de funções

Linguagem gráfica de programação, popular na Europa, cujos elementos são expressos por blocos interligados, semelhantes aos utilizados em eletrônica digital. Essa linguagem permite um desenvolvimento hierárquico e modular do software, uma vez que podem ser construídos blocos de funções mais complexos a partir de outros menores e mais simples. Normalmente os blocos são construídos utilizando a linguagem de texto estruturado (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Sendo poderosa e versátil, tem recebido atenção especial por parte dos fabricantes, seu uso é indicado para processos químicos em geral e em processamento descentralizado ou distribuído. Devido à sua importância, foi criada uma norma para atender especificamente a esses elementos (IEC 61499), visando incluir instruções mais poderosas e tornar mais clara sua programação (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Na Figura 17 é apresentada a mesma partida de um motor da figura anterior, usando o mesmo Software da Siemens, LOGO!Soft Confort, porém utilizando a programação em Diagrama de Blocos de Função.

Figura 17: Exemplo de partida de um motor em Diagrama de Bloco de Funções

2.5.1.3 Sequenciamento gráfico de funções – SFC

Linguagem gráfica que permite a descrição de ações seqüenciais, paralelas e alternativas existentes numa aplicação de controle. O SFC fornece os meios para estruturar uma unidade de organização de um programa num conjunto de etapas separadas por transições. A cada etapa está associado um conjunto de ações. A cada transição está associada uma receptividade que terá de ser satisfeita para que a transposição da transição ocorra, e assim o sistema evolua para a etapa seguinte (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Atualmente o SFC vem recebendo várias implementações nos CLPs de grande porte, afirmando-se como linguagem ideal para processos seqüenciais.

Na figura 18 apresenta uma programação em SFC utilizando o software Zelio Logic 2.

Figura 18: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC

Fonte: FRANCHI E CAMARGO (1994)

Para melhor compreensão na figura 19 apresenta outro exemplo de Sequenciamento Gráfico de Funções, porém com uma ilustração do campo.

Figura 19: Exemplo do Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC

2.5.1.4 Lista de instruções – IL

Linguagem textual inspirada na linguagem assembly e de característica puramente seqüencial, é caracterizada por instruções que possuem um operador e, dependendo do tipo de operação, podem incluir um ou mais operandos, separados por vírgulas. É indicada para pequenos CLPs ou para controle de processos simples (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Na Figura 20 apresenta um exemplo de programação em Lista de Instruções.

Figura 20: Exemplo de Lista de Instruções

Fonte: FRANCHI E CAMARGO (1994).

Na Figura 21 apresenta um exemplo de programação em Lista de Instruções, utilizando o software TwidoSoft da empresa Schneider Electric.

Figura 21: Exemplo da programação por Lista de instruções – IL

2.5.1.5 Texto estruturado – ST

Linguagem textual de alto nível, muito poderosa, inspirada na linguagem Pascal, portanto mais recomendada para aplicações complexas envolvendo descrição de comportamento seqüencial contém todos os elementos essenciais de uma linguagem de programação moderna, incluindo as instruções condicionais (IF-THEN-ELSE e CASE OF) e instruções de iterações (FOR, WHILE e REPEAT). Como o seu nome sugere, encoraja o desenvolvimento de programação estruturada, sendo excelente para a definição de blocos funcionais complexos, os quais podem ser utilizados em qualquer outra linguagem IEC (FRANCHI, CAMARGO, 1994).

Na Figura 22 apresenta uma programação utilizando a linguagem de Texto Estruturado para a programação do CLP da marca FESTO.

Figura 22: Programação do tipo Texto estruturado – ST.

2.6 Chaves

São componentes eletromecânicos utilizados para ligar, desligar ou direcionar a corrente elétrica, por meio de um acionamento mecânico, manual ou automático, tendo como características ideais uma alta velocidade de comutação, alta confiabilidade, baixa perda na comutação e um baixo custo.

2.6.1 Chave tipo botoeira

As chaves tipo botoeira são acionadas manualmente, existem dois tipos, a de impulso e a botoeira de trava, ambas podem possuir contatos do tipo NA (normalmente aberto) ou contatos NF (normalmente fechado).

A botoeira de impulso é ativada quando o botão é pressionado e desativado quando se solta o botão, a desativação acontece devido a ação de uma mola interna.

A figura 23 apresenta a simbologia da chave tipo botoeira de impulso, enquanto a figura 24 apresenta uma chave tipo botoeira de impulso.

Figura 23: Contato (NF) e (NA) com impulso

Figura 24: Chave tipo botoeira de impulso

O botão com retenção (de trava) é ativado quando o mesmo é pressionado e é somente desativado quando pressionado novamente. A figura 25 apresenta a simbologia da chave tipo botoeira de trava, enquanto a figura 26 apresenta o botão com retenção.

Figura 25: Contato (NF) e (NA) com retenção

Figura 26: Botão com retenção

Fonte : Stark (2012)

Um botão muito importante que também é classificado como botão com retenção é o botão de emergência tipo cogumelo, inclusive será utilizado nesse trabalho. O botão de emergência tipo cogumelo é ativado ao pressionar o mesmo, porém para desativar o mesmo deve-se girar-lo no sentido horário conforme figura 27.

Figura 27: Botão de emergência tipo cogumelo

2.6.2 Chave fim de curso

São dispositivos eletromecânicos que são acionados através de uma alavanca, a qual promove a abertura ou fechamento de um contato elétrico. No mercado há vários tipos e tamanhos dependendo da aplicação.

Estas chaves podem ser utilizadas para:

 Controle, quando são utilizadas para identificar o início ou fim de um determinado movimento.

 Segurança, quando são utilizadas para desligar equipamentos se houver abertura de portas ou equipamento de alarme.

Figura 28: Modelo de chaves fim de curso.

Fonte: Siemens (2012)

2.7 Sensores

Os sensores são dispositivos eletrônicos que geram um sinal de saída quando um objeto é introduzido em seu campo de atuação.

Os sensores dão maior versatilidade e durabilidade às aplicações em relação as chaves eletromecânicas pois não necessitam de contato físico para gerarem um sinal de saída. São amplamente utilizados na indústria, na automação de máquinas equipamentos e processos.

Existem no mercado vários tipos e modelos de sensores, porém neste trabalho serão apresentados os sensores indutivos e capacitivos que são aplicados em vários tipos de sistema de automação, bem como em máquinas operatrizes, máquinas de embalagem, injetoras de plásticos, indústria automobilística e em diversos outros tipos de aplicações.

2.7.1 Sensores indutivos

Existem vários fabricantes de sensores indutivos, tendo assim vários tamanhos e formatos.

Os sensores indutivos são usados somente para detecção de objetos metálicos, devido o mesmo gerar um campo eletromagnético alternado, o qual é produzido pela bobina, conforme figura 29. A figura 29 mostra que este campo eletromagnético é emitido na face do sensor que não é metálica, quando um objeto metálico (como aço, cobre, latão, alumínio, aço inoxidável, níquel e ferro fundido) entra no seu campo de detecção sem mesmo que haja contato físico ele gera um sinal de saída.

Figura 29: Diagrama de blocos de um sensor indutivo

Fonte: FRANCHI E CAMARGO (2008)

Figura 30: Sensores indutivos

Fonte: WEG (2012).

2.7.2 Sensores capacitivos

A diferença dos sensores capacitivos dos indutivos esta no seu princípio de funcionamento, o qual é baseado na variação da capacitância da placa detectora localizada na face do sensor.

Os sensores capacitivos também estão disponíveis em vários tamanhos, formatos e fabricantes. São utilizados para a detecção de objetos metálicos ou não, quando um objeto se aproxima da face do sensor, há uma variação da capacitância, gerando um sinal. Para cada material existe um ponto diferente que provoca essa variação, deste modo há um trimpot externo que permite o melhor ajuste possível para cada um dos materiais, os quais podem ser aço, cobre, latão, alumínio, aço inoxidável, madeira, líquidos condutivos ou não, papelão, vidro, óleos, plásticos, materiais orgânicos, frutas, cereais, etc.

Figura 31: Sensores de proximidade capacitivos

Fonte: WEG (2012).

Um exemplo de aplicação é a utilização para controle de nível de fluídos dentro de um duto, faz-se um ajuste no trimpot do sensor que o mesmo ignora o duto e apenas detecta a presença do fluído dentro do mesmo, conforme figura 32.

Figura 32: Exemplo de aplicação de sensores capacitivos

Fonte: Balluf (2009).

2.8 Válvulas

As máquinas injetoras possuem três tipos fundamentais de válvulas, sendo elas as reguladoras de vazão, as reguladoras de pressão e as direcionais.

A bomba fornece vazão e pressão máximas e constantes, assim as válvulas reguladoras de pressão e de vazão tem a função de regular entre mínimo e máximo a pressão e vazão fornecida pela bomba, devido a cada função a ser executada pela injetora necessitar de uma pressão e vazão distintas, como por exemplo a pressão e vazão de fechamento do molde são diferentes das de injeção. Devido a essa regulagem são chamadas de proporcionais.

Algumas destas válvulas são reguladas manualmente por meio de um parafuso de ajuste, porém algumas possuem um solenoide que controla automaticamente suas aberturas, devido a uma bobina que recebe um sinal elétrico controlado pelo painel de controle da máquina, ou simplesmente pela saída analógica de um CLP, respeitando a programação do operador.

As válvulas direcionais não são proporcionais, são chamadas on off, devido ou estarem totalmente aberto ou totalmente fechado, porem também podem ter solenoides, assim sendo acionadas por um sinal elétrico. Sua função é direcionar o fluido para dentro do atuador, fazendo esse realizar movimento de avanço ou recuo, conforme solicitado.

Figura 33: Válvula reguladora proporcional

Fonte: Rexroth (2012).

Figura 34: Válvula direcional

Fonte: Rexroth (2012).

2.9 Atuadores

Os atuadores convertem energia hidráulica em mecânica, realizando movimento linear ou rotativo, utilizando atuadores lineares ou rotativos.

2.9.1 Atuadores lineares

Atuadores lineares são mais popularmente chamados de cilindros. São responsáveis pelos movimentos lineares da máquina, como avanço e recuo da unidade injetora, abertura e fechamento do molde, avanço da rosca para injeção e recuo para descompressão, e para avanço e retorno do extrator.

Simplificando são cilindros que internamente possuem duas câmaras. É utilizado no cilindro responsável pelo movimento da unidade injetora, quando o óleo entra em uma das câmaras, empurra o êmbolo cuja haste proporciona o avanço da unidade. Para o retorno da unidade, o centro da válvula direcional deste cilindro é movimentado pelo seu solenoide, fazendo com que o óleo entre pelo outro lado do êmbolo, na outra câmara, desse modo, o óleo empurra o êmbolo para o sentido contrário e a haste faz com que retorne a unidade. O óleo que estava no outro lado do êmbolo é expulso do cilindro e retorna para o tanque.

Figura 35: Atuador linear

2.9.2 Atuadores rotativos

Atuadores rotativos são mais popularmente chamados de motores hidráulicos.

Figura 36: Atuador rotativo

São responsáveis por transformar a energia do óleo em movimento rotativo da máquina, no caso de injetora, a rotação da rosca.

CAPÍTULO III

DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA APLICADA

3.1 Empresa

O desenvolvimento da metodologia foi executado na empresa Injebras Injetados Ltda ME, localizada no município de Birigui, na rua João Batista Puertas Sanches, 605, bairro Novo Parque São Vicente.

Figura 37: Injetora de Plástico

A máquina injetora de plástico escolhida para aplicação do projeto foi da marca JASOT, modelo 450/150, data de fabricação 07/04/1998, esta decisão foi tomada em dois dias após a injetora apresentar falhas no seu funcionamento. Ao efetuar testes, constatou-se que a máquina não executava algumas funções em modo manual, e em modo semi-automático somente fechava o molde. Neste período de dois dias foram verificados todo o sistema elétrico, mecânico e hidráulico da mesma, sendo constatado que os sistemas mecânico e hidráulico estavam em boas condições. Já o sistema elétrico responsável pelo controle da injetora apresentava falhas, os fios que saem do painel se encontram ressecados e ou emendados, dentro do painel elétrico os dispositivos estão em péssimo estado físico e apresentando falhas. Tendo em vista esses problemas,

somado a uma analise mais criteriosa, e partindo do princípio do tempo de vida útil e que a tecnologia já esta ultrapassada deu-se início a aplicação.

3.1 Verificar condições de componentes de campo

O primeiro passo foi verificar as chaves fim de curso, as condições dos cabos elétricos que saem do painel e efetuar testes nas boninas de solenoides de todas as válvulas.

As chaves fim de curso foram mantidas e visto que era necessário adquirir mais quatro para ser instaladas nas portas, os cabos elétricos foram todos retirados e descartados, porém as bobinas das solenoides das válvulas foram todas reaproveitadas.

3.2 Desmontagem do painel elétrico

Segundo passo foi desmontar todo o painel elétrico conforme figura 38. Este processo seguiu a seguinte sequência:

  • Retirar todos componentes e botões fixados na parte superior do painel.

  • Retirar fundo do painel.

  • Retirar todos componentes fixados no fundo do painel.

  • Limpar, lixar e pintar todo o painel de preto.

  • Limpar, lixar e pintar o fundo do painel na cor laranja.

Figura 38: Painel elétrico

3.1 Desenvolvimento do projeto elétrico

Após identificados os dispositivos de campo, quantidade de válvulas, chaves fim de curso, botões e desmontado o painel, foi verificado a potência do motor e das resistências elétricas. Assim deu-se início ao desenvolvimento do projeto elétrico.

O software utilizado para criar o projeto elétrico foi o CADdy Basic conforme mostrado na figura 39.

Figura 39: Desenvolvimento do projeto elétrico

Foi necessário quatro H.H (homem/hora) para criar o projeto elétrico, o mesmo ficou composto de quatro páginas, conforme apêndice 1.

A injetora não possuía dispositivos de segurança ocupacional, o esquema elétrico foi desenvolvido de tal forma a atender este requisito, deste modo todas as portas devem conter chaves fim de curso de segurança, sendo a porta traseira monitorada por um rele de monitoramento e a frontal pelo CLP e quando a porta frontal do lado do operador for aberta, o CLP corta e bloqueia as válvulas de pressão e vazão da máquina e a porta traseira, ao ser aberta faz com que o circuito de monitoramento provoca o desligamento imediato do motor elétrico, visando a segurança do operador.

No projeto elétrico também foi modificado o sistema de controle de temperatura, antes era controlado por pirômetros e no projeto esta sendo controlado pelo CLP.

Após o desenvolvimento do projeto elétrico, iniciou-se a escolha do CLP.

3.2 Escolha do CLP

Com o esquema elétrico concluído, visualizamos os dispositivos de campos requeridos pela máquina, e determinamos a quantidade, e se os mesmos são analógicos ou digitais, assim se deu início ao processo de escolha do CLP. Além das I/Os, foi levado em consideração o tipo de aplicação, tensão de alimentação, a corrente gerada pelas saídas, e se iria instalar IHM (Interface Homem-Máquina).

Sendo assim o CLP escolhido foi um CLP de pequeno porte da marca Siemens, série LOGO. Este CLP é modular e para esta aplicação foi necessário:

  • Uma CPU LOGO 24RC, com 8 entradas 24VCA(volts corrente alternada)/VCC(volts corrente contínua), 4 Saídas Rele, 10A(amperes);

Figura 40: CPU LOGO 24RC

  • Dois Módulo Expansão DM8 24R: 24VCA/CC, 4 Entradas 24VCA/CC e 4 Saídas Rele, 5A;

Figura 41: Módulo Expansão DM8 24R

  • Dois Módulo Expansão AM2 PT100: 12/24VCC, 2 Entradas PT100, -50 a 200°C;

Figura 42: Módulo Expansão AM2 PT100

  • Uma IHM Logo TD, com cabo para conexão à CPU, Alimentação 12 VCC ou 24VCA/CC;

Figura 43: IHM Logo TD

  • Uma Fonte Logo Power 120/230Vca - 24Vcc, 2,5A.

Figura 44: Fonte Logo Power

3.2.1 Custo do CLP

O custo total do CLP foi de R$ 2.689,29 conforme preço detalhado por componentes no orçamento fornecido pela empresa Tecaut Automação Industrial Ltda., localizada na Av. Nove de Julho, 2645, Birigui – SP, conforme apêndice 2.

3.3 Levantamento dos componentes

Após a escolha do CLP, foi feito o levantamento dos componentes necessários para aplicação, conforme orçamento fornecido pela empresa Tecaut Automação Industrial Ltda., localizada na Av. Nove de Julho, 2645, Birigui – SP, conforme apêndice 3.

3.3.1 Custo dos componentes

O custo dos componentes foi de R$ 3.896,65, conforme descrito no anexo 3.

3.4 Montagem do painel elétrico

Até então o controle e o processo da máquina eram feitos por contatores auxiliares, sendo assim necessário a utilização de vários dispositivos fixados dentro do painel, ocupando muito espaço e gerando pouca flexibilidade.

Com o projeto elétrico já impresso e com a aquisição do CLP e dos componentes, deu início ao processo de montagem do mesmo.

Com a tinta do fundo do painel já seca, deu-se inicio a montagem na seguinte sequencia:

    • Fixado o trilho DIN no fundo do painel;

    • Fixado todos os componentes no trilho DIN;

    • Fixado canaletas no fundo do painel;

    • Ligado fios conforme esquema elétrico;

O resultado é visualizado na figura 45.

.

Figura 45: Painel elétrico montado

Pela figura 46 podemos verificar que os circuitos conforme numerados:

Figura 46: Painel elétrico-disposição dos circuitos

  • Número 1: circuito responsável pelo controle do processo (CLP)

  • Número 2: circuito de proteção das resistências (disjuntores)

  • Número 3: circuito de acionamento das resistências (contatores)

  • Número 4: circuito de proteção de comando e tomada do painel (disjuntores)

  • Número 5: circuito de liberação de funcionamento da máquina (contator)

  • Número 6: circuito de acionamento do motor elétrico de 20 cv(cavalo-vapor)

  • Número 7: circuito de monitoramento de segurança (rele de monitoramento)

No número 8 podemos verificar os bornes, estes são responsáveis pela conexão dos fios que entra e saem do painel.

Após esta etapa foi necessário fixar uma chapa de aço tapando os buracos onde os pirômetros estavam fixados, pois esse controle agora ira ser pelo CLP. Após a fixação da chapa de aço foi necessário limpá-la, lixá-la e pintá-la de preto, conforme mostra a figura 47.

Figura 47: Painel sem controladores de temperatura

Após fixada a chapa de aço e pintada, foi fixado os botões e nomeados, conforme mostra a figura 48.

Figura 48: Botões fixados e nomeados

Em seguida foi fixado o fundo do painel elétrico conforme mostra a figura 49.

Figura 49: Painel fixado e energizado

Em seguida foi fixada e instalada a IHM numa caixa confeccionado pela própria empresa, conforme figura 50.

Figura 50: IHM instalada

Foi necessário dez H.H (homem/hora) para executar este processo todo, desde a desmontagem e montagem do painel até a instalação da IHM.

3.5 Ligações de campo

3.5.1 Ligações das chaves fim de curso

Após fixado o painel elétrico e instalado a IHM foram fixadas todas as chaves fim de curso, passado os cabos até as mesmas e ligados até o painel, sendo elas:

  • Chaves fim de curso da unidade de fechamento, que informa o CLP que o molde está fechado, molde está aberto e que o extrator esta recuado, conforme mostra figura 51.

Figura 51: Chaves fim de curso da unidade fechamento

  • Chaves fim de curso da unidade de injeção, que informa que o a mesma está avançada ou recuada e fim de dosagem, conforme mostra figura 52.

Figura 52: Chaves fim de curso da unidade de injeção

  • Foram fixadas e ligadas também as chaves fim de curso adquiridas para as portas, as quais são monitoradas pelo rele de monitoramento fixado dentro do painel conforme descrito anteriormente. A figura 53 e 54 mostra as chaves instaladas nas portas.

Figura 53: Chaves fim de curso da porta frontal

Estas chaves fim de curso tem a função de que enquanto esta porta estiver aberta, o circuito de monitoramento envia um sinal para o CLP que corta e bloqueia as válvulas de pressão e vazão da máquina, não permitindo assim que o molde feche, evitando acidentes.

Figura 54: Chave fim de curso da porta traseira

Esta chave fim de curso tem a função de que quando esta porta for aberta, o circuito de monitoramento provoca o desligamento imediato do motor elétrico, e o mesmo somente é religado quando a porta estiver fechada evitando acidentes. A figura 55 mostra a ligação dos fios nos conectores das chaves fim de curso.

Figura 55: Ligação dos fios na chave fim de curso

3.5.2 Ligações das válvulas solenoides

Foram passados os cabos novos até as válvulas, sendo cada uma delas responsáveis por:

  • Pressão geral;

  • Pressão baixa;

  • Abrir molde;

  • Fechar molde;

  • Avançar extrator

  • Recua extrator

  • Avançar unidade de injeção

  • Recuar unidade de injeção

  • Injetar

  • Dosar

A figura 56 mostra a ligação de uma das válvulas.

Figura 56: Ligação de uma válvula

3.5.3 Ligações do sistema de aquecimento

O sistema de aquecimento converte energia elétrica em energia térmica controlando assim a temperatura do cilindro de injeção.

Este controle anteriormente era executado por pirômetro (figura 57). O pirômetro permite ajustar e definir uma temperatura. Ele faz a leitura através de um sensor, no caso era um termopar, e responde em função do ajuste, ligando o contator (figura 58) para ligar as resistências elevando o calor e desligando o contator para desligar as resistências para não exceder o calor.

Este controle agora quem faz é o CLP. Foi substituído os termopares por PT-100, sendo que os mesmos são ligados ao Módulo Expansão AM2 PT100 (figura 59) informando a temperatura para o CLP. Os PT-100 foram conectados no canal de leitura da unidade de injeção e ligado os fio nas resistências conforme figura 57. Para definir a temperatura de controle basta digitar na IHM, e já visualizar a temperatura atual conforme figura 60.

Figura 57: Pirômetro

Figura 58: Contator

Figura 59: PT-100 e ligação das resistências

Figura 60: Temperatura de controle na IHM

3.5.4 Ligação do motor elétrico

O motor elétrico tem a função de acionar a bomba hidráulica fornecendo pressão para o sistema hidráulico. A ligação do motor elétrico seguiu o projeto elétrico que utiliza a partida estrela triângulo. Esta partida tem a função de suavizar a corrente elétrica de partida do motor, evitando assim picos de corrente na rede elétrica. O motor utilizado é mostrado na figura 61, é alimentado em 220 Volts trifásico, tem uma potência de 20 CV(cavalo-vapor), velocidade de 1760 RPM. A pressão hidráulica máxima fornecida pelo sistema hidráulico é de 140 Kg/cm2.

Figura 61: Motor elétrico

Em seguida deu início a programação do CLP.

3.5 Programação do CLP

A programação foi desenvolvida no Software da Siemens, LOGO!Soft Confort, e a linguagem de programação utilizada foi o Leader, conforme mostra figura 62.

Figura 62: Programação CLP

Foi necessário quatro H.H (homem/hora) para concluir o programa, o apêndice 4 o mostra por completo.

Após término do programa, foi conectado o cabo de comunicação entre o CLP e o notebook conforme mostra figura 63. Logo em seguida conforme figura 64 foi feito o download do programa para o CLP.

Figura 63: Cabo de comunicação conectado entre CLP e notebook

Figura 64: Download do programa

Depois de feito o download do programa foi feito uma hora de testesem seguida foi explicado para o operador o funcionamento da máquina. A mesma ficou disposta em três modos de trabalho, sendo selecionados pelo operador, e são eles:

  • Manual

  • Semi-automático

  • Automático

3.5.1 Manual

No modo manual o operador por meio de acionamento das chaves tipo botoeiras comanda cada etapa do ciclo de injeção da máquina individualmente.

3.5.2 Semi-automático

No modo semi-automático todas as etapas do ciclo de injeção são realizadas automaticamente sem a intervenção do operador, porém para iniciar o ciclo de injeção o operador deve abrir e fechar a porta frontal.

3.5.3 Automático

No modo automático assim como no semi-automático todas as funções são realizadas automaticamente sem a intervenção do operador, porém basta o operador fechar a porta para dar inicio ao ciclo e não há a necessidade de o operador abrir e fechar a porta frontal para iniciar um novo ciclo, o ciclo só é interrompido se o operador intervir no processo, abrindo a porta ou apertando o botão de emergência por exemplo. Esse modo é geralmente utilizado para produções elevadas, pois após a extração da peça ele já inicia o ciclo novamente.

3.6. Recursos

Com a automação foi possível obter os seguintes recursos:

  • Visualização do status da máquina: parada ou produzindo, quando produzindo é possível visualizar na tela da IHM a função que a injetora está executando em tempo real;

  • Visualizar quantidade de peças produzidas;

  • Possibilidade de programar todos os parâmetros de tempo, temperatura;

  • Visualizar temperaturas;

  • Habilitar ou não extrator, extração repetitiva e quantas repetições serão ativadas;

  • Indica falhas.

Figura 65: Contagem de peças

Figura 66: Parâmetros de temperatura

Figura 67: Parâmetros de extração

Figura 68: Tempo de resfriamento

3.7 Benefícios

  • Aumento da eficiência e confiabilidade da máquina;

  • Maior segurança e baixíssima manutenção;

  • Facilidade de diagnósticos de defeitos.

CONCLUSÃO

A importância da automação a favor do ser humano é um passo muito importante para a contínua busca da perfeição. A automação tem a função de garantir uma alta produtividade com elevada eficiência e padrão de qualidade, permitindo uma redução no custo final do produto, bem como sua disponibilidade em tempo relativamente menor e quantidades maiores.

APÊNDICE I

APÊNDICE II

APÊNDICE III

APÊNDICE IV

APÊNDICE V

BIBLIOGRÁFIA

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