Curso de Engenharia Mecânica
AUTOMAÇÃO DO SISTEMA DE DISPARO SEQÜENCIADO DE
CANHÃO DE AR COM MONITORAMENTO
Henrique Bassetto Gabos
Orientador: Prof. Paulo José Coelho Canavezi
Campinas – São Paulo – Brasil
Dezembro de 2008
2
Curso de Engenharia Mecânica
AUTOMAÇÃO DO SISTEMA DE DISPARO SEQÜENCIADO DE
CANHÃO DE AR COM MONITORAMENTO
Henrique Bassetto Gabos
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de
Curso, do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade São
Francisco, sob a orientação do Prof. Paulo José Coelho Canavezi,
como exigência parcial para conclusão do curso de graduação.
Orientador: Prof. Paulo José Coelho Canavezi
Campinas – São Paulo – Brasil
Dezembro de 2008
3
Automação do sistema de disparo seqüenciado de canhão de ar com
monitoramento
Henrique Bassetto Gabos
Monografia defendida e aprovada em 06 de Dezembro de 2008 pela Banca
Examinadora assim constituída:
Prof Paulo José Coelho Canavezi (Orientador)
USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.
Prof Dr Guilherme Bezzon
USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.
Prof Dr Sergio Adriani David
USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.
4
"Para uma tecnologia de sucesso, a realidade
deve ter prioridade sobre as relações públicas,
pois a Natureza não pode ser enganada."
( Richard Feynman )
5
A meus pais, por toda paciência dedicação e
carinho.
A minha namorada, carinho amor e compreensão.
6
.Agradecimentos
Agradeço primeiramente ao Professor Paulo Cannevezi, pela orientação.
Agradeço também aos meus Professores, companheiros de percursos e de discussões profícuas, dentro
e fora do contexto deste trabalho, pela paciência, conhecimento e amizade.
Agradeço aos técnicos e funcionários da USF pela colaboração na realização deste trabalho
Agradeço principalmente a minha namorada Flávia, pela ajuda e aos amigos que estavam sempre
disposto a discussões e sugestões.
7
Sumário
Lista de Siglas............................................................................................................................9
Lista de Figuras.......................................................................................................................10
Resumo.....................................................................................................................................11
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................12
1.1. Objetivo .......................................................................................................................13
1.2. Justificativa..................................................................................................................13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................................................14
2.1. Canhões de Ar .............................................................................................................14
2.2. Automação...................................................................................................................16
2.3. Lógica seqüencial ........................................................................................................17
2.4. Descrição do equipamento atual..................................................................................17
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL...........................................................................18
3.1. Descrição Funcional ....................................................................................................18
3.1.1. Manutenção segura ...............................................................................................18
3.1.2. Ajuste de campo....................................................................................................18
3.1.3. Monitoramento de defeito.....................................................................................19
3.1.4. Analise de custo ....................................................................................................20
3.1.5. Lógica de programação.........................................................................................20
3.1.6. Definição do controlador ......................................................................................22
3.1.7. Definição do pressostato .......................................................................................24
3.1.8. Arranjo de montagem ...........................................................................................24
3.2. Modelagem de Controle ..............................................................................................27
3.2.1. Grafcet...................................................................................................................27
3.3. Resultados....................................................................................................................28
4. Conclusão ..........................................................................................................................29
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...........................................................................30
8
Lista de Siglas
CLP
Controlado Lógico Programável
IHM
Interface Homem Máquina
CPU
Unidade Central de Processamento
Grafcet
Gráfico Funcional de Comando e a Etapa-Transição
NVRAM
Non-Volatile Random Access Memory
PID
Proporcional-Integral-Derivativo
LCD
Liquid Crystal Display
NA
Normal Aberto
NF
Normal Fechado
9
Lista de Figuras
FIGURA 1 – PRÉ-AQUECEDOR DE FORNO DE CIMENTO COM CANHÕES DE AR (FONTE:ARQUIVO MARTIN
ENGINEERING) ................................................................................................................................ 14
FIGURA 2 – DESENHO DO CANHÃO DE AR................................................................................................ 15
FIGURA 3 – DESENHO ARRANJO DE MONTAGEM ...................................................................................... 15
FIGURA 4 – ESTRUTURA BÁSICA DO CLP (FONTE: SILVEIRA & SANTOS, 1997)................................ 16
FIGURA 5 – ELEMENTOS DE UM GRAFCET (SILVEIRA & SANTOS, 1997) ................................................. 17
FIGURA 6 – SOFTWARE SPDSW ............................................................................................................. 20
FIGURA 7 – BLOCO DO TEMPORIZADOR (SPDSW,2000)......................................................................... 21
FIGURA 8 – BLOCO DE TRANSFERÊNCIA DE VARIÁVEIS (SPDSW,2000).................................................. 21
FIGURA 9 – ACESSO AO BANCO DE DADOS (SPDSW,2000) .................................................................... 22
FIGURA 10 – CONTATO / BOBINA (SPDSW,2000) ................................................................................... 22
FIGURA 11 – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ZAP500 ............................................................. 23
FIGURA 12 – PRESSOSTATO REGULÁVEL CONTATO NA/ NF ................................................................... 24
FIGURA 13 – PAINEL TRASEIRO DO CLP ZAP500 (CATÁLOGO HI TECNOLOGIA)..................................... 25
FIGURA 14 – PAINEL TRASEIRO DO CLP ZAP500 COM EXPANSÃO ZEM400 (CATÁLOGO HI TECNOLOGIA)
........................................................................................................................................................ 26
FIGURA 15 – ESQUEMA DE INTERLIGAÇÃO DO SISTEMA .......................................................................... 27
FIGURA 16 - LÓGICA SEQÜENCIAL GRAFCET .......................................................................................... 28
10
Resumo
Canhões de ar são utilizados em indústrias onde manuseiam matérias primas a granéis, tendo
como finalidade de desobstruir a passagem do material. O comando de disparos, que necessitam ser
seqüenciados, é realizado através de um controlador. Este trabalho teve como objetivo a automação
dos disparos seqüenciados dos canhões de ar e o monitoramento de defeitos, usando o CLP como
controlador das ações. Para tanto criou-se uma programação em ladder utilizando um software
computacional, que foi compilada e transferida ao CLP. Com isso observou-se que o CLP facilita a
implantação, aumenta a segurança operacional e oferece uma maior garantia de funcionamento.
Estes pontos atribuídos ao controlador são favoráveis, pois alem trazer tecnologia ao produto tem
melhor aceitação no mercado, não dependendo de dispositivos dedicados.
PALAVRAS-CHAVE: Controlador, CLP, Segurança operacional.
11
1. INTRODUÇÃO
A Indústria de base, também chamada indústria de bens de produção, inclui principalmente os
ramos siderúrgico, metalúrgico, petroquímico e de cimento. Há um grande fluxo de materiais a granel,
onde são transportados via correias transportadoras e armazenado em silos ou pilhas. Os materiais são
muitas vezes, argilosos, com pouca fluidez, causam o acúmulo nas paredes restringindo o fluxo de
materiais e afetando a produtividade. Problemas como estes ocorrem também nas fabricas de cimento,
onde o pó matéria prima do cimento entra em um forno rotativo e aglomera nas paredes refratárias.
A solução deste problema é utilizar os canhões de ar, instalados em posições estratégicas,
dando seus disparos de ar comprimido em alta velocidade, removendo o material acumulado para o
processo. A instalação de vários canhões de ar, com disparos seqüenciados com tempos pré definidos
em campo, melhora a eficiência do sistema.
12
1.1.
Objetivo
O objetivo deste trabalho é a automação dos disparos seqüenciados dos canhões de ar e o
monitoramento de defeito, usando o CLP como controlador das ações.
1.2.
Justificativa
Os canhões de ar geralmente são instalados em sistemas complexos, por isso a necessidade de
uma automação que controle seus disparos.
Com as indústrias modernizando seus processos cresce a exigência de monitorar e controlar o
funcionamento do sistema com CLP (Controlado Lógico Programável).
Este sistema comandado por CLP poderá ter mais mobilidade de aplicação para cada caso. As
vantagens são: possibilitar sinais que informam defeitos, flexibilidade de programa para cada
aplicação, ajustar os tempos no campo pela IHM (Interface Homem Máquina), usar disparo manual e
display de status.
O seqüenciador convencionalmente montado em quadros elétricos é muito restrito com pouca
possibilidade de adaptar-se a diversas aplicações.
13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1.
Canhões de Ar
Os canhões de ar de baixa pressão fabricados pela empresa Martin Engineering, são sistemas
que se tornaram um padrão mundial. Essa empresa oferece um método eficaz para melhorar o fluxo de
material, atuando mundialmente no fornecimento de soluções para tornar o manuseio de materiais a
granel mais limpo, seguro e produtivo.
Os canhões de ar são especialmente indicados para indústria de cimento. A aplicação deles
ocorrem em pré-aquecedores, resfriadores de clínquer ou em outros processos que requer alta
performance com resistência a temperatura e eficiência em materiais difíceis. Um exemplo de
funcionamento pode ser observado na Figura 2 que mostra os canhões instalados nas paredes do préaquecedor do forno de cimento:
Figura 1 – Pré-aquecedor de forno de cimento com canhões de ar (Fonte:Arquivo Martin Engineering)
Uma aplicação comum para os canhões de ar são as transferências em correias transportadoras.
Esse mecanismo facilita que um material flua de uma correia transportadora para outra. A quantidade
de canhões depende do tamanho das calhas e do tipo de material. Os canhões são instalados ao redor
do chute de transferência em uma seqüência de disparos de cima para baixo.
14
Os bicos de disparos são instalados na parede do chute, de modo que não crie saliência ou
canto na parte interna desse chute. A formação da saliência poderá provocar depósito ou choque de
material deformando ou até destruindo o bico ou tubo de descarga (Todd-Swinderman et al. 2002).
Independente da técnica utilizada para a instalação do canhão de ar, o ciclo de disparo deve ser
ajustado de acordo com cada condição. As variáveis serão o tipo de material, o desenho da calha, a
umidade e temperatura do local. Depois com os resultados obtidos sendo satisfatórios, os canhões
podem ser disparados com um timer automático, gerando um ciclo continuo retirando o material sem a
intervenção de pessoas da planta fabril (Todd-Swinderman et al. 2002).
O canhão de ar é composto de um reservatório podendo ser 150 ou 50 litros, válvula com saída
de 4 polegadas, pistão de 5 polegadas para uma abertura plena, de modo a esvaziar o reservatório em
menos de 1 segundo. Uma válvula solenóide é utilizada para acionar o disparo, que aciona a válvula de
exaustão rápida esgotando o ar da câmara do pistão, que com uma mola abre a válvula principal
disparando um golpe de ar.
O acionamento da bobina da válvula solenóide será gerado por um CLP. O canhão é
pressurizado em até 7 bar, armazenando até 1m³ de ar comprimido. O tempo do disparo ocorre em
menos de 1 segundo, gerando então um grande deslocamento de ar, com força suficiente para mover
materiais mesmo com altas densidades.
Na figura 2 mostra um canhão composto de reservatório, válvula principal e válvula de
exaustão rápida. Na figura 3 pode-se observar arranjo geral de montagem da tubulação de ar
comprimido.
Figura 2 – Desenho do canhão de ar
Figura 3 – Desenho arranjo de montagem
15
2.2.
Automação
O termo automação se difundiu desde a construção das primeiras máquinas e se consolidou
com a Revolução Industrial; portanto, automação está indissoluvelmente ligada á sugestão de
movimentos automáticos, repetitivos e mecânicos (SILVEIRA & SANTOS, 1998).
O CLP foi introduzido no inicio da década de 70, substituindo os quadros com as lógicas
eletromecânicas, a base de relés. Os relés ao serem acionados por bobinas, abrem ou fecham os
contatos, o que os tornam lentos e susceptíveis a desgaste. Com a ascensão da tecnologia dos
microprocessadores, foram desenvolvidos os controladores lógicos programáveis. Estes podem ser
programados e re-programados, utilizando a mesma estrutura de projeto que os relés, o que facilita a
introdução da tecnologia. (NATALE, 2005)
Dispositivos
de Entrada
E
N
T
R
A
D
A
CPU
S
A
I
D
A
Dispositivos
de Saída
Figura 4 – Estrutura básica do CLP (Fonte: SILVEIRA & SANTOS, 1997).
A figura 5 pode se explicada da seguinte maneira:
•
Dispositivos de entrada: sinais externos recebidos pelo CLP, pertencentes ao processo
controlado ou de comandos gerado pelo operador, exemplos: sensores, chaves e
botoeiras.
•
Dispositivos de saída: são os dispositivos controlados pelas saídas do CLP, podem
servir como intervenção direta do processo ou também para sinalização do estado no
painel, exemplos: sinaleiro, alarmes, contatores, display e válvulas.
•
CPU Unidade Central de Processamento: pode ser encarada como o “cérebro” que
controla todas as ações de um CLP e é constituída por um processador, memórias e um
sistema de interligação.
As decisões de controle de entradas e de saídas estão descritas no programa, gerado pelo
programador que através da linguagem entendida pelo CLP, efetua as ações desejadas. (SILVEIRA &
SANTOS, 1998).
16
2.3.
Lógica seqüencial
Algumas técnicas podem ser utilizadas para representar a lógica de funcionamento, por
exemplo; o uso de fluxogramas, de diagramas de variáveis do estado, de rede de Petri, de diagramas
trajeto-passo e de Grafcet. Entre as opções, a mais eficiente, neste caso pela facilidade de
interpretação, é o Gráfico Funcional de Comandos e a Etapa-Transição (Grafcet).
O Grafcet foi desenvolvido em meados dos anos 70, por um grupo de pesquisadores e gerentes
industriais franceses, após ser testado em companhias privadas e sistemas educacionais, mostrou ser
um fluxograma eficiente. Em 1988, foi regularizado pela norma francesa NF C03-190 e seu uso
industrial, desde então vem se ampliando. Esta ferramenta é útil para os projetistas na especificação de
projetos de automação. (SILVEIRA & SANTOS, 1997)
Um Grafcet é um modelo de representação gráfica do comportamento da parte de comando de
um sistema automatizado. Ele é constituído por uma simbologia gráfica com arcos orientados, que
interligam etapas e transições. A interpretação das variáveis de entrada da parte de comando é
caracterizada como as receptividades das ações de saída. (GEORGINI, M. , 2000)
Etapa
E1
LIGA
Ação
Transição
t
Arcos
E1
Etapa
DESLIGA
Figura 5 – Elementos de um Grafcet (Silveira & Santos, 1997)
2.4.
Descrição do equipamento atual
No equipamento atual para o disparo seqüenciado é utilizado um temporizador
microprocessado. Ele tem como ajuste apenas o tempo entre ciclos, tempo entre disparos, e o tempo de
energização das saídas.
Este seqüenciador é limitado, pois não tem a possibilidade de disparo manual para manutenção
dos equipamentos e quando o disparo está com defeito não tem como ser diagnosticado. Outro ponto
negativo é que por ter poucos ajustes fica limitado quanto a aplicação do sistema.
17
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
O painel seqüenciador será controlado por um CLP do fabricante HI TECNOLOGIA modelo:
ZAP900. Este CLP conta com 8 entradas digitais e 8 saídas digitais, com IHM (Interface Homem
Máquina).
Para a definição do CLP, levou-se em consideração a quantidade de entradas e saídas. Além de
avaliar a possibilidade de expansão para mais 8 saídas. Por ser um fabricante nacional o custo
beneficio deste CLP também foi analisado.
3.1.
Descrição Funcional
3.1.1. Manutenção segura
O equipamento é constituído de um vaso de pressão de 150 litros que trabalha com uma
pressão de até 7 bar, seguindo normas de segurança NR 13.
A manutenção pode ser garantida e segura quando todos os reservatórios dos canhões estão
despressurizados. Para isso temos o dispositivo no painel que dispara os canhões manualmente. O
procedimento da manutenção será descrito pelo seguinte:
1- Fechar a válvula geral de abastecimento de ar comprimido.
2- Posicionar a chave do painel em manutenção, disparar todos os canhões manualmente.
3- Bloquear a válvula de abastecimento e a energia elétrica do painel.
4- Verificar o display manutenção segura.
Este procedimento é importante, pois quando há necessidade de manutenção no silo ou onde
estiver instalado o canhão, a segurança do operador que irá entrar nesta área de risco tem que ser
garantida.
3.1.2. Ajuste de campo
Quando ligado na posição automático o CLP funcionará autônomo com o uso dos parâmetros
gravados na memória não volátil do tipo NVRAM e sendo realimentado com a resposta do canhão
18
disparado. Esta memória permite que os dados inseridos não se percam quando o equipamento for
desenergizado.
Os parâmetros a serem inseridos através da IHM são: tempo entre disparos, tempo entre ciclos,
tempo do pulso no solenóide e quantidade de canhões. Estas funções facilitam a operação uma vez que
no campo devem ser ajustados os parâmetros, dependendo do desempenho dos canhões.
Para ajustar os parâmetros, pressiona-se a tecla zero aparecerá a mensagem no display: “digite
o tempo entre disparos:” o que deverá ser feito no teclado da IHM. Depois de inserido o primeiro valor
os outros também serão solicitados.
A qualquer momento ao pressionar a tecla 4, ativa o status do controlador, mostrando no
display o tempo entre disparo, tempo entre ciclo e a quantidade de canhões, trocando a cada dois
segundos.
3.1.3. Monitoramento de defeito
Para o monitoramento de defeitos será instalado um pressostato no reservatório de cada
canhão, quando o canhão é disparado conseqüentemente a pressão do reservatório é reduzida por
alguns instantes. Atuando o pressostato que fecha um contato mandando sinal na entrada do CLP.
O programa gravado no CLP tem a seguinte lógica:
- o CLP envia um pulso elétrico para a válvula solenóide, que dispara o canhão e aguarda
pulso na entrada enviada pelo pressostato.
- Caso receba um pulso do pressostato correspondente funcionamento normal
- Caso não receba o pulso do pressostato correspondente defeito no equipamento podendo ser
no canhão ou no pressostato. Para este caso a saída de defeito é acionada.
O CLP terá uma porta de saída destinada a enviar um sinal de defeito. Este sinal poderá ser
interligado ao CLP central da planta, utilizado para identificar problemas no sistema.
Este tipo de monitoramento torna-se muito importante uma vez que nas grandes companhias,
existem cada vez menos operadores observando o processo e mais automação com controle malha
fechada em centrais de controle.
19
3.1.4. Analise de custo
O custo do CLP modelo ZAP900 com expansão ZEM400 que foi avaliado em R$1.400,00,
somando R$120,00 do painel totaliza R$1.520,00 reais. O modelo atual tem custo de R$1.120,00
tornando viável a melhoria do sistema contando com as vantagens descritas deste trabalho.
3.1.5. Lógica de programação
O programa utilizado para este projeto é o SPDSW, produzido pela HI Tecnologia. Neste
mesmo software executada a programação do CLP e da Inteface Homem Maquina (IHM).
Utilizando um ambiente de programação e supervisão totalmente integrados, o ZAP500 dispõe
de um conjunto completo de blocos de controle, operações em ponto flutuante, blocos PID, subrotinas,
interface de encoder’s, contadores rápidos etc.
A comunicação do CLP com o Software é feita através do canal de comunicação serial
configurado para operação com RS232-C do computador para o CLP.
Figura 6 – Software SPDSW
20
O software SPDSW tem a programação no tipo ladder, uma linguagem comum entre os
fabricantes de CLP. Mesmo sendo a primeira linguagem destinada especificamente a programação de
CLPs, a Linguagem Ladder mantém-se ainda como a mais utilizada, estando presente praticamente em
todos os modelos disponíveis no mercado. Por ser uma linguagem gráfica, baseada em símbolos
semelhantes aos encontrados nos esquemas elétricos (contatos e bobinas), facilita na implantação para
os projetos já existentes.
Os blocos mais utilizados são os contatos e as bobinas. Neste trabalho foram usados alguns
blocos específicos como:
TMP: Este bloco é responsável pela temporização de eventos dentro de um programa. Ele
opera, basicamente, ativando a saída após a contagem de um tempo pré-programado. Este tempo é
especificado no parâmetro P2 e seu valor é dado em múltiplos de 0,01 seg, ou seja, um intervalo de
1 segundo será contabilizado se o valor de P2 for igual a 100. Como o parâmetro P2 deve ser do tipo
inteiro (M ou K).
Figura 7 – Bloco do temporizador (SPDSW,2000)
MOV: Este elemento possibilita a inicialização de valores de memórias, a transferência de
dados entre memórias, textos, entradas e saídas do CLP e a conversão de tipos de dados entre vários
formatos. Este único bloco implementa funcionalidade normalmente encontrada em vários blocos de
outros CLP´s do mercado. Essencialmente o bloco de movimentação transfere o valor do operando P1
para o operando P2.
Figura 8 – bloco de transferência de variáveis (SPDSW,2000)
SCB: A função deste bloco é viabilizar o acesso ao Banco de Dados em Flash (DB Flash), ou
seja, ler ou gravar um registro de dados do BD para a base de dados do CLP. Considera-se como
registro de dados uma combinação qualquer de variáveis do tipo R, M ou D.
21
Figura 9 – Acesso ao banco de dados (SPDSW,2000)
Contato e Bobina: O contato é um elemento que funciona como uma chave, normalmente
aberta de um relé. Se a bobina do relé estiver desenergizada, o contato estará aberto interrompendo o
circuito lógico. Se a sua bobina estiver energizada, o contato estará fechado, deixando que o circuito se
complete através dele.
A bobina tem o objetivo de funcionar como uma bobina de um relé, quando energizada aciona
os contatos relacionados a ela, como mostrado na figura 11.
Figura 10 – contato / bobina (SPDSW,2000)
3.1.6. Definição do controlador
O ZAP500 é um dos membros da família de controladores industriais desenvolvidos pela HI
Tecnologia. Acompanhando a tendência de mercado dos controladores integrados de pequeno porte, o
ZAP500 incorpora tecnologia de hardware, design, interface homem-máquina e completo suporte de
programação, aliado ao mais baixo custo do mercado para equipamentos desta categoria.
Em sua configuração básica o ZAP500 possui 6 entradas digitais (1 canal para encoder ou
contador rápido, 2 canais p1 contato seco), 4 saídas digitais a transistor tipo PNP além de 10 led’s
programáveis, O canal de comunicação serial pode ser configurado para operação com RS232-C
Rs422 ou RS485 permitindo operação em rede multidrop. Opcionalmente pode ser fornecido com um
segundo canal serial RS232-C.
22
Equipado com interface Homem/máquina o ZAP 500 possui um teclado de 15 teclas, sendo
que dez delas podem operar como teclas de função programáveis com led’s associados, e um display
alfa-numérico de 16 caracteres por 2 linhas como mostrado na figura 12.
Um módulo de expansão de I/O adapta o equipamento para as mais diversas aplicações nas
áreas de controle de máquinas e processos de pequeno porte.
Figura 11 – Controlador Lógico Programável ZAP500
O controlador ZAP500 - série II possui as seguintes características funcionais:
· Relógio de tempo real com calendário opcional (tempo de retenção típico sem alimentação de 5
anos);
· Supervisão de hardware via Watch Dog Timer;
· Memória de programa tipo Flash ROM com 128 Kbytes
· Memória de dados tipo RAM estática com 32 Kbytes;
· Memória de dados retentiva tipo NVRAM opcional com 8 Kbytes (duração 5 anos típico);
· Banco de dados de 16 Kbytes de Flash ROM para gravação de receitas da aplicação;
· Um canal de comunicação serial (COM1, conector DB9 fêmea), configurável para operar como
RS232-C (incluindo linhas de controle de Modem), RS422 (opcional) ou RS485 (operando em rede
multidrop);
· Um canal de comunicação serial (COM2, conector RJ12), opcional, para operar somente como
RS232-C;
· Tempo médio de execução de instruções lógicas, 1,08 uS / instrução;
· Interface Homem-Máquina local com teclado numérico de 15 teclas, incluindo teclas de função e
led´sprogramáveis;
· Display LCD alfanumérico de 2 linhas x 16 colunas com "back light";
· Recursos de Comunicação remota via modem e rádio-modem. (catálogo HI Tecnologia)
23
3.1.7. Definição do pressostato
O pressostato que será instalado no reservatório do canhão de ar tem a função de retornar a
informação que o canhão foi disparado. Sendo a pressão de ajuste será de 5 bar que é a pressão de
trabalho do canhão de ar.
A lógica de funcionamento do monitoramento dos disparos será:
1 – O CLP energiza a bobina solenóide da válvula.
2 – Quando o canhão disparar, o reservatório esvazia e o pressostato por alguns segundos fica
acionado.
3 – O CLP recebe o sinal do pressostato através de uma entrada, assim será diagnosticado o
funcionamento normal do equipamento.
Com este procedimento, será executado a verificação do real disparo do canhão, caso o canhão
não dispare o CLP terá o diagnostico e enviará um sinal de saída.
Figura 12 – Pressostato regulável contato NA/ NF
3.1.8. Arranjo de montagem
O sistema é interligado entre seus componentes através de mangueira ou cabos elétricos. No
campo é disponibilizado um ponto de ar comprimido com no mínimo 6 bar.
O manifold é ligado por meio de mangueira até sua entrada e distribuído para cada válvula
solenóide, após as válvulas com espigão e abraçadeira é conectado a mangueira de borracha com 3/8”
de espessura interna até cada Canhão de Ar.
A alimentação elétrica é feita no quadro elétrico ligando a fonte do CLP. Na alimentação
elétrica a fonte é ligada na entrada de 24Vcc do CLP nos bornes X1-6 e X1-7, como mostrado na
figura 14 com legenda na tabela 1:
24
Figura 13 – Painel traseiro do CLP Zap500 (catálogo HI Tecnologia)
Tabela 1 – Legendas dos bornes basicos (catálogo HI Tecnologia)
Borne
ID
Canal
Tipo de sinal
X2-7
O13
O0013
Saída Digital
X2-6
O12
O0012
Saída Digital
X2-5
O11
O0011
Saída Digital
X2-4
O10
O0010
Saída Digital
X2-3
O(+)
X2-2
I5
X2-1
Observação
Isolada, Transistor, 500 ma max, tipo
PNP com
proteção contra curto circuito
Isolada, Transistor, 500 ma max, tipo
PNP com
proteção contra curto circuito
Isolada, Transistor, 500 ma max, tipo
PNP com
proteção contra curto circuito
Isolada, Transistor, 500 ma max, tipo
PNP com
proteção contra curto circuito
Referência positiva p/
saídas
Sinal de tensão de 5 a 30 VDC
I0005
Entrada Digita
Entrada tipo contato seco p/ 0V. Não
isolada
I4
I0004
Entrada Digita
X1-7
I3
I0003
Entrada Digita
X1-6
I2
I0002
Entrada Digita
X1-5
I1
I0001
Entrada Digita
X1-4
I0
I0000
Entrada Digita
X1-3
I(-)
X1-2
0V
X1-1
.+VDC
Referência negativa p/
entradas
0V da alimentação do
controlador
12 a 30 VDC
Isolada, Tipo PNP, 10 ma de consumo
Tip, 28V Max.
Isolada, Tipo PNP, 10 ma de consumo
Tip, 28V Max.
Isolada, Tipo PNP, 10 ma de consumo
Tip, 28V Max.
Isolada, Tipo PNP, 10 ma de consumo
Tip, 28V Max.
0V
Tipicamente 24 VDC
25
Tabela 2 – Legendas dos bornes do módulo de Expansão ZEM400 (catálogo HI Tecnologia)
Borne
ID
Canal
Tipo de sinal
X4-10
E7
AIN7
Entrada analógica 7
X4-9
E6
AIN6
Entrada analógica 6
X4-8
E5
AIN5
Entrada analógica 5
X4-7
E4
AIN4
Entrada analógica 4
X4-6
X4-5
X4-4
X4-3
E3
E2
E1
E0
AIN3
AIN2
AIN1
AIN0
Entrada analógica 3
Entrada analógica 2
Entrada analógica 1
Entrada analógica 0
Comum das entradas
analóg.
Saída analógica 1
Saída analógica 0
Comum das saídas
analóg.
Referência comum a todas
entradas analógicas
Canal gerador de freqüência
(opcional)
X4-2
X4-1
X3-10
AGND
S1
S0
X3-9
AOUT1
AOUT0
AOGND
X3-8
O19
DOUT3
Saída digital 3
X3-7
X3-6
X3-5
X3-4
X3-3
X3-2
X3-1
O18
O17
O16
I11
I10
I9
I8
DOUT2
DOUT1
DOUT0
DINP3
DINP2
DINP1
DINP0
Saída digital 2
Saída digital 1
Saída digital 0
Entrada digital 3
Entrada digital 2
Entrada digital 1
Entrada digital 0
Observação
Figura 14 – Painel traseiro do CLP Zap500 com expansão ZEM400 (catálogo HI Tecnologia)
26
A montagem do sistema completo pode ser demonstrada na figura abaixo:
Figura 15 – Esquema de interligação do sistema
Na figura 16 pode-se observar a interligação dos componentes do sistema. O quadro CLP é
alimentado com tensão de 110/220V e a saída deste quadro pode ser feita com um cabo do tipo
multicabo, levando o sinal de saída do CLP para cada solenóide. Este mesmo quadro recebe cabos
vindo de cada pressostato que será instalado no reservatório do canhão de ar.
O quadro de solenóides, além de receber o cabo elétrico, tem como saída, mangueiras de
borracha que ligam as válvulas até o canhão de ar.
Esses dois quadros em seqüência, trabalhando juntos, são essenciais para o controle e bom
funcionamento do sistema.
3.2.
Modelagem de Controle
3.2.1. Grafcet
Neste trabalho é utilizada a lógica seqüencial conforme mostrado na figura 17.
Exemplificando este controle através do Grafcet temos na etapa 1, o acionamento da primeira
solenóide. Na transição para etapa 2 temos o tempo entre disparos e o recebimento do sinal do
pressostato1. Para as etapas subseqüentes, até etapa 8, essa mesma lógica é repetida.
27
Após a etapa 8, a transição é dada a partir do tempo entre ciclos, que normalmente é maior que
os outros tempos, iniciando-se assim a etapa 1 novamente, formando um ciclo contínuo.
CHAVE A AUTOMATICO
SOLENÓIDE 1
E1
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 1
SOLENÓIDE 2
E2
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 2
SOLENÓIDE 3
E3
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 3
SOLENÓIDE 4
E4
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 4
SOLENÓIDE 5
E5
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 5
SOLENÓIDE 6
E6
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 6
SOLENÓIDE 7
E7
TEMPO C E PULSO PRESSOSTATO 7
SOLENÓIDE8
E8
TEMPO E E PULSO PRESSOSTATO 8
Figura 16 - Lógica Seqüencial Grafcet
3.3.
Resultados
Neste trabalho foi possível obter um excelente resultado da operação, uma vez que com o uso
do CLP foi possível controlar e monitorar o funcionamento do equipamento, que neste caso simula
disparos seqüenciados de canhões de ar.
Como a lógica de funcionamento é flexível em forma de software, num programa aberto,
facilita a customização das aplicações. Por ter uma interface de fácil manipulação, os dados do sistema
28
a serem implantados são inseridos com maior rapidez e com informações auto-explicativas no display.
Não necessitando um treinamento prévio de operação.
O programa do CLP também foi projetado para comunicar-se com os CLPs centrais indicando
os status e alarmes.
Neste sistema é possível realizar o disparo automático, e modo manual, utilizado quando o
sistema na posição manutenção. Na IHM é mostrado quando todos os reservatórios estão
despressurizados autorizando uma manutenção segura, assim não haverá risco que o canhão dispare
em momentos indesejáveis.
A garantia de que o sistema está funcionando, ocorre por ter um intertravamento com o sinal de
feedback fornecido pelo pressostato. Essa melhoria pode ser essencial para uma aplicação onde à
parada do canhão resulte em um problema maior no processo.
Em comparação com os sistemas antigos, a melhoria ocorreu nos aspectos: maior tecnologia,
segurança, confiabilidade e facilidade de set-up. Entretanto seu custo é em torno de 20% maior quando
comparados com o controlador antigo.
4. CONCLUSÃO
- Neste trabalho pode concluir-se que o CLP facilita a implantação, aumenta a segurança
operacional e oferece uma maior garantia de funcionamento.
- Estes pontos atribuídos ao controlador são favoráveis, pois além de trazer tecnologia ao
produto tem melhor aceitação no mercado.
29
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SILVEIRA, R. P. & SANTOS, W. E. Automação e controle discreto. Editora Érica: São Paulo, ed.7,
2006, p. 229.
GEORGINI, M. Automação aplicada: Descrição e implementação de sistemas seqüenciais com CLPs.
Editora Érica: São Paulo, ed.6, 2000, p.236.
TODD-SWINDERMAN, R.; LARRY, P. E.; GOLDBECK, J. & MARTI, A. D. Foundations: The
practical resource for total dust & material control. Martin Engineering: Neponse, Illiois, 2002, p. 216.
NATALE, Ferdinando. Automação industrial. 7. ed. São Paulo: Érica, 2005. 234 p.
FIALHO, Arivelto Bustamante. Instrumentação industrial: conceitos, aplicações e análises. 3. ed. São
Paulo: Érica, 2005. 276 p.
HI TECNOLOGIA Disponível no site:www.hitecnologia.com.br [25/09/08]
SPDSW. Versão 2.2.04, 2008 Copyright por HI Tecnologia
30