5. PROJETO DE AUTOMATIZAÇÃO
5.2. SISTEMA IMPLEMENTADO
Um dos objetivos desta dissertação é implementação de um sistema de comando para um sistema de produção de sacos de papel, incluindo a colocação de reforços e dobragem da aba superior.
O sistema em estudo é apresentado separadamente nas figuras seguintes, para facilitar a compreensão e descrição de cada parte do sistema. Os diagramas apresentados nas figuras seguintes foram elaborados no programa Automation Studio 5.0.
Cada figura corresponde a um módulo seguido de uma descrição do seu funcionamento e uma tabela com a listagem dos componentes essenciais no sistema de automatização.
Módulo 1 – Sistema de alimentação de folhas
Na figura 17 é apresentado o diagrama idealizado para o módulo com identificação de atuadores e sensores.
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.Quando as folhas são colocadas na base de suporte, o sensor de proximidade S7 deteta a sua presença, indicando que há folhas para colocar no tapete transportador. É ligado o motor M1 que faz a base de suporte subir até que o sensor de contacto S6 é ativado, desligando o motor M1. Nessa altura é acionado v1 (válvula direcional 3/2) que permite a passagem de ar comprimido para os geradores de vácuo. Uma vez estabelecido o vácuo e após “agarrar” na folha de papel há indicação do sensor de pressão S3 para acionar v2 (válvula direcional 5/2), permitindo a passagem de ar comprimido para o atuador A1 estando a sua haste em posição avançada, transportando a folha para o módulo seguinte. Nessa posição é ativado o sensor S5 que desativa v1 e v2, cortando o ar comprimido a ambas as válvulas direcionais o que corta o vácuo nas ventosas (largando a folha) e faz recuar a haste do atuador. O sensor S4 deteta o atuador recuado e nessa altura o ciclo repete-se.
O sensor S2 é um sensor de fim de curso de segurança caso o sensor S6 falhe. Quando o sensor S6 deixa de estar atuador é ligado o motor M1, fazendo a base subir até que este volte a estar atuado. Se o sensor S7 deixa de detetar folhas na base de suporte, interrompe o funcionamento normal do equipamento e faz a base descer até à posição inferior (detetada pelo sensor S2) para fazer o reabastecimento de folhas de papel. Nessa altura por acionamento manual é possível colocar o equipamento em modo de produção normal. Resumidamente os componentes identificados na figura 17 estão listados na tabela 7.
Tabela 7 – Componentes necessários à automatização do módulo 1
Designação Sensores
S1 Responsável por desativar o motor elétrico quando a base atinge o nível de altura mínimo.
S2 Responsável por desativar o motor elétrico quando a base atinge o nível de altura máximo. Serve também como sensor de segurança case o sensor S6 falhe.
S3 Deteta a existência de vácuo nas ventosas.
S4 Sensor de fim de curso que deteta atuador A1 em posição recuada.
S5 Sensor de fim de curso que deteta atuador A1 em posição avançada.
S6 Quando o sensor deixa de estar atuado, o motor M1 liga e faz a base subir até esta estar novamente atuada. Este sensor é responsável por colocar a base à distância certa das ventosas.
S7 Deteta quando não existem folhas na base. Nesse caso o motor é ativado e a base desce até ao nível de altura mínimo, momento em que S1 deteta a base e desativa o motor.
Designação Atuadores e válvulas direcionais
k1 Quando o contacto k1 fecha, faz rodar o motor M1 no sentido horário, fazendo a base subir.
k2 Quando o contacto k2 fecha, faz rodar o motor M1 no sentido anti-horário, fazendo a base descer.
v1 Válvula direcional 3/2 mono-estável que quando atuada permite a entrada de ar no atuador de ação simples A1, fazendo este avançar.
v2 Válvula direcional 3/2 mono-estável que quando atuada permite a entrada de ar nos geradores de vácuo, criando-se vácuo nas ventosas.
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.Módulo 2 - Colocação de reforços e dobra da aba
No diagrama correspondente ao módulo 2, apresentado na figura 18, o injetor de cola é representado por um atuador de simples ação. A válvula direcional ligada a este atuador apenas foi inserida no diagrama para controlo do injetor.
Figura 18 – Colocação dos reforços de aba (Diagrama Automation Studio)
Quando as folhas alcançam o tapete transportador (transportadas pelas ventosas do módulo anterior), estas entram em contacto com 3 rodas ligadas a uma veio e com movimento rotativo aplicado pelo motor M2. Este motor à semelhança do motor M3 responsável movimentar o tapete transportador têm movimento contínuo durante o normal funcionamento do equipamento. Com o avançar da folha no tapete esta é detetada pelo sensor S8 que por sua vez ativa a injeção de cola por parte do injetor (representado por válvula 3/2 e atuador pneumático monoestável). O tempo de injeção em cada aba é controlado automaticamente, dependendo da velocidade do tapete e da localização e comprimento de injeção pretendido.
Seguidamente há mais um sensor de proximidade que capta a presença da folha e ativa v4 na válvula direcional 5/3, que permite fazer descer os atuadores A2 e A4 que suportam os caixilhos de reforços de aba. Um vez na posição inferior o sensor S11 é atuado e ativa v5 que força os atuadores a subir. Quando em posição superior é atuado o sensor S10, repetindo o ciclo de funcionamento. Neste caso foi utilizada uma válvula direcional 5/3 para em caso de emergências imobilizar os atuadores, impedindo a saída de ar comprimido quando a válvula está em posição central. Isto permite evitar a queda dos atuadores em caso de acionamento da paragem de emergência e prevenir acidentes de trabalho.
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.O sensor S12 é responsável por indicar quando os nível de cola no reservatório do injetor estão baixos e o sensor S13 é responsável por indicar quando estão em falta reforços de aba nos caixilhos de reforços. Em ambos os casos é interrompido o funcionamento no módulo 1 impedindo a passagem de folhas até que o operador faça o reabastecimento de cola ou reforços, premindo o botão de funcionamento manual. Na tabela 8 estão listados os principais componentes deste módulo.
Tabela 8 - Componentes necessários à automatização do módulo 2
Designação Sensores
S8 Responsável por ativar o injetor de cola quando é detetada a presença de uma folha.
S9 Responsável pelo avanço dos atuadores A2 e A3 na presença de uma folha.
S10 Sensor de fim de curso que deteta atuadores A2 e A3 em posição recuada.
S11 Sensor de fim de curso que deteta atuadores A2 e A3 em posição avançada.
S12 Alerta para a falta de cola no reservatório do injetor
S13 Alerta para a falta de reforços nas caixas de reforços
Designação Atuadores e válvulas direcionais
k3 Contacto que ativa o motor M2. É um motor de funcionamento contínuo ligado a um veio com rodas que puxa a folha para o tapete.
k4 Contacto que ativa o motor M3. Este é responsável pelo movimentação do tapete transportador e funciona de forma contínua.
v3 É acionado pelo sensor S8 e ativa a injeção de cola.
v4 Válvula direcional 5/3 que faz avançar os atuadores A2 e A3. É ativada pelo sensor S9.
v5 Válvula direcional 5/3 que faz recuar os atuadores A2 e A3. É ativada pelo sensor S11 e desativada pelo sensor S10.
Para controlo dos atuadores A2 e A3 foi utilizada uma válvula direcional 5/3 por uma questão de segurança em caso de falha do fluxo de ar comprimido ou pela ativação do modo de emergência. Desta forma há uma retenção do ar presente nos atuadores, pois a válvula só é estável na posição central onde não há fluxo de ar.
Módulo 3 – Alteração do sentido de transporte da folha
Todos o motores de acionamentos das rodas montadas nas estruturas suportadas pelos atuadores são representadas pelo motor M4, no caso das rodas que “puxam” a folha em direção à base metálica, e pelo motor M5 no caso das rodas que “empurram” o saco para fora da base metálica em direção ao tapete transportador do módulo 4.
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.Figura 19 – Alteração do sentido de transporte da folha (Diagrama Automation Studio)
A folha é transportada do tapete transportador do módulo 2 à plataforma do módulo 3, onde ocorre a alteração do sentido de transporte da folha. A folha é detetada pelo sensor S14 que ativa v6 da válvula direcional 5/3. Isto faz descer o atuador A4 e liga os motores elétricos (M4) das rodas acopladas por meio de uma estrutura ao atuador A4. Com o avançar da folha, esta é detetada pelo sensor S15 que ativa v7 e desativa M4 fazendo subir o atuador A4 e desligando os motores elétricos das rodas acopladas. Ao mesmo tempo ativa v8, fazendo descer os atuadores A5 e A6 e ligando os motores elétricos (M5) da rodas acopladas à estrutura em cada atuador. Estas rodas puxam a folha alterando o seu sentido de movimento e com o seu avanço é detetada pelo sensor S16 que ativa v9 e faz recuar os atuadores A5 e A6 desligando os motores M5. O ciclo repete-se com a ativação do sensor S14.
Os sensores S17, S18, S19 S20, S21 e S22 são responsáveis por controlar o posicionamento dos atuadores pneumáticos. No controlo dos atuadores são utilizados válvulas direcionais 5/3 para prevenir acidentes em caso de paragem de emergência ou corte de eletricidade, mantendo as válvulas na sua posição intermédia e impedindo a saída de ar comprimido dos atuadores que mantêm a sua posição inalterada. Na tabela 9 estão listados os principais componentes da figura 19.
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.Tabela 9 - Componentes necessários à automatização do módulo 3
Designação Sensores
S14 Quando o sensor deteta a presença da folha ativa o motor M4 e aciona a válvula v6, o que promove o avanço dos atuador A4.
S15 Quando deteta a presença da folha aciona as válvulas v7 e v8, desligando o motor M4 e fazendo recuar o atuador A4. Ao mesmo tempo liga o motor M5 e faz avançar os atuador A5 e A6.
S16 Quando deteta a presença da folha desliga o motor M5 e faz recuar os atuadores A5 e A6.
S17 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A4 em posição recuada.
S18 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A4 em posição avançada.
S19 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A5 em posição recuada.
S20 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A5 em posição avançada.
S21 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A6 em posição recuada.
S22 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A6 em posição avançada.
Designação Atuadores e válvulas direcionais
k5 Contacto que liga o motor M4, com funcionamento intermitente.
k6 Contacto que liga o motor M5, com funcionamento intermitente.
v6 Válvula direcional 5/3 que faz avançar o atuador A4. É ativada pelo sensor S15.
v7 Válvula direcional 5/3 que faz recuar o atuador A4. É ativada pelo sensor S16.
v8 Válvula direcional 5/3 que faz avançar o atuador A5 e A6. É ativada pelo sensor S16.
v9 Válvula direcional 5/3 que faz avançar o atuador A4. É ativada pelo sensor S17.
Módulo 4 – Formação do saco de fundo aberto
O módulo 4, representado na figura 20, possui apenas dois motores de funcionamento contínuo e um sensor indicador do nível de cola no reservatório.
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.Neste módulo a folha é apenas manipulada por guias, sendo formado o tubo do saco. Existem dois motores de funcionamento contínuo M6 e M7 responsáveis por movimentar o rolo de cola e o tapete transportador respetivamente. O motor M7 é responsável ainda por movimentar o tapete superior, ligado por uma correia dentada. Existe ainda um sensor S23 que é responsável por detetar quando o nível de cola no reservatório é insuficiente. Na tabela 10 estão identificados os componentes do diagrama acima.
Tabela 10 – Componentes necessários à automatização do módulo 4
Designação
Sensores
S23 Sensor responsável por indicar o nível mínimo de cola no recipiente. Quando atingido, o sensor deve ativar uma luz indicadora de reabastecimento do recipiente.
Designação Atuadores e válvulas direcionais
k7 Contacto que liga o motor M7. Este motor tem funcionamento contínuo durante a produção.
k8 Contacto que liga o motor M8. Este motor tem funcionamento contínuo durante a produção.
Módulo 5.1 – Colocação do reforço de fundo
A figura 21 que representa o módulo 5.1 é responsável pela abertura do fundo do saco e colocação do reforço de fundo. Os atuadores de dupla haste A10 e A11, representam atuadores pneumáticos rotativos.
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.O tapete é movido pelo motor elétrico M8 de funcionamento intermitente. Após a passagem do saco de papel pelo sensor S24 é ativado o motor M8 transportando o saco até este ser detetado pelo sensor S25 que desliga o motor M8. Nesse momento é acionado v8 (válvula 3/2) que faz descer o atuador A7 que tem acoplada uma régua para imobilizar o saco. Nesse momento avança o atuador A8 (ativando v11) ao qual está acoplado uma base assente em rolamento lineares. Sobre a base está montado um atuador rotativo no qual está montado uma barra de metálica com uma garra pneumática montada. O atuador A8 avança, é ativado v13 que faz que haja aperta da garra pneumática e seguidamente é ativado v14 que faz com que a barra acoplada ao atuador rotativo (A10) rode 180o. Este movimento permite a abertura do fundo do
saco para colocar o reforço de fundo.
Ao mesmo tempo que ocorrem estas ações é ativado v16 que faz rodar o atuador rotativo A11, que está acoplado a um veio. Nesse veio está montado uma base com um atuador linear (A12), sendo que na haste deste está montado um gerador de vácuo e uma ventosa. Rodando o atuador A11 faz com que o atuador A12 esteja voltado para cima, alinha com a caixa de reforços de fundo. Nesse momento o atuador A12 é colocado em posição avançada e é ativado o vácuo na ventosa permitindo tirar um reforço da caixa de reforços. O atuador A12 recua e o atuador A11 roda para a posição inferior deixando o atuador A12 alinhado com o saco de fundo aberto. Nesse momento o atuador A12 fica em posição avançada, é desligado o vácuo deixando o reforço dentro do fundo do saco. O atuador A12 recua, a garra pneumática larga o saco, o atuador A8 recua, o atuador rotativo A10 roda para a posição inicial e é ativado o motor M8 transportando a folha para o tapete seguinte. Todos componentes da Figura 21 estão identificados na tabela 11.
Tabela 11 - Componentes necessários à automatização do módulo 5
Designação Sensores
S24 Quando o sensor deteta a presença da folha ativa o motor M9, responsável pela movimentação do tapete.
S25 Quando deteta a presença da folha desativa o motor M9, fazendo parar o tapete.
S26 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A7 em posição recuada.
S27 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A7 em posição avançada.
S28 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A8 em posição recuada.
S29 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A8 em posição avançada.
S30 Sensor que deteta quando a garra pneumática é atuada.
S31 Sensor que identifica o atuador pneumático rotativo (que suporta a garra pneumática) em posição inicial.
S32 Sensor que identifica quando o atuador pneumático rotativo (que suporta a garra pneumática) rodou 180o.
S33 Sensor que identifica o atuador pneumático rotativo (que movimenta o reforço de fundo) em posição voltada par o caixilho de reforços
S34 Sensor que identifica quando o atuador pneumático rotativo (que movimenta o reforço de fundo) rodou 180o para a posição de colocação do reforço no saco.
S35 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A11 em posição recuada.
S36 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A11 em posição avançada.
S37 Sensor que identifica quando o caixilho de reforços de fundo está vazio.
S38 Sensor que deteta quando é estabelecido vácuo na ventosa que transporta os reforços de fundo.
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.Designação Atuadores e válvulas direcionais
k9 Contacto que liga o motor M8, responsável pelo movimento do tapete de forma intermitente.
v10 Válvula direcional 3/2 mono-estável que quando atuada faz descer o atuador A7 que tem uma régua acoplada, responsável imobilizar o saco de fundo aberto.
v11 Válvula direcional 3/2 bi-estável que ao atuar v11 permite que o atuador A8 (movimenta um atuador rotativo e uma garra pneumática) fique em posição avançada.
v12 Válvula direcional 3/2 bi-estável que ao atuar v12 faz o atuador A8 recuar.
v13 Válvula direcional 3/2 mono-estável responsável por atuar a garra pneumática (A9).
v14 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A10 rodar 180o.
v15 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A10 voltar à posição inicial.
v16 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A11 rodar 180o.
v17 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A11 voltar à posição inicial.
v18 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A12 avançar.
v19 Válvula direcional 5/3 que faz o atuador rotativo A12 recuar.
v20 Válvula direcional 3/2 que quando atuada permite a passagem do ar comprimido n0 gerador de vácuo para estabelecer vácuo na ventosa.
Módulo 5.2 – Dobragem das abas de fundo laterais
Neste módulo, ilustrado na figura 22, é realizada a dobra das abas latereis do fundo do saco por meio de réguas e guias ajustadas para o tamanho de saco em questão.
Figura 22 – Dobra das abas laterais do fundo do saco (Diagrama Automation Studio)
O tapete transportador deste módulo tem incorporado um sistema de vácuo responsável por manter o saco em contacto com o tapete. O vácuo é ativado por v21 (válvula direcional 3/2) e
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.assim como o motor M9 que é responsável por movimentar o tapete transportador, têm ambos funcionamento contínuo durante o normal funcionamento do equipamento.
Tabela 12 - Componentes necessários à automatização do módulo 6
Designação Sensores
S39 Deteta quando é estabelecido vácuo no tapete transportador.
Designação Atuadores e válvulas direcionais
k10 Contacto que liga o motor M9, responsável pelo movimento do tapete transportador. Durante a produção normal de saco o motor tem um funcionamento contínuo.
v21 Válvula direcional 3/2 mono-estável que quando ativada permite a passagem de ar comprimido para o gerador de vácuo.
Módulo 6 – Alteração do sentido de transporte do saco
Na figura 23 esta representado o módulo 6, com um atuador pneumático e um sensor que deteta a presença de um saco de papel.
Figura 23 – Alteração do sentido de transporte do saco (Diagrama Automation Studio)
O saco proveniente do tapete transportador do módulo 5.2 é transportado pelo tapete e guias até à plataforma, sendo que no fim do percurso há um batente que ajuda a posicionar o saco. Junto ao batente há um sensor de posicionamento que detetando o saco ativa o atuador A13. A haste do atuador tem um batente acoplado que ao avançar empurra o saco para o último tapete transportador. Quando o atuador estiver em posição avançada é detetado pelo sensor S41,
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.Tabela 13 - Componentes necessários à automatização do módulo 7
Designação Sensores
S40 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A13 em posição recuada.
S41 Sensor de fim de curso que deteta o atuador A13 em posição avançada.
S42 Sensor que deteta a folha aquando da sua passagem, fazendo avançar o atuador A13.
Designação Atuadores e válvulas direcionais
v22 Contacto que liga o motor M9, responsável pelo movimento do tapete transportador. Durante a produção normal de saco o motor tem um funcionamento contínuo.
Módulo 7 – Dobragem das abas de fundo do saco
Por fim a figura 24 representa a última etapa pela qual o saco passa, sendo colocada cola nas abas de fundo para efetuar a dobragem destas e fechar o fundo do saco. Os 4 atuadores de simples ação na figura 24 representam injetores de cola, sendo que as válvulas direcionais servem apenas para controlo dos “injetores” na simulação em Automation Studio.
Figura 24 – Dobragem das abas de fundo do saco (Diagrama Automation Studio)
Quando o saco passa pelo sensor S43 é ativada a injeção de cola por parte do injetores. Estes despiram em momentos específicos e com a duração programada, que pode variar com a velocidade do tapete transportador ou o tipo de saco. O motor M10 responsável por movimentar o tapete transportador deste módulo tem funcionamento contínuo durante a normal operação do equipamento. O sensor S44 é ativado caso o nível de cola nos reservatórios dos injetores seja insuficiente.
De salientar que na figura 24 os injetores estão representados por quatro atuadores pneumáticos por questões de limitações do programa utilizado. Na tabela 14 estão listados os componentes identificados na figura acima.
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.Tabela 14 - Componentes necessários à automatização do módulo 8
Designação
Sensores
S43 Deteta a passagem da folha e ativa os injetores de cola. S44 Alerta para falta de cola nos reservatórios dos injetores.
Designação
Atuadores e válvulas direcionais
k11 Contacto que ativa o motor M10. Este motor, responsável por movimentar o tapete transportador, tem funcionamento contínuo.
v23 É acionado pelo sensor S43 e ativa o respetivo injetor de cola. v24 É acionado pelo sensor S43 e ativa o respetivo injetor de cola. v25 É acionado pelo sensor S43 e ativa o respetivo injetor de cola. v26 É acionado pelo sensor S43 e ativa o respetivo injetor de cola.