UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DIRETORIA DE GRADUAÇÃO E EDUCAÇÃO PROFISSIONAL
COORDENAÇÃO DOCURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM
MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
ANDRÉ LUIZ DE MOURA
AUTOMAÇÃO DA PORTA DA CÂMARA DE CONGELAMENTO
MEDIANEIRA
2011
AUTOMAÇÃO DA PORTA DA CÂMARA DE CONGELAMENTO
MEDIANEIRA 2011
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial, do Curso
Superior de Tecnologia em Manutenção
Industrial, promovido pela Universidade
Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Câmpus Medianeira.
Coordenação do Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial
TERMO DE APROVAÇÃO
AUTOMAÇÃO DA PORTA DA CÂMARA DE CONGELAMENTO
Por:
ANDRÉ LUIZ DE MOURA
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apresentado às18h40min do dia 01 de Dezembro de 2011 como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo no Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Medianeira. O acadêmico foi argüido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho ...
Prof. Me. Dirceu De Melo UTFPR – Campus Medianeira
(Orientador)
Prof. Me.Yuri Ferruzzi UTFPR – Campus Medianeira
(Convidado)
Prof. Me. Estor Gnoatto UTFPR – Campus Medianeira
(Convidado)
Prof. Esp.Giovano Mayer UTFPR – Campus Medianeira (Responsável pelas atividades de TCC)
A Folha de Aprovação assinada encontra-se na coordenação do Curso de Tecnologia em Manutenção Industrial.
“Dedico aos verdadeiros amigos que me apoiaram sempre. Aos familiares que sempre incentivaram e colaboraram com o que lhes foi possível. A Deus que sempre esteve me guiando. E a todos os professores que tornaram tudo isso possível, dedicando seu tempo e sua sabedoria a cada aluno de maneira especial.”
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus que nos acompanha lado a lado em nossas vida, e nos observa atentamente.
A todos os professores que dedicam seu precioso tempo com o objetivo de passar adiante conhecimento na área, principalmente aos Professores Dirceu de Melo, Giovano Mayer, Estor Gnoato e Yuri Ferruzzi. Que nos orientaram e se dispuseram a auxiliar e tirar dúvidas durante o desenvolvimento deste projeto.
Aos familiares, que me ajudaram financeiramente e psicologicamente.
E aos amigos nos quais vivenciaram a minha presença antes e durante meu desenvolvimento no curso, que me apoiaram nas horas boas e ruins, e que estiveram sempre a disposição.
RESUMO
MOURA, André Luiz de. Automação da porta da câmara de Congelamento. 2011. Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso – Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Medianeira, 2011.
Este trabalho consiste na automação de uma porta da câmara de congelamento da unidade de industrializados da cooperativa agroindustrial Lar em Matelândia. E tem como finalidade implantar um inversor de freqüência para controle do motorredutor de funcionamento da porta, um CLP para controle dos processos e dispositivos correspondentes a porta, e organizar o painel elétrico do mesmo com algumas substituições de componentes para que assim se torne mais fácil a manutenção do painel, diminuição das manutenções na porta, diminuir perdas de tempo, perdas térmicas e evitar acidentes.Inicialmente foi instalado um inversor de freqüência no disjuntor trifásico do painel, e ligado o inversor ao motorredutor, para controlar a velocidade do processo da porta e como dispositivo de desarme e defesa das fases da porta, foram instalados também uma cortina de ar e uma resistência, para proteção térmica da câmara e das borrachas de vedação da porta, estes dispositivos foram ligados ao CLP da marca LOGO, que também foi instalado para aprimoramento do sistema, e é responsável por ligar e desligar estes dispositivos nos momentos adequados fazendo com que se diminuam os riscos de acidentes e curtos circuitos e controlar também o tempo delimitado para cada ação da porta.Com está implantação foram obtidas melhorias principalmente com a instalação do inversor e do CLP, pois com eles o sistema atuará de forma suave eliminando as manutenções por descarrilamentos da porta e danificação nas roldanas e rolamentos, e com o CLP as cortinas de ar são ligadas somente quando a porta está totalmente aberta e com as resistências, que se ligam somente quando a porta está totalmente fechada, assim diminuindo a energia desperdiçada e evitando com que problemas como curto circuito com as resistências não acorram nos casos de acidentes. Foram observadas melhorias em questões de operação, simplificação na manutenção do sistema final, concretizando melhor funcionamento, confiabilidade e segurança.
MOURA, André Luiz de. Automation of the chamber door Freezing. 2011. Monograph Working End of Course - Degree in Industrial Maintenance Technology, Federal Technological University of Paraná, Medianeira, 2011.
The present work consists in the automation of a freezing chamber door of the industrialize unit of agroindustrial cooperative of Matelandia. It have to deploy a frequency inverter to control the gearbox operating the door, a PLC for control of processes and devices corresponding to the door, and organize the electrical panel with some of the same component replacements, so that it becomes easier the maintenance of the dashboard, reduction of maintenance at the door, reduce time losses, heat losses and prevent accidents. Initially installed in a frequency inverter three phase circuit breaker panel, and connected the drive to the gearbox for speed control of the process of the door and as a device to disarm and defense phases of the door, were also installed an air curtain, and a resistance, thermal protection for the camera and the rubber door seal, these devices were connected to the PLC brand LOGO, which was also installed to improve the system, and is responsible for these devices on and off at appropriate times causing it to decrease the risk of accidents and short circuits, and also control the limited time for each share of the door. With this deployment improvements were obtained mainly with the installation of the inverter and the PLC, because with them the system will operate smoothly by eliminating maintenance derailments and damage in the door pulleys and bearings, and the PLC with the air curtains are connected only when the door is fully open, and resistance, which bind only when the door is fully closed, thereby reducing wasted energy and to avoid problems like short-circuit the resistances don`t turn in cases of accidents. Improvements were seen in matters of operation, maintenance and simplification of the final system, implementing best performance, reliability and security.
LISTA DE SIGLAS
CLP Controlador Lógico Programável CI Circuito Integrado
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NEMA National Electrical Manufacturers Association V Volts F Frequência CA Corrente Alternada PR Paraná CC Corrente Contínua A Ampere
FIGURA 01 – INVERSOR VLT 2800 ... 18
FIGURA 02 – CLP LOGO SIEMENS ... 20
FIGURA 03 – FUNCÕES DA CORTINA DE AR ... 21
FIGURA 04 – FUNÇÕES DA CORTINA DE AR ... 21
FIGURA 05 – CORTINA DE AR KL MECÂNICA... 22
FIGURA 06 – RESISTÊNCIA ELÉTRICA FLEXÍVEL ... 23
FIGURA 07 – PORTO DE UTILIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA ... 23
FIGURA 08 – SENSOR FIM DE CURSO ... 24
FIGURA 09 – FONTE DE ALIMENTAÇÃO ... 26
FIGURA 10 – CONTATORA SIEMENS ... 27
FIGURA 11 – RÉGUA DE BORNES ... 31
FIGURA12 – DISJUNTORES, CONTATORA E RELÉ ... 32
FIGURA13 – CLP,FONTE E INVERSOR ... 33
FIGURA 14 – DIAGRAMA DE COMANDO ... 35
FIGURA 15 – PORTA FECHADA ... 37
FIGURA 16 – PORTA ACIONADA PARA ABRIR ... 37
FIGURA 17 – PORTA CONCLUINDO ABERTURA ... 38
FIGURA 18 – PORTA TOTALMENTE ABERTA ... 39
FIGURA 19 – SOLICITAÇÃO DE FECHAMENTO DA PORTA ... 40
FIGURA 20 – EMERGÊNCIA SENDO ACIONADA ... 41
FIGURA 21 – STAR COM EMERGÊNCIA ACIONADA ... 42
FIGURA 22 – EMERGÊNCIA SENDO ACIONADA NOVAMENTE ... 42
FIGURA 23 – CIRCUITO CONFORME SOFTWARE ... 43
FIGURA 24 – GRÁFICO MANUTENÇÕES ... 44
FIGURA 25 – PORTA AUTOMÁTICA ... 45
SUMÁRIO 1.0 INTRODUÇÃO ... 10 1.1 JUSTIFICATIVA ... 11 1.2 OBJETIVOS ... 11 1.2.1 OBJETIVOS GERAIS ... 11 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 2.0 REVISÃO DE LITERATURA ... 13 2.1 INVERSORES ... 18
2.2 CLP (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL) ... 19
2.3 CLP LOGO! ... 20
2.4 CORTINA DE AR ... 21
2.5 RESISTÊNCIAS ... 23
2.6 SENSORES FIM DE CURSO ... 24
2.7 TRANSFORMADOR ... 24 2.8 CONTATOR ... 26 3.0 MATERIAIS E MÉTODOS ... 28 3.1 SISTEMA ANTERIOR ... 28 3.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ... 29 3.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO ... 35 3.4 DIAGRAMAS DE PROGRAMAÇÃO ... 36 4.0 RESULTADOS OBTIDOS ... 43 5.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 47 6.0 REFERÊNCIAS ... 48
1.0 INTRODUÇÃO
Este trabalho consiste na automação de uma porta da câmara de congelamento da linha de industrializados da cooperativa Lar de Matelândia, instalação de novos equipamentos e toda a lógica do sistema, assim eliminando todas as possíveis falhas na porta existentes, diminuindo as perdas de carga térmica e tempo, melhorando de forma e diminuir os riscos de acidentes.
A porta utilizava-se de um sistema simples de partida, porém devido ao seu peso e tamanho, ocorriam vários problemas, como descarrilamentos e declínios, fazendo com que ela saísse de seu curso.
Nesta automação deve-se primeiramente visualizar quais as variáveis que serão utilizadas no processo. Para isso deve-se estudar o objeto a ser controlado no intuito de entender profundamente o funcionamento, desta forma fazer as escolhas mais adequadas conforme a necessidade do sistema.
Sendo assim inicialmente executou-se a etapa do estudo da porta da câmara e seu funcionamento, depois foram sendo estudados os equipamentos que iriam acompanhar a porta na sua automação.
Após todo o estudo, iniciou-se o processo de instalação e programação da versão final da porta automatizada na qual será detalhada e especificada neste trabalho, utilizando de software de teste de comando de CLP e outros recursos.
1.1 JUSTIFICATIVA
O projeto consta do desenvolvimento de um sistema que oferece praticidade, economia e eliminação de perdas de tempo.
Houve necessidades de realizar alterações em uma porta automática de acesso a câmara de congelamento de industrializados. Devido à porta que estava sendo utilizado ter uma estrutura muito grande, consequentemente muito pesada. Após análises e estudo em cima da mesma resolveu-se alterar a sua estrutura já que não havia necessidade de uma estrutura muito grande, pois a empilhadeira poderia transitar com uma porta de estrutura muito menor. Com isso foi confeccionado uma porta com estrutura consideravelmente menor e mais leve.
Após algum tempo foram realizados mais testes, porém notou-se que a porta, sendo mais leve, trabalhava com menos dificuldade, porém ainda ocorriam problemas na partida quanto ao comando de abertura e fechamento. Fazendo com que a porta declinasse e encostasse o contra-inferior no piso ocasionando o travamento da porta, desgaste prematuro de seus componentes, como roldanas, rolamentos, guias de direcionamento e outros.
Optou-se por um método de partida suave que no caso em questão foi implantado um inversor de frequência.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVOS GERAIS
Automatizar o funcionamento da porta da câmara de congelamento de industrializados com a instalação de um inversor de frequência, diminuindo a manutenção desnecessária da porta ocasionada pelos descarrilamentos e declines, e controlar uma cortina de ar e uma resistência para que elas atuem somente nas ações desejadas com a ajuda de um CLP, tudo isto dentro de um sistema que ofereça menor quantidade e maior agilidade nas manutenções, organização no sistema e praticidade aos operadores.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Desenvolver um sistema que gerencie as funções da porta e suas ações; b) Diminuir perdas gerais, como de tempo, de temperatura, energia e com manutenções desnecessárias;
c) Confeccionar um painel elétrico organizado e acessível; d) Proteger os componentes elétricos do painel,
e) Aumentar a segurança de todos que trabalham em função da porta de acordo com as normas de segurança.
2.0 REVISÃO DE LITERATURA
Segundo SACCOMANO (2011), com o desenvolvimento tecnológico em determinados setores da automação, houve o surgimento de novas técnicas de implementações de funcionalidades de forma a melhorar a produção industrial, a operação de equipamentos, instalação de dispositivos simples e baratos em larga escala e, em último caso, fornecer um melhorias ao usuário final. O aumento da capacidade computacional dos dispositivos de processamento, a criação de novas formas de comunicação na indústria, com protocolos bem definidos e de desempenho eficiente, o desenvolvimento de sistemas embarcados e implementação em hardware, as novas formas de comando das informações de produção, através de sistemas especializados, enfim, a tecnologia evoluiu muito e, a serviço da automação dispõe uma vasta gama de alternativas para a implementação de formas mais eficazes na resolução de problemas. A escolha do controle a ser aplicado está diretamente ligado ao desempenho desejado pela carga acionada pelo motor.
SACCOMANO (2011) Enfatiza questão necessários cuidados para especificar um inversor de frequência para um motorredutor. São necessários para se especificar um inversor a potência do motor, tensão da alimentação, número de partidas/hora, tipo de carga a ser acionado, ciclo de trabalho, eficiência e taxa de redução do redutor acoplado ao conjunto, número de pólos do motor e velocidade máxima de trabalho do conjunto mecânico.Estas são as mínimas informações para se realizar uma especificação.Quanto ao fato de utilizar um inversor sobre motor acoplado a redutor é bom tomar muito cuidado. Um dos principais cuidados a serem tomados, giram em torno das rampas de aceleração/desaceleração do conjunto, sendo a especificação uma questão que deve ser analisada globalmente, isto é, o redutor também é entendido como carga pelo acionamento.O controle escalar está baseado no fato de se manter o fluxo constante em valor máximo, para se garantir torque máximo. A tecnologia vetorial, de modo resumido, responde a necessidade real de torque imediato do motor. Com certeza a segunda possui maior custo a ser implementado, devido aos tipos de processadores (microcontroladores dedicados ou DSP's - processador digital de sinais) utilizados no controle. A aplicação de ambas depende muito do conhecimento da carga. De um modo mais simples, quando se
necessita de controle do torque e velocidade durante todo o processo, como em sistemas de elevação e transporte preciso, ou bobinamento de materiais, a melhor saída é a utilização de inversor vetorial. Nos demais casos, um inversor escalar corretamente parametrizado pode resolver o problema.Uma estrutura de alimentação para um inversor de frequência de ultima geração é composta de três estágios básicos. É irônico dizer que enquanto a maioria dos conversores CC opera em CA, a maioria dos inversores de frequência opera em CC. Isso ocorre porque a seção do inversor mostrada na “ponte do inversor IGBT”necessita de uma fonte CC estável para operar. Portanto, o primeiro estágio do inversor deve converter a alimentação trifásica CA em CC.
Para NEVES et al. (2007), a área de automação industrial está sendo mudada devido ao grande desenvolvimento testadas pelas técnicas digitais. No contexto industrial, há algumas décadas os problemas de automação são cada vez mais importantes. A sociedade depara-se com o crescimento da tecnologia e com os seus desafios. O assunto é diversificado, pois abrange desde tópicos relativos à arquitetura de hardware e software, programação de controladores lógicos programáveis, controle de malhas contínuas até o gerenciamento estratégico de uma empresa, passando pela supervisão dos processos industriais e pela logística da produção. As técnicas desenvolvidas para o tratamento desses problemas atingiram hoje um relativo grau de sofisticação tecnológica e formal, exigindo pessoal técnico com formação específica para sua aplicação adequada.
Segundo CASTRO (2008), Cada vez mais, tem surgido no mercado um grande número de funções, tornando-se difícil entender todas. Numa tentativa de contornar esta situação os fabricantes de inversores estão apresentando uma linha vasta de equipamentos, partindo de um nível básico com recursos reduzidos, IHM com as informações elementares, geralmente sem alguns acessórios que estarão presentes à medida que escolhermos as versões mais sofisticadas.
LANDER (2009) Cita que atualmente, a necessidade de aumento de produção e diminuição de custos, se fez dentro das indústrias surgir à automação, ainda pequena no Brasil, com isto muitos equipamentos foram desenvolvidos para as mais diversas variedades de aplicações e setores industriais, um dos equipamentos mais utilizados nestes processos conjuntamente com o CLP é o Inversor de Frequência.
Conforme LANDER (2009), Com a melhoria da eletrônica se permitiu o desenvolvimento de conversores de frequência com dispositivos de estado sólido, de inicio comtiristores e porem agora com os transistores, mais especificamente IGBT, denominado transistor bipolar de porta isolada. Os ciclo-conversores antecederam de certa forma os atuais inversores, eles eram utilizados para converter 60Hz da rede em uma frequência mais baixa, era uma conversão CA-CA, já os inversores utilizam a conversão CA-CC e por fim em CA novamente. Os inversores são classificados pela sua topologia, esta por sua vez é dividida em três partes, sendo a primeira para o tipo de retificação de entrada, a segunda para o tipo de controle do circuito intermediário e a terceira para a saída. Independentes da tecnologia utilizada têm agora uma tensão CC em nosso circuito intermediário e deveremos transformar em tensão CA para acionar o motor AC. A CPU (unidade central de processamento) de um inversor de frequência pode ser formada por um micro processador ou por um micro controlador (PLC) depende do fabricante, é nesse 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 aos equipamentos, mas também executa a função mais vital para o funcionamento do inversor: Geração dos pulsos de disparo, através de uma lógica de controle coerente, para os IGBT’s.O segundo bloco é o IHM (interface Homem máquina). É através dele que podemos visualizar o que está ocorrendo no inversor (display), e parametrizá-lo de acordo com a aplicação (teclas). A maioria dos inversores pode ser comandada através de dois tipos de sinais: Analógicos ou digitais. Normalmente, quando queremos controlar a velocidade de rotação de um motor AC no inversor, utilizamos uma tensão analógica de comando. Essa tensão se situa entre 0 á 10 Vcc. A velocidade de rotação (RPM) será proporcional ao seu valor, por exemplo:
1Vcc = 1000 RPM, 2Vcc = 2000 RPM.
LANDER (2009) Enfatiza que para inverter o sentido de rotação basta inverter a polaridade do sinal analógico (de 0 á 10 Vcc sentido horário, e –10 á 0 Vcc sentido anti-horário). Esse é o sistema mais utilizado em máquinas automáticas, sendo que a tensão analógica de controle é proveniente do controle numérico computadorizado (CNC). Além da interface analógica, o inversor possui entradas digitais. Através de alguns parâmetros, podemos programar e selecionar qual entrada é válido (Analógica ou digital). A etapa de potência é constituída por um
circuito retificador, que alimenta (através de um circuito intermediário chamado “barramento DC”), o circuito de saída inversor (módulo IGBT).Para a escolha do inversor devemos saber modelo tipo e potência do inversor de acordo com a necessidade de utilização do mesmo.Sobre CLP, segundo RICHTER (2001), Os controladores programáveis (CP) ou controladores lógico-programáveis (CLP ou PLC, em inglês) surgiram para substituir painéis de controle a relé, na década de 60. A grande vantagem dos controladores programáveis era a possibilidade de reprogramação. Já os painéis de controle a relés necessitavam modificações na fiação, o que muitas vezes era inviável, tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel por um novo. Portanto, os CLPs permitiram transferir as modificações de hardware em modificações no software.Existe um paralelo do que aconteceu com os painéis de controle a reléscontroladores programáveis acontecendo atualmente na indústria eletrônica. Até algum tempo atrás, eram muito utilizados os CIs de lógica TTL (ou seus equivalentes CMOS), como portas NAND, OR, FLIP-FLOPs, etc. Eles começaram a ser substituídos por lógica programável (PAL – Programmable Array Logic) e, recentemente, por CPLD (Complex Programmable Logic Device) e FPGAs (Field Programmable Gate Array). As FPGAs permitem integrar funções extremamente complexas, como CPUs inteiras.Com o sucesso de uso de CLPs na indústria, a demanda por novas funções e maior capacidade aumentou consideravelmente. Os equipamentos cresceram em poder de processamento, número de entradas e saídas (I/O), e novas funções. Entretanto, estes controladores ainda usavam lógica discreta e só eram utilizados na indústria, pois seus custos tornavam inviáveis outras aplicações (automação predial, por exemplo).O advento do microprocessador permitiu uma diminuição nos custos e tamanho dos CLPs, com aumento de poder de processamento e confiabilidade. Surgiram as redes locais para comunicação entre CLPs e entre CLPs e computadores. Atualmente existe uma tendência a utilização de pequenos controladores programáveis, controlando processos locais e comunicando-se com outros controladores e com sistemas supervisórios. Tornandopossível descentralizar o controle industrial, evitando que uma pane interrompa toda a planta. Muitas máquinas já possuem pequenos CLPs para controlá-las. Além disso, diversos sensores na indústria já utilizam microprocessadores junto ao sensor, para conformar o sinal de saída. Com a diminuição de custos dos CLPs, estes passaram a ser utilizados em outros campos, como na automação predial (controle de
iluminação, alarme, ambiência – ventilação, temperatura e umidade, etc). No Brasil ainda é pequeno o mercado de automação predial, mas provavelmente será um campo promissor em breve (ainda mais com o risco de cortes no fornecimento de energia elétrica). A automação residencial também desponta como uma aplicação para pequenos CLPs. Neste caso o maior problema, além dos custos, é a fiação necessária, pois o projeto civil normalmente não prevê eletrodutos para isso. Então, a comunicação entre diversos sensores e CLPs deve ser implementada via rede 485, rádio ou rede elétrica. As aplicações residenciais e prediais são vastas – alarme contra intrusos, controle de painéis solares para aquecimento de água, controle de iluminação, acionamento remoto de equipamentos, economia de energia elétrica.
2.1 INVERSOR
Os conversores de frequência são equipamentos eletrônicos que fornecem total controle sobre a velocidade de motores elétricos de corrente alternada através da conversão das grandezas fixas, tensão e frequência da rede, em grandezas variáveis.
Apesar de o princípio ser o mesmo, houve grandes mudanças entre os primeiros conversores de frequência e os atuais, devidas principalmente a evolução dos componentes eletrônicos com destaque aos tiristores e aos microprocessadores digitais.
A grande maioria dos conversores de frequência usados pela indústria para controlar a velocidade de motores elétricos trifásicos de corrente alternada são desenvolvidos de acordo com dois princípios:
• Conversores desenvolvidos sem um circuito intermediário conhecidos como conversores diretos e;
• Conversores de frequência com um circuito intermediário variável ou fixo. (DANFOSS, 2009)
Neste projeto será utilizado um inversor de frequência danfoss VLT 2800 conforme a figura 01.
2.2 CLP (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL)
O CLP nasceu praticamente dentro da indústria automobilística, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e seguindo uma especificação que refletia as necessidades de muitas indústrias manufatureiras.
A idéia inicial do CLP foi de um equipamento com seguintes características resumidas:
1. Facilidade de programação;
2. Facilidade de manutenção com conceito plug-in; 3. Alta confiabilidade;
4. Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos; 5. Envio de dados para processamento centralizado;
6. Preço competitivo; 7. Expansão em módulos;
8. Mínimo de 4000 palavras na memória.
Figura 01: Inversor vlt 2800. Fonte: Danfoss.
O CLP é basicamente um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle através de softwares desenvolvidos pelo usuário, (porem cada CLP tem seu próprio software).
Controlador Lógico Programável Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.(ANTONELLI, 1998)
2.3 CLP LOGO!
Em 1996, a Siemens desenvolveu uma nova categoria de produto com o LOGO! – o Módulo Lógico. LOGO! é conectar funções ao invés de interligar relês de funções de lógica discreta.
Por causa da sua unidade integrada de operação e visualização, da possibilidade de programação diretamente no equipamento e por causa da visualização e modificação de mensagens de aviso, variáveis e parâmetros ele é considerado um CLP e é altamente utilizado nas indústrias e seus processos.
Conforme a figura 02, o CLP LOGO! possui 8 funções básicas e 28 funções especiais. Ele substitui uma enorme gama de equipamentos de comutação, desde relês temporizados a contatores, economiza espaço no painel elétrico, requer menos acessórios e espaço de armazenamento, e pode ser expandido sempre que necessário. Então, ele não reduz apenas custos, mas tempo também. É fácil de instalar, necessita de muito pouco cabo e é muito fácil de se programar. Além disso tudo, ele é resistente a vibrações, possui um elevado grau de compatibilidade eletromagnética (EMC), está em conformidade com normas industriais e pode suportar as condições climáticas mais agressivas. Este recebe sinais em tensão de 24 VCC que não oferece riscos aos mantenedores. (SIEMENS, 2009).
2.4 CORTINA DE AR
Cortinas de ar são equipamentos desenvolvidos para proteger ambientes comerciais, industriais ou residenciais contra insetos, poeira, fumaça, e até mesmo para otimizar o desempenho do ar condicionado ou de ambientes refrigerados atuando como eficiente ferramenta de apoio ao sistema condicionador de ar e climatizador de ar.
Instalada sobre a porta, a cortina de ar gera uma poderosa barreira de vento que mantém o ar de dentro e o de fora separados (conforme figuras 03, 04 e 05), isolando os ambientes, até mesmo se as portas se mantiverem abertas por um longo período de tempo.
Amplamente utilizadas por indústrias químicas, farmacêuticas e alimentícias, frigoríficos, laboratórios, restaurantes, estabelecimentos comerciais e residências, não obstruem o tráfego, possuem baixo nível de ruído e ainda ajudam a reduzir o consumo de energia em ambientes refrigerados ou com ar condicionado em até 35%.
As Cortinas de Ar funcionam com dois rotores tangenciais de alumínio movidos por um motor elétrico, e trabalham com duas opções de velocidade para melhor adequação às necessidades do ambiente. São comercializadas nas versões
Figura 02: CLP Logo Siemens 24 Vcc 8in/4 Out Fonte: Siemens
de 1m, 1,2m e 1,5m, e podem ser utilizadas de forma modular. Outros tamanhos também podem ser fabricados sob encomenda. (ML MECANICA – 2010)
Figura 04: funções da cortina de ar Fonte:KL Mecânica
Figura 03: Funções da cortina de ar Fonte: KL Mecânica
Figura 05: Cortina de ar KL Mecânica Fonte: KL Mecânica
2.5 RESISTÊNCIAS
Resistência flexivel é uma resistencia tipo paralelo de potência constante, que alcança até 200 ºC, para ambientes secos e úmidos, é muito utilizado em portas, drenos e válvulas de câmaras frigoríficas, aquecimento de tubulações, e coisas do gênero onde se faz necessario aquecimento.
Esta resistência esta formada por dois condutores desencapados alternamente em intervalos regulares. Um fio resistivo enrolado sobre os condutores, toma contato com eles determinando a zona calefatora da resistência.
Desta maneira, a resistência se comporta como uma série de resistores em paralelo, com uma dissipação constante de watts resistência entre dois pontos de contato.
Este tipo de traço elétrico pode ser cortado em qualquer parte que sempre oferecerá uma potência constante por metro linear.
Entre o corte e o ponto de contato mais próximo, o traço elétrico não aquecerá pois a parte ativa está em um circuito aberto, esta zona pode atuar como uma zona fria sem necessidade de emendar um chicote de ligação. (TECNOLATINA, 2011)
2.6 SENSORES FIM-DE-CURSO
Uma chave fim de curso conforme a citada abaixo na figura 08, que no inglês é chamada de microswitch, é um termo genérico usado para referir-se a um comutador elétrico que é capaz de ser atuado por uma força física muito pequena. Ela é muito comum devido ao seu pequeno custo e extrema durabilidade, normalmente mais que 1 milhão de ciclos e acima de 10 milhões de ciclos para modelos destinados a aplicações pesadas. (TELEMECANIQUE, 2011)
Figura 06: Resistência elétrica flexível Fonte: Tecnolatina
Figura 07: Ponto de utilização Fonte: Tecnolatina
2.7 TRANSFORMADOR
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores da Impedância elétrica de um circuito elétrico. Os transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz, onde se afirma que é possível criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em corrente alternada.
Um transformador é formado basicamente de: Enrolamento - O enrolamento de um transformador é formado de varias bobinas que em geral são feitas de cobre eletrolítico e recebem uma camada de verniz sintético como isolante.
Núcleo - esse em geral é feito de um material ferro-magnético e o responsável por transferir a corrente induzida no enrolamento primário para o enrolamento secundário.
Esses dois componentes do transformador são conhecidos como parte ativa, os demais componentes do transformador fazem parte dos acessórios complementares.
Figura 08: Sensor fim de curso Fonte: Telemecanique
No caso dos transformadores de dois enrolamentos, é comum se denominá-los como enrolamentos primários e secundários existem transformadores de três enrolamentos sendo que o terceiro é chamado de terciário. Há também os transformadores que possuem apenas um enrolamento, ou seja, o enrolamento primário possui uma conexão com o enrolamento secundário, de modo que não há isolação entre eles, esses transformadores são conhecidos por Autotransformador.
Os transformadores de potência são destinados a rebaixar ou elevar a tensão e consequentemente elevar ou reduzir a corrente de um circuito, de modo que não se altere a potência do circuito, esses transformadores podem ser divididos em dois grupos; Transformador de força - esses transformadores são utilizados para rebaixa ou elevar a tensão de modo que seja possível ter menos perdas pelo Efeito Joule, pois quanto maior a corrente maiores serão essas perdas, esses transformadores são utilizados em subestações. Transformador de distribuição - esses transformadores são utilizados para rebaixar a tensão para ser entregue aos clientes finais das empresas de distribuição de energia, esses equipamentos são normalmente instalados em postes ou em câmaras subterrâneas
Para se reduzir as perdas nos transformadores o núcleo dos transformadores são laminados para reduzir a indução de correntes parasitas ou de corrente de Foucault, no próprio núcleo. Em geral se utiliza aço-silício com o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas.
Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de impedâncias, esse tipo de ligação consiste em modificar o valor da impedância vista pelo lado primário do transformador, são em geral de baixa potência. Há outros tipos de transformadores, alguns com núcleo ferromagnético, outros sem núcleo, ditos transformadores com núcleo de ar, e ainda aqueles com núcleo de ferrite.(FALCONE, 1985)
A figura 09 mostra uma fonte, que utiliza do mesmo principio de um transformador, porém esta já fornece em corrente contínua.
2.8 CONTATOR
O contator é uma chave mecânica, acionada por uma tensão de comando. É composto de três terminais de força (considerando o contator tripolar), um núcleo móvel, uma bobina de comando e os contatos auxiliares, como podem verificar na figura 09.
Os terminais de força são os que ligam a carga. A capacidade deles que indica o dimensionamento do contator. Por exemplo, LC1D40 da Telemecanique indica 40A nos contatos de força. São estes contatos que são comutados, conforme bobina de comando. A tensão máxima de interrupção pode ser maior do que a tensão de comando.
A bobina de comando é o que aciona o mecanismo de comutação. Ao energiza-la, geralmente com tensão menor do que a tensão de força, a bobina cria um campo magnético que movimenta o núcleo.
O núcleo móvel é o que de fato faz a comutação. Ao ser movimentado, por ocasião da energização da bobina, o núcleo desce e os contatos de força fecham. Ao desenergizar a bobina, o núcleo volta a posição de repouso e abre os contatos de força.
Figura 09: Fonte de alimentação
Os contatores também permitem o acoplamento de blocos auxiliares de contato extras. Normalmente, um contator vem com NA+NF. Se precisar de mais, pode-se adicionar mais um bloco NA+NF, ou NA+NA. Assim, ao energizar a bobina, todos os contatos comutam.
Alguns modelos também permitem o acoplamento de um rele térmico, para a proteção da carga, por exemplo, um motor. O rele encaixa perfeitamente no contator, dispensando o uso de uma base. Assim, os condutores de força entrarão no contator e sairão direto do rele para a carga.
A variedade de aplicação de contatores é imensa. Pode-se controlar uma carga de alta potência utilizando comando de baixa potência, 24Vdc, por exemplo.
Pode-se utilizar o contator para desligar uma carga no caso de falta de fase, no caso de circuito monofásico: a fase liga a bobina e a mesma fase passa pelos contatos de força para a carga. No caso de falta dessa fase, a bobina é desenergizada e o contator abre.
Há também os contatores auxiliares, que não possuem contatos de força, apenas os contatos auxiliares NA e NF. Diferente dos blocos de contatos auxiliares, que são acoplados a um contator já existente, os contatores auxiliares possuem as próprias bobinas de comando. Geralmente são utilizados quando se precisa de contatos de comando apenas (NA e/ou NF), com comando independente (bobina própria).
Figura 10: Contatora Fonte: Siemens
3.0 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 SISTEMA ANTERIOR
Anteriormente o sistema de funcionamento da porta constava somente de uma porta de bloco único que trabalhava em um trilho sendo conduzida por um pequeno moto redutor, ela se abria para o lado através de uma corrente e duas roldanas fixadas na porta, havendo dois sensores fim-de-curso, limitando o fim de trajeto da abertura e do fechamento.
O acionamento da porta era feito por um sensor fixado no teto do setor em frente à porta, sensor este que trabalhava como uma botoeira simples de contato aberto que com um pulso acionava e selava a contatora assim ligando o motor de forma direta.
Com o passar do tempo se concluiu que a porta de bloco único não era tão eficiente e segura, então esta porta foi modificada e cortada ao meio, sendo agora uma porta de dois blocos, com cada bloco se abrindo para um lado oposto, e se fechando um bloco indo de encontro ao outro. Foram eliminados vários problemas e contratempo com isto, porém a porta ainda não estava conforme o planejado.
Com o estudo da porta se verificou que ela ainda precisaria de algumas mudanças para que ela funcionasse de forma a diminuir manutenções desnecessárias e atrasos, primeiramente foi estudado o caso da velocidade e forma que a porta trabalhava, sendo que sempre que a porta era acionada ocorria uma partida brusca do motorredutor, e esporadicamente a porta saia de seu trilho necessitando de um mantenedor prestando serviços na mesma. Optou-se então pela instalação de um inversor de frequência, no qual amorteceria a partida da porta e diminuiria as quedas da porta.
Mais um problema que estava ocorrendo diariamente era a formação de gelo nas borrachas de vedação de porta, ou seja, sempre que a porta era fechada, e permanecia fechada por alguns instantes, as borrachas responsáveis pela vedação da câmara se encostavam às paredes ou um bloco se encostava no outro, e com a formação de gelo, que é muito rápida, as borrachas se grudavam, e quando a porta era novamente acionada as borrachas se rasgavam, com elas rasgadas a eficiência da isolação térmica era muito pequena. Então foram feitos testes com resistências em forma de cabos, ou seja, foi instalado um cabo de resistência dentro de cada
borracha de vedação da porta, e com estas resistências ligadas, as borrachas sempre se mantinham aquecidas, desta forma não congelavam, não danificando as borrachas.
Para um problema simples, porem já existente no local também foi estudado uma solução. Sempre que o produto era transportado para a câmara de congelamento, ocorria que fragmentos de produtos, de embalagens ou até sujeira ou pó, eram transportados para dentro da câmara por estarem sobre os palletes de produto ou sobre a empilhadeira, assim contaminando o local, e fugindo das normas da BPF nas quais são rigorosas com a indústria alimentícia, assim foi instalado duas cortinas de ar sobre a porta da câmara, ou seja, quando o produto for transportado para dentro da câmara, a cortina-de-ar deve atuar, soprando para fora tudo o que não for produto.
O painel elétrico da porta era muito simples, com somente uma botoeira de emergência, uma botoeira de contato aberto para acionamento da porta, uma contatora, um disjuntor trifásico para as fases do motor e alguns cabos ligados de forma desorganizada. Com a automação da porta e implementação do quadro de comando, foi reorganizado, instalados bornes para facilitar o trabalho, trocado os componentes velhos e danificados, instalados alguns outros componentes de forma a facilitar e organizar tudo.
Com todos estes equipamentos novos instalados, se torna viável a instalação de um CLP de pequeno porte, como um Logo da Siemens, para que se possa controlar todas as funções a serem implantadas no sistema, como o momento que a cortina de ar ou a resistência ira atuar, ou o delay de abertura e fechamento da porta, e coisas do gênero.
3.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Atualmente as empresas buscam cada vez mais implantar supervisores e sistemas automáticos, de forma a racionar as perdas, e maximizar os lucros. Desta forma na unidade de industrializados da Lar de Matelândia, em anexo a unidade de Aves, resolveu-se aceitar, e por em prática, o projeto de automação da porta da câmara de congelamento da unidade, de forma a agilizar os processos do setor.
Inicialmente, na porta em questão, foram estudados todos os equipamentos já existentes, e os equipamentos a serem implementados.
Segue os materiais que foram utilizados:
Tabela 01: Lista de materiais
Materiais Quantidade Valor
Inversor de frequência danfoss 1 R$ 880,00
Contatora Siemens 1 R$ 125,00
Logo Siemens 12/24v 1 R$ 433,00
Disjuntor motor trifásico 10A 1 R$ 130,00
Disjuntor monofásico 10A 1 R$ 10,50
Fonte 220/24v 1 R$ 43,00
Régua de borne 1 R$ 8,80
Borne 20 R$ 1,00 (und)
Sensor fim de curso 2 R$ 78,00 (und)
Rele Siemens 1 R$ 45,00
Total = R$ 1851,30
O sistema se inicia com um simples pulso no botão de abertura da porta ou em um fim de curso próprio para ser fixado no teto próximo da porta, já existentes no sistema antigo da porta (fazendo com que o operador de empilhadeira não tenha que descer de sua máquina para acionar a abertura da porta) assim, a partir do pulso é acionado o CLP programado para atuar fazendo com que a contatora sele e assim o inversor de frequência atue, aumentando a frequência das fases do motorredutor fazendo com que a porta inicie sua abertura suavemente, e de forma crescente mudar a frequência até aproximadamente 20 Hz.
Foram instalados dois sensores fim de cursos que estabelecem limite físico do percurso das portas, pois as portas são do tipo bloco, dois blocos no caso, que se abrem de dentro para fora, uma para cada lado, porém, foram instalados os sensores em somente um dos blocos, pois quando um dos blocos chega ao fim do percurso, o outro bloco estará na mesma posição, porém do outro lado.
Estes acessórios citados acima já estavam em funcionamento na porta, porem trabalhavam acionados de forma direta, e agora, são controlados pelo CLP, para menores riscos de acidentes ou choques elétricos.
De início, como na porta, já haviam alguns matérias ultrapassados e em péssimas condições de uso, para maior segurança, foram substituídos alguns componentes.
No quadro já existente, foi instalado a régua de borne, e os bornes, que são para a organização e facilidade de acesso aos contatos.
Figura 11: Régua de bornes
A régua de borne e os bornes de acordo coma figura 11, foram utilizados simplesmente para facilitar o contato entre os equipamentos fazendo com que o espaço dentro do painel seja organizado e de fácil acesso em caso de manutenções, e também foram utilizados bornes para a instalação de um ponto de aterramento para os equipamentos sujeitos a descargas acumuladas e fugas.
Foi instalado também o inversor de frequência, disjuntor motor, disjuntor trifásico, disjuntor monofásico, relé de acionamento, contatora, o CLP e a fonte.
Figura 12: Disjuntores, contatora e relé
O disjuntor trifásico, conforme a figura 12, é responsável pela proteção das 3 fases ligadas ao contator do inversor e do motor responsáveis pela força da porta, e as 3 fases do motor da cortina de ar, que em caso de sobrecarga, curto entre as fases, ou travamento da porta, irá atuar de forma com que não danifique os componentes e nem a porta.
Um dos disjuntores monofásico é para que o comando do circuito também esteja protegido de curtos-circuitos ou até para que possa ser feita alguma manutenção no quadro, podendo desligar somente determinada parte do quadro. E o outro disjuntor é para a resistência instalada na vedação da porta, que em caso de curto-circuito ela se desarme, ou em caso de desligamento manual da resistência nas possíveis manutenções.
A contatora tem o papel de “selar” conduzindo tensão ao inversor e ao motor, ou seja, com somente um pulso da botoeira ou fim de curso, ela ira conduzir tensão até que a porta toque em outro fim de curso situado no fim do guia de condução da porta, assim após o toque, a corrente na entrada da contatora é cortada, fazendo com que seu contato se abra e assim desligando-a, fazendo com que a porta pare instantaneamente.
Figura 13: CLP, fonte 24vcc e inversor de frequencia
Conforme a figura 13, a fonte tem a simples função de transformar a tensão de rede que é de 220V para 24V para o funcionamento do comando do logo, botoeiras e de fim de cursos onde antes eram feitas com tensão de 220V, fazendo com que se eliminem as possibilidades de choque elétrico.
O CLP tem a função de retardar a abertura ou fechamento da porta em 1 segundo, tempo este que foi programado para que haja mais segurança para os funcionários que ali trabalham. Também delimita um tempo Máximo calculado para que a porta abra ou feche, caso a porta não alcance o fim de curso neste tempo, o motor irá se desligar para que não haja nenhum tipo de acidente. E além dos comandos diretamente ligados a porta, o CLP controla mais dois acessórios que foram anexos a porta, o primeiro é uma cortina de ar que foi ligada a porta, fazendo com que toda vez que a porta concluir sua abertura total, e atingir o fim de curso, a cortina de ar é ligada, cortina está que irá soprar os resíduos ou sujeiras diversas que possam estar sobre o produto ou até sobre as roupas de funcionários e suas máquinas, está sujeira não pode entrar na câmara, então a cortina se encarregará de retirar. E o outro acessório é uma resistência que foi ligada ao CLP, está resistência foi instalada nas borrachas de vedação da porta, e se liga a partir do momento que a porta se fecha e toca o fim de curso de fechamento, a resistência tem a função de aquecer as borrachas de vedação e não deixar com que elas se congelem devido a baixa temperatura, pois caso as vedações da porta se congelem e a porta for aberta as borrachas irão se rasgar afetando a vedação das portas.
Inicalmente foi instalado o disjuntor trifásico, as fases foram ligadas ao disjuntor motor e ao inversor de frequencia, o disjuntor motor presente é responsável pela proteção da cortina de ar, que é acionada pela contatora presente no cirtuito. O inversor de frequencia é ligado de forma direta ao disjuntor trifásico pois o inversor faz o papel do disjuntor motor e da contatora, fazendo com que em caso de sobrecargas o inversor atue se desarmando e mostrando o erro em seu display, e fazendo o selamento e inversão das fases de forma programável.
Para a fonte 24Vcc, foi necessário ligar uma das fases a entrada da fonte, a fonte em trabalho transforma a tensão de 220 Vac em 24Vcc. Se faz necessário uma tensao de 24vcc para que, no comando do circuito, não haja riscos de choques elétricos e acidentes de grandes proporções, já que a tensão utilizada elimina quaisquer riscos, e a tensão de 24Vcc também é utilizada na entrada do CLP e do inversor.
Nas entradas do CLP são conectados os cabos de “positivo” e “negativo” respectivamente nas entradas “L+” e “M”, e as demais entradas, como o I1 que corresponde ao “stop”, que é o botão de emergência, o I2 que é o “start”, que é um contato aberto que com um pulso, inicia o ciclo de abertura ou fechamento da porta, I3 que corresponde ao sinal de “porta aberta” enviado pelo fim de curso acionado quando a porta se abre por completo, e o I4 que é o sinal de “porta fechada”, que é dado pelo sensor fim de curso acionado quando a porta esta totalmente fechada.
As saídas do CLP são representadas pela letra “Q” e funcionam como um contato aberto, foram utilizadas 4 saidas, Q1 é responsavel pelo comando de abertura da porta, que fecha contato entre o CLP e o 12 e 18 das entradas do inversor, fazendo com que o motor da porta seja ligado. O Q2 comanda o fechamento da porta, fazendo com que seja fechado contato entre o CLP e o 12 e 19 do inversor, e consequentemente, conforme a parametrização do inversor, o motor seja ligado, porém com duas fases invertidas, e assim a porta trabalhando no sentido contrário do caso do Q1. O Q3 é responsável por fechar contato e ligar as resistências da vedação da porta, que será acionado sempre e somente quando a porta estiver fechada. E por fim o Q4 que é responsável por acionar a cortina de ar, acionando a contatora e ligando as fases do motor da cortina, está cortina será ligada somente quando a porta estiver aberta, ou em processo de abertura, fazendo com que se crie uma “parede” de ar que diminui a troca térmica entre os setores divididos pela porta, e que não entrem impuresas para o lado de dentro da câmara.
O disjuntor monofásico foi utilizado para desligar a força das resistências, pois as resistências são ligadas pelo relé de acionamento, que recebe o comando do CLP, apos o sinal recebido o relé atua, ligando a fase do disjuntor diretamente às resistências.
Figura 14: Diagrama de comando
3.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO
Para maior segurança de todos, recentemente foi instalado na indústria 6 geradores de energia, que são alimentadosa diesel, que em caso de quedas de energia, estes geradores se ligam automaticamente alimentando todas as tomadas e luminárias da indústria, para no mínimo dar maior segurança, nestes casos para evitar problemas em locais perigosos e de difícil acesso. Este sistema de emergência alimenta também alguns motores de baixo consumo energético, como o motor da porta da câmara na qual foi automatizada, fazendo com que em casos de quedas de energia a porta não fique desligada com algum funcionário dentro da câmara, pois a baixa temperatura da câmara seria altamente prejudicial a saúde dos
mesmos, podendo até ser fatal. E para eliminar quaisquer chances de falha, foram instaladas várias luminárias de emergência e projetado uma porta de emergência dentro de todas as câmaras, porém este projeto está ainda somente em fase de análise, para que em qualquer falha se possa utilizar a porta de emergência, em que os funcionários possam sair de dentro da câmara abrindo a porta de forma manual.
3.4 DIAGRAMAS DE PROGRAMAÇÃO
Neste diagrama do comando da porta da câmara de congelamento conforme o programado no software “Logosoft” pretendo mostrar o pleno funcionamento da porta conforme o programado no CLP.
De início criou-se as entradas no diagrama, ou seja, o start, o stop, e os fins de cursos representados (de porta totalmente fechada e totalmente aberta), foram utilizadas portas OU e portas E (portas OU são aquelas que, com o sinal em somente uma das suas entradas, resultam na condução na saída, e portas E são aquelas em que há a necessidade do sinal em toda entradas para que a saída conduza), representando os comandos dados pelo CLP e a forma que devem atuar juntamente aos temporizadores, reset e as saídas.
As saídas foram estabelecidas conforme a necessidade do circuito e a disponibilidade do CLP Logo, que funcionam conforme o ciclo do circuito ocorre, ou seja, se na entrada o sinal for dado para que a porta feche, há algumas circunstâncias ligadas diretamente a possibilidade de fechar a porta, como por exemplo, neste caso, a porta somente fechara se houver um pulso na entrada do botão de start, se o botão de emergência estiver com o curcuito fechado (emergência não batida), se o fim de curso de “porta aberta” estiver acionado, e após essas condições estiverem conforme o planejado para a porta fechar, ai sim é temporizado o tempo programado para que ela inicie sua atuação, e o tempo programado para a duração da ação, necessitando de vários fatores para que as saídas atuem de forma correta.
Figura 15: Porta inicialmente fechada
A figura 14 representa a Porta parada, totalmente fechada, com o fim-de-curso de “porta fechada” acionado (I4), e as resistências da vedação da porta ligadasatuando após o fim de curso acionar, de acordo com o planejado.
Conforme a figura 15, após um pulso no “start” a porta é acionada para abrir, após 1 segundo a porta inicia sua abertura, (temporizado pelo B013), e as resistências se desligam a partir do momento em que o fim de curso de “porta fechada” é desacionado.
Figura 17: Porta concuindo sua abertura total
Logo após o fim-de-curso de “porta fechada” ser desacionado, figura 16, o temporizador B003 dá um tempo de 8 segundos para a porta se fechar e acionar o fim-de-curso de “porta aberta”, caso nestes 8 segundos este nao for acionado, a corrente do motor é cortada automaticamente para prevenção de algum possível acidente. E apartir do momento que a porta inicia sua abertura, a cortina de ar é ligada para a divisão de ambientes.
Figura 18: Porta totalmente aberta
Quando o fim-de-curso de “porta aberta” é acionado, figura 17, desliga-se o motor, parando a porta, porém a cortina de ar permanece ligada para que diminua a troca de temperatura e impurezas dos ambientes. E apartir do acionamento do sensor de “porta aberta” o temporizador B016 conta um tempo de 1 segundo de segurança para estabelecer um certo tempo de limite de acionamentos, ou seja , somente após este 1 segundo o CLP irá aceitar algum comando.
Figura 19: solicitação de fechamento da porta
Para fechar a porta novamente, se dá um pulso no “start” que é o I2, será contado um tempo de 1 segundo para que o fim-de-curso de “porta aberta” se desacione, a figura 18 mostra essa etapa, e após ser desacionado, inicia-se novamente uma contagem de 8 segundos para que o outro fim-de-curso de “porta fechada” seja acionado, caso contrário a porta se desligará automatimente após o tempo. A cortina de ar somente se desligará quando o fim-de-curso de porta fechada estiver acionado,ligando novamente as resistências da porta e iniciando novamente seu ciclo.
E no caso de durante o processo de abertura ou fechamento da porta o botão de emergência for acionado e a porta parar no meio do circuito dela, como no caso de algum acidente ou esmagamento, há um sistema criado para que a porta possa ser acionada, sem que algum dos fim-de-curso esteja acionado e funciona da seguinte maneira.Após a interrupção do sistema, o temporizador B016 conta 1 segundo, com um pulso no “start” (mesmo com o sistema parado e com a emergência acionada) o temporizador B013 conta mais 1 segundo, e assim ao desacionar a emergência (fechando o contato novamente), a porta automaticamente se abre em uma parcela de 2 segundos, pois caso se o fim-de-curso não for acionado em 2 segundos a porta para novamente, se nestes 2 segundos a porta não
se fechou por completo, se faz necessário repetir o processo novamente por mais uma ou duas vezes até que se abra por completo (conforme figuras 19, 20 e 21). Este dispositivo se faz necesscrio, pois quando a emergência é acionada, a porta ficará aberta, possivelmente com alguma coisa presa a ela, se fazendo necessário este sistema para que se possa retirar uma pessoa dentre as portas em um possível acidente. Resaltando que a cortina de ar não atua neste momento, logo, se utiliza este processo para previnir acidentes.
Figura 21: “start” sendo acionado
4.0 RESULTADOS OBTIDOS
Inicialmente com os testes realizados no software (Logosoft) verificou-se o pleno funcionamento do sistema, onde foram utilizados 4 (quatro) saídas, uma para abrir a porta, uma para fechar a porta, uma para ligar as resistências da porta, e uma para acionar as cortinas de ar, todo o processo foi demonstrado pelas figuras 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 e 21, ou na figura complementar nº 22, sendo que todas apresentaram o funcionamento de acordo com o planejado.
Figura 23: circuito de acionamento da porta conforme software.
E com o decorrer do processo de automação da porta, verificou-se também, porém não pelo software, mais sim pelo teste realizado diretamente na porta, que o funcionamento foi pleno, a porta funcionou corretamente em seu abrir, em seu fechar, nas situações de emergência os dispositivos utilizados funcionaram perfeitamente, o CLP se mostrou muito importante, muito útil dentro de várias situações ocasionadas pelos processos, a única dúvida que surgiu durante o processo de programação do CLP foi, “quando acionado o botão de emergência no meio do percurso da porta, ao retornar ao processo de funcionamento da porta, ela deve-se “abrir” ou “fechar” bom, haviam estas duas possibilidades, porém, visando a prevenção de complicações em casos de acidentes, a porta deveria se abrir após o sistema de emergência ser acionado, com a justificativa de que quando ela for
acionada pela emergência, a porta deve se abrir, para que nao se complique qualqer possivel situação de aceidente, como pode acontecer com um operador que pode vir a passar com ou sem a empilhadeira, e que se caso a porta se feche em algo, com este dispositivo pode-se abrir a porta e remover a mesma sem maiores complicações, eliminando a hipotese de “fechar a porta” somente pela justificativa de diminuir perca termica, pois neste casos extremos deve-se visar o bem estar de todos. (conforme figura 24).
Um dos principais resultados obtidos nesta implantação foi a viabilidade. Pois, no caso da Lar, que trabalha a muito tempo no ramo alimentício, um investimento de uma quantia menor que 2 mil reais, em troca de obtenção de agilidade e confiabilidade dos processos, menos manutenção, menores riscos de acidentes, e menor perda de frio em sua câmara de congelamento, torna altamente viável a implantação, sendo que, em decorrer de alguns meses, somente a economia de “frio” gerada pela porta, a implantação toda será “paga”.
Temos como exemplo desta redução de custos a diminuição da quantidades de manutenções corretivas efetuadas na porta a partir do mês de novembro, que foi o mês em que a porta recebeu sua implantação por completo, com a análise das ordens de serviço referentes a porta automatizada, pode-se obter os seguintes resultados:
Figura 24: Gráfico de manutenções e troca de componentes referentes à porta.
Considerando que novembro foi o único mês completo em que a implantação atuou sobre a porta, pois a porta autmatizada iniciou seu trabalho na segunda-feira dia 31 de outubro, os resultados obtidos no mês de novembro mostram claramente a brusca diminuição na quantidade de manutenções na porta, com somente 3 manutenções registradas neste mês e com somente uma troca de componentes,que
0 2 4 6 8
julho setembro novembro
Manutenções Troca de componentes
no caso dos mëses anteriores foi muito maior, como no mês anterior que foi de 6 manutenções registradas e 2 trocas de componentes e consecutivamente reduzindo o custo homem/hora e o custo da troca de componentes que no caso do mês de novembro a única troca foi de uma resistência flexível que já estava em mas condições de uso quando a porta foi automatizada.
Com a implantação deste projeto observam-se as seguintes vantagens:
Quadro elétrico organizado e de melhor acesso conforme figura 25;
Menor quantidade de manutenções em um determinado periodo de tempo;
Maior confiabilidade;
Segurança aos operadores;
Facilidade de modificações ou implantações no sistema;
Fácil manutenção;
Menor perda de carga térmica na câmara;
Diminuição da entrada de resíduos ou impuresas na câmara;
Evita a degradação da vedação da porta;
Diminuição das paradas dos processos devido aos descarrilamentos ou travamentos da porta;
Figura 25: Porta automatica Fonte:Danica
5.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os testes realizados no decorrer da implantação do sistema de automação da porta da câmara de congelamento, trazem melhorias no sistema atravez da implantação do CLP e do acionamento automático da resistência e da cortina de ar. São observadas melhorias operacionais e simplificação da manutenção de forma com que, quando a porta necessitar a manutenção, que ela seja breve e objetiva.
O exemplo prático mostrou que a aplicação, seguindo a metodologia, alcançou os resultados esperados, se mostrou viável, pois em uma empresa de grande porte como a Lar, pequenos investimentos em troca de agilidade dos processos é sempre lucrativo.
Dentre os resultados obtidos pode-se destacar a confiabilidade do sistema, pois com menor quantidade de paradas dos processos devido a falhas mecânicas ou elétricas, e menores perca de carga térmica, economizando muito em um pequeno periodo de tempo, a agilidade das manutenções e a fácil operação pelos trabalhores do setor, faz com que se torne útil e bem vinda a instalação nas demais portas da unidade.
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