Softwares utilizados

Presentemente, os softwares existentes para sistemas que implementam controlo numérico direto, controlo numérico computacional ou controlo aberto, possuem atributos essenciais para a operação de uma máquina de modo seguro, eficaz e simples. De seguida serão abordados alguns dos softwares atualmente utilizados, apresentando as suas interfaces, quer para execução de movimentos, quer para a simulação dos mesmos, com o intuito de facilitar o entendimento das funcionalidades destas ferramentas computacionais, e ainda destacando determinados atributos de maior interesse.

2.2.1 AdvaNum

Os softwares da AdvaNum são programas computacionais utilizados para simulação e manuseamento de máquinas de controlo numérico, destacando-se particularmente os softwares “AdvaNum NC Verification ” e “AdvaNum NC Editor”. Como principais características, o software AdvaNum NC Verification distingue-se pela sua capacidade de simular o comportamento da máquina utilizando modelos sólidos realistas, pela possibilidade de fazer o debug de um programa escrito em Código-G utilizando breakpoints e também pela aptidão de executar o programa step-by-step se o utilizador assim pretender [14].

Capítulo 2- Estado da Arte Pedro Miguel Pereira 15 Figura 5 - Ferramenta para gerar Código-G graficamente [15].

O software AdvaNum NC Editor é uma ferramenta bastante útil para editar programas criados pelo utilizador ou até mesmo importados de outra fonte, disponibilizando as funções básicas de copiar, colar, cortar e substituir e ainda oferecendo a possibilidade de desenvolver um programa em Código-G de um modo gráfico, figura 5.

Este conjunto de softwares da AdvaNum é bastante interessante para quem pretende criar um sistema de controlo numérico direto com uma boa capacidade de simulação e também pretenda desenvolver os seus próprios programas em Código-G.

2.2.2 Mach

Outro exemplo de um programa utilizado em sistemas de controlo numérico é o “Mach3”. Este software disponibiliza ferramentas para gerar Código-G automaticamente, permite a utilização do software através de SmartPhones e tem como característica principal a capacidade de “transformar” um computador num controlador CNC para máquinas de até 6 eixos [16]. A sua interface gráfica é extremamente completa e diversificada, Figura 6, com a capacidade de gerar pulsos e alterar o valor das variáveis manualmente, visualizar os movimentos da máquina em tempo real e ainda com a possibilidade de ser adaptada para a vertente de ecrã táctil.

16 Pedro Miguel Pereira Capítulo 2- Estado da Arte Figura 6 - Interface gráfica do software Mach3 [17].

É de salientar que embora este software transforme um PC num controlador para máquinas de controlo numérico, é sempre necessário a utilização de um pós-processador dedicado à máquina em questão. Não obstante, o Mach3 é muito completo e com características bastante apelativas para a conceção de sistemas de controlo numérico robustos e fiáveis.

2.2.3 FlashCut CNC

Os produtos da FlashCut CNC são excelentes soluções para quem pretende conceber um sistema de controlo numérico completo e fácil de implementar. Os controladores fornecidos pela empresa utilizam um software denominado de “FlashCut CNC 4.5”, que possui diversificadas e excelentes capacidades, destacando-se, a fácil configuração do software ao sistema onde vai ser utilizado, o fornecimento de informação que relaciona os limites físicos da máquina com os valores das coordenadas das instruções escritas em Código-G, Figura 7, e ainda a capacidade de executar ficheiros inversamente [18].

Capítulo 2- Estado da Arte Pedro Miguel Pereira 17 Figura 7 - Indicação da linha do programa onde existe um erro relativamente ao valor máximo de uma coordenada [19].

Convém também salientar que este software possui uma capacidade de previsão para o tempo de execução do ficheiro carregado muito precisa, característica muito útil para realizar um planeamento diário de produção normalmente necessário a nível industrial. Neste sentido, as características de caracter prático deste software fazem dele um grande candidato para quem pretende construir um sistema CNC pronto a utilizar.

2.2.4 G-Wizard Editor

O “G-Wizard Editor” é um completo, simples e poderoso software de edição, simulação e debug de ficheiros escritos em Código-G. Os atributos a destacar desta ferramenta computacional são a capacidade de verificar os percursos através de visualização gráfica, simular a execução de ficheiros escritos em Código-G para realização de debug do programa, disponibilização detalhada durante a simulação do valor de diversas variáveis características de sistemas CNC, tais como, valor das coordenadas e velocidade de rotação, e ainda tem a capacidade de fornecer “dicas” [20] que auxiliam a edição de programas para utilizadores menos experientes.

Este software possui também a particularidade de fornecer a opção de configurar o ambiente de simulação de acordo com diversos pós-processadores atualmente disponíveis no mercado, permitindo assim descobrir erros no PC e não na máquina [20].

Posto isto, este software é muito interessante pois para além de ser completo na análise de programas escritos em Código-G, é também bastante realista na simulação dos mesmos.

18 Pedro Miguel Pereira Capítulo 2- Estado da Arte

2.2.5 CamSoft

O software “CNC Professional Version 17.7” apresentado pela CamSoft é uma das ferramentas computacionais mais completas a nível de funcionalidades atualmente existentes no mercado. A possibilidade de visualização da máquina através de um ambiente gráfico enquanto esta efetua as operações, a capacidade de inserir cálculos matemáticos nos programa escritos em Código-G [21], a possibilidade de simular o estado de um pino E/S e ainda a utilização de um método revolucionário que converte desenhos gráficos diretamente para movimentos de eixos, são alguns dos atributos que contribuem para incentivar a aquisição deste software.

a) b)

Figura 8 - a) Interface gráfica para sistemas de CNC a laser. b) Interface gráfica para sistemas de CNC de torneamento. [22].

Dos imensos atributos interessantes desta ferramenta computacional, é de salientar particularmente a nível de interface, os diferentes tipos disponíveis consoante o sistema CNC em causa, Figura 8, assim como a disponibilidade de personalizar a interface de acordo com as preferências do utilizador. Neste sentido, para além de ser um programa computacional completo, destaca-se também pela sua grande capacidade de personalização, o que o torna num software bastante apelativo.

2.2.6 NI Motion Control

O software “NI Motion Control” foi concebido para programação de controladores abertos da National Instruments. Este é um software poderoso para programação de controladores abertos que permite uma boa exploração das características que este tipo de controlo tem para oferecer, nomeadamente, técnicas avançadas para feedback de sistemas em malha fechada, high-performance e high-speed synchronization entre os pinos de entrada e saída

Capítulo 2- Estado da Arte Pedro Miguel Pereira 19

e ainda uma completa biblioteca de funções que pode ser acedida através das linguagens de programação C, Visual Basic ou LabVIEW [23].

O “NI Motion Assistant”, tal como o nome indica, serve para auxiliar a implementação das técnicas referidas, pois entre outras funcionalidades, permite a criação de trajetórias de forma rápida e sem recurso à escrita de ficheiros em Código-G, simular esses mesmos movimentos e ainda gerar código em linguagem C ou LabVIEW automaticamente (de acordo com a biblioteca de funções da NI) a partir dessa simulação [24].

O “NI Motion Control” possui também a possibilidade de associar o módulo “LabVIEW NI SoftMotion ”. A utilização deste módulo possibilita o desenvolvimento de aplicações para controlo de movimentos através do ambiente gráfico do LabVIEW, uma funcionalidade que pode bastante vantajosa para a configuração, teste e ajuste de um sistema [25] .

Posto isto, no que diz respeito ao desenvolvimento de programas para sistemas de manuseamento automático de máquinas baseados em controladores abertos da NI, os softwares referidos da National Instruments constituem uma ferramenta simples e intuitiva para a programação dos mesmos.

2.3 Resumo

O estudo do funcionamento dos sistemas de controlo utilizados atualmente na indústria é um importante ponto de partida para o desenvolvimento de qualquer aplicação que vise utilizar um determinado método de controlo para manipular uma ou um conjunto máquinas. No âmbito desta dissertação em particular, a nível de funcionalidades a implementar na aplicação de software que se pretende desenvolver, o estudo dos sistemas de controlo numérico computadorizado e dos sistemas de controlo aberto, permitiram obter uma melhor perceção sobre quais os atributos de cada um deles, de modo a ser possível integra-los num só sistema. A nível de interação com o utilizador, a pesquisa referente às interfaces e softwares atualmente utilizados para comunicar entre o operador, o sistema de controlo e a máquina, foi de elevada importância para realizar o design da aplicação de forma mais simples, completa e robusta.

Posto isto, após realizado um levantamento das tecnologias e softwares utilizados na indústria atual no âmbito desta dissertação, será então efetuada uma análise da célula de trabalho com o intuito de agregaros conhecimentos adquiridos durante a elaboração deste estado da arte, com as capacidades e limitações do sistema onde será executada a aplicação a desenvolver.

Capítulo 3- Célula de trabalho Pedro Miguel Pereira 21

Capítulo 3

22 Pedro Miguel Pereira Capítulo 3- Célula de trabalho

Primeiramente convém salientar que nenhuma montagem, quer mecânica, quer elétrica, referente à célula de trabalho que vai ser abordada neste capítulo, foi concebida no âmbito do desenvolvimento desta dissertação. Assim sendo, será efetuada uma análise superficial do sistema físico utilizado, não obstante, para desenvolver o software pretendido é essencial perceber o seu funcionamento, assim como os limites físicos, do sistema que se pretende controlar.

3.1 Especificações físicas

A célula de trabalho que serviu de base para a implementação desta aplicação de software é composta por três módulos principais, nomeadamente o módulo mecânico, o módulo elétrico e o módulo eletrónico. O módulo mecânico é constituído por três eixos X, Y, e Z, três servomotores para manipulação dos mesmos e a própria estrutura que suporta estes componentes mecânicos, representada na Figura 9. Esta máquina possui uma área de trabalho com as seguintes dimensões, 150x120x80mm, aproximadamente, representando diretamente os valores máximos para os movimentos dos eixos X, Y e Z, respetivamente. A nível de movimento do cursor da máquina, cada servomotorfoi acoplado a um eixo e tem como função movimenta-lo de acordo com as ordens provenientes das servodrivers.

Figura 9 - Máquina XYZ utilizada no âmbito desta dissertação.

Máquina XYZ

Capítulo 3- Célula de trabalho Pedro Miguel Pereira 23

No que diz respeito ao módulo elétrico deste sistema, este é constituído essencialmente pelo quadro elétrico projetado e concebido para o mesmo, visível na Figura 10. Para além de ser concebido com o propósito de realizar a interface entre a componente de potência e a componente de controlo, este quadro elétrico está também encarregue de garantir que sistema opere em condições de segurança. É de salientar que também foi instalado um sistema de emergência, com o propósito deacionar uma paragem instantânea do módulo mecânico, caso o utilizador detete algo não esperado.

Figura 10 - Interior e exterior do quadro elétrico.

O quadro contém ainda três servodrivers da SEW-Eurodrive, que têm como funcionalidade efetuar a comunicação entre os servomotores e o controlador utilizado. Cada servodriver possui um display de 7 segmentos com o propósito de informar o utilizador sobre o seu estado de utilização. No arranque do sistema o valor zero é mostrado para informar que ainda não é possível iniciar a comunicação entre o controlador e o sistema mecânico. Assim que for mostrado o número um, estão reunidas as condições para dar início às inicializações da placa de controlo. Posto isto, após essas inicializações estarem definidas, o sistema está pronto para executar o movimento dos eixos, fornecendo como feedback o numero cinco.

Servodrivers

Botão de Emergência

Interruptor de acionamento

24 Pedro Miguel Pereira Capítulo 3- Célula de trabalho

Por fim, o módulo eletrónico deste sistema engloba a utilização do controlador PCI-7344 e da interface UMI-7764, ambos da National Instruments, Figura 11. Entre outras características, este controlador de movimento, PCI-7344, tem a capacidade de controlar até quatro eixos, permite interpolações lineares, circulares, elípticas e esféricas, e é compatível com as plataformasNI Measurement & Automation, NI Motion Assistant, NI LabVIEW, Microsoft C++ e Microsoft Visual Basic. A UMI (Universal Motion Interface), tal como o nome indica, é o aparelho utilizado para realizar a interface entre o controlador e as servodrivers que controlam os motores.

Figura 11 - Controlador e interface constituintes do módulo eletrónico.

Derivado do controlador escolhido, é possível aplicar ao sistema um método de controlo aberto, usufruindo assim das diversas vantagens já referidas. No entanto, confirmando o que já foi abordado anteriormente sobre este tipo de controlo, é de salientar que toda a montagem mecânica, desde os eixos e a estrutura que os suporta, até ao acoplamento dos motores, foi realizada por parte da entidade que optou por utilizar as placas de controlo da NI.