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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Miguel Alexandre Vieira Fusco
SUBSTITUIÇÃO DO SINCRONISMO MECÂNICO POR
SINCRONISMO ELETRÔNICO DAS CORREIAS E ESTEIRAS
DE ENVERNIZADEIRAS E IMPRESSORAS LITOGRÁFICAS
DE FOLHAS METÁLICAS
TAUBATÉ – SP
2009
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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Miguel Alexandre Vieira Fusco
SUBSTITUIÇÃO DO SINCRONISMO MECÂNICO POR
SINCRONISMO ELETRÔNICO DAS CORREIAS E ESTEIRAS
DE ENVERNIZADEIRAS E IMPRESSORAS LITOGRÁFICAS
DE FOLHAS METÁLICAS
Dissertação apresentada para obtenção do
Título de Mestre pelo Curso de Pós-
Graduação do Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade de Taubaté.
Área de concentração: Automação Industrial e
Robótica.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Octávio Mattos dos
Reis
TAUBATÉ – SP
2009
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F993s
Fusco, Miguel Alexandre Vieira
Substituição do sincronismo mecânico por sincronismo
eletrônico das correias e esteiras de envernizadeiras e
impressoras litográficas de folhas metálicas. / Miguel Alexandre
Vieira Fusco. – Taubaté: Unitau, 2009
100 f. :il;30 cm
Dissertação (Mestrado) – Universidade de Taubaté. Faculdade
de Engenharia Mecânica. Curso de Mestrado em Engenharia de
Automação.
Orientador: Luiz Octávio Mattos dos Reis
1. Sincronismo. 2. Modernização. 3. Impressora. 4.
Transmissão I. Universidade de Taubaté. Departamento de
Engenharia Mecânica. II. Título.
CDD (21) 765
MIGUEL ALEXANDRE VIEIRA FUSCO
SUBSTITUIÇÃO DO SINCRONISMO MECÂNICO POR SINCRONISMO
ELETRÔNICO DAS CORREIAS E ESTEIRAS DE ENVERNIZADEIRAS E
IMPRESSORAS LITOGRÁFICAS DE FOLHAS METÁLICAS
Dissertação apresentada para obtenção do
Título de Mestre pelo Curso de Pós-
Graduação do Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade de Taubaté.
Área de concentração: Automação Industrial e
Robótica.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Octávio Mattos dos
Reis
Data: ______________
Resultado: ________________
BANCA EXAMINADORA
Prof.Dr. Luiz Octávio Mattos dos Reis UNITAU
Assinatura _____________________
Prof.Dr. Eduardo Hidenori Enari UNITAU
Assinatura ______________________
Prof.Dr. Leonardo Mesquita UNESP
Assinatura ______________________
Dedico este trabalho a minha esposa e fiel companheira de todos os momentos e
aos meus filhos pela compreensão, ajuda, incentivo e motivação nas horas de
ausência.
AGRADECIMENTOS
Sou eternamente grato, em primeiro lugar, a DEUS por ter me dado
inteligência, sabedoria, saúde e ter me guardado durante toda a minha vida e em
mais esta etapa.
Também não poderia deixar de citar pessoas que me incentivaram, apoiaram
e acreditaram em mim:
Ao Prof. Dr. Luiz Octávio Mattos dos Reis pela orientação e apoio fornecido
durante a elaboração deste trabalho.
Aos Engs. Franklin Stávola e Marco Antônio Ventura Martins pelo apoio
técnico fornecido.
Aos Srs. Mário Gabriel e Jardel Pires, respectivamente, Diretor Industrial e
Gerente Geral da Incoflandres Comércio e Indústria de Flandres, empresa que
trabalho, por acreditarem e ajudarem financeiramente nesta jornada e permitirem
que fosse tirado fotos e dados do equipamento onde o projeto foi implementado.
Ao Sr. Gilvan Carlos, encarregado do setor de mecânica da Incoflandres, pelo
apoio técnico no cálculo dos dados do sistema de transmissão.
RESUMO
Na indústria de impressão há vários segmentos e um destes segmentos é o
da impressão em folhas metálicas. Este segmento consiste na preparação das
chapas de aço para a indústria de fabricação de latas tanto para uso doméstico,
quanto industrial. O beneficiamento do aço tem por base a aplicação de vernizes e
tintas que protegem o metal contra a ferrugem e auxilia na decoração e
personalização das latas. Este processo é realizado por meio de máquinas
apropriadas conhecidas como envernizadeiras e litografias. Basicamente idênticas
em sua estrutura, são compostas de um empilhador de entrada, esteiras
intermediárias, a máquina propriamente dita, esteiras de entrada e saída da estufa e
ainda uma esteira de grampos usados para transportar as folhas de aço dentro da
estufa para a secagem dos produtos.
Hoje a maioria das máquinas existentes nesse segmento de mercado é antiga
e, muitas vezes, acionadas por apenas um motor elétrico. A variação de velocidade
se dá por meio de variadores eletromecânicos e/ou eletromagnéticos cujo processo
de sincronismo e posicionamento da folha ao longo da máquina se dá através de
sistemas mecânicos de engrenagens, caixas redutoras, correias e transmissões.
Geralmente apresentam grandes índices de defeitos, obrigando o seu desligamento
para a manutenção e ainda possuem velocidade de produção relativamente baixas,
se comparadas com as máquinas mais modernas.
O objetivo do trabalho é sugerir a substituição do conjunto de transmissão
mecânica por um sistema totalmente eletrônico através do uso de motores de
corrente alternada, inversores de freqüência e controlador lógico programável (CLP
), de modo que o sistema de sincronismo e posição seja feito por encoders
acoplados ao CLP, garantindo o bom funcionamento de toda a máquina. Com o uso
deste sistema, o índice de manutenção é reduzido e a velocidade da máquina é
aumentada entre 5% e 10%, garantindo uma maior produção.
PALAVRAS CHAVE: Sincronismo, Modernização, Impressora, Transmissão.
ABSTRACT
In the print industry for several segments and a segment of this is on printed
sheet metal. This segment is the preparation of steel plates for the manufacture of
cans of industry both for domestic use, as industrial. The treatment of steel is based
on the application of varnishes and paints that protect the metal against rust and
assists in the decoration and customization of the cans. This is done by machine
known as appropriate machines coaters and lithographs. Basically identical in its
structure, are composed of a truck for entry, intermediate mats, the machine itself,
mats in and out of the oven and a wake of staples used to transport the sheets of
steel in the oven for drying of products.
Today most of the machines in that market segment is old and often driven
only by an electric motor. The variation in velocity occurs through variable
electromechanical and / or electromagnetic the process of timing and positioning of
the sheet along the machine is done through mechanical systems of gears, reducers
boxes, straps and transmission. Usually have large levels of defects present, forcing
its shutdown for maintenance and still have relatively low rate of production
compared to the more modern machines.
The objective is to suggest the replacement of all mechanical transmission of
a fully electronic system through the use of alternating current motors, inverters and
frequency of Programmable Logic Controller (PLC) so that the system for timing and
position is done by encoders attached to the PLC, ensuring the smooth functioning of
the whole machine. Using this system, the rate of maintenance is reduced and the
speed of the machine will be increased between 5% and 10%, ensuring greater
production.
KEYWORDS: Synchronism, Modernization, Printer, Transmission.
SUMÁRIO
RESUMO ...............................................................................................................
7
ABSTRACT ........................................................................................................... 8
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ............................................................................. 14
1.1 – As máquinas do processo de impressão em chapas metálicas ........
15
1.2 – A impressão offset .............................................................................
20
1.3 – Descrição do problema ......................................................................
22
1.4 – Solução proposta ...............................................................................
23
1.4.1 – Dificuldades encontradas ............................................................... 23
1.5 – Objetivo do trabalho .......................................................................... 24
1.6 – Estrutura do trabalho ......................................................................... 24
CAPÍTULO 2 – CONCEITOS BÁSICOS ............................................................... 25
2.1 – Introdução ..........................................................................................
25
2.1.1 – Sensores de velocidade e posição .................................................
25
2.1.2 – Encoder ..........................................................................................
26
2.1.3 – Resolver .........................................................................................
27
2.2 – Controlador lógico programável ........................................................ 30
2.2.1 – Descrição do controlador lógico programável ................................ 30
2.2.2 – Funcionamento de um controlador lógico programável ................. 32
2.2.3 – Estrutura interna do CLP ................................................................ 33
2.3 – Redes industriais ............................................................................... 36
2.3.1 – Introdução .......................................................................................
36
2.3.2 – Sistema em tempo real ...................................................................
36
2.3.3 – Meios de transmissão .....................................................................
36
2.3.4 – O modelo OSI – OPEM SYSTEM INTERCONNECTION .............. 37
2.3.5 – Rede devicenet ...............................................................................
40
2.4 – Inversores de freqüência ................................................................... 42
2.5 – Sistemas de controle em malha aberta e em malha fechada ........... 45
2.6 – Sistemas mestre escravo .................................................................. 46
CAPÍTULO 3 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ......................................... 53
3.1 – Sistema original de acionamento ...................................................... 55
3.1.1 – Resumo dos cálculos realizados .................................................... 69
3.2 – Sistema atual de acionamento .......................................................... 72
3.2.1 – Equipamento eletrônico usado ....................................................... 74
3.2.2 – Descrição de funcionamento operacional do novo sistema ........... 76
3.2.3 – Descrição de funcionamento do sistema supervisório ................... 76
3.2.4 – Descrição de funcionamento do sistema de sincronismo .............. 81
3.2.5 – Descrição básica do programa do CLP ..........................................
84
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS OBTIDOS ............................................................
96
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÃO ...............................................................................
98
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................
99
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Sistema de alimentação de folhas .......................................................
16
Figura 2 Mesa de margeação de folhas ............................................................
17
Figura 3 Conjunto de envernizamento de uma envernizadeira ......................... 17
Figura 4 Sistema de saída de folhas ................................................................. 19
Figura 5 Unidade de pintura de uma impressora .............................................. 19
Figura 6 Vista interna de um encoder ................................................................
27
Figura 7 Transformador com um enrolamento primário e dois secundários ..... 29
Figura 8 Ligação de um sistema sincro simples ................................................
30
Figura 9 Arquitetura interna básica de um CLP .................................................
31
Figura 10 Ciclo de varredura do CLP .................................................................. 32
Figura 11 Estrutura interna do CLP ..................................................................... 34
Figura 12 Topologias das redes .......................................................................... 39
Figura 13 Blocos componentes do inversor de freqüência ..................................
42
Figura 14 Diagrama em bloco de um sistema de controle em malha aberta ...... 45
Figura 15 Diagrama em bloco de um sistema de controle em malha fechada ....
46
Figura 16 Sistema mestre escravo mecânico ......................................................
47
Figura 17 Sistema mestre escravo de velocidade usando motores de corrente
contínua geradores tacômetros ...........................................................
48
Figura 18 Sistema mestre escravo de posição usando motores de corrente e
resolvers ..............................................................................................
49
Figura 19 Sistema mestre escravo de velocidade usando inversores de
freqüência e encoders .........................................................................
50
Figura 20 Sistema mestre escravo de velocidade e posição usando inversores
de freqüência e encoders ....................................................................
51
Figura 21 Sistema mestre escravo de posição usando inversores de
freqüência e encoders .........................................................................
52
Figura 22 Diagrama de transmissão com sincronismo mecânico ....................... 55
Figura 23 Conjunto de transmissão de entrada ...................................................
57
Figura 24 Sistema de transmissão a partir da unidade variadora auxiliar ...........
62
Figura 25 Sistema de acionamento da envernizadeira a partir da unidade
variadora auxiliar .................................................................................
64
Figura 26 Sistema de acionamento da mesa de saída da impressora e entrada
da envernizadeira a partir da unidade variadora auxiliar .....................
65
Figura 27 Sistema de acionamento da mesa de saída da envernizadeira e
mesa de entrada da estufa a partir da unidade variadora auxiliar ......
66
Figura 28 Sistema de acionamento da esteira de grampos da estufa a partir da
unidade variadora auxiliar ...................................................................
68
Figura 29 Sistema de transmissão após os cálculos para adaptação dos
motores ................................................................................................
70
Figura 30 Sistema de transmissão com os novos motores adaptados ............... 71
Figura 31 Sistema de transmissão com os novos motores adaptados com os
inversores de freqüência .....................................................................
73
Figura 32 Sistema de transmissão atual com todos os componentes ................ 74
Figura 33 Tela principal da IHM do operador ...................................................... 77
Figura 34 Tela de operação principal da máquina .............................................. 77
Figura 35 Tela de operação dos motores de entrada ..........................................
79
Figura 36
Tela de setup da máquina ...................................................................
80
Figura 37 Tela de operação de seleção das impressoras ...................................
81
Figura 38 Início da sub-rotina principal ................................................................
85
Figura 39 Início as sub-rotina do alimentador ..................................................... 86
Figura 40 Início da sub-rotina da impressora ...................................................... 87
Figura 41 Início da sub-rotina da envernizadeira ................................................ 88
Figura 42 Início da sub-rotina de controle de velocidade da esteira de grampos
89
Figura 43 Início da sub-rotina do controle de sincronismo .................................. 90
Figura 44 Início da sub-rotina de controle de temperatura da estufa .................. 91
Figura 45 Início da sub-rotina de controle das interrupções do programa .......... 92
Figura 46 Início da sub-rotina de controle e gerenciamento das falhas .............. 93
Figura 47 Início da sub-rotina de controle e gerenciamento da sinalização ........
94
Figura 48 Início da sub-rotina de controle e gerenciamento das ventosas ......... 95
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Estrutura do sistema OSI..................................................................... 37
Tabela 2 Tabela de distância de cabo x velocidade da rede.............................. 42
Tabela 3 Índice das principais paradas da impressora HOE.............................. 54
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CA Corrente alternada
CLP Controlador lógico programável.
CPU Central Processor Unit.
CV Cavalo vapor
f Freqüência
FPH Folhas por hora
i
Relação de transmissão entre duas engrenagens
IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistor
IHM Interface homem máquina.
n
Velocidade em rotações por minuto.
P Potência.
PWM Pulse With Modulation.
Τ
Torque.
VCC Tensão contínua.
ω
Velocidade angular em radianos por segundo.
Z
Número de dentes de engrenagem
FPM Folhas por minuto
14
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
O setor industrial de artes gráficas, principalmente o ramo da impressão em
chapas metálicas, ainda possui, hoje em dia, apesar de toda a tecnologia existente,
muitas máquinas antigas, basicamente mecânicas acionadas geralmente por apenas
um motor elétrico. Se comparadas com as máquinas modernas existentes, o nível
de produção é baixo, o índice de problemas alto e o custo da manutenção bastante
alto por causa de muitos conjuntos de transmissões mecânicas muito antigas e
muitas vezes sem peças de reposição, sendo necessário a confecção dessas peças
para a manutenção destes equipamentos.
As máquinas deste setor da indústria são chamadas de impressoras
litográficas e envernizadeiras. A impressão em chapas metálicas é processo
realizado para a preparação da folha de flandres para a confecção de embalagens
metálicas, as conhecidas latas. As latas são usadas em todos os setores, tanto
residenciais, industriais e comerciais. Para cada aplicação existe um modelo
apropriado. O fato comum na confecção da lata é o processo de fabricação.
A fabricação de uma embalagem metálica é realizada através das etapas de
produção mostradas a seguir:
• Fabricação da bobina de flandres na usina siderúrgica;
• Corte da bobina de flandres em folhas de tamanho especifico de
acordo com a lata a ser confeccionada. Este corte é feito em
máquinas conhecidas como linhas de corte de folhas metálicas;
• Preparação da folha cortada para a confecção da embalagem;
• Montagem da embalagem através de máquinas apropriadas
para esta etapa conhecidas como prensas ou estampadeiras de
latas.
15
Devido a facilidade do aço ser afetado pela ferrugem, torna-se necessário
proteger as embalagens metálicas a fim de que ela tenha um contato com o meio o
qual está sendo utilizada.
Esta proteção é feita por meio da aplicação de vernizes aplicados
internamente e externamente nas embalagens metálicas. Na fase de preparação da
folha cortada os vernizes protegem e isolam a superfície metálica a fim de evitar a
interação da superfície com o meio que está exposta, ou seja, o produto
acondicionado e o meio ambiente. A aplicação dos vernizes é feito por máquinas
chamadas de envernizadeiras.
Após a aplicação dos vernizes, pode ser aplicadas nas folhas, no lado externo
da embalagem, tintas para a pintura de estampas e desenhos de acordo com o
produto. As máquinas que aplicam as tintas são chamadas de impressoras. Após a
aplicação desta pintura um verniz é aplicado para proteção e brilho da tinta, além de
facilitar o funcionamento da ferramenta de estampagem.
1.1 – As máquinas do processo de impressão em chapas metálicas
As máquinas usadas no processo de impressão são chamadas de
envernizadeiras e impressoras litográficas.
A estrutura de uma envernizadeira é formada por:
• Sistema de alimentação de folhas;
• Mesa de margeação;
• A máquina de envernizar;
• O sistema de secagem;
• O sistema de saída.
16
O sistema de alimentação de folhas consiste do empilhador de entrada,
conhecido como margeador de entrada, e uma estrutura onde são colocadas
cilindros com ventosas de sucção e os roletes de alimentação de folhas. No
empilhador é colocado o fardo, pacote, com as folhas cortadas. O sistema de
alimentação de folhas também possui uma bomba geradora de vácuo e
compressores de ar. Possui também sensores para controlar a altura do empilhador
e o funcionamento das ventosas de sucção.
A figura 1 mostra o sistema de alimentação de folhas de uma envernizadeira.
Figura 1 – Sistema de alimentação de folhas (cortesia sítio www.fineprintschool.com)
Durante o funcionamento normal da máquina, as folhas são retiradas do
pacote colocado no empilhador através do vácuo gerado nas ventosas pela bomba
de vácuo. A função do compressor de ar é gerar ar para auxiliar as ventosas no
momento da saída da folha do fardo. O ar, gerado pelos compressores de ar, auxilia
o desfolhamento das folhas no pacote. À medida que as folhas vão sendo retiradas
do fardo, o empilhador vai subindo para manter altura do fardo sempre a mesma em
relação às ventosas.
17
As folhas são retiradas do fardo e encaminhadas para a mesa de margeação,
que é composta de guias, cuja função é centrar as folhas para a entrada correta na
envernizadeira. A mesa de margeação também possui esteiras para fazer o
transporte das folhas do empilhador até a envernizadeira.
A figura 2 mostra a mesa de margeação de uma envernizadeira.
Figura 2 – Mesa de margeação de folhas (cortesia sítio www.fernandocaparroz.kit.net)
Após as folhas passarem pela mesa de margeação, elas chegam à
envernizadeira para receberem o verniz apropriado.
A figura 3 mostra o sistema de uma envernizadeira.
Figura 3 – Conjunto de envernizamento de uma envernizadeira
CILINDRO
DE PRESSÃO
CILINDRO
DE ENVERNIZAMENTO
CONJUNTO
DE
DISTRIBUIÇÃO
SA
Í
DA
DE VERNIZ
CHAPA
18
No funcionamento normal da máquina, uma bomba de acionamento mecânico
acoplada ao eixo da envernizadeira transporta o verniz do reservatório, colocado ao
lado da máquina até o ponto de saída do verniz para abastecer o conjunto de
distribuição localizado sobre o cilindro de envernizamento. Este cilindro de
envernizamento possui corpo de aço revestido com uma borracha apropriada para
este tipo de trabalho. Este cilindro fica sob pressão do cilindro de contra pressão e a
folha metálica passa entre os dois ocasionando a deposição do verniz sobre a
mesma.
Após passar pela unidade de envernizamento a folha é encaminhada para o
sistema de secagem.
O sistema de secagem, conhecido como estufa de secagem, é a parte da
máquina responsável pela secagem dos produtos (vernizes e tintas). Consiste de um
túnel fechado, onde na parte superior externa está localizado as unidades de
queimadores para gerar o calor necessário para a secagem dos produtos usados.
No interior da estufa está o sistema de transporte, que é uma esteira com suportes
(conhecida como esteira de grampos), onde as folhas são depositadas para serem
transportadas para realizar o processo de secagem. Após as folhas saírem da estufa
as mesmas são encaminhadas para a área de saída da máquina.
A área de saída é composta de um ou mais empilhador onde são depositadas
as folhas processadas. Neste empilhador existem guias para deixar as folhas
alinhadas na pilha. Entre o empilhador de saída e a estufa existem esteiras
intermediárias para o transporte das folhas.
A figura 4 mostra uma unidade de saída.
19
Figura 4 – Sistema de saída das folhas (cortesia sítio www.fineprintschool.com)
A impressora, responsável pela colocação das tintas, é de construção
semelhante às envernizadeiras. A diferença entre ambas é que no lugar da unidade
de envernizamento, a impressora possui uma unidade de pintura. Algumas
impressoras possuem também uma unidade de envernizamento após a unidade de
pintura
A figura 5 mostra uma unidade de pintura de uma impressora.
Figura 5 – Unidade de pintura de uma impressora (cortesia sítio
www.fernandocaparroz.kit.net)
CILINDRO
DE PRESSÃO
CILINDRO
COM
CHAPA
FOLHA
METÁLICA
CILINDRO
ENTITADOR
CILINDRO COM
A BLANQUETA
CHAPA
RESERVATÓRIO
DE TINTA
RESERVATÓRIO
DE ÁGUA
CILINDRO DE
UMEDECIMENTO
EMPILHADOR
DE SAÍDA
GUIAS DE
EMPILHAMENTO
20
O conjunto de impressão funciona com a folha metálica passando entre o
cilindro de pressão e o cilindro com a blanqueta. No momento que a folha metálica é
posicionada entre os dois cilindros, o cilindro de pressão é encostado na parte
inferior da folha metálica. O cilindro com chapa possui a chapa com a impressão a
ser feita. Este cilindro está em contato com o cilindro de umedecimento de água e o
cilindro entintador que está em contato com o reservatório de tinta.
A água é usada para isolar as áreas onde não é necessário que a tinta seja
aderida para a impressão.
O cilindro com a chapa transfere a imagem para o cilindro com a blanqueta
que imprime a imagem na chapa.
Quando não há folha metálica passando entre o cilindro de pressão e o
cilindro com a blanqueta, o cilindro de pressão está desencostado do cilindro com a
blanqueta.
O processo de impressão usado nas folhas metálicas é conhecido como
offset.
1.2 – A impressão offset
A Impressão Offset originou-se da evolução do sistema de impressão
Litográfica, que foi "inventada" por Alois Senefelder no ano de 1798, na cidade de
Munique na Alemanha (
http://www.associatedcontent.com/article/18575)
.
A expressão "offset" vem de "offset litography" (literalmente, litografia fora do
lugar), fazendo menção à impressão indireta (na litografia, a impressão era direta,
com o papel tendo contato direto com a matriz).
Em 1905, o americano Ira Rubel descobriu acidentalmente o processo offset,
isto é, a impressão baseada no mesmo princípio da litografia, porém utilizando em
21
substituição da pedra, as chapas de zinco e alumínio. A partir da popularização do
processo offset, a litografia passou a ser utilizada apenas como meio de expressão
artística (http://offset-printing-machine.com/history-offset-printing.html
)
.
O offset é um dos processos de impressão mais utilizados desde a segunda
metade do século XX. Ele garante boa qualidade para médias e grandes tiragens,
além de imprimir em praticamente todos os tipos de papéis além de alguns tipos de
plástico (especialmente o poliestireno). O offset faz uma impressão indireta: a matriz
(um cilindro com uma chapa metálica que possui a imagem a ser gravada) passa por
um rolo de tinta, que por sua vez "gruda" na imagem da chapa e em seguida a
matriz transfere a imagem para um outro cilindro coberto com borracha (a blanqueta)
que por sua vez imprime no papel. Ou seja, a matriz imprime na blanqueta que
imprime no papel ou na chapa metálica.
O offset é ideal para grandes quantidades de impressos, pois o papel corre
pela máquina, e precisa de nenhuma intervenção humana enquanto o processo é
feito. Mas não pense que o humano não tem utilidade nessa hora. Pelo contrário, a
máquina precisa de vários ajustes durante a impressão, seja na quantidade de tinta
e água, ou seja, na hora em que um impresso for ter mais de uma cor.
E como um impresso por offset pode ter mais de uma cor, se no cilindro
apenas vai uma?. Isso é simples: como os impressos são geralmente feitos com o
sistema CMYK (ou "Europa") de cores, cada cor é impresso separadamente.
Utilizando-se das retículas, todas as cores são impressas separadamente e mais
tarde nossos olhos é que vão ver a cor planejada.
As impressoras do segmento de metal grafia são equipamentos semelhantes
ao da indústria gráfica. O funcionamento é basicamente o mesmo, sendo que são
22
preparadas para trabalharem com folhas metálicas. Os modelos de impressoras
mais usadas são as impressoras offset planas.
1.3 – Descrição do problema
Para um perfeito resultado no processo da fabricação da embalagem
metálica, a máquina, tanto a envernizadeira quanto a impressora, tem que trabalhar
em perfeito sincronismo de velocidade e posicionamento da folha durante todo o
percurso da mesma pelo equipamento. Isto é essencial porque a folha tem o
momento certo para passar em pontos determinados do equipamento para a
execução perfeita do trabalho a ser realizado.
Nas máquinas antigas este sincronismo de velocidade e posicionamento era
conseguido através de relações mecânicas realizadas por engrenagens, polias,
correias, correntes e caixas redutoras. Ao longo dos anos de trabalho os desgastes
destes conjuntos, devido às folgas surgidas, tornam as máquinas menos produtivas
e com altos índices de manutenção. Outro ponto que também é muito problemático
é o comprimento de alguns eixos, que são muito compridos gerando torções que
ocasionam a quebra ou empeno. Em certos casos torna-se necessário a confecção
de peças de reposição. O custo de manutenção torna-se tão caro que em alguns
casos fica mais viável substituir a máquina.
O barulho também possui um índice bem alto. A velocidade destas máquinas
também é limitada e relativamente mais baixa quando comparada com as máquinas
novas de mesmo porte.
Estes equipamentos antigos são acionados na maioria das vezes por apenas
um motor. A variação de velocidade é feita por variadores mecânicos. Em outros
modelos existe um variador eletromagnético acoplado ao motor principal para a
23
variação de velocidade. Como está tudo mecanicamente interligado, se necessário
mudar a velocidade ou posição de uma determinada esteira da máquina, torna-se
necessário interromper a produção e reposicionar novamente a máquina. Isto,
geralmente, é feito várias vezes até se achar o valor correto.
1.4 – Solução proposta
Substituir o sistema de transmissão mecânico e variação de velocidade por
acionamento eletrônico de velocidade, conhecido como mestre escravo ou
sincronismo eletrônico, composto de motores acoplados diretamente nos eixos ou
nas transmissões das esteiras, inversores de freqüência, encoders e CLPs, com o
objetivo de reduzir os índices de paradas, o tempo de substituição de componentes
e um aumento de velocidade.
Para a realização desta mudança é necessário conhecer a velocidade e
torque de cada ponto de transmissão, bem como ajustar a relação de sincronismo
que já estava calculada no sistema antigo.
1.4.1
–
Dificuldades encontradas
A maior dificuldade encontrada neste tipo de projeto é a falta de informações
sobre o equipamento, sendo necessário fazer todo o levantamento das relações de
transmissões. Além deste, as relações das transmissões mecânicas geralmente não
são resultados de valores inteiros, em certos casos geram valores fracionários.
Estes valores não inteiros geram dificuldades para elaboração do programa usando
CLP, quando se usa encoders como dispositivo de realimentação de velocidade e
posição.
24
1.5 – Objetivo do trabalho
O objetivo deste trabalho é mostrar como calcular, no processo de
substituição de transmissão mecânica por transmissão eletrônica, a velocidade das
esteiras, bem como o torque necessário para o perfeito funcionamento da maquina.
1.6 – Estrutura do trabalho
O capitulo um descreve a origem do processo litográfico, a origem das
embalagens metálicas e o funcionamento básico de uma máquina litográfica.
Apresenta também a descrição do problema, a solução proposta e o objetivo do
trabalho, além da estrutura do trabalho.
O capítulo 2 apresenta os conceitos básicos dos dispositivos eletrônicos
usados no projeto, bem como o conceito do tipo de controle utilizado.
O capítulo 3 mostra o desenvolvimento do projeto, informando como
realizar os cálculos para substituição. Apresenta também a arquitetura antiga e a
arquitetura atual.
O capitulo quatro informa os resultados obtidos com a implantação do
projeto.
O capítulo 5 mostra a conclusão do trabalho.
25
CAPÍTULO 2 – CONCEITOS BÁSICOS
2.1 – Introdução
Este capítulo apresenta os principais componentes eletrônicos usados na
modificação. Estes componentes são:
• Encoders – responsáveis pela realimentação de velocidade e posição.
No caso específico da modificação foram usados como realimentação
de posição. (SENSORES INDUSTRIAIS – 2007).
• Inversores de freqüência – responsáveis pelo controle de velocidade
dos motores de corrente alternada acoplados nas esteiras.
(INVERSORES DE FREQÜÊNCIA – 2008).
• CLP (Controlador Lógico Programável) – responsável pela parte de
processamento e lógica de funcionamento da máquina. (SOUZA,
MICHELE BAZANA – 2007 – UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ).
2.1.1 – Sensores de velocidade e posição
Estes sensores são dedicados à medição de velocidade, aceleração e/ou
posicionamento nos movimentos de máquinas e equipamentos. Podendo ser
lineares ou rotativos.
Os lineares, também conhecidos como réguas digitais, são instalados
diretamente no local onde se realiza o movimento e fornecem medidas de
posicionamento direto e instantâneo do mesmo.
Os rotativos são acoplados diretamente ao eixo de motores ou ao eixo da
carga para medir a posição e / ou velocidade do eixo. O sensor rotativo mais usado
é o encoder
26
2.1.2 – Encoder
Os encoders são transdutores de movimento capazes de converter
movimentos lineares ou angulares em informações elétricas que podem ser
transformadas em informações binárias e trabalhadas por um programa que
converta as informações passadas em algo que possa ser entendido como distância,
velocidade. (http://www.ebah.com.br/encoders-pdf-a7828.html#)
Em outras palavras, o encoder é uma unidade de realimentação que informa
sobre posições atuais de forma que possam ser comparadas com posições
desejadas e seus movimentos sejam planejados.
Os encoders possuem internamente um ou mais discos (máscaras)
perfurados, que permitem, ou não, a passagem de um feixe de luz infravermelha,
gerado por um emissor que se encontra de um dos lados do disco e captado por um
receptor que se encontra do outro lado do disco, este, com o apoio de um circuito
eletrônico gera um pulso. Dessa forma a velocidade ou posicionamento é registrado
contando-se o número de pulsos gerados.
A quantidade de pulsos em uma volta, nos encoders rotativos, demonstra a
relação impulso/volta do mesmo. Quanto maior for esta relação maior a precisão
obtida. Por exemplo, um encoder que gera 50 pulsos por volta teria a seguinte
relação angular: 360°/50 pulsos = 1 pulso a cada 7, 2°.
Pode-se determinar o sentido da rotação utilizando duas fileiras de furos uma
defasada em 90° em relação à outra, sendo assim em um sentido a fileira mais
próxima do centro estará adiantada em relação à outra e no sentido inverso ocorre
também o inverso.
O encoder pode ser incremental ou absoluto.
27
O encoder incremental é um disco geralmente de cristal com marcações em
torno de sua circunferência espaçadas igualmente, uma fonte de luz e um conjunto
de receptores. A cada instante em que a luz é interrompida pela rotação do disco,
um pulso é enviado ao controle.
O encoder incremental possui uma marca de referência que gera um pulso
indicando que uma volta foi completada.
O encoder absoluto possui marcações específicas, garantindo a posição ao
parar de girar.
A figura 6 mostra a constituição física do encoder.
Figura 6 – Vista interna do encoder (cortesia sítio http://www.ebah.com.br/encoders-pdf-
a7828.html#)
2.1.3 – Resolver
O resolver é também conhecido como sincro. O termo sincro é uma
abreviatura da palavra síncrona, e é o nome dado a uma variedade de dispositivos
rotativos, eletromecânicos e de posicionamento sensorial. Os sincros são projetados
28
para prover uma medida física de posição de um eixo, como resultado de uma
entrada elétrica, ou, reciprocamente, prover uma saída elétrica que é uma função da
posição de seu eixo. São largamente usados em aplicações militares ou em
aplicações que exigem dispositivos robustos.
Um sincro assemelha-se a um pequeno motor elétrico em tamanho e
aparência, mas opera como um transformador variável. Cada sincro contém um rotor
semelhante em aparência a um induzido e um estator que corresponde ao campo
em um motor. O sincro é normalmente composto de um estator de enrolamento
triplo, ligado em Y, colocado em um cilindro com proteção metálica, e um rotor com
um enrolamento. O rotor é montado dentro do estator e pode girar dentro dos
enrolamentos do estator. Quando o enrolamento único do rotor é girado, o valor do
acoplamento nos três enrolamentos do estator é variado, produzindo-se uma tensão
de saída variável, que representa a quantidade e o sentido de deslocamento do rotor
em relação ao estator.
As duas classificações gerais de sincros são: torque e controle. Os sincros de
torque são usados em cargas leves, tais como indicadores de posição, ponteiros e
outros indicadores. Um transmissor de torque (TX) e um receptor de torque (TR)
formam um sistema simples de torque. O TX e o TR são eletricamente idênticos,
entretanto, diferem ligeiramente em seu aspecto. O TR possui um amortecedor
inercial montado em seu eixo para reduzir oscilações.
Sincros de controle são usados em servo sistema que posicionam cargas
muito pesadas. Um transmissor de controle (CX) e um transformador de controle
(CT) formam um sistema sincro de controle. O CX é idêntico ao TX, porém produz
menos torque e tem maior precisam. O CT fornece um sinal elétrico de saída de seu
rotor que corresponde à posição do eixo do CX ao qual é ligado.
29
O princípio de funcionamento de um sincro convencional é um transformador
com um enrolamento primário rotativo e três enrolamentos secundários espaçados
entre si de 120°, como mostra a figura 7.
Figura 7 – Transformador com um enrolamento primário e dois secundários
O deslocamento angular do rotor da sua posição de referência varia a tensão
induzida em cada enrolamento do estator de um valor igual ao co-seno do ângulo de
deslocamento. Em outras palavras, quando a posição do rotor é mudada em relação
a seu estator, a tensão induzida em cada enrolamento do estator varia em função do
deslocamento angular do rotor em relação ao estator.
Se a posição do rotor for paralela a um dos enrolamentos do estator, uma
máxima tensão será induzida naquele enrolamento. As tensões induzidas nos outros
dois enrolamentos de são, nesse caso, iguais, porque seus ângulos de defasagem
são iguais.
Um sistema de transmissão sincro simples consiste de um transmissor ligado
a um receptor, como mostrado na figura 8. Nesta figura, conforme pode ser visto,
são mostradas as ligações e o princípio de funcionamento.
S1
S2
S3
R1
R2
30
Figura 8 – Ligação de um sistema sincro simples
2.2 – Controlador lógico programável
( SOUZA, MICHELE BAZANA –
2007 – UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ ).
O Controlador Lógico Programável (C.L.P.) nasceu praticamente dentro da
indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic Division da
General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controla
de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanças
implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.
Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores
lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade
de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das
entradas e saídas e principalmente o modo de programação e a interface com o
usuário.
2.2.1 – Descrição do controlador lógico programável
Equipamento eletrônico, equipado com micro controlador, que utiliza uma
memória programável para o armazenamento interno de instruções para
31
implementações específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização,
contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas,
vários tipos de máquinas ou processos.
A figura 9 mostra a arquitetura interna básica deste controlador.
Figura 9 – Arquitetura interna básica de um CLP
Os circuitos de entrada formam a interface por onde os dispositivos enviam
informações de campo para o C.L.P. Essas informações podem ser de origem digital
ou analógica, sendo que são tipicamente provenientes de elementos instalados em
plantas automatizadas que possuem sensores, botões, pressostatos, chave fim de
curso, etc.
Os dispositivos de saída, tais como solenóides, relés, contatores, válvulas,
luzes indicadoras e alarmes são frequentemente conectados aos circuitos de saída
do C.L.P. As informações de saída, de maneira similar à entrada, podem ser digitais
ou analógicas.
As saídas e entradas desses controladores são geralmente isoladas das
plantas automatizadas por meio de isoladores galvânicos, como os acopladores
ópticos e relés.
32
Também possuem dispositivos de entrada e saída para aplicações especiais,
transdutores de velocidade e posicionamento, saídas PWM (Pulse With Modulation),
dentre outras interfaces.
2.2.2 – Funcionamento de um controlador lógico programável
Quando inicializado o CLP executa uma série de operações pré -
programadas, gravadas em seu Programa Monitor:
A figura 10 mostra o ciclo de varredura do CLP
Figura 10 – Ciclo de varredura do CLP
A descrição dos elementos do ciclo de varredura mostrado na figura 10 é
descrita a seguir:
- Inicialização: no momento em que é ligado o CLP executa uma série de
operações pré - programadas, gravadas em seu Programa Monitor.
- Verificar estado das entradas: o CLP lê os estados de cada uma das
entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome
33
de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro - segundos ( scan
time ).
- Transferir para a memória: após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os
resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das
Entradas e Saídas. Ela recebe esse nome por ser um espelho do estado das
entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do
processamento do programa do usuário.
- Comparar com o programa do usuário: o CLP ao executar o programa do
usuário, após consultar a Memória Imagem das Entradas, atualiza o estado da
Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário
em seu programa.
- Atualizar o estado das saídas: o CLP escreve o valor contido na Memória
das Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia-se então, um novo
ciclo de varredura.
2.2.3 – Estrutura interna do CLP
O C.L.P. é um sistema micro processado, ou seja, constituí-se de um
microprocessador (ou micro controlador), um Programa Monitor, uma Memória de
Programa, uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou
mais Interfaces de Saída e Circuitos Auxiliares.
A figura 11 mostra o esquema da estrutura interna do CLP.
34
Figura 11 – Estrutura interna do CLP
Os módulos de entrada são basicamente de dois tipos, os de entrada digital e
os de entrada analógica.
Os de entrada de digital são as que possuem apenas dois estados possíveis:
ligado ou desligado. Alguns dos dispositivos que podem ser ligados nesse tipo
entrada são: chaves fim de curso, botoeiras, pressostatos, termostato, sensores de
proximidade indutivos e capacitivos.
Eletricamente podem ser operadas por corrente contínua ou corrente
alternada. Para evitar danos nas entradas do CLP geralmente são usados opto
acopladores para isolação galvânica.
Os de entrada analógica permitem que o CLP possa manipular grandezas
analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas
analógicas são normalmente tensão e corrente.
Uma atenção que deve ser observada em relação as entradas analógicas é a
sua resolução. Esta é normalmente medida em bits. Uma entrada analógica com um
maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza analógica.
35
Estas entradas são usadas por dispositivos que trabalham com grandezas
analógicas, tais como: sensores de pressão, sensores de pressão mecânica (strain
gauges).
Existem módulos especiais de entrada com funções bastante especializadas.
Alguns exemplos são: módulos contadores de fase única, módulos contadores de
dupla fase, módulos para encoder incremental e absoluto, módulos para termopares,
módulos para termo resistências, módulos para sensores de ponte balanceada do
tipo strain-gauges.
Os módulos ou interfaces de saída adequam eletricamente os sinais vindos
do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados. Existem
dois tipos básicos de interfaces de saída: as digitais e as analógicas.
As saídas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado. Podemos
com elas controlar dispositivos do tipo: relés, contatores, relés de estado sólido,
solenóides, válvulas.
As saídas digitais podem ser construídas de três formas básicas: saída digital
a relê, saída digital 24 VCC e saída digital à triac. Nos três casos, também é de
praxe, prover o circuito de um isolamento galvânico, normalmente opto - acoplado.
Os módulos ou interfaces de saída analógica convertem valores numéricos, em
sinais de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente 0 a 10 VCC
ou 0 a 5 VCC, e no caso de corrente de 0 a 20 mA ou 4 à 20 mA. Estes sinais são
utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo: válvulas proporcionais,
motores C.C., servo-motor C.C., inversores de freqüência, posicionadores rotativos.
Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são: módulos
P.W.M. para controle de motores C.C., módulos para controle de servo-motores,
36
módulos para controle de motores de passo (Step Motor), módulos para I.H.M.
(Interface Homem Máquina).
2.3 – Redes Industriais
2.3.1 – Introdução
Uma rede faz a comunicação entre um determinado número de estações de
forma que possam trocar informações entre si. (LOPES, 2000)
A rede industrial entre outras coisas transmite informações para o controle de
um processo. Suas características podem ser determinadas em função do
gerenciamento do fluxo de informações dentro do sistema.
2.3.2 – Sistema em tempo real
Um sistema em tempo real executa as tarefas em sincronismo com o tempo
presente. Estas podem consistir de aquisição de dados, cálculos do controle do
processo e controle de unidades.
2.3.3 – Meios de transmissão
Meio de transmissão é o caminho físico pelo qual os sinais e as ondas
eletromagnéticas se propagam. Atualmente os meios de transmissão mais utilizados
na rede industrial são: o cabo de pares trançados e o cabo de fibra ótica.
A capacidade de um meio de transmissão é normalmente denominada de
banda passante. Banda passante é a faixa de freqüências de ciclo, medida em Hertz
( Hz ) ou ciclos por segundo.
37
A atenuação é o enfraquecimento ou distorção das ondas eletromagnéticas
durante uma transmissão. A medida que uma onda se propaga por um meio, parte
de sua energia é absorvida ou dispersada pelas propriedades físicas do meio.
A interferência eletromagnética ( EMI ) ocorre quando ondas eletromagnéticas
indesejáveis afetam o sinal desejado.
2.3.4 – O modelo OSI – OPEN SYSTEM INTERCONNECTION
Dentro de uma rede, a comunicação entre controladores e estações é
possível pela utilização de um protocolo, que são regras de comunicação.
No intuito de uniformizar e universalizar os padrões e modelos adotados pelos
protocolos de rede, foi desenvolvido o modelo OSI. Um modelo é um padrão que
organiza os conceitos gerais ou fornece diretriz como uma descrição facilmente
compreendida. No caso de redes, o modelo descreve os serviços necessários para
mover os dados de um lugar para outro.
Na tabela 1 é apresentado o modelo de referência do OSI. Este modelo é
formado por sete camadas.
Camada 7 Aplicação
Camada 6 Apresentação
Camada 5 Sessão
Camada 4 Transporte
Camada 3 Rede
Camada 2 Link de dados
Camada 1 Física
Tabela 1 – Estrutura do sistema OSI
38
A camada define: as estruturas de rede física, as especificações mecânicas e
elétricas para a utilização do meio de transmissão, a codificação de transmissão de
bits e regras de sincronização.
Quando o transmissor e o receptor estão localizados em sistemas de
comunicação diferentes, um bridge deve ser inserido. O bridge adapta protocolos
diferentes. Quando há diferenças entre os protocolos na camada de rede, uma
transformação deve ser realizada nesta camada através de um roteador ou gateway.
Tópicos específicos da camada física: tipos de conexão, topologia física,
sinalização digital, sinalização analógica, sincronização de bits, uso da banda
passante, multiplexação.
As redes são estruturadas utilizando conexões ponto a ponto ou de múltiplos
pontos (multiponto).
A interface serial mais utilizada é o RS-232 C. O protocolo desta interface
inclui as características mecânicas, elétricas, funcionais e engenharia de processo
da interface. O RS–232C é limitado por baixa taxa de transmissão e pequeno
comprimento de linha. Fato foi solucionado pelo desenvolvimento do padrão RS –
449.
A estrutura física completa do meio de transmissão é chamada de topologia
física. Na figura 12 é apresentado as topologias mais comuns:
39
Figura 12 – Topologias das redes (LOPEZ, RICARDO ALDABÓ – 2000).
Topologia de barramento: usa normalmente um cabo longo, chamado
backbone. A maioria das topologias de barramento permite que os sinais trafeguem
nas duas direções e possuem restrição de distância e número de bifurcações para
manter a integridade do sinal. Em caso de falha, todos os dispositivos são afetados
e a localização é difícil.
Topologia de malha: possui conexão ponto a ponto entre cada dispositivo da
rede. Cada dispositivo necessita de interface com todos os outros da rede. Em caso
de falha, a rede total continua em operação e a localização é fácil.
Topologia de anel: cada dispositivo se conecta diretamente ao anel ou
através de interface e cabo trançado; os sinais passados de um dispositivo ao outro
em apenas uma direção; cada dispositivo incorpora um receptor no cabo de
chegada e um transmissor no cabo de saída ( degradação do sinal é mínima ). Em
controlador
dispositivo
dispositivo
dispositivo
Barrame
nto
controlador
dispositivo
dispositivo
dispositivo
Anel
controlador
dispositivo
dispositivo
dispositivo
Estrela
controlador
dispositivo
dispositivo
dispositivo
Malha
40
caso de falha quando se usa loop simples, todos os dispositivos são afetados mas a
localização é fácil. O loop duplo (redundante em caso de falha) tem dois anéis
separados fisicamente e cada transmissão é feita em uma direção.
Topologia de estrela: usa dispositivo central com cabo trançado conectando
em todas as direções; cada ponto da rede é conectado através de uma ligação
ponto a ponto ao dispositivo central. Esse tipo de topologia pode ser utilizado em
outras estrelas para formar topologias de rede hierárquica ou de forma de árvore.
Em cão de falha, os segmentos em bom estado continuam operando e a localização
é fácil.
2.3.5 – Rede devicenet
É uma rede de comunicação de baixo custo idealizada para interligar
equipamentos industriais, tais como: sensores de proximidade indutivos, capacitivos,
fotoelétricos, válvulas solenóides, motores de partida, sensores de processos,
leitores de código de barras, inversores de freqüência, painéis e interfaces de
operação. Além de eliminar o excesso de gasto com a instalação dos equipamentos,
a rede proporciona a comunicação entre os participantes, implementando níveis de
auto diagnóstico, nem sempre disponível nas instalações convencionais.
Devicenet é uma solução simples para instrumentação de redes industriais
reduzindo os custos de instalação (cabos, bandejas, caixas de junção) e os tempos
de montagem dos equipamentos ao mesmo tempo que permite a intercambialidade
dos instrumentos de diversos fabricantes.
Devicenet é uma resposta às necessidades dos usuários, OEM e
fornecedores, no que se refere a produtividade, flexibilidade e competitividade.
41
A rede Devicenet foi baseada no protocolo CAN, originalmente desenvolvido
pela Bosch para a indústria automobilística, visando substituir os custos dos
sistemas de cabos nos automóveis por uma rede de baixo custo.
Como este protocolo possui baixo tempo de resposta e alta confiabilidade
vem sendo aplicado em sistemas de freios ABS e Airbags.
A ODVA (Open Devicenet Vendor Association) é um grupo de fabricantes de
sistemas Devicenet, dedicados a soluções abertas de controle, em rápida expansão.
Mais de 200 empresas, lideradas pelos membros fundadores: Allen-Bradley, Cutler-
Hammer, trabalhando conjuntamente e prestando assistência a fornecedores,
integradores, OEM’s e usuários de sistemas, com ferramentas de desenvolvimento,
treinamento, testes de conformidade e atividades de marketing. A ODVA também dá
apoio a fornecedores da SIG’s (Special Interest Groups) no desenvolvimento de
conceitos para determinados tipos de produtos.
Devido ao fato de a especificação e o protocolo serem efetivamente abertos,
não é requerido dos fornecedores a compra de hardware, software ou licenças para
desenvolver produtos para Devicenet.
Isto resulta em suporte efetivo para o protocolo, para os fornecedores, o que
resulta ainda em uma ampla variedade de produtos a custo baixo para o usuário.
As topologias em linha e árvore podem ser aplicadas, sendo que o máximo
comprimento varia de acordo com o tipo de cabo e a taxa de transmissão da rede,
restringindo-se também o tamanho das derivações, conforme exposto na tabela 2
42
Tabela 2 – Tabela de distância de cabo x velocidade da rede
2.4 – Inversores de freqüência
Dispositivo eletrônico micro processado destinado a controlar a velocidade
dos motores de corrente alternada através da variação de freqüência da tensão de
alimentação dos motores. (FRANCHI, CLAINTON MORO, INVERSORES DE
FREQÜÊNCIA – TEORIA E APLICAÇÕES – 2008).
A figura 13 mostra uma representação em blocos dos inversores de
freqüência.
Figura 13 – Blocos componentes do inversor de freqüência (FRANCHI, CLAITON MORO –
2008).
43
A CPU de um inversor de freqüência pode ser formada por um
microprocessador ou micro controlador, dependendo apenas do fabricante. É neste
bloco que todas as informações ( parâmetros e dados do sistema ) estão
armazenadas, visto que também uma memória está integrada a esse conjunto. A
CPU não apenas armazena os dados e parâmetros relativos ao equipamento, como
também executa a função mais vital para o funcionamento do inversor: geração dos
pulsos de disparo, por meio de uma lógica de controle coerente, para os IGBTs.
(Insulated Gate Bipolar Transistor)
No bloco IHM (Interface Homem Máquina) podemos visualizar o que está
ocorrendo no inversor (display) e parametrizá-lo de acordo com a aplicação.
Nessa IHM podemos visualizar diferentes grandezas do motor, como: tensão,
corrente, freqüência, status de alarme, entre outras funções. É também possível
visualizar o sentido de giro, verificar o modo de operação ( local ou remoto ), ligar ou
desligar o inversor, variar a velocidade, alterar parâmetros e outras funções.
Os inversores também possuem entradas e saídas digitais e analógicas que
são utilizadas para o funcionamento do inversor.
As entradas digitais são utilizadas para comandar o inversor. Fornecem
comandos como ligar, desligar, sentido de giro do motor, etc. As entradas digitais
são parametrizáveis.
As saídas digitais são usadas para informações para o sistema de controle do
status de funcionamento do inversor. Também são saídas parametrizáveis.
As entradas analógicas são utilizadas para comandar o inversor fornecendo a
referência de velocidade do motor.
As saídas analógicas são utilizadas como referência para indicação em
instrumentos ou outros dispositivos que recebem comando analógico.
44
Os inversores de freqüência também possuem, além da etapa de controle,
uma etapa de potência que é constituída por um circuito retificador, que por meio de
um circuito intermediário denominado “ barramento CC “ alimenta o circuito de saída
inversor ( módulo IGBT ).
O circuito retificador é responsável pela retificação do sinal alternado que
possui tensão e freqüência constantes provenientes da rede de alimentação. Na
rede de entrada, a freqüência é fixa em 60 Hz, sendo transformada pelo retificador
em contínua ( retificador de onda completa ).
O filtro ou link CC tem a função de regular a tensão retificada com
armazenamento de energia por meio de um banco de capacitores.
O bloco inversor, onde estão os IGBTs, é responsável pela inversão da
tensão continua proveniente do link CC num sinal alternado, com tensão e
freqüência variáveis.
Esta tensão com freqüência variável e a forma mais próxima da senoidal é
obtida através do chaveamento dos IGBTs usando uma técnica chamada de PWM
(Pulse Width Modulation).
Nos inversores de freqüência existem quatro tipos de controle básicos: escalar
(volts / hertz), controle vetorial sensorless (no português: sem sensor), controle de
fluxo vetorial e controle de campo orientado.
O controle voltagem / freqüência (V/f) é um método básico que provê uma
freqüência variável para aplicações como ventiladores e bombas. Proporciona um
controle razoável de velocidade a um baixo custo.
O controle vetorial sensorless fornece melhor regulação de velocidade e tem
a capacidade de produzir alto torque de partida.
45
O controle de fluxo vetorial possibilita mais precisão de torque e velocidade
com resposta dinâmica.
O controle orientado de campo permite manter velocidade e torque
disponíveis para motores CA, fornecendo desempenho de um motor de corrente
continua para motores CA.
2.5 – Sistemas de controle em malha aberta e em malha fechada.
Nos sistemas de controle em malha aberta, a saída não tem efeito na ação de
controle, isto é, a saída não é medida nem realimentada para comparação com a
entrada. Para cada entrada de referência haverá uma condição pré-estabelecida de
operação. Qualquer sistema que opere em uma base de tempo é um sistema em
malha aberta. A operação em malha aberta deve ser usada, quando se conhece a
relação entre entrada e saída e o sistema não apresentar nenhum tipo de
perturbação.
A figura 14 mostra o diagrama em bloco de um sistema em malha aberta.
Figura 14 – Diagrama em bloco de um sistema de controle em malha aberta
Nos sistemas de controle em malha fechada, que é o mesmo que controle
realimentado, a diferença entre o sinal de entrada (referência) e o sinal de saída
realimentado, chamado de sinal de erro, é introduzido no controlador que atua na
46
planta ou no processo de forma a reduzir o erro e a manter a saída num valor
desejado.
Existem dois tipos de controle em malha fechada, o controle manual e o
controle automático. No controle automático, o operador é substituído por
dispositivos que desempenham as suas funções mais eficientes e precisas.
A figura 15 mostra o diagrama em bloco de um sistema em malha fechada.
Figura 15 – Diagrama em bloco de um sistema de controle em malha fechada
2.6 – Sistemas mestre escravo
Sistemas de controle de movimento no modo mestre escravo são muito
utilizados onde se necessita se manter a mesma velocidade e posicionamento com
vários conjuntos de acionamentos simultaneamente. Nestes tipos de sistemas existe
uma unidade na função de mestre e uma ou mais unidades na função de escravo.
Com este tipo de controle consegue-se manter a mesma velocidade e posição em
todas as unidades acionadas, isto é, consegue-se uma sincronização.
(http://www.motioncontroller.machinedesign.com/guiedits/content/bdeee1_7.aspx)
No passado a forma convencional deste tipo de controle, existente até hoje
em equipamento mais antigos, era feito através de transmissões mecânicas. Um
eixo principal, eixo mestre, era acionado por um motor e através de caixas
redutoras, engrenagens, juntas universais, transmissões por corrente e correias e
etc, transmitia a velocidade e posição a outros pontos do processo e/ou máquina.
47
Na figura 16 é mostrado um desenho de um sistema mestre escravo com
acionamento mecânico.
Figura 16 – Sistema mestre escravo mecânico
Um problema que ocorre com este tipo de aplicação é o conjunto acionador
torcer sensivelmente dependendo da carga aplicada, induzindo um erro de posição
nos eixos escravos a partir do eixo principal. Tal acúmulo de torque causa nos eixos
escravos mais distantes um aumento de atraso de movimento em relação ao eixo
principal. O resultado é um movimento não uniforme em relação ao eixo mestre. O
movimento é geralmente oscilante ou com trancos gerando um atraso de resposta,
como por exemplo, uma variação de velocidade. Isto gera uma perda de produção
neste período, devido aos materiais produzidos neste período poderem ser
inutilizados.
Por esta e outras razões sistemas eletrônicos de sincronismo foram
desenvolvidos para fornecer perfeita sincronização entre o conjunto mestre e os
conjuntos escravos.
Os primeiros sistemas eletrônicos mestre escravo de velocidade foram
desenvolvidos com dispositivos de realimentação de velocidade denominados de
geradores tacômetros, que podiam ser de tensão alternada ou contínua. Os
primeiros controles de velocidade eram usados com motores de corrente contínua,
48
pois ainda não haviam sido desenvolvidos controles de velocidade para motores de
corrente alternada.
A figura 17 mostra o sistema mestre escravo com controle de velocidade com
acionamento de motores de corrente contínua.
Figura 17 – Sistema mestre escravo de velocidade usando motores de corrente contínua e
geradores tacômetros.
Os primeiros sistemas eletrônicos de posicionamento possuíam dispositivos
de realimentação denominados resolvers. Os sistemas de sincronismo eletrônicos
mais antigos eram unidades dedicadas, muitas vezes totalmente independentes da
unidade de controle do equipamento. Os acionamentos e CLPs mais antigos não
possuíam funções especificas para a realização da função sincronismo.
A figura 18 mostra o sistema mestre escravo de posicionamento com motores
de corrente contínua e resolver
49
Figura 18 – Sistema mestre escravo de posição usando motores de corrente contínua e
resolvers.
Os geradores tacômetros são usados até hoje como realimentação de
velocidade principalmente em unidades onde se utilizam motores de corrente
contínua. Os resolvers, hoje em dia são usados apenas em aplicações específicas.
Com o desenvolvimento dos CLPs e da aprimoração das técnicas de controle
em circuito malha fechada através de circuitos de controle PID, a técnica mestre
escravo tem sido bastante utilizada na indústria, com uma resposta bastante rápida
e precisa dos acionamentos. O transdutor de velocidade e posição mais usado é o
encoder.
A figura 19 mostra o sistema mestre escravo com controle apenas de
velocidade, isto é, o encoder é acoplado diretamente no motor.
50
Figura 19 – Sistema mestre escravo de velocidade usando inversores de freqüência e
encoders.
Quando o encoder é acoplado na carga, informa ao mesmo tempo a
velocidade e a posição real da unidade. Se a carga for acoplada por engrenagens,
pode ocasionar o chamado backlash, que é o recuo causado por perdas de
movimento entre engrenamentos, e isto pode fazer a realimentação oscilar, e pode
ser um fator de limitação em movimentos de precisão.
Quando o sistema exige uma precisão maior de controle, usam-se dois
encoders, um acoplado no motor e outro acoplado na carga. O encoder do motor
fecha a malha que fornece o controle de velocidade do motor, fazendo com que o
mesmo gire numa velocidade especificada. O encoder da carga fecha a segunda
malha supervisória que monitora o erro de posição da carga e então comanda a
malha de controle de velocidade do motor para mover o mesmo.
Esse tipo de controle com dois encoders é chamado de dual loop e o seu
funcionamento básico é da seguinte forma:
51
• primeiramente comanda o motor para mover uma certa distância numa
velocidade especificada;
• o programa do sistema rodará uma rotina para checar a posição do
encoder da carga para determinar se resta algum erro de posição e
então comandará o motor até que o erro de posição seja zero.
Os sistemas eletrônicos utilizam a forma de controle em malha fechada para
garantir uma maior precisão de velocidade e posicionamento. O circuito mais
utilizado nos controladores de velocidade e posicionamento é o controle PID.
A figura 20 mostra o sistema mestre escravo com controle de velocidade e
posição.
Figura 20 – Sistema mestre escravo de velocidade e posição usando inversores de
freqüência e encoders.
O sistema mestre escravo usando encoder na carga é mostrado na figura 19.
Este sistema mantém o sincronismo de posição.
52
Figura 21 – Sistema mestre escravo de posição usando inversores de freqüência e encoders.
53
.
CAPÍTULO 3 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO.
Neste capítulo será mostrado a aplicação do projeto e os procedimentos
realizados para a substituição do sistema mecânico para eletrônico.
O equipamento usado para a aplicação foi uma litografia HOE de duas cores
com cadeiras de impressão em Y e uma envernizadeira da empresa Incoflandres
Comércio e Indústria de Flandres Ltda.
Este equipamento é composto de um empilhador de entrada, mesa
intermediária de entrada da impressora, a impressora, mesa de saída da
impressora, mesa de entrada da envernizadeira, a envernizadeira, mesa de saída da
envernizadeira, mesa de entrada da estufa, a estufa de secagem, mesas de saída
da estufa e empilhador de saída.
Este equipamento era dividido em dois sistemas interligados mecanicamente
através de uma caixa de transmissão, denominada de caixa de marcha.
O primeiro sistema era composto pelo empilhador de entrada, esteira
intermediária de entrada da impressora (mesa de margeação) e a impressora.
O segundo sistema era composto pela esteira de saída da impressora, a
esteira de entrada da envernizadeira, a envernizadeira, a esteira de saída da
envernizadeira, a esteira de entrada da estufa de grampos e a esteira de grampos.
Como se tratava de uma máquina muita antiga, com sistema de transmissão
basicamente mecânico já se estava fazendo um estudo para a modificação do
mesmo, visto que a máquina era muito limitada em velocidade por causa do tipo de
transmissão que era propenso a quebra. As unidades variadoras sempre
trabalhavam com uma velocidade baixa.
Essa baixa velocidade limitava a produção e não impedia a quebra das
transmissões, inclusive das unidades variadoras.
54
Era necessário aumentar a produção e reduzir o índice de paradas do
equipamento por parte de quebra do sistema de transmissão.
Além desse ponto, outro fator que influenciava na produtividade e alto índice
de parada era o fato dos painéis elétricos estarem em condições precárias.
Uma reforma geral no equipamento melhoraria em muito a produtividade do
equipamento e reduziria o índice de parada.
A opção por aplicar o projeto nesta máquina, foi devido ao grande índice de
reclamações pela equipe da produção sobre o índice de paradas deste
equipamento. O responsável pela operação do equipamento apresentou uma tabela
mostrando os principais pontos de parada do equipamento.
A tabela 3 mostra os pontos de parada:
PROBLEMA MÉDIA DE HORAS / MÊS
Avaria do moto variador da impressora 40
Rompimento das correntes de transmissão 10
Rompimento da esteira de grampos 26
Avaria na caixa de marcha da impressora 14
Avaria nas redutoras da esteira de grampos 10
Tabela 3 – Índice das principais paradas da Impressora HOE
De acordo com os dados levantados, o total de parada média mensal era de
100 horas. Isso representava 18,65 % do tempo de trabalho da máquina, já que o
equipamento trabalha cerca de 536 horas mensais.
A realização do projeto foi antecipada devido a ocorrência de um acidente na
máquina e a constatação da necessidade de se trocar a esteira de grampos da
estufa que estava bastante avariada.
55
3.1 – Sistema original de acionamento
A figura 22 mostra o esquema de transmissão da máquina, usando o sistema
original, que foi necessário ser levantado, já que não existia nenhum esquema
mecânico desta parte do equipamento.
Fig. 22 – Diagrama de transmissão com sincronismo mecânico
Conforme pode ser visto na figura 22 a máquina era acionada por dois
motores de corrente alternada acoplados a dois variadores eletromagnéticos de
velocidade. Eram denominados de varimot principal e varimot secundário. Essas
duas unidades de acionamento funcionavam independentes. Não podiam funcionar
conjugadas por causa de quebra nas transmissões.
56
A unidade varimot principal era responsável pelo acionamento da impressora
e de toda a máquina durante o processo de operação normal. A unidade varimot
auxiliar era responsável pelo acionamento da envernizadeira e da esteira de
grampos da estufa.
Durante a preparação da impressora para execução de trabalhos a unidade
principal era usada apenas para preparação da máquina. A envernizadeira e a
esteira de grampos ficavam girando acionadas pela unidade varimot auxiliar. Essas
partes da máquina eram necessárias ficarem girando para evitar secagem do verniz
na envernizadeira e danos na esteira de grampos na estufa devido a temperatura.
Conforme pode ser visto na figura 22, a impressora possuía uma caixa de
transmissão (a qual passará a ser chamada de CX
1
) que era acoplada ao varimot
principal através de polia sincronizadora. Esta caixa era responsável por acoplar a
impressora no restante da máquina durante o funcionamento normal. Ela transmitia
movimento ao eixo principal da máquina responsável por todo o acionamento das
esteiras intermediárias, envernizadeira e esteira de grampos da estufa. Todo este
conjunto de transmissão já era calculado para um perfeito sincronismo da máquina
durante o trabalho normal.
A posição da folha na máquina era realizada durante o setup inicial e era
garantido por dispositivos denominados de martelos e cachorrinhos, que são
ajustados manualmente pelo operador da máquina. Independente da velocidade a
posição da folha ao longo da máquina permanecia sempre no mesmo ponto.
Após a preparação da máquina, para se colocá-la em funcionamento,
primeiramente se desligava o varimot auxiliar, ligava-se o varimot principal,
acoplava-se a CX 1 ao restante da máquina e então ligava o motor principal. Pelo
controle do variador eletromagnético controlava-se a velocidade de processo.
57
Todo o conjunto de transmissão possuía uma relação de velocidade e torque
já calculada através das engrenagens, polias, correias e correntes ao longo do eixo.
Para a realização da substituição foi necessário calcular toda a relação
mecânica do conjunto de transmissão a partir do motor principal.
Foi necessário fazer um levantamento de todas as engrenagens, já que a
máquina não possuía desenhos da unidade devida ser muito antiga e ser oriunda de
outra empresa. A medida que o levantamento era feito foi visto as dificuldades que
seriam encontradas devido as relações existentes não terem resultados inteiros,
principalmente onde seria colocado os encoders.
Esta dificuldade foi contornada com a elaboração de um programa que permiti
trabalhar com números fracionários, com o objetivo aproximar o máximo possível
dos valores encontrados. O ponto ideal é colocado pelo operador do equipamento já
que ele tem o controle independente de cada motor e cada trabalho pede um ponto
específico.
O levantamento foi dividido em partes. A primeira etapa foi fazer o
levantamento da transmissão do conjunto de entrada mais a caixa1. É mostrado na
figura 23 esta primeira etapa.
Figura 23 – Conjunto de transmissão de entrada
58
Na modificação foi optado por manter a estrutura original de transmissão
entre as caixas 3 e caixa 2, que corresponde ao sincronismo da impressora e o
margeador (unidade de liberação de folhas para o processo) de entrada.
No eixo do margeador existiam vários discos com ressaltos, fixados no eixo,
para acionar as válvulas pneumáticas das ventosas do margeador de entrada
responsáveis por retirarem as folhas do fardo e coloca-las na mesa de entrada da
impressora.
O motor principal foi mantido o mesmo de 25 CV. Foi retirada a unidade de
variação eletromagnética, refeito a base de fixação e instalado um freio
eletromagnético no motor. O motor foi transformado num moto-freio. A variação
passou a ser feita por um inversor de freqüência vetorial de 30 Hp para garantir uma
boa performance de trabalho do motor.
Na caixa 1 a relação de transmissão era de 1:1. A mesma só era usada para
acoplar o restante da máquina durante o processo.
Para início de cálculo foi considerado como ponto inicial a velocidade nominal
do motor e a potência do mesmo, e também a velocidade e torque da engrenagem
sincronizadora E
1
. Estes valores aplicados na polia E
1
eram disponibilizados pela
saída do variador principal, que conforme mostra na figura 21, a polia E
1
está fixada.
A velocidade máxima de saída do variador de velocidade era a mesma do motor. A
potência do variador era de 25 CV.
Foi usada equação 1 para calcular o torque (conjugado) inicial do conjunto de
transmissão, isto é, o torque desenvolvido no eixo do variador eletromagnético
principal, aplicado à polia E
1
.
n
⋅
⋅
Ρ
=
Τ
π
2/)60( (1)
59
Onde:
=
n
velocidade do motor em rotações por minuto;
=
Τ
torque desenvolvido pelo motor;
=
Ρ
potência do motor em quilowatt (kW);
Aplicando os valores do motor na equação 1 obteve-se um torque de 100,42
N.m. Os dados da engrenagem E
1
são mostrados a seguir.
Z
E1
= 36
30/).(
1
π
ω
n
=
(2)
60/
11
nf
=
(3)
Onde:
Z
E1
= número de dentes da engrenagem
1
ω
= velocidade angular (rad/s)
1
f = freqüência (Hz)
1E
Τ
= torque da engrenagem E
1
.
Como a engrenagem estava acoplada diretamente no eixo do motor, os
valores de rotação e torque da engrenagem são os mesmos do motor. Substituindo
os valores nas equações (2) e (3) tem-se:
1
ω
= 183 rad / s
1
f = 29 Hz
1E
Τ
= 100,42 N.m
O passo seguinte foi obter os dados da engrenagem 2 e transmitir os valores
de velocidade e torque para a mesma.
Os valores encontrados na engrenagem 2 foram:
2E
Z
= 80
Foi necessário calcular a relação de transmissão (chamada de i
1
) entre as
engrenagens E
1
e E
2
, através da equação:
121
/
EE
ZZi
=
(4)
60
Onde:
1
i
= relação entre as engrenagens E
1
e E
2
1E
Z
,
2E
Z
= número de dentes das engrenagens E
1
e E
2,
respectivamente.
O valor de i
1
encontrado após substituição dos valores foi
1
i
= 2,22. De posse
do valor da relação de transmissão foram obtidos os valores de velocidade e torque
em E
2
.
Através das equações abaixo, mais os dados obtidos chegou-se aos valores
de E
2
.
1212
)./(
ω
ω
EE
ZZ
=
(5)
30/).(
2
π
ω
n
=
(6)
Igualando as equações 5 e 6 e substituindo os valores e acrescentando os
dados levantados, os dados de E
2
ficaram:
2E
Z
= 80
2
ω
= 82 rad / s
2
n
= 783 rpm.
2
f = 13 Hz
2E
Τ
= 224 N.m
O próximo passo na seqüência foi encontrar a relação de transmissão
(chamada de i
2
) entre as engrenagens E
3
e E
4
. Como a engrenagem E
3
estava no
mesmo eixo de E
2
, o torque e a velocidade eram as mesmas de E
2
.
A relação foi obtida através da seguinte equação:
342
/
EE
ZZi
=
(6)
Onde,
3E
Z
= 24
4E
Z
= 64
61
Logo:
2
i
= 64 / 24 =>
2
i
= 2,66.
Como a engrenagem E
4
é maior do que a engrenagem E
3
a velocidade
diminuía e o torque aumentava. Dessa forma os valores de E
4
foram calculados com
as seguintes equações:
234
/inn
EE
=
(7)
234
.
i
EE
Τ
=
Τ
(8)
Após substituir os valores nas equações 7 e 8 obteve-se os valores de E
4
.
Os valores encontrados para E
4
foram
4E
n
= 294 rpm e
4E
Τ
= 597 N.m
A caixa redutora número 1 possuía uma relação de 1:1 e tinha a função de
caixa de marcha, isto é, era usada para acoplar a impressora ao restante da
maquina, deslocando o sentido de movimento em 90
o.
A saída possuía os mesmos
valores de velocidade e torque da entrada.
Logo na saída da redutora tinha-se:
5E
Z
= 30
5E
n
= 294 rpm
5E
Τ
= 597 N.m
Como as engrenagens E
5
e E
6
eram iguais a relação de transmissão era igual
a 1. Por esta razão os dados encontrados em E
6
foram:
6E
Z
= 30
6E
n
= 294 rpm
6E
Τ
= 597 N.m
A engrenagem E
6
era a engrenagem movida do eixo principal da máquina
quando acionada pelo motor da impressora.
62
Considerando os valores levantados, observou-se que estes eram muito altos
em relação ao funcionamento da máquina. Pela observação do funcionamento
constatou-se que estes valores estavam sobre dimensionados. Isto levaria a
colocação de motores de alta potência o que dificultaria a instalação dos mesmos na
máquina.
Por causa disto optou-se por calcular todos os valores a partir do variador
auxiliar, que tinha um motor menor e acionava o restante da máquina, quando a
caixa 1 estava desacoplada.
Inicialmente foram levantados os dados do motor do variador auxiliar. Os
dados eram:
n = 1735 rpm
P= 7,5 CV
A figura 24 mostra a transmissão a partir da unidade variadora auxiliar.
Figura 24 – Sistema de transmissão a partir da unidade variadora auxiliar
Usando a equação (1) foi calculado o torque disponibilizado pelo motor. O
valor encontrado foi T
(mtr. aux.)
= 30,36 N.m.
Como a polia E
20
estava diretamente acoplada ao eixo de saída do variador
os dados de velocidade e torque eram os mesmos do motor. Os dados de E
20
eram:
Z
E20
= 40
n
E20
= 1735 rpm
63
T
E20
= 30,4 N.m
Na seqüência foram encontrados os valores para E
19
que era a engrenagem
motora do eixo que acionava a engrenagem do eixo principal.
A primeira providência foi calcular a relação de transmissão ( chamada de i
10
)
entre as engrenagens E
20
e E
19
. A relação encontrada foi dada pela fórmula:
201910
/
EE
ZZi
=
(9)
Onde:
19E
Z
= 90
20E
Z
= 40
Substituindo os valores na equação 9 obteve-se i
10
= 2,25
De posse do valor da relação i
10
foi calculada a velocidade e o torque de E
19
.
Como E
19
era maior, a velocidade seria reduzida e torque aumentado. A velocidade
foi calculada através de:
102019
/inn
EE
=
(10)
Substituindo os valores na equação (10) foi encontrado n
E19
= 771 rpm. O
torque foi calculado através de:
102019
.
i
EE
Τ
=
Τ
(11)
Onde após a substituição dos valores na equação 11 foi encontrado T
E19
= 70
N.m.
Como E
18
estava no mesmo eixo de E
19
o torque e a velocidade eram os
mesmos. Os dados de E
18
eram:
Z
E18
= 40
n
E18
= 771 rpm
T
E18
= 70 N.m
Foi encontrada a relação de transmissão (i
9
) entre E
18
e E
17
através da
seguinte equação:
64
18179
/
EE
ZZi
=
(12)
Onde:
17E
Z
= 90.
Substituindo os valores na equação (12) foi encontrado i
9
= 2,25.
Usando o mesmo procedimento para encontrar os valores velocidade e torque
de E
19
, estes valores para E
17
ficaram:
n
E17
= 343 rpm
T
E17
= 158 N.m
Os valores de E
17
eram os valores de velocidade e de torque do eixo principal
disponibilizados pelo motor da unidade variadora auxiliar.
O próximo passo foi calcular os valores para o eixo da envernizadeira. A
figura 25 mostra a parte de transmissão da envernizadeira.
Figura 25 – Sistema de acionamento da envernizadeira a partir da unidade variadora auxiliar
Pelo esquema mostrado, é visto que a caixa 5 era usada para mudar o
sentido da transmissão em 90º em relação ao eixo principal. É visto que a relação
final é entre Z
E16
, que é a engrenagem de acionamento do eixo da envernizadeira e
Z
E13
era igual a 1,26. Com isso foi encontrado a velocidade de n
E16
= 272 rpm e um
65
torque de T
E16
= 199 N.m. Com esses valores aplicados na equação (1) foi calculado
um motor de 7,5 CV.
A próxima etapa foi calcular a velocidade e o torque da mesa de saída da
impressora e da mesa de entrada da envernizadeira. As duas eram acionadas pela
mesma caixa redutora ( caixa 4 ). A figura 26 mostra a parte do sistema de
transmissão responsável pelo acionamento das mesas.
Figura 26 – Sistema de acionamento da mesa de saída da impressora e entrada da envernizadeira a
partir da unidade variadora auxiliar
Foram calculadas todas as relações de Z
E7
a Z
E10
. A primeira relação de
transmissão a se calculada foi entre E
7
e E
8
. A relação de transmissão encontrada
foi i
4
= 2. Logo os valores de E8 ficaram:
478
i
n
n
EE
⋅
=
(13)
Após a substituição dos valores na equação (13) foi encontrada a velocidade
para E
8
de 686 rpm. O torque foi calculado pela seguinte equação:
478
.
i
EE
Τ
=
Τ
(14)
Após a substituição dos valores na equação (14) obteve-se
8E
Τ
= 79 N.m.
66
A caixa 4 era uma redutora de velocidade. Com isso o valor de velocidade de
E
9
na saída da caixa 4 era: n
E9
= 343 rpm. Como era uma redutora de velocidade era
uma multiplicadora de torque, com isso o torque de E
9
era: T
E9
= 158 N.m. Em
seguida foi calculada a relação de transmissão i
5
que ficou igual a 1,33. Com isto a
velocidade calculada de E
10
ficou n
E10
= 457 rpm e o torque calculado ficou T
E10
=
118 N.m. Substituindo os valores de velocidade e torque na expressão (1), temos
uma potência de 7,5 CV.
Uma outra etapa foi calcular os dados de acionamento da mesa de saída da
envernizadeira e mesa de entrada da estufa. Esses dados foram obtidos através da
parte da transmissão mostrada na figura 27.
Figura 27 – Sistema de acionamento da mesa de saída da envernizadeira e mesa de entrada da
estufa a partir da unidade variadora auxiliar
Como E
21
estava no mesmo eixo de E
17
, a velocidade de E
21
era n
E21
= 343
rpm e o torque de E
21
era T
E21
= 158 N.m.
Conforme é visto na figura acima, pode-se concluir que os dados de E
23
são
os mesmos de E
21
, visto que a relação de transmissão i
13
= 1. Foi calculada a
67
relação de transmissão i
12
. O valor encontrado foi i
12
= 1,5. Os valores encontrados
para E
24
foram:
122324
i
n
n
EE
⋅
=
(15)
22324
/i
EE
Τ
=
Τ
(16)
Substituindo os valores nas equações (15) e (16), obteve-se:
n
E24
= 515 rpm.
T
E24
= 105 N.m
A caixa de redução número 6 era uma redutora de velocidade de relação
1,5:1. Isto significava que o torque era aumentado e que a velocidade era reduzida
na mesma relação. Com isto tinha-se na saída na redutora em E
25
os seguintes
valores:
n
E25
= 343 rpm
T
E25
= 158 N.m
Foi encontrada em seguida a relação i13 através da equação:
262513
/
EE
ZZi
=
(17)
Substituindo os valores na equação (17) obteve-se i
13
= 1,83.
Os valores de velocidade e torque de E
26
foram obtidos através das
equações:
132526
i
n
n
EE
⋅
=
(18)
132526
/i
EE
Τ
=
Τ
(19)
Após a substituição dos valores nas equações (18) e (19), os valores ficaram:
n
E26
= 627,69 rpm
T
E26
= 86 N.m
Aplicando estes valores na expressão foi encontrada uma potência de
aproximadamente 7,5 CV.
68
A próxima etapa foi calcular os valores das relações para o acionamento da
esteira de grampos.
A figura 28 mostra a etapa da transmissão para a esteira de grampos.
Figura 28 – Sistema de acionamento da esteira de grampos da estufa a partir da unidade variadora
auxiliar
Os valores de velocidade e torque de E
29
eram os mesmos de E
23
, já que E
29
estava no mesmo eixo. Os valores eram n
E29
= 343 rpm e T
E29
= 158 N.m.
Ao observar a figura 28 é visto que há duas caixas de transmissão para
acionar a esteira de grampos da estufa, já que a esteira tem aproximadamente 2500
grampos e 37 metros de comprimento. O peso da esteira vazia é relativamente alto
e quando em processo normal sofre uma variação de peso muito alta devido a
constante entrada e saída de material da esteira. Além disso, ainda existe a variação
de comprimento causada pela dilatação térmica gerada pelo calor no interior da
estufa.
Nas duas caixas a relação de transmissão é de 1:1. São usados apenas para
girar o sentido de transmissão em 90º. É colocada na saída da caixa dianteira uma
engrenagem com 4 dentes a menos do que a engrenagem de saída da caixa de
entrada. Isso é usado para reduzir a folga e atenuando o balanço dos grampos da
esteira para evitar que as folhas metálicas arranhem.
69
No desenvolvimento do projeto foram mantidas as duas caixas de redução. O
calculo foi feito para se achar os motores para acionar a caixa.
Através da figura 28 é visto que as relações de transmissões até as entradas
das caixas são iguais a 1. Logo os valores de velocidade e torque para as
engrenagens E
33
e E
34
são os mesmos de E
29
, logo os valores são: n
E33
= n
E34
= 343
rpm e T
E33
= T
E34
= 158 N.m.
Aplicando estes valores na equação (1) foi encontrada a potência dos
motores para acionar as caixas da esteira de grampos. Substituindo foi encontrado P
≈ 7,5 CV
Nesse ponto foram calculados todos os dados necessários para substituição
do sistema de transmissão proposto para a máquina.
3.1.1 – Resumo dos cálculos realizados
O motor da impressora ficou o mesmo. Foi adaptado um conjunto de freio
eletromagnético transformando-o num moto-freio. O sistema de transmissão para o
elevador de entrada foi mantido.
A figura 29 mostra como ficou o sistema de transmissão após os cálculos
indicando os eixos onde seriam colocados os novos motores.
70
Figura 29 – Sistema de transmissão após os cálculos para adaptação dos motores.
Foi desmembrado o sistema de transmissão entre os eixos 3 e 4. Foi retirada
a engrenagem E
11
, retirado a corrente de transmissão i6. Foi colocado um motor no
eixo 3 e um motor no eixo4.
No eixo 5 foi colocado também um motor. Foi colocado também um motor no
eixo 6. Foi mantida a transmissão entre o eixo 6 e eixo 7.
Pelos dados calculados observa-se que em todos os pontos necessitaria de
um motor de 7,5 CV.
Pela experiência com o processo de trabalho do equipamento, concluiu-se
que o sistema estava sobre dimensionado. Isto se devia ao fato de que o sistema
mecânico tinha muitos eixos, correntes e engrenagens o que gerava perda de
potência ao longo das transmissões.
71
Foi redimensionado os motores necessários baseado no funcionamento de
outras máquinas.
A figura 30 mostra como ficou o novo sistema de transmissão com os novos
motores instalados.
Figura 30 – Sistema de transmissão com os novos motores adaptados.
Pode-se observar no eixo do margeador de entrada a adaptação de dois
sensores para o controle dos solenóides das ventosas responsáveis pela extração
das folhas dos fardos de processo.
Objetivando a economia na modificação, foram aproveitados alguns motores
existentes na empresa. Adequou-se o sistema eletrônico de controle de velocidade
de acordo com os dados calculados e algumas relações de transmissão para a
colocação dos motores foram alteradas.
Os motores colocados na modificação do sistema foram:
72
Motor nº 1 – motor de acionamento da impressora. Dados: 25 CV, 1760 rpm. Foi
mantido o motor original da máquina. Foi adaptado no mesmo uma unidade de
freio, transformando-o num moto-freio. O torque permaneceu o mesmo: 101 N.m
Motor nº 2 – moto-redutor de acionamento da mesa de saída da impressora. Dados:
1,5 Kw, 1720 rpm. Saída da redutora: 45 N.m, 321 rpm.
Motor nº 3 – motor de acionamento da mesa de entrada da envernizadeira. Dados:
1,5 CV, 1730 rpm. Torque disponibilizado: 37 N.m
Motor nº 4 – motor de acionamento da envernizadeira. Dados: 15 CV, 1170 rpm.
Torque disponibilizado: 90 N.m. Este motor já existia no almoxarifado da empresa e
foi aproveitado. Foi colocada uma engrenagem de 15 dentes no eixo do motor e uma
de 37 dentes no eixo da máquina. Isto foi realizado para manter a relação de
velocidade no eixo da máquina. O torque foi elevado 225 N.m.
Motor nº 5 – motor de acionamento da mesa de saída da envernizadeira e a mesa
de entrada da estufa. Dados: 3 CV, 1725 rpm. Torque disponibilizado: 13 N.m. Foi
alterada, também, a relação de transmissão para manter os valores mais próximos
do calculado. Foi colocada uma engrenagem de 15 dentes na ponta do eixo do
motor e substituída a do eixo por uma de 42 dentes. O torque foi elevado para 37
N.m.
Motor nº 6 e nº 7 – moto-redutores de acionamento da esteira de grampos. Moto-
redutor de entrada e saída respectivamente. Dados: 4 kW, 1720 rpm. Saída da
redutora: 133 N.m, 287 rpm. Acoplados diretamente no eixo de entrada da caixa
redutora nº 7 e 8.
3.2 – Sistema atual de acionamento
A figura 31 mostra como ficou o sistema de transmissão da máquina com
motores e inversores.
73
Figura 31 – Sistema de transmissão com os novos motores adaptados com os inversores de
freqüência.
Foi instalado um CLP com IHM para controle do equipamento. Em cada motor
foi colocado um inversor de freqüência para controle individual do mesmo.
Foi instalado um encoder no eixo de acionamento da impressora, um outro no
eixo da envernizadeira e outro no moto-redutor de entrada da esteira da estufa.
O CLP foi dividido em três racks. Um principal controlando a parte de entrada
da máquina. Um outro rack controlando a parte de saída da máquina e o último rack
controlando a estufa e os queimadores.
Foi inserida uma mesa de comando com uma IHM na parte de entrada para
fazer o controle operacional da máquina.
Foi inserida, também, uma IHM na saída da máquina para controle
operacional dos produtos acabados.
Todos os racks e IHMs foram ligados em rede industrial Devicenet.
74
A figura 32 mostra o sistema atual com todos os motores, inversores,
encoders e CLP. Mostra também a interligação entre os racks do CLP e as IHMs,
bem como as ligações das analógicas de referência e ligação dos encoders.
Figura 32 – Sistema de transmissão atual com todos os componentes.
3.2.1 – Equipamento eletrônico usado.
Na modernização da máquina foi usado o seguinte equipamento eletrônico:
- CLP Allen Bradley, modelo SLC500, composto de um rack principal com uma
CPU54/04 com cartões de entrada e saída digitais, para sinais de limites, chaves,
solenóides. Possui também cartões de entradas analógicas para referência de
entrada de comando analógico e cartões de saídas analógicos para saída de sinais
analógicos para referência de velocidade dos inversores da linha.
Possui também cartões especiais para receber sinais dos encoders.
75
O motivo de se ter escolhido o CLP citado anteriormente, foi devido ser um
CLP de fácil programação, com um software com uma interface de fácil
entendimento, e também, já se ter outros equipamentos com este CLP. Outro fator
relevante que influenciou na escolha foi o fato de se ter conseguido um fornecedor
com custo bem acessível.
O segundo rack foi instalado na parte superior da estufa para controle da
temperatura. Também possui cartões de saída analógica para controle das servo
válvulas moduladoras de gás e cartões de entrada analógicas para os sinais dos
termopares além de cartões entrada e saída digitais.
O terceiro rack possui também cartões entrada e saída digitais e analógicos
para controle dos motores da saída da máquina além dos sinais digitais necessários.
Todos os rack possuem cartões para comunicação em rede.
- IHMs de comando de operação da máquina. Foi colocada uma para controle
operacional da máquina num console de comando próximo a impressora. O modelo
foi uma Panelview 600 da Allen Bradley, onde foi montada as telas de operação da
máquina. Na parte de saída da estufa foi colocada outra IHM Allen Bradley, modelo
Panelview 300 onde foi montada telas para comando e controle do operador de
saída de estufa.
- Os inversores de freqüência usados na máquina são da marca WEG, modelo
CFW08 e CFW09.
A escolha dos modelos dos inversores foi devido ao fato de serem inversores
de fácil programação, fabricação nacional e custo reduzido.
76
3.2.2 – Descrição de funcionamento operacional do novo sistema.
O operador posiciona a folha na pinça da impressora e ajusta os martelos na
parte traseira da folha. As ventosas dianteiras do empilhador de entrada deverão
estar na posição avançada para soltar a folha e as traseiras deverão estar recolhidas
para retirar a folha do fardo. Simultaneamente as solenóides que geram o vácuo nas
ventosas deverão estar desenergizadas para as mesmas liberarem as folhas.
Simultaneamente a próxima folha deverá estar chegando à envernizadeira e outra
deverá estar chegando à esteira de grampo.
Ao iniciar processo a máquina é sincronizada e após a sincronização é
liberada a passagem de folha. Durante o funcionamento da máquina, caso seja
necessário alterar a velocidade, a posição da folha em relação a máquina deve
permanecer a mesma.
Quando uma das esteiras de saída parar, a passagem de folhas é desligada e
a esteira de grampos é desligada. Ao iniciar o processo novamente a máquina deve
ser sincronizada novamente.
3.2.3 – Descrição de funcionamento do sistema supervisório.
Na IHM foi desenvolvido várias telas de operação. Na tela inicial foi colocado
direcionamento para as telas operacionais. Esta tela aparece assim que a máquina é
ligada. Nesta tela há o acesso a todas as telas operacionais da máquina.
A figura 33 mostra a tela inicial da IHM da mesa de comando.
77
Figura 33 – Tela principal da IHM do operador.
A tela inicial de operação, indicada na figura 33 mostra as sub telas com as
funções operacionais da máquina.
As sub telas operacionais são acessadas acionando a tecla indicada. Essas
teclas se localizam na parte inferior da IHM.
Ao se acionar a tecla (F1), acessa-se a sub tela de operação que é mostrada
na figura 34. Nessa tela se tem todo o controle da máquina.
Figura 34 – Tela de operação principal da máquina.
Os pontos da tela de operação são:
78
• Temperaturas – mostra o valor atual das temperaturas das zonas de
calor;
• Queimadores – mostra se os queimadores das zonas de calor estão
acessos ou apagados;
• Contador – mostra o valor de contagem de folhas processadas.
Também indica, neste campo, qual a tecla usada para reset (tecla F2)
e qual a tecla para iniciar e parar a contagem do contador (tecla F3);
• Mostra a velocidade em que a máquina está trabalhando em folha por
hora (F.P.H.);
• Mostra como acessar a sub tela de ajuste do ponto de sincronismo da
envernizadeira (tecla F5). O valor do ponto de sincronismo é mostrado
na tela no campo “SINC. ENVERN. (F5)”;
• Mostra como acessar a sub tela de ajuste do ponto de sincronismo da
esteira de grampos da estufa (tecla F6). O valor do ponto de
sincronismo é mostrado na tela no campo “ SINC. ESTEIRA (““F6) “;
• Indica a tecla de início e parada de aquecimento das zonas (tecla (F1));
• Possibilita a seleção de trabalho da máquina usando ou não a
envernizadeira (tecla (F4));
• Mostra a tecla de acesso a tela de menu (tecla (F10)).
O setpoint sincronismo da envernizadeira é em função do ponto de
sincronismo zero da impressora. O setpoint de sincronismo da esteira de grampos é
em função do sincronismo da envernizadeira e da impressora.
Os valores dos pontos de sincronismo são colocados em função do valor do
encoder da impressora, que foi direcionada como unidade mestre. Estes valores
também são em função do comprimento da folha de processo.
79
O valor do sincronismo da envernizadeira é colocado em função do ponto
zero encontrado na impressora. O ponto zero do encoder da impressora é sempre
uma folha na pinça. Como a folha varia em comprimento, o ponto de sincronismo
envernizadeira varia em função do comprimento da folha. A folha deve chegar à
envernizadeira no momento exato em que uma folha está terminando de sair da
impressora e outra está entrando na impressora.
O valor do sincronismo da esteira de grampos é colocado em função do valor
do sincronismo da envernizadeira que já está sincronizada com a impressora.
No momento em que uma folha está entrando na esteira de grampos, uma
folha está saindo da envernizadeira e outra entre a esteira de saída.
Na tela de menu da figura 33 ao se apertar a tecla (F2), é mostrada a sub tela
de controle dos motores de entrada. Essa sub tela é mostrada na figura 35.
Figura 35 – Tela de operação dos motores de entrada.
A sub tela de motores de entrada liga o motor da impressora, a bomba de
verniz, a bomba de lubrificação e a bomba de vácuo que faz ao vácuo das ventosas
80
do empilhador de entrada. Além disso, também liga os motores sopradores da
estufa.
Na tela de menu da figura 33 ao se apertar a tecla (F3), é mostrada a sub tela
de controle dos dados de processo (setup). Essa sub tela é mostrada na figura 36.
Figura 36 – Tela de setup da máquina
Na tela de setup é possível ajustar os setpoints de temperatura das zonas de
calor e a velocidade de produção. É possível também fazer correções nas
velocidades das esteiras intermediárias de entrada. Além disso, também há
possibilidade de corrigir a velocidade do moto-redutor de saída da esteira de
grampos.
A correção da velocidade do moto-redutor de saída em função da do moto-
redutor é necessária para manter a corrente de grampos da estufa sempre esticada
na parte superior para evitar que a vibração arranhe a folha.
Na tela de menu da figura 33 ao se apertar a tecla (F4), é mostrada a sub tela
de controle de seleção das impressoras. Essa sub tela é mostrada na figura 37.
81
Figura 37 – Tela de operação de seleção das impressoras.
Na tela da impressora faz-se a seleção das impressoras que irão trabalhar,
bem como os motores dos tinteiros.
3.2.4 – Descrição de funcionamento do sistema de sincronismo
Num sistema de sincronismo, o melhor ponto de referência é quando se
consegue que um giro completo do conjunto mecânico representa um giro completo
do encoder. Relações fora deste padrão representam grandes dificuldades na hora
de se elaborar o programa operacional da máquina já que números fracionários são
mais complicados de serem trabalhados na eletrônica além de gerarem cálculos
com alguma margem de imprecisão.
Outro ponto convencional num sistema de sincronismo é alinhar ou zerar
todos os eixos ou posição de motores e em seguida acioná-los de modo que todos
iniciem ao mesmo tempo.
O processo que foi usado na elaboração do programa da máquina, não foi o
conceito convencional, mesmo tendo-se relações com resultados fracionados.
O sistema de sincronismo ficou da seguinte forma:
82
- o operador ao posicionar a folha na impressora, a folha presa na pinça, o
encoder está posicionado próximo ao zero de referência. A relação mecânica da
impressora ficou a relação padrão, isto é, uma volta do rolo de impressão ocasiona
uma volta do encoder. Com isto, toda vez que a pinça prende uma folha o encoder
da impressora gira uma volta, passando pelo seu ponto zero. Este valor é registrado
no CLP.
Ao posicionar a folha na envernizadeira, o encoder registra um valor que era
computado no CLP. Este valor não é o zero do encoder, já que as relações de
transmissões foram feitas com material existente na própria empresa o que resultou
uma relação diferente de uma volta do cilindro da envernizadeira para uma volta do
encoder da envernizadeira.
Ao posicionar a folha na esteira de grampos, deve-se posicionar um grampo
alinhado com a esteira de entrada da estufa. A relação normal é um grampo no
alinhamento da esteira de entrada da estufa para cada volta do encoder da esteira
de grampos. Tal fato também não foi conseguido devido ao fato das relações serem
feitas com o material existente na empresa.
Por causa desta situação os valores registrados no encoder da envernizadeira
e da esteira de grampos foram levados em consideração como zero de
posicionamento.
Os valores de sincronismo entre envernizadeira e impressora e esteira de
grampos e envernizadeira devem ser mantidos constantes ao longo do trabalho para
a folha ajustada.
O valor de sincronismo entre a envernizadeira e impressora é a diferença
entre o valor obtido no encoder da envernizadeira e o valor do encoder da
impressora. Por exemplo, o valor do encoder da impressora é sempre zero e
83
supondo que o valor da envernizadeira para um determinado valor de comprimento
de folha correspondeu a 2550 pulsos do encoder da envernizadeira, a diferença
entre eles será de 2550 pulsos. Esta diferença deverá ser sempre a mesma durante
todo o trabalho.
Para se ajustar a velocidade geral da máquina, foi arbitrado um valor de
velocidade para a mesma e verificado se a velocidade correspondia ao valor pedido
(F.P.M.).
A máquina foi ligada e como já estava posicionado os valores dos encoders,
foi ajustado as velocidades de cada ponto para garantir a quantidade de folhas
pedida na velocidade de ajuste. A velocidade de ajuste foi de 3000 folhas por hora
ou 50 folhas por minuto. Isto resultava em 50 voltas do rolo impressor por minuto
fazendo com que o encoder da impressora desse também 50 voltas. A cada volta do
encoder era gerado 2500 pulsos. Foi usado um fator de multiplicação para contagem
de pulsos no CLP. O valor do fator é 4. Logo a cada volta o CLP conta 10.000
pulsos. Com isto o CLP teria que contar 500.000 pulso em um minuto. Foi ajustada a
velocidade da impressora de modo que isto ocorresse.
Esse procedimento foi realizado apenas para ajuste de velocidade do motor
da impressora.
No processo normal, a cada volta do encoder o valor dos pulsos é zerado
toda vez que o encoder passa pelo ponto zero de referência, já que uma volta do
encoder corresponde a uma volta do rolo impressor.
Cada vez que o encoder passa no zero de referência, incrementa um pulso
num contador de tempo com base de 1 minuto. A cada minuto o CLP informa na tela
do operador a velocidade da máquina, com base na quantidade de pulsos
incrementados no contador a cada minuto.
84
A velocidade da esteira de saída da impressora e as esteira de entrada da
envernizadeira foram ajustadas inicialmente passando uma folha de teste de modo
que a folha saí-se da impressora e chega-se na envernizadeira no momento exato.
Quando a folha chega-se na envernizadeira a impressora teria que estar no ponto
zero do encoder. O mesmo processo se repeteria para ajustar a velocidade da
esteira de saída da envernizadeira e da esteira de entrada da estufa.
Após esses ajustes iniciais de velocidade dos motores das esteiras, ajustes
estes realizados nos inversores de freqüência ajustando a freqüência disponibilizada
para os motores, as esteiras ficaram com as velocidades sincronizadas de acordo
com o tamanho da folha usada para calibração. Quando houver uma mudança de
tamanho da folha não será mais necessário usar a calibração das velocidades das
esteiras. Apenas ajustar a posição da folha na máquina.
Quando houver uma variação de velocidade essa diferença será mantida ao
longo de toda a aceleração e desaceleração da máquina.
Durante o processo pode ocorrer ser necessário um atraso ou adiantamento
na posição da folha nas correias e esteira de grampo. Isto se faz alterando-se os
valores da correia que se deseja corrigir.
3.2.5 – Descrição básica do programa do CLP
O CLP usado foi o modelo Allen Bradley SLC500. Foi usado três cartões
HSCE para receber sinais dos encoders.
O programa foi divido em blocos para facilitar a programação. Os blocos
foram chamados de:
Principal – onde se faz gerenciamento das sub-rotinas cíclicas. As sub-
rotinas cíclicas são:
85
- programação dos módulos HSCE;
- status da seção de entrada;
- status da estufa;
- purga ( condição de segurança dos queimadores );
- habilitação da tela de manutenção;
- permissíveis de entrada;
- alimentação de folhas na seção de entrada;
- rodar seção de entrada;
- comunicação com PLC de saída;
- comunicação entre os controladores.
A figura 38 mostra o início da lógica da sub-rotina principal de gerenciamento
das sub-rotinas cíclicas.
Figura 38 – Início da sub-rotina principal.
A rotina principal mostra a programação das placas HSCE (High Speed
Counter Encoder Card), que são placas especiais para conexões de encoders. São
placas programáveis, as quais o modo de operação programável determina o
86
número de contadores e quais as entradas da placa serão usadas. Foram instaladas
três placas desse modelo na máquina.
Recebem os pulsos dos encoders instalados e nesta rotina também é setado
a velocidade da máquina.
É realizado também, nesta rotina, o status de funcionamento da máquina.
Aliment. – onde se faz o controle do alimentador de folhas da entrada. As
sub-rotinas do alimentador são:
- mesa rolete;
- bomba de vácuo do alimentador;
- elevador do alimentador;
- alimentar folha;
- rejeito de folhas;
- iniciar posição das ventosas.
A figura 39 mostra o início da lógica da sub-rotina do alimentador. Nessa sub-
rotina é feito o gerenciamento do funcionamento do alimentador de folhas.
Figura 39 – Início da sub-rotina do alimentador.
87
Impressora – onde se faz o controle da impressora. As sub-rotinas da
impressora são:
- motor da impressora;
- permissíveis da impressora;
- bomba de lubrificação;
- mesa de saída da impressora;
- acionamento pneumático do cilindro de impressão;
- acionamentos pneumáticos do contra pressão;
- acionamentos pneumáticos rolagem de tinta impressora 1;
- acionamentos pneumáticos molhador impressora 1;
- acionamentos pneumáticos do rolo tomador de tinta da impressora 1;
- acionamentos pneumáticos rolagem de tinta impressora 2;
- acionamentos pneumáticos molhador impressora 2;
- acionamentos pneumáticos do rolo tomador de tinta impressora 2.
A figura 40 mostra o início da lógica da sub-rotina da impressora. Nessa sub-
rotina é feito o gerenciamento do funcionamento da impressora.
Figura 40 – Início da sub-rotina da impressora.
88
Envern. – onde se faz o controle da envernizadeira. As sub-rotinas da
envernizadeira são:
- bomba de verniz;
- motor da envernizadeira;
- motor da esteira da envernizadeira.
A figura 41 mostra o início da lógica da sub-rotina da envernizadeira. Nessa
sub-rotina é feito o gerenciamento do funcionamento da envernizadeira.
Figura 41 – Início da sub-rotina da envernizadeira.
Ctr_Vel. – onde se faz o controle da esteira de grampos. As sub-rotinas da
esteira de grampos são:
- mesa de entrada da estufa;
- esteira magnética;
- esteira de grampos;
- contador de folhas na esteira de grampos;
- velocidade em FPH esteira de grampos.
89
A figura 42 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle de velocidade
da esteira de grampos. Nessa sub-rotina é feito o gerenciamento do funcionamento
do controle de velocidade da esteira de grampos.
Figura 42 – Início da sub-rotina do controle de velocidade da esteira de grampos.
Ctr_Sinc. – onde se faz o controle do sincronismo. As sub-rotinas do controle
de sincronismo são:
- sincronismo envernizadeira;
- sincronismo esteira de grampos;
- sincronismo.
A figura 43 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle do sincronismo.
Nesta sub-rotina é feito o gerenciamento do funcionamento do controle de
sincronismo.
90
Figura 43 – Início da sub-rotina do controle de sincronismo.
Ctr_Temp. – onde se faz o controle da temperatura. As sub-rotinas do
controle de temperatura são:
- leitura das temperaturas;
- controle de temperatura da zona 1;
- controle de temperatura da zona 2;
- controle de temperatura da zona 3.
A figura 44 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle de temperatura
da estufa. Nessa sub-rotina é feito o gerenciamento do funcionamento do controle
de temperatura da estufa da máquina.
91
Figura 44 – Início da sub-rotina de controle de temperatura da estufa.
Int. – onde se faz o controle da sub-rotina de interrupção. As sub-rotinas de
interrupção são:
- leitura da contagem atual dos geradores de pulsos;
- cálculo de consumo de gás.
A figura 45 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle das
interrupções do programa. Essas sub-rotinas são responsáveis pelo controle do
sincronismo e do consumo de gás da estufa.
92
Figura 45 – Início da sub-rotina de controle das interrupções do programa.
Falhas – onde se faz o controle do gerenciamento de falhas. As sub-rotinas
são:
- emergências dos setores da máquina;
- falha seção de entrada;
- falhas na temperatura do forno.
A figura 46 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle das falhas que
possam ocorrer na máquina.
93
Figura 46 – Início da sub-rotina de controle e gerenciamento das falhas.
Sinaliza – onde se faz o controle da sinalização. As sub-rotinas de
sinalização são:
- oscilador para sinalização;
- sinalização do alimentador;
- sinalização impressora;
- sinalização mesa de saída da impressora;
- sinalização envernizadeira;
- emergência.
A figura 47 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle de sinalização
dos eventos da máquina.
94
Figura 47 – Início da sub-rotina de controle e gerenciamento da sinalização.
Ventosas – onde se faz o controle das ventosas do alimentador de entrada.
As sub-rotinas das ventosas são:
- acionamento das ventosas;
- cilindro de contra pressão.
A figura 48 mostra o início da lógica da sub-rotina de controle das ventosas do
empilhador de entrada. Essas ventosas são responsáveis pela extração das folhas
do empilhador para a máquina.
95
Figura 48 – Início da sub-rotina de controle e gerenciamento das ventosas.
Além de toda a reforma da parte de transmissão mecânica, foi realizado
também algumas modificações na máquina impressora. Foi substituído
acionamentos mecânicos na máquina por acionamento eletro-pneumático.
96
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS OBTIDOS
Como a máquina era antiga com muitos conjuntos mecânicos antigos e o
conjunto de transmissão, além de ter o eixo principal colocado numa canaleta no
chão, as derivações, em número de oito, que eram acionadas por correntes, existia
também o eixo de transmissão da estufa, que era um eixo apoiado em vários
mancais, já que possuía aproximadamente 30 metros de comprimento, o índice de
defeitos mecânicos era muito alto.
A maior parte dos defeitos elétricos era ocasionado por quebra nos variadores
de velocidade, principalmente o da impressora por ser de maior potência. Um outro
índice que afetava, era problema nos painéis elétricos, principalmente por não terem
uma documentação adequada, o que gerava uma perda de tempo muito grande
para descobrir defeitos no sistema elétrico.
Na parte mecânica, o ponto alto de problemas era a caixa de marcha da
impressora. Por ter engate direto era um ponto de quebra constante. Um outro ponto
de alto índice era as correntes de transmissão para os eixos secundários da
máquina.
A esteira de grampos também gerava alto índice de manutenção por que
sempre arrebentava dentro da estufa devido a trancos ocasionado pelas duas
redutoras da mesma.
O eixo de transmissão da estufa também sempre quebrava os acoplamentos,
por ser muito comprido era seccionado em pedaços que eram unidos por
acoplamentos. Esses eram os problemas que mais geravam manutenção.
O nível de ruído também era muito alto devido a existência de muitas
transmissões mecânicas.
97
A velocidade da máquina, se comparada com as máquinas de hoje, era
relativamente baixa. A velocidade máxima era de 3600 folhas por hora. A velocidade
média era de 3000 folhas por hora.
De acordo com a tabela 3, o tempo de parada por problemas envolvendo o
sistema de transmissão impactava em 18,65 % do tempo disponível do
equipamento. A produtividade da máquina era muito afetada por causa destes
problemas.
Foram gastos nessa reforma cerca de R$ 200.000,00 entre mão de obra,
tempo de projeto e equipamentos. Uma máquina desse porte nova, hoje em dia,
custa cerca de R$ 3.000.000,00. Por isso uma máquina deste porte não pode ter
altos índices de parada nem baixa produtividade.
Com a implantação do projeto e passado o período de adaptação operacional
a produtividade da máquina aumentou devido ao fato de se ter conseguido um
aumento de velocidade até 4200 folhas por hora e a velocidade média subiu para
3600 folhas por hora.
O índice de parada por problemas de transmissão reduziu praticamente a
zero, já que com o controle independente de velocidade de cada eixo, tornou-se
mais fácil fazer a aceleração e desaceleração tornando-a mais suave o que
praticamente eliminou as quebras das caixas de transmissão que ficaram.
Com a modernização dos painéis elétricos e dos queimadores reduziu-se
também o tempo de parada por problemas elétricos e o custo do consumo de gás foi
reduzido com os novos queimadores colocados.
98
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÃO
O trabalho alcançou o objetivo proposto inicialmente, que era o aumento de
produtividade do equipamento e a eliminação do sistema de transmissão mecânico.
A velocidade média da máquina aumentou aproximadamente 20%, o índice
de paradas praticamente foi reduzido a zero.
Um outro ponto que facilitou a manutenção foi que como o projeto foi
desenvolvido pela própria equipe após grande estudo do equipamento, a
manutenção ficou conhecendo melhor a máquina e atualmente existem todos os
desenhos do equipamento, tanto eletroeletrônicos quanto mecânicos.
O custo da reforma foi baixo em relação a uma máquina nova e foi
conseguido velocidade e produtividade compatível com as máquinas atuais.
O projeto teve uma aprovação muito grande por parte da alta direção da
empresa, tanto que está sendo implantado nas outras máquinas que ainda possuem
o sistema de transmissão como o que foi alterado.
Uma outra visão é que este trabalho possa servir de referência para trabalhos
semelhantes como fonte de consulta.
99
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Técnica. São Paulo, 1995.
ALLEN BRADLEY – Módulos de E/S Analógica (Cód. Cat. 1746-NI4, NIO4I,
NIO4V, NO4I e NO4V). Manual do Usuário. Publicação Técnica. São Paulo, 1996.
ALLEN BRADLEY – SLC500 DeviceNet Scanner Module. Publicação Técnica.
São Paulo, 1996.
ALLEN BRADLEY – Panelview 600 Terminals. Installation Instructions.
Publicação Técnica. São Paulo, 1996.
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http://www.motioncontroller.machinedesign.com/guiedits/content/bdeee1_7.aspx >.
Acessado em 15 de março de 2009 às 16:00 hs.
CAPELLI, Alexandre, Automação Industrial – Controle do Movimento e
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ENCODER. Disponível em < http://www.ebah.com.br/encoders-pdf-a7828.html# >.
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FRANCHI, Claiton Moro, Inversores de Freqüência, 1ª Edição - Teoria e
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Mecânica ) Universidade de Taubaté.
U.S. Navy Bureau of Naval Personal Training Publication Division, Sincros
Servomecanismos e Funcionamento de Giros. São Paulo: Hemus Livraria,
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