BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

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1 BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO GABRIEL GRILLO COSTA ELABORAÇÃO DE UM CONTROLE DISCRETO DE UM SISTEMA ELETROPNEUMÁTICO Campos dos Goytacazes/ RJ Março/2012 GABRIEL GRILLO COSTA

2 ELABORAÇÃO DE CONTROLE DISCRETO DE UM SISTEMA ELETROPNEUMÁTICO Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Campos, como requisito para conclusão do curso de Engenharia de Controle e Automação. Orientador: Prof. M.Sc. Eugênio Naegele. Campos dos Goytacazes/ RJ Março/2012 GABRIEL GRILLO COSTA

3 ELABORAÇÃO DE CONTROLE DISCRETO DE UM SISTEMA ELETROPNEUMÁTICO Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Campos, como requisito para conclusão do curso de Engenharia de Controle e Automação. Orientador: Prof. M.Sc. Eugênio Naegele. Aprovada em de de Banca Avaliadora: Profº. Eugênio Naegele (Orientador) Mestre em Engenharia Elétrica UFES Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense Campus Campos- Centro Profº. Leonardo Cardoso Mestre em Engenharia de Produção Cândido Mendes Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense Campus Campos- Centro Profº. Sergio Assis Galito de Araújo Mestre em Engenharia Mecânica UFF Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense Campus Campos- Centro Campos dos Goytacazes/ RJ Março/2012

4 2 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por estar realizando este projeto; Aos meus familiares, especialmente aos meus pais Zanete e Nivalnyr, pelo incentivo e apoio incondicional em tudo; A minha namorada Gabriela por acompanhar-me em todos os momentos; Aos professores pelo profissionalismo e dedicação em seus ensinamentos; A república Porcão; Por fim, ao Instituto Federal Fluminense pelo suporte para os estudos.

5 3 RESUMO Os sistemas pneumáticos, além das suas vantagens naturais como sistema limpo, por exemplo, apresentam também múltiplas formas de programação. Este trabalho visa implementar de duas formas distintas uma programação para seleção de peças pela cor em um sistema pneumático presente no IFF Instituto Federal Fluminense. A partir dessa ideia será analisado o melhor método para a programação e como a mesma será elaborada devido às características do sistema. Entendida as características do sistema elabora-se o diagrama Trajeto passo e posteriormente inicia-se a programação utilizando os softwares FST e Festo FluidSim. Será mostrado passo a passo como é realizada as configurações e programações. Por fim, realizam-se as configurações físicas para funcionamento do sistema e concluise com análise das duas formas programadas. Palavras-Chave: Sistema pneumático, Festo FluidSim, Festo EasyPorts, FST, Ladder..

6 4 ABSTRACT Pneumatic systems in addition to its natural advantages as a clean system, for example, also have multiple forms of programming. This work aims to implement in two different ways to program a selection of pieces by color in a pneumatic system present in the IFF Instituto Federal Fluminense. From this idea will be considered the best method for programming and how it will be developed due to the characteristics of the system. Understanding the characteristics of the system is drawn up the diagram Trajeto passo and then begins programming using the FST software and Festus FluidSim. It will be shown step by step as it is done the settings and schedules. Finally, take place settings for physical functioning of the system and concludes with an analysis of two forms programmed Keywords: Pneumatic system, Festo FluidSim, Festo EasyPorts, FST Ladder.

7 5 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO JUSTIFICATIVA DESCRIÇÃO DO PROBLEMA ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO METODOLOGIA ESTADO DA ARTE E REVISÃO BIBIOGRÁFICA ESTADO DA ARTE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SISTEMA PNEUMÁTICO BOTOEIRA ELÉTRICA SENSOR DE PRESSÃO SENSORES DE INÍCIO E FIM DE CURSO SENSOR ÓPTICO ATUADOR PNEUMÁTICO VÁLVULA DIRECIONAL UNIDADE DE CONDICIONAMENTO DE AR COMPRIMIDO UNIDADE DE POTÊNCIA UNIDADE DE CONTROLE FESTO FLUIDSIM E FESTO FST LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO DESCRIÇÃO DO SISTEMA CARACTERÍSTICAS DA ESTRUTURA FÍSICA ESTRUTURA FÍSICA FUNCIONAMENTO DO SISTEMA MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO DIAGRAMA TRAJETO PASSO MÉTODO INTUITIVO MÉTODOS CASCATA E SEQUÊNCIA MÍNIMA MÉTODOS PASSO-A-PASSO E SEQUÊNCIA MÁXIMA DESENVOLVIMENTO DA PROGRAMAÇÃO DIAGRAMA TRAJETO PASSO PROGRAMAÇÃO SEQUÊNCIA MÁXIMA... 42

8 LIGANDO OS SOFTWARES INÍCIO DO SISTEMA AVANÇO CILINDRO 1A PERCEPÇÃO DO SENSOR AVANÇO ATUADOR SEMIROTATIVO GERAÇÃO DE VÁCUO RETORNO ATUADOR SEMIROTATIVO LIBERAÇÃO DE VÁCUO AVANÇO ATUADOR SEMIROTATIVO PARA LIBERAÇÃO AVANÇO DA PONTE AVANÇO ATUADOR VERTICAL GERAÇÃO DE VÁCUO RETORNO ATUADOR VERTICAL RETORNO DA PONTE LIBERAÇÃO DE VÁCUO 2 E RETORNO 2 DO SEMIROTATIVO FINALIZAÇÃO DO SISTEMA CONFIGURAÇÃO COM O SISTEMA REAL CONCLUSÃO SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 90

9 7 LISTA DE FIGURA Figura 1 - Sistema de automação pneumático: a) Esboço do equipamento (FESTO, 199-); b) Diagrama Trajeto-passo; c) Sistema pneumático puro; d) Sistema eletro-pneumático; e) Sistema pneutrônico Figura 2 - Placa com 3 botoeiras (FESTO) Figura 3 Sensor analógico de pressão (FESTO, 2011) Figura 4 Sensor de início/fim de curso (FESTO, 2011) Figura 5 Sensor óptico (FESTO, 2011) Figura 6 Cilindro linear de dupla ação (FESTO, 2011) Figura 7 Número de posições da válvula direcional Figura 8 Número de vias de válvulas direcionais Figura 9 Tipos de acionamento da válvula direcional Figura 10 Válvula direcional FESTO Figura 11 Conjunto filtro regulador Festo Figura 12 Reservatório de ar comprimido Figura 13 Compressor pneumático FESTO Figura 14 CLP Festo Didactics Figura 15 Hardware Festo EasyPorts Figura 16 Placa de aquisição de sinais Festo Figura 17 Esquema de funcionamento Festo EasyPorts e Placa de aquisição Figura 18 Tela do software Festo FluidSim Figura 19 Software Festo FST Figura 20 Simbologia de elementos Pneumáticos no FluidSim Figura 21 Simbologia elementos elétricos no FluidSim Figura 22 Programação em Ladder Figura 23 Contato, Bloco Funcional e Bobina no diagrama de escada Figura 24 Vista superior da ligação física do sistema Figura 25 Vista frontal da ligação física do sistema Figura 26 Vista esquemática superior do sistema Figura 27 Diagrama trajeto passo Figura 28 Método intuitivo de um sistema puramente pneumático Figura 29 Método intuitivo de um sistema eletropneumático Figura 30 Esquema de ligação do método cascata

10 8 Figura 31 Método cascata Figura 32 Esquema de ligação do método sequência mínima Figura 33 Método sequência mínima Figura 34 Diagrama de funções do método passo-a-passo Figura 35 Método passo-a-passo Figura 36 Esquema elétrico dos passos Figura 37 Método sequência máxima Figura 38 Diagrama trajeto passo do sistema Figura 39 Página inicial FST Figura 40 Criando um programa Figura 41 Escolha do tipo da programação Figura 42 Escolha da família do controlador Figura 43 Escolha da linguagem Figura 44 Programa pronto para inserção da lógica Figura 45 Página inicial Festo FluidSim Figura 46 Software Pronto para Programação Figura 47 Vista lateral da rampa Figura 48 Avanço do cilindro 1A com início do sistema (Ladder) Figura 49 Avanço do cilindro 1A com início do sistema (Festo FluidSim) Figura 50 Vista superior do cilindro 1A Figura 51 Percepção do sensor (Ladder) Figura 52 Percepção do sensor (Festo FluidSim) Figura 53 - Vista superior do sensor Figura 54 Avanço atuador semirotativo (Ladder) Figura 55 Avanço semirotativo (Festo FluidSim) Figura 56 Vista frontal do semirotativo no avanço Figura 57 Geração de vácuo (Ladder) Figura 58 Geração de vácuo (Festo FluidSim) Figura 59 Vista frontal do semirotativo na atuação do vácuo Figura 60 Retorno semirotativo (Ladder) Figura 61 Retorno semirotativo (Festo FluidSim) Figura 62 Vista frontal do semirotativo no retorno Figura 63 Liberação de vácuo (Ladder) Figura 64 Liberação de vácuo (Festo FluidSim)

11 9 Figura 65 Vista frontal do semirotativo na liberação de vácuo Figura 66 Choque mecânico Figura 67 Avanço semirotativo para liberação (Ladder) Figura 68 Avanço semirotativo para liberação (Festo FluidSim) Figura 69 Vista frontal do semirotativo para avanço sem a peça Figura 70 Avanço da ponte (Ladder) Figura 71 Avanço da ponte (Festo FluidSim) Figura 72 Vista frontal da ponte para início do avanço Figura 73 Avanço do atuador vertical (Ladder) Figura 74 Avanço do cilindro vertical (Festo FluidSim) Figura 75 Vista frontal da ponte para início da descida do cilindro vertical Figura 76 Geração de vácuo 2 (Ladder) Figura 77 Geração de vácuo 2 (Festo FluidSim) Figura 78 Vista frontal do cilindro vertical avançado para geração de vácuo Figura 79 Retorno do atuador vertical (Ladder) Figura 80 Retorno do atuador vertical (Festo FluidSim) Figura 81 Vista frontal do cilindro vertical no fim do retorno Figura 82 Retorno da ponte (Ladder) Figura 83 Retorno da ponte (Festo FluidSim) Figura 84 Vista frontal da ponte para inicio do retorno Figura 85 Segunda liberação de vácuo e segundo retorno do semirotativo (Ladder) Figura 86 Segunda liberação de vácuo e segundo retorno do semirotativo (Festo FluidSim) Figura 87 Vista frontal da ponte para liberação do reservatório Figura 88 Vista frontal da ponte para liberação na rampa Figura 89 Vista frontal do semirotativo.no segundo retorno Figura 90 Selo de SET (Ladder) Figura 91 Selo de SET e RESET (Festo FluidSim) Figura 92 Peça caindo no reservatório vista traseira da ponte Figura 93 Peça caindo e deslizando na rampa vista traseira da ponte Figura 94 Desliga do sistema (Ladder) Figura 95 Desliga do sistema (Festo FluidSim) Figura 96 Reset do sistema (Ladder)

12 10 Figura 97 Reset do sistema (Festo FluidSim) Figura 98 Configuração física CLP Figura 99 Compilando o programa Figura 100 Download do programa para o CLP Figura 101 Colocando o programa online Figura 102 Configuração física hardware de aquisição Figura 103 Alimentação EasyPorts Figura 104 Configuração física EasyPorts Figura 105 Definição da aplicação utilizada no EzOPC Figura 106 Identificação do EasyPorts Figura 107 Iniciando comunicação do FluidSim via OPC Figura 108 Escolha do protocolo de comunicação Figura 109 Implementação do EasyPorts no FluidSim Figura 110 Programação em Ladder do sistema no FST Figura 111 Lógica de programação completa no Festo FluidSim Figura 112 Distribuição dos elementos pneumáticos no Festo FluidSim para simulação

13 11 1. INTRODUÇÃO O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um controle discreto de um circuito eletropneumático comandado por CLP, com programação em Ladder, e FESTO EasyPorts, com programação do FluidSim, para seleção de peças. O controle realizado no software é feito com o auxílio de um hardware de aquisição de sinais. A opção pela pneumática se deve ao fato desta apresentar um potencial de desenvolvimento tecnológico e científico na área de automação e controle. O ar comprimido e a tecnologia pneumática são de fácil acesso, transporte, armazenamento e custo vantajoso. Além disso, possui fácil integração com dispositivos eletrônicos de comando, informática e microprocessamento, viabilizando o uso de técnicas de automação e controle. A elaboração do projeto requer a utilização de elementos pneumáticos, CLP, microcomputador e seus respectivos componentes para interligação, como cabos e mangueiras. Neste contexto, este trabalho mostra a análise do sistema existente para realizar a programação pelo CLP e Festo EasyPorts e assim controlar um sistema automático com a função de selecionar peças pela cor. Os dados dos sensores do sistema são enviados ao CLP e ao Festo EasyPorts, enquanto as respectivas lógicas de programação fazem o controle automático. Por fim, os dados obtidos do uso dos dois tipos de controle são relacionados mostrando suas vantagens e desvantagens OBJETIVO Desenvolver um controle discreto de um sistema eletropneumático com a função de seleção de peças, empregando os fundamentos da programação de CLP, controle discreto, sistemas elétricos e sistemas pneumáticos. Portanto, realiza-se uma análise física da planta e com isso a programação do CLP através do software FST 4 e do EasyPorts através do software FluidSim são realizadas, obtendo-se como resultado uma planta automática. Os dados fornecidos pelo fabricante, juntamente com os parâmetros estáticos e dinâmicos obtidos do sistema experimentalmente, fornecerão os parâmetros a serem empregados na programação. De posse destes dados, far-se-á a programação e demais análises JUSTIFICATIVA Escolheu-se esse trabalho pelas seguintes razões:

14 12 1. Área com expansão em aplicações devido à possibilidade de desenvolvimento tecnológico e científico na área de automação e controle; 2. Tecnologia de fácil acesso, transporte, armazenamento de energia e custo favorável, comparado com os sistemas elétricos; 3. Fácil integração com dispositivos eletrônicos de comando, informática e microprocessamento, viabilizando o uso de técnicas de automação e controle; 4. Comtempla vários estudos presentes na Engenharia de Controle e Automação DESCRIÇÃO DO PROBLEMA Na movimentação de peças no sistema, alguns dos atuadores podem se chocar durante o trajeto que a peça faz, e na utilização de apenas um pressostato para duas ventosas. Em sistemas pneumáticos o atrito dos atuadores e a compressibilidade do ar também são agravantes nos movimentos dos atuadores, mas por se tratar de movimentos que não exigem precisão, isso não se torna um agravante. Outros fatores também influenciam nos parâmetros de desempenho do sistema como: pressão de trabalho, estado de lubrificação e conservação do ar e componentes pneumáticos ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO O trabalho está dividido em 5 capítulos. No Capítulo 2 está presente a revisão da literatura de trabalhos publicados com assuntos relacionados a essa dissertação e uma revisão bibliográfica dos principais tópicos que se fazem necessários para entendimento do trabalho; No Capítulo 3 é apresentada a estrutura física do projeto e as especificações dos componentes utilizados. Neste é feita uma análise do comportamento do sistema para definir experimentalmente os parâmetros físicos ideais para o funcionamento do sistema; No Capítulo 4 é desenvolvida a lógica de programação do sistema pneumático. A partir dos dados obtidos sobre o sistema elabora-se um diagrama trajeto passo que será base na programação do CLP e Festo Easyports. Finalizando no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões e perspectivas para trabalhos futuros METODOLOGIA Seção na qual são mencionados os fundamentos físicos e métodos requeridos e usados na elaboração da monografia: Uso de método de programação passo-a-passo e sequencia máxima;

15 13 Análise experimental e aquisição de sinais do sistema; Especificação dos parâmetros de funcionamento do sistema.; Programação do CLP em Ladder e Festo EasyPorts com o FluidSim. 2. ESTADO DA ARTE E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. ESTADO DA ARTE Esta seção apresenta dois trabalhos que apresentam estudos semelhantes e que servem como base para o desenvolvimento desse projeto. OLIVEIRA(2007) projeta um robô industrial com preço mais acessível, e adequado para o uso em processos industriais que não necessitem de altos níveis de precisão. Para obter a redução de custos usa atuadores lineares pneumáticos como força motriz. RIOS(2009) projeta, constrói e analisa o desempenho de um robô pneumático com três graus de liberdade. Baseou-se no trabalho de OLIVEIRA(2007), alterando os componentes que minimizaram o preço do projeto. Teve como objetivo verificar se um robô, comandado por válvulas solenóides rápidas, e controlado pela técnica baseada em modos deslizantes (Slide Model Control), tem desempenho adequado para permitir sua aplicação em processos industriais REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Aqui serão apresentadas as definições relacionadas ao sistema a ser elaborado e aos componentes utilizados SISTEMA PNEUMÁTICO Conforme ISO 5598 a pneumática refere-se à ciência e à tecnologia que trata do uso do ar ou gases neutros como meio de transmissão de potência. Dentro deste contexto, puderam-se identificar duas áreas. O primeiro se referindo à produção, condicionamento e distribuição do ar comprimido, englobando o estudo dos processos de compressão, filtragem e secagem, e também o desenvolvimento tecnológico e dimensionamento dos componentes para realizar estas funções. O segundo se refere ao circuito pneumático o qual engloba também os sensores, controladores, circuitos elétricos e demais componentes que viabilizam a automação ou controle de um processo. O sistema pneumático engloba os circuitos pneumáticos, que incluem válvulas e cilindros interligados através de tubulações, tendo como objetivo a conversão, de forma

16 14 controlada, da energia pneumática em energia mecânica de translação ou de rotação, como também todo processo de preparação e condicionamento do ar comprimido que é o fluido de trabalho. Exemplificando isso a Figura1. Figura 1 - Sistema de automação pneumático: a) Esboço do equipamento (FESTO, 199-); b) Diagrama Trajeto-passo; c) Sistema pneumático puro; d) Sistema eletro-pneumático; e) Sistema pneutrônico BOTOEIRA ELÉTRICA As botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, geralmente, contato aberto o outro fechado como na Figura 2. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pushbutton ou com trava.

17 15 As botoeiras do tipo pushbutton invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão e, devido à ação de uma mola, retornam à posição inicial quando cessa o acionamento. Ao contrário das botoeiras pushbutton, as botoeiras com trava permanecem acionadas e travadas mesmo depois de cessado o seu acionamento SENSORES Figura 2 - Placa com 3 botoeiras (FESTO). Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico de maneira específica e mensurável. Alguns sensores respondem com sinal elétrico a um estímulo, isto é, convertem a energia recebida em um sinal elétrico. Nesse caso, podem ser chamados de transdutores SENSOR DE PRESSÃO A maior parte dos sensores de pressão é baseada na tecnologia piezoresistiva, que usa na construção um extensômetro em uma pastilha de silício muito fina, que se deforma proporcionalmente quando aplicada uma pressão, alterando assim a resistência elétrica do extensômetro. Na figura 3 um exemplo de sensor de pressão. Figura 3 Sensor analógico de pressão (FESTO, 2011).

18 SENSORES DE INÍCIO E FIM DE CURSO Os sensores de início e fim de curso geralmente são de natureza indutiva, ou seja, sensíveis a ímãs que estejam próximo. Dessa forma, respondem com um sinal discreto ao movimento dos atuadores os quais, que por possuírem em sua construção um ímã, permitem a percepção pelo sensor, na Figura 4 tem-se um sensor de fim de curso FESTO. Figura 4 Sensor de início/fim de curso (FESTO, 2011) SENSOR ÓPTICO Os sensores ópticos, como na Figura 5, irão responder de acordo com a luz incidente sobre eles. Havendo luz na proximidade do elemento sensível do sensor o mesmo irá emitir um sinal discreto como resposta ATUADOR PNEUMÁTICO Figura 5 Sensor óptico (FESTO, 2011). Os atuadores pneumáticos são dispositivos que realizam a conversão da energia de pressão estática proveniente do armazenamento do ar comprimido em energia cinética. Eles podem ser dos tipos: linear ou rotativo e de simples ou dupla ação. Quando esses dispositivos são de simples ação, também podem ser chamados de simples efeito, pois realizam trabalho em um único sentido. Quando são de dupla ação como Figura 6,

19 17 também podem ser denominados de duplo efeito, pois a força produzida pela pressão do ar é responsável pelo movimento do êmbolo nos dois sentidos. Figura 6 Cilindro linear de dupla ação (FESTO, 2011) VÁLVULA DIRECIONAL As válvulas direcionais pneumáticas são empregadas no comando e emissão de sinais em circuitos pneumáticos. Como elementos de comando exercem a função de controlar a direção e o sentido de deslocamento do ar comprimido para os atuadores (lineares ou rotativos), a fim de promover a movimentação dos mesmos. Como emissora de sinal permite a passagem do ar para dar seguimento no funcionamento do sistema não fazendo movimentação de atuadores. As válvulas direcionais são classificadas por aspectos construtivos e funcionais, como: Número de posições de trabalho As válvulas direcionais apresentam duas, três, quatro ou mais posições de funcionamento. Cada posição corresponde a um direcionamento do fluxo de ar comprimido podendo permitir sua passagem parcial, completa, bloqueio ou mudança de direção. As válvulas direcionais são representadas por retângulos, os quais são divididos em quadrados. Cada quadrado representa uma posição estável que a válvula pode assumir, exemplo Figura 7. Figura 7 Número de posições da válvula direcional. Número de vias As válvulas mais usadas possuem duas, três, quatro ou cinco vias de escoamento, onde cada passagem do ar comprimido por dentro na válvula corresponde a duas vias e é

20 18 representado por uma seta. O bloqueio à passagem de ar é representado por um T, o que corresponde a uma via somente. As válvulas de três via são utilizadas, na maioria das vezes, são para o comando dos atuadores de simples ação, já as de quatro e cinco vias são utilizadas para comando de atuadores de dupla ação, simbologias das válvulas Figura 8. Figura 8 Número de vias de válvulas direcionais. Acionamento O acionamento de uma válvula é responsável pela mudança do estado da válvula, o qual pode ser mecânico (manual, pedal, mola, roletes, cames, etc...), pneumático (pressão de pilotagem positiva ou negativa) ou eletromecânico, por meio de solenoides. A válvula pode apresentar apenas um tipo de acionamento ou uma combinação entre os acionamentos existentes. (BRAVO, 2006). Na Figura 9 há válvulas com mais de um tipo mais de um acionamento, e na Figura 10 uma foto exemplificando uma válvula. Figura 9 Tipos de acionamento da válvula direcional.

21 19 Figura 10 Válvula direcional FESTO UNIDADE DE CONDICIONAMENTO DE AR COMPRIMIDO Figura 11 Conjunto filtro regulador Festo A unidade de condicionamento, exemplo Figura 11, tem como função condicionar o ar comprimido da rede às necessidades de uma determinada estação de trabalho, seu uso está em praticamente todas as instalações de ar comprimido, principalmente naquelas que não adotam o equipamento de secagem do ar. Possuem em sua configuração basicamente um filtro, uma válvula reguladora de pressão e um lubrificador de ar.

22 20 Figura 12 Reservatório de ar comprimido. O reservatório, exemplo Figura 12, tem como principal função estabilizar a pressão do ar comprimido fornecido aos equipamentos do sistema pneumático, ou seja, minimizar as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há elevado consumo, constitui-se numa fonte auxiliar de energia UNIDADE DE POTÊNCIA A unidade de potência é a responsável pelo suprimento de energia para os atuadores. Pode ser baseada em um compressor pneumático com unidade de condicionamento de ar, ou uma unidade hidráulica, ou ainda em uma fonte de alimentação de tensão alternada ou continua. O que determinará a fonte de energia proveniente da unidade será o tipo de utilização que será empregada no sistema. Exemplo Figura 13. Figura 13 Compressor pneumático FESTO

23 UNIDADE DE CONTROLE A unidade de controle é formada por um sistema microprocessado que recebe os sinais dos sensores e os transforma em dados, executa o algoritmo de controle e envia os sinais para acionamento dos atuadores. Geralmente, é composta por vários elementos, como placas de aquisição de dados, controladores lógicos programáveis (CLP), drivers de potência e computadores industriais. Exemplo Figura 14. Figura 14 CLP Festo Didactics. O hardware Festo EasyPorts é um dispositivo que trabalhando junto com uma placa de aquisição de sinais e o software Festo FluidSim proporcionam outro controle com mesma função para o sistema. Exemplo dos componentes usados em conjunto Figura 15, 16 e 17. Figura 15 Hardware Festo EasyPorts.

24 22 Figura 16 Placa de aquisição de sinais Festo. Figura 17 Esquema de funcionamento Festo EasyPorts e Placa de aquisição FESTO FLUIDSIM E FESTO FST O Festo FluidSim, Figura 18, é um software de simulação, utilizado por professores e profissionais da área, que permite a elaboração do processo pneumático físico em um computador, possui uma programação simples que permite ao usuário testar um processo real antes de sua elaboração física. O software também possibilita a comunicação com o hardware Festo EasyPorts utilizando o protocolo de comunicação OPC com o computador nas conexões RS232 ou ainda USB.

25 23 Figura 18 Tela do software Festo FluidSim. O FST, Figura 19, é um ambiente em que se é elaborada a programação do CLP Festo. O software permite a comunicação com o CLP usando a porta RS232 do computador, por essa comunicação são enviados e recebidos os dados e programas para CLP. Este programa contém também funções convenientes para testes de programação, comissionamento e manutenção de projetos de automação. A programação é realizada por lista de instruções (STL) ou diagrama de escada (LDR) também conhecido como Ladder. Figura 19 Software Festo FST.

26 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO A função das linguagens de programação é servir como meio de comunicação entre computadores e humanos. Existem dois tipos de linguagens de programação: as de baixo nível e as de alto nível. Os computadores interpretam tudo como números em base binária, ou seja, só entendem zero e um. As linguagens de baixo nível são interpretadas diretamente pelo computador, tendo um resultado rápido, porém de forma menos agradável ao usuário. As linguagens de alto nível são mais fáceis de usar e de entender, as ações são representadas por palavras, símbolos, ou elementos próprios feitos para facilitar a memorização e a lógica. Elas não são interpretadas diretamente pelo computador, sendo necessário traduzi-las para linguagem binária. Os softwares FluidSim e FST apresentam uma linguagem de programação de alto nível onde as lógicas inseridas são de fácil utilização e fácil entendimento para o programador. O FluidSim utiliza uma programação com símbolos semelhante a um esquema elétrico, e os elementos pneumáticos são representados de acordo com a norma ISSO para simbologia de elementos pneumáticos. Exemplo da programação na Figura 20 e 21. Figura 20 Simbologia de elementos Pneumáticos no FluidSim.

27 25 Figura 21 Simbologia elementos elétricos no FluidSim. O CLP é programado por linguagem Ladder ou lista de instruções, no caso do software FST. Utilizou-se neste trabalho a linguagem Ladder. A linguagem Ladder, ou diagrama de escada é um auxílio gráfico para programação de controladores lógicos programáveis (CLPs) no qual as funções lógicas são representadas através de contatos e bobinas, de modo análogo a um esquema elétrico com os contatos dos transdutores e atuadores. A linguagem Ladder está entre as cinco linguagens de programação de CLPs definidas pela norma IEC : FBD (Function block diagram), LD (Ladder diagram), ST (Structured text), IL (Instruction list) e SFC (Sequential function chart). O nome (Ladder, escada em inglês) provém do fato que a disposição dos contatos e bobinas é realizada, de maneira geral, na horizontal, que lembra o formato de uma escada. Exemplo Figura 22. Figura 22 Programação em Ladder. Existem 3 tipos de elementos na linguagem Ladder : As entradas (ou contatos), que podem ler o valor de uma variável booleana;

28 26 As saídas (ou bobinas) que podem escrever o valor de uma variável booleana; Os blocos funcionais que permitem realizar funções avançadas como por exemploa temporização. Existem dois tipos de contatos: O contato normalmente aberto (NA): Tal contato está fechado quando a variável associada é verdadeira, caso contrário, ele está aberto. O contato normalmente fechado (NF): Tal contato está aberto quando a variável associada é verdadeira, caso contrário, ele está fechado. A bobina: É o elemento atuador, ou seja, o elemento acionado ou desligado pelo bloco de controle lógico. Pode ser uma contatora, um motor, uma lâmpada, um atuador auditivo, etc... Os blocos funcionais: Os blocos funcionais permitem realizar operações mais complexas que a leitura ou escrita de variáveis. São exemplos de blocos funcionais os contadores, temporizadores, bobinas de set ou reset. Exemplo Figura 23. Figura 23 Contato, Bloco Funcional e Bobina no diagrama de escada. 3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA 3.1. CARACTERÍSTICAS DA ESTRUTURA FÍSICA Nesta parte são apresentados os componentes da estrutura física do projeto, assim como suas distribuições no sistema, para determinar os parâmetros da lógica no capítulo 4, o qual apresenta dados obtidos conceitualmente e experimentalmente dos mesmos.

29 ESTRUTURA FÍSICA O sistema é composto por: 1 Notebook (Para comunicação com CLP e Festo EasyPorts). 1 CLP Festo (Onde é inserida a lógica do funcionamento da planta). 1 Fonte 24Vcc (Alimentação do sistema). 1 Módulo de Botoeiras (Para início, set/reset e parada do sistema). 1 Placa de Aquisição de Sinais. 1 Hardware EasyPorts. 1 Válvula direcional duplo solenóide 5/2 vias (Para direcionar os movimentos da ponte). 1 Válvulas direcional simples solenóide 3/2 vias (Para direcionar os movimentos do atuador pneumático). 1 Válvula direcional simples solenóide 3/2 vias (Para direcionar os movimentos do atuador semi-rotativo). 1 Válvula reguladora de pressão (Para regular a pressão de ar do sistema). 1 Unidade de Distribuição de ar comprimido (Para alimentar as válvulas e atuadores com pressão de ar). 1 Válvula geradora de vácuo (Para gerar vácuo nas ventosas). 1 Pressostato (Para indicação de peça succionada). 1 Pressostato (Para indicação da posição da ponte). 1 Cilindro de dupla-ação (Cilindro pneumático). 1 Cilindro semi-rotativo (Atuador semi-rotativo). 1 Cilindro de haste-passante (Ponte). 1 Cilindro de dupla-ação (Atuador vertical). 1 Sensor de proximidade óptico (Para indicar o tipo de peça). 2 Sensores de contato seco (Para indicar o fim e início de curso do atuador semirotativo). 2 Sensores de proximidade indutivo elétrico (Para indicar o fim e início de curso da ponte). 2 Sensores de proximidade indutivo elétrico (Para indicar o fim e início de curso do atuador vertical). 1 Sensor de proximidade indutivo pneumático (Para indicar o meio do curso da ponte). 1 Ventosa (Para sucção da peça no atuador semi-rotativo). 1 Ventosa (Para sucção da peça no atuador vertical). 4 Válvulas reguladoras de vazão (Para regulagem da velocidade dos atuadores pneumáticos).

30 28 Cabos de conexão elétrica entre as válvulas, CLP, EasyPorts, fonte e botoeiras. Tubos de conexão pneumática. A ligação física pode ser vista na Figura 24 e 25: Figura 24 Vista superior da ligação física do sistema.

31 29 Figura 25 Vista frontal da ligação física do sistema FUNCIONAMENTO DO SISTEMA Tomou-se como objetivo elaborar uma programação para o sistema de modo que o mesmo faça a seleção de peças de acordo com a sua cor. Dessa forma, o caminho das peças pelo sistema segue como na Figura 26: Figura 26 Vista esquemática superior do sistema.

32 30 (1) Entrada da peça na rampa deslizando por gravidade até uma base na posição X. (2) O cilindro pneumático desloca a peça de X até Y. (3) O sensor óptico percebe ou não a peça de acordo com a cor da mesma. (4) O atuador semi-rotativo é acionado e movimenta-se da posição A para B onde permite que a ventosa, presente no mesmo, entre em contato com a peça na posição Y. (5) Com a peça em contato com a ventosa, é gerado vácuo para fixar a peça na ventosa. (6) Com a peça fixada, o atuador semi-rotativo é acionado para retornar sua posição e assim deslocar-se de B para A movimentando a peça. (7) Na posição A a peça é liberada cessando o vácuo. (8) Com a peça livre, o atuador semi-rotativo avança novamente para permitir o trajeto da ponte sem que ocorra o choque. (9) Com o fim do curso do avanço do atuador semi-rotativo, a ponte desloca-se de C para F de forma que na posição F o atuador vertical presente junto à ponte esteja sobre a peça. (10) O atuador vertical desloca-se verticalmente para baixo, da posição H para L, onde entra em contato com a peça pela ventosa do mesmo. (11) Com a ventosa em contato, é gerado novamente vácuo para segurar a peça. (12) A peça segurada pela ventosa é elevada com o retorno do cilindro vertical da posição L para H. (13) O atuador vertical tendo seu retorno completo, permite o retorno completo ou não da ponte, onde caso o sensor óptico tenha sido acionado no início do processo limita a retorno da ponte até a posição D, caso contrário, a ponte termina totalmente o trajeto até a posição C. (14) A ponte presente na posição C ou D neste momento, permite que se cesse o vácuo liberando a peça no reservatório na posição D ou na rampa de saída presente na posição C MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO Nesta seção são apresentados os métodos possíveis de programação do sistema. Em princípio, podem-se apresentar duas possibilidades principais para a composição de esquemas: os métodos conhecidos como intuitivos também denominados de métodos

33 31 convencionais, ou a composição metódica de esquema segundo prescrições e diretrizes estabelecidas. O objetivo, independentemente do tipo de composição do esquema, é de se obter no final, um comando que se apresente bom funcionamento e transcurso seguro da peça no sistema. A partir dos métodos mostrados seleciona-se o mais adequado para a programação DIAGRAMA TRAJETO PASSO O diagrama trajeto passo é uma forma de se representar a sequência de operação em um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama a indicação do movimento em dependência de cada passo considerado (passo: variação do estado de qualquer unidade construtiva). Se existirem diversos elementos de trabalho, estes estão representados da mesma maneira e desenhados uns sobre os outros. A correspondência é realizada através de passos. Exemplo Figura MÉTODO INTUITIVO Figura 27 Diagrama trajeto passo. (DE NEGRI) Este método consiste na escolha dos elementos lógicos e das suas interligações baseando-se na experiência, em exemplos e em correções por tentativas e erros. Para um mesmo problema, podem resultar diversas soluções intuitivas, mais simples ou mais complexas, dependendo muito do projetista. Com isto, tornam-se mais difíceis à supervisão, a manutenção e a localização de defeitos à medida que aumentam o número de variáveis de entrada e as condições adicionais de comando. Neste método, os componentes elétricos tais como, chaves, interruptores e principalmente relés, são responsáveis pelo processamento de sinais. Os elementos de sinais são elétricos e os acionamentos das válvulas direcionais que acionam os cilindros são feitos por solenoides (válvulas direcionais com duplo ou simples solenoide).

34 32 Pneumática pura O método intuitivo estabelece algumas orientações para a construção do diagrama pneumático, porém a escolha das válvulas e interligações para o processamento de sinais depende fortemente da experiência e criatividade do projetista. Etapas do método intuitivo para pneumática pura: Diagrama do circuito pneumático 1. Representação dos atuadores e válvulas direcionais e suas interligações 2. Representação das válvulas de fim-de-curso (sensores) e botões de partida. Identificar a posição dos fins-de-curso junto aos atuadores. 3. Representação das válvulas de processamento de sinais e suas interligações. (Esta etapa implementa a lógica operacional do sistema requerendo a intuição do projetista). 4. Definição dos tipos de acionamento das válvulas de fim-de-curso (roletes simples ou escamoteáveis) 5. Modificação do circuito e inserção de válvulas para a Inclusão de condições adicionais, como opção de ciclo único/ciclo contínuo e ações de emergência. Exemplo do método Figura 28. Figura 28 Método intuitivo de um sistema puramente pneumático. Etapas do método intuitivo para eletropneumática: Diagrama do circuito pneumático:

35 33 1. Representação dos atuadores e válvulas direcionais e sua interligações. Diagrama do circuito elétrico: 2. Representação das chaves de fim-de-curso (sensores) e botões de partida. Identificar a posição dos fins-de-curso junto aos atuadores (no circuito pneumático). 3. Representação dos componentes para processamento de sinais como relés e temporizadores. Estabelecer o circuito elétrico de interligação destes componentes. (Esta etapa implementa a lógica operacional do sistema requerendo a intuição do projetista). 4. Definição dos tipos de acionamento das chaves de fim-de-curso (roletes simples ou escamoteáveis) 5. Modificação do circuito e inserção de chaves e relés para a inclusão de condições adicionais, como opção de ciclo único/ciclo contínuo e ações de emergência. Exemplo do método Figura 29. Figura 29 Método intuitivo de um sistema eletropneumático MÉTODOS CASCATA E SEQUÊNCIA MÍNIMA Método cascata para pneumática pura Este método é denominado cascata porque as conexões de válvulas são representadas em forma escalonada, ou seja, em série. Isso garante a alimentação de ar em uma só linha pneumática. Todas as outras linhas estão conectadas para escape. O método cascata baseia-se no emprego de válvulas direcionais 5/2 ou 4/2 com acionamento por duplo piloto, as quais atuam como válvulas inversoras e estão interligadas de

36 34 forma que apenas a válvula que fornece sinal à ação a ser executada esteja alimentada por ar comprimido. Deste modo, elimina-se a necessidade de uso de roletes escamoteáveis e obtémse maior garantia quanto a ocorrência da sequência desejada. O método consiste das seguintes etapas: Diagrama do circuito pneumático: 1. Representação dos atuadores e válvulas direcionais de duplo piloto e suas interligações. 2. A partir do diagrama trajeto-passo, escrever a sequência desejada utilizando os códigos de identificação dos atuadores e os sinais + para designar avanço e - para designar o retorno. Ex.: 1A- 2A+ 1A+ 3A+ (3A- 2A-). 3. Dividir a sequência acima em um número mínimo de grupos de modo que nenhum atuador esteja repetido em cada grupo. Ex.: 1A- 2A+ / 1A+ 3A+ / (3A- 2A-). 4. Criar tantas linhas de pressão auxiliares quanto forem os grupos acima identificados. 5. Associar as n linhas, n-1 válvulas inversoras. A posição inicial da cascata é na forma mostrada na figura abaixo permitindo a alimentação da última linha de pressão. Existindo um maior número de grupos (linhas), serão incluídas novas válvulas inversoras 0V3, 0V4 e assim por diante na mesma posição inicial da válvula 0V2. Exemplo do método Figura 30. Figura 30 Esquema de ligação do método cascata.

37 35 6. Inserção das válvulas de acionamento (botões, pedais etc) e de fim-de-curso (rolete simples). Identificar a posição dos fins-de-curso junto aos atuadores (no circuito pneumático). 7. Interligação das linhas de pilotagem das válvulas de comando dos cilindros com as linhas de pressão auxiliares. 8. Representação das válvulas de processamento de sinais adicionais e suas interligações. (Incluir temporizadores, válvulas e e ou ). 9. Modificação do circuito e inserção de válvulas para a Inclusão de condições adicionais, como opção de ciclo único/ciclo contínuo e ações de emergência. A grande limitação desse método vem da alimentação de energia que, no caso, é realizada através de uma única válvula. O ar que passa através de todas as válvulas sofre uma considerável queda de pressão, o que é prejudicial quando se necessita rapidez em alguns momentos do processo. Esta queda de pressão aumenta em decorrência de maior número de válvulas. Exemplo Figura 31.

38 36 Figura 31 Método cascata. Método sequência mínima para eletropneumática Este método é equivalente ao método cascata da pneumática pura. Um dos procedimentos iniciais deste método é uma análise do diagrama trajeto-passo, fazendo-se nele a divisão dos movimentos em grupos. Em cada grupo, é permitido somente um movimento de avanço ou de retorno por cilindro. A vantagem deste método em relação ao método intuitivo é a eliminação de sobreposição de sinais que inibem movimentos de avanço e retorno. Assim evita-se a colocação de dispositivos mecânicos e elementos temporizadores. O método consiste das seguintes etapas:

39 37 interligações. Diagrama do circuito pneumático: 1. Representação dos atuadores e válvulas direcionais de duplo piloto e suas Diagrama do circuito elétrico: 2. A partir do diagrama trajeto-passo, escrever a seqüência desejada utilizando os códigos de identificação dos atuadores e os sinais + para designar avanço e - para designar o retorno. Ex.: 1A- 2A+ 1A+ 3A+ (3A- 2A-) 3. Dividir a sequência acima em um número mínimo de grupos de modo que nenhum atuador esteja repetido em cada grupo. Ex.: 1A- 2A+ / 1A+ 3A+ / (3A- 2A-) 4. Criar tantas linhas de tensão auxiliares quanto forem os grupos acima identificados. As linhas serão pontos energizados para o acionamento das válvulas direcionais de comando dos atuadores. 5. Associar as n linhas, n-1 relés com circuitos de auto retenção. A condição inicial do circuito elétrico na forma mostrada na figura 6.9 permitindo a energização da última linha de tensão. Existindo um maior número de grupos (linhas), serão incluídas novos relés com circuitos de auto retenção K3, K4 e assim por diante. Exemplo Figura 32. Figura 32 Esquema de ligação do método sequência mínima. 6. Identificação das chaves de acionamento (botões) e de fins-de-curso (rolete simples) 7. Inclusão no circuito dos solenoides das válvulas de comando dos cilindros interligando-os às linhas de tensão auxiliares. 8. Representação das chaves e circuitos para processamento de sinais adicionais. (Incluir temporizadores, circuitos em série ou paralelo etc.).

40 38 9. Modificação do circuito e inserção de chaves e relés para a Inclusão de condições adicionais, como opção de ciclo único/ciclo contínuo e ações de emergência. Exemplo Figura 33. Figura 33 Método sequência mínima MÉTODOS PASSO-A-PASSO E SEQUÊNCIA MÁXIMA Os métodos apresentados anteriormente não possibilitam estimar o número de componentes eletropneumáticos ou pneumáticos, custo, disponibilidade, dentre outros aspectos, sem obter previamente o diagrama do circuito. O método passo-a-passo apresentado em BOLLMANN (1997), possibilita estimar a estrutura do sistema antes da escolha da tecnologia a ser empregada. O método passo-a-passo é aplicável na fase conceitual do projeto, onde são feitas várias considerações sobre qual solução tecnológica é mais viável para o sistema a ser criado. Assim, partindo-se do método, pode-se gerar o diagrama trajeto passo. Posteriormente, faz-se a seleção da tecnologia comparando se os requisitos de projeto. Comparando-se os diversos métodos de projeto, o método passo-a-passo se mostra de fácil interpretação por especialistas de diversas áreas sendo o diagrama trajeto passo uma forma simples da representação do sistema, deixando bem claro os passos a serem executados. O método passo-a-passo consiste em descrever o comportamento do sistema como uma sequência de passos, sendo cada um deles caracterizado por um estado em que o sistema encontra-se. O método determina a seguinte interpretação:

41 39 Para que o passo n seja ativado é necessário que o passo n-1 esteja ativo e que a condição lógica de prosseguimento seja satisfeita. Quando o passo n torna-se ativo, este desativa o passo n-1. A cada passo podem estar associadas ações que são comandadas enquanto o passo estiver ativo. O diagrama Figura 34 mostra o comportamento lógico do passo n refletindo a interpretação descrita acima: Figura 34 Diagrama de funções do método passo-a-passo. Como para que um passo seja ativado é necessário que o passo anterior esteja ativo, o sistema somente irá operar se um dos passos estiver ativo antes do equipamento entrar em

42 40 operação. Por esta razão o passo inicial i tem uma estrutura diferente onde, um sinal de reset ativa este passo. O sinal de reset desativa os demais passos. Para implementação empregando pneumática pura, as funções lógicas da cada passo devem ser realizadas por válvulas pneumáticas adequadamente interligadas. Em função de cada passo exigir um conjunto de válvulas, é comum configurar o último passo como passo inicial, isto é, quando o processamento de informações é ressetado, o último passo torna-se ativo enquanto que os demais ficam com memória em nível lógico zero. Neste método, as válvulas são ligadas em paralelo numa mesma linha horizontal, ao contrário do método cascata. Sendo assim, as válvulas são abastecidas diretamente com o ar da rede, não tendo, portanto, a queda de pressão que ocorre no método cascata. Exemplo Figura 35. Figura 35 Método passo-a-passo. Os diagramas lógicos dos passos podem ser convertidos para circuitos elétricos empregando relés com auto-retenção (memória) na forma mostrada na Figura 36:

43 41 Figura 36 Esquema elétrico dos passos. O método de sequência máxima é semelhante ao método passo-a-passo, porém utilizando-se de elementos elétricos como relés. Exemplo Figura 37. Figura 37 Método sequência máxima. Definido o diagrama trajeto passo, é necessária a escolha da tecnologia para implementar o sistema de processamento de informações. Optando-se pela pneumática pura, obtém-se a mesma solução obtida através do método passo-a-passo tradicional e, por outro lado, escolhendo-se o uso de relés, a solução encontrada equivale à do método da sequência máxima. Uma terceira opção de implementação é através de programação de um controlador lógico programável (CLP) que utilizando o diagrama Ladder como linguagem de

44 42 programação tem sua estrutura muito semelhante ao diagrama elétrico mostrado no método de sequência máxima pneumático. 4. DESENVOLVIMENTO DA PROGRAMAÇÃO Nesta etapa é elaborado primeiramente o diagrama trajeto passo, após é escolhido o melhor método de programação para esse sistema, depois é elaborada a programação e configuração das lógicas nos softwares DIAGRAMA TRAJETO PASSO Este projeto apresenta uma particularidade. O sistema mostra uma planta com uma entrada e duas saídas. Dessa forma, o destino das peças selecionadas influencia no comportamento das válvulas e atuadores com relação ao tempo de operação e posições. Mesmo seguindo a orientação do trajeto passo Figura 38 para as duas peças o processo pode ocorrer mais rápido em relação a outro devido onde a ponte rolante irá parar. Figura 38 Diagrama trajeto passo do sistema PROGRAMAÇÃO SEQUÊNCIA MÁXIMA O método de programação Sequência Máxima se caracteriza pela utilização de componentes elétricos e dessa forma por sua fácil representação pode-se elaborar essa lógica de maneira análoga em um CLP e, também não havendo necessidade de uso de componentes elétricos físicos, a desvantagem no uso de muitos elementos é eliminada uma vez que se excluindo as válvulas eletropneumáticas e alguns componentes todos os outros são virtuais. Escolheu-se essa estratégia de programação, pois a forma de programar é mais agradável ao usuário.

45 43 O sistema possui uma condição marginal que é a identificação da peça e isso muda uma pequena parte da programação mas não atrapalha a lógica. Para cada parte do sistema desenvolvida será mostrada a parte principal da programação tanto em Ladder para o CLP quanto no FluidSim para o EasyPorts LIGANDO OS SOFTWARES O FST da Festo é de fácil funcionamento. Depois de instalar o software a página principal de abertura fica como mostra Figura 39: Figura 39 Página inicial FST. Depois de iniciado basta clicar em Project depois em New com Figura 40:

46 44 Figura 40 Criando um programa. Depois dessa etapa irá aparecer uma janela, como na Figura 41, nela escolha Timer and Ladder diagram para poder começar desenvolver a programação em diagrama Ladder. Figura 41 Escolha do tipo da programação. Após a escolha do tipo de programa, deve-se escolher o tipo do controlador. O controlador usado neste trabalho é da família Festo Compact, como mostrado na Figura 42:

47 45 Figura 42 Escolha da família do controlador. Após todas essas configurações deve-se clicar no ícone similar uma folha branca na parte superior esquerda da tela e então escolher a linguagem do programa, como mostra Figura 43: Figura 43 Escolha da linguagem. Após isto o programa estará pronto para o diagrama Ladder, como mostra Figura 44:

48 46 Figura 44 Programa pronto para inserção da lógica. Com o programa nesta página, todos os comandos para inserção de dados estão presentes no cabeçalho superior onde se clicando no item desejado o mesmo aparecerá nas linhas do programa. Para programação do Festo EasyPorts primeiramente elabora-se o programa no FluidSim e posteriormente assim como no FST irá se configurar a comunicação com o sistema real. Para programação no Festo FluidSim basta abrir o programa previamente instalado. Todas as ações para programação já estão localizadas na janela lateral com todos os componentes necessários para elaboração da lógica, no FluidSim a representação dos componentes elétricos são de fácil analogia, exemplo disso Figura 45:

49 47 Figura 45 Página inicial Festo FluidSim. Para começar a programação, assim como no FST, basta clicar no ícone similar a uma folha branca no canto superior esquerdo da tela e assim pode-se dar início a lógica. Exemplo Figura 46. Figura 46 Software Pronto para Programação INÍCIO DO SISTEMA O sistema apresenta três botões para programação do CLP: um de Liga, um de Desliga e o terceiro de Set/Reset como o método de programação Sequência Máxima necessita. No

50 48 FluidSim da mesma forma apresenta-se três botões virtuais um B1 para Liga um B2 para Desliga e um SET para Set/Reset do sistema. No sistema a peça, independentemente da cor, primeiramente chega por uma rampa pelo efeito da gravidade nesta etapa não há programação nem no início da descida nem na chegada, término da descida, devido aos movimentos serem todos naturais. Quando a peça terminar o trajeto ela irá cair em um trilho na posição X. Figura 47 mostra a rampa. Figura 47 Vista lateral da rampa. Na programação usa-se 4 temporizadores e todos são programados com 2 segundos. Para não deixar as figuras muito grandes, mostraram-se apenas os contatos referentes aos temporizadores os blocos serão mostrados juntamente com o programa inteiro nos anexos AVANÇO CILINDRO 1A Com a chegada da peça na posição X o sistema necessita de programação para continuidade dos movimentos, esse movimento é realizado pelo cilindro 1A. Para a programação do primeiro movimento temos que inicialmente acionar o botão de Set, o que é condição de funcionamento do método de programação, para possibilitar o funcionamento do primeiro passo. Com o botão setado e a ponte no fim do sistema na posição final ou no meio, pode-se apertar o botão de Liga para que o primeiro passo do sistema aconteça e assim o cilindro avance e empurre a peça até a posição Y.

51 49 O CLP da família Compact apresenta uma quantidade limitada e pequena de entradas e saídas dessa forma em partes do sistema utiliza-se um temporizador para indicar o término do trajeto de um atuador. O mesmo será atuado por uma válvula simples solenoide com retorno por mola e depois do movimento do atuador semirotativo e liberação de vácuo 1 da ventosa (permaneceu-se com o cilindro 1A avançado até este momento para ter certeza de que a peça ficaria na posição Y ) o cilindro retorna cessando-se a alimentação do solenoide da válvula. Na Figura 48 é mostrada em Ladder e na Figura 49 no FluidSim a programação e depois na Figura 50 o esquema do avanço do cilindro 1A. Figura 48 Avanço do cilindro 1A com início do sistema (Ladder).

52 50 +24V V B1 K0 K12 SET K14 K13 K1 K13 K15 K0 S9 S6 S6 S9 0V K5 K1 K K14 K1 K13 K14 K15 0V Figura 49 Avanço do cilindro 1A com início do sistema (Festo FluidSim). Figura 50 Vista superior do cilindro 1A.

53 PERCEPÇÃO DO SENSOR Com a chegada da peça na posição Y, a mesma estará na área de percepção do sensor. A distância do sensor da posição Y está ajustada de forma que quando a peça preta está na área de percepção, o sensor não irá emitir um sinal, porém com a peça laranja mais clara o mesmo irá emitir. Na programação em Ladder e no FluidSim o sinal emitido pelo sensor irá mudar a sequencia de movimentos no final dos trajetos do sistema isso é permitido usando-se a estratégia de selo que mantém memorizado que a peça foi identificada, no FluidSim também é usada essa estratégia. Na Figura 51 é mostrada a parte de selo que o sensor ativa em Ladder, na Figura 52 no FluidSim e Figura 53 o esquema da peça em frente ao sensor: Figura 51 Percepção do sensor (Ladder) S10 K17 K13 K14 K Figura 52 Percepção do sensor (Festo FluidSim).

54 52 Figura 53 - Vista superior do sensor AVANÇO ATUADOR SEMIROTATIVO No fim do trajeto do cilindro 1A não há um sensor de fim de curso. Para determinação do fim de curso usa-se um temporizador, ou seja, calculou-se o tempo de avanço do cilindro 1A e inseriu-se esse tempo no temporizador. Sendo assim, quando o temporizador atingir o tempo de avanço ele dará condição para o próximo passo da sequência. Atingido o tempo de avanço do cilindro 1A o atuador semirotativo irá se deslocar da posição A para posição B. Este atuador é acionado por uma válvula duplo solenoide de memória e sua posição é mantida pela ultima posição que esteve. Este também apresenta acoplado na sua estrutura na parte que entra em contato com a peça, uma ventosa que será responsável pela sucção da peça. Diferentemente do cilindro 1A, o atuador semirotativo apresenta dois sensores: um sensor de início de curso e outro de fim de curso ambos físicos de contato seco. Para o avanço deste atuador é indispensável na lógica de programação que o temporizador de avanço do cilindro 1A esteja ativado, para que assim não haja possibilidade do semirotativo avançar sem que a peça esteja na posição Y. A programação em Ladder é mostrada na Figura 54, no FluidSim na Figura 55 e o esquema na Figura 56:

55 53 Figura 54 Avanço atuador semirotativo (Ladder) K1 K2 T1 K3 K14 K Figura 55 Avanço semirotativo (Festo FluidSim).

56 54 Figura 56 Vista frontal do semirotativo no avanço GERAÇÃO DE VÁCUO Após o avanço completo do atuador semirotativo: a ventosa que está localizada na ponta da parte girante do atuador tocará a parte superior da peça e, também ocorrerá o acionamento do sensor de fim de curso presente na parte fixa do corpo do atuador. Com o sensor de fim de curso percebendo o fim do trajeto do atuador é acionada a sucção da peça com a ventosa através da válvula geradora de vácuo, e assim permanece até o momento de deixar a peça. Para ter certeza que há uma peça sendo sugada pela ventosa, utiliza-se de um temporizador impedindo a continuação do sistema por dois segundos para que a diferença de pressão seja capaz de prender a peça na ventosa. Além disso, usa-se um pressostato na linha de sucção, de forma que ao se perceber uma diferença de pressão na entrada de ar da ventosa, o mesmo envia um sinal elétrico. Com quantidades limitadas de entradas e saídas não há como colocar um pressostato para cada ventosa então, tentou-se utilizar um pressostato para as duas. Neste caso encontrouse um problema, pois a diferença de pressão que seria fornecida ao se sugar a peça deixaria de

57 55 existir, pois a outra ventosa do sistema estaria livre e sugando o ar. A partir daí percebeu-se que mesmo assim uma pequena diferença de pressão existia, pois ao sugar a peça onde antes havia duas mangueiras para entrada do ar agora terá apenas uma, então se ajustou o pressostato de forma que essa mínima diferença fosse suficiente para indicar a peça e que também essa diferença não fosse pequena demais para que se emitisse sinal ao apenas ligar a sucção. Figura 57 a lógica elaborada em Ladder, Figura 58 no FluidSim e esquema Figura 59: Figura 57 Geração de vácuo (Ladder) K2 S3 K3 K5 K14 K Figura 58 Geração de vácuo (Festo FluidSim).

58 56 Figura 59 Vista frontal do semirotativo na atuação do vácuo RETORNO ATUADOR SEMIROTATIVO Passado o tempo de dois segundos para prender a peça na ventosa e também a confirmação do pressotato o atuador semirotativo irá retornar para a posição A na qual o mesmo irá liberar a peça. Comandado pela mesma válvula duplo solenoide de memória o atuador faz o trajeto contrário carregando no percurso a peça na ventosa. O atuador irá terminar o trajeto alocando a peça ainda em sucção numa plataforma similar ao trilho, porém de menor dimensão. Figura 60 a programação em Ladder, Figura 61 no FluidSim e esquema Figura 62: Figura 60 Retorno semirotativo (Ladder).

59 P1 K3 K4 T2 K5 K14 K Figura 61 Retorno semirotativo (Festo FluidSim). Figura 62 Vista frontal do semirotativo no retorno.

60 LIBERAÇÃO DE VÁCUO 1 Após o retorno do atuador semirotativo o sensor de início de curso será ativado novamente o que indicará que ocorreu o retorno completo do atuador. A atuação deste sensor será o requisito para liberação da peça e também liberação do selo do cilindro 1A que volta a posição inicial devido ao retorno da posição da válvula por influencia da mola. Ladder Figura 63, no FluidSim Figura 64 e esquema Figura 65: Figura 63 Liberação de vácuo (Ladder) K4 K5 S4 K6 K14 K Figura 64 Liberação de vácuo (Festo FluidSim).

61 59 Figura 65 Vista frontal do semirotativo na liberação de vácuo AVANÇO ATUADOR SEMIROTATIVO PARA LIBERAÇÃO Após a liberação de vácuo e consequentemente desprendimento entre a peça e a ventosa devido ao sensor de início de curso, também se inseriu um temporizador para atrasar o próximo passo do sistema, com o intuito de garantir que houve um tempo seguro de soltura da peça na plataforma. O atuador semirotativo na posição de início (A), no qual está presente nessa etapa trás um problema. O próximo passo deve ser o trajeto da ponte até a plataforma para pegar a peça, mas o semirotativo atrapalha o movimento da ponte e, dessa forma, mais um passo foi inserido na lógica para resolver isso. Durante a programação percebeu-se que a ponte poderia se chocar com o semirotativo como na Figura 66:

62 60 Figura 66 Choque mecânico. O atuador semirotativo precisa avançar novamente apenas para liberar o caminho da ponte até a plataforma e posteriormente depois dos passos em que a ponte está avançada ele volta para posição de início. Para esse passo segue nas Figuras 67 e 68 a programação em Ladder e no FluidSim, o esquema do movimento na Figura 69: Figura 67 Avanço semirotativo para liberação (Ladder).

63 K5 K6 T3 K7 K14 K Figura 68 Avanço semirotativo para liberação (Festo FluidSim). Figura 69 Vista frontal do semirotativo para avanço sem a peça.

64 AVANÇO DA PONTE Com o avanço do semirotativo o sensor de fim de curso é acionado e isto prova que o caminho da ponte está livre de ocorrência de choque mecânico e, sendo assim, um requisito para o próximo passo. A ponte possui acoplada na estrutura um cilindro vertical e, pode assumir três posições distintas: uma no início de curso (C) para liberação da peça na rampa, uma no meio do curso (D) para liberação da peça no reservatório e o fim de curso (F) para deixar o cilindro vertical preparado para pegar a peça. Dessa forma, a válvula necessita de três posições sendo a posição central fechada para que não avance nem recue a ponte para liberação da peça no meio da mesma. Logo, a válvula usada foi uma do tipo duplo solenoide com retorno por mola e centro fechado. Seguem nas Figuras 70 e 71 a programação e Figura 72 o esquema de movimentação: Figura 70 Avanço da ponte (Ladder) K6 K7 S3 K8 K14 K Figura 71 Avanço da ponte (Festo FluidSim).

65 63 Figura 72 Vista frontal da ponte para início do avanço AVANÇO ATUADOR VERTICAL Após o avanço completo da ponte o sensor de fim de curso (S5) localizado na posição F será acionado. Com esse requisito atingido o atuador vertical poderá ser movimentado da posição H para a posição L de maneira que a ventosa presente na frente do cilindro tenha contato com a peça na plataforma. O atuador vertical é comandado por uma válvula simples solenoide com retorno por mola também escolhida pela quantidade limitada de entradas e saídas do CLP. A programação para o avanço (descida) do cilindro é mostrada na Figura 73 e 74 com o esquema Figura 75: Figura 73 Avanço do atuador vertical (Ladder).

66 K7 K8 S5 K10 K14 K Figura 74 Avanço do cilindro vertical (Festo FluidSim). Figura 75 Vista frontal da ponte para início da descida do cilindro vertical.

67 GERAÇÃO DE VÁCUO 2 Com o término do avanço do cilindro vertical o sensor de fim de curso (S8) será acionado indicando que o cilindro está na posição L e assim a ventosa presente no mesmo entra em contato com a peça na plataforma. O sensor ativado também é o requisito para a geração de vácuo na ventosa. De forma análoga à primeira geração de vácuo, utilizou-se de um temporizador impedindo a continuação do sistema por dois segundos para que a diferença de pressão seja capaz de prender a peça na ventosa e, o mesmo pressostato na linha de sucção, de forma que ao se perceber uma diferença de pressão na entrada de ar da ventosa um sinal elétrico indique que possa ser continuada a sequencia de passos. Figuras 76 e 77 a programação, e Figura 78 o esquema do vácuo: Figura 76 Geração de vácuo 2 (Ladder) K8 K9 S8 K12 K14 K Figura 77 Geração de vácuo 2 (Festo FluidSim).

68 66 Figura 78 Vista frontal do cilindro vertical avançado para geração de vácuo RETORNO ATUADOR VERTICAL Depois de passado o tempo do temporizador para certeza de que o vácuo foi gerado e, também o acionamento do pressostato para indicação de que houve a diferença de pressão suficiente para prender a peça, o próximo passo poderá ocorrer que é o retorno (subida) do atuador vertical com a peça presa à ventosa. Comandado, assim como na descida, pela válvula simples solenoide com retorno por mola o movimento de subida será ocasionado liberando o selo do movimento de avanço que mantinha a válvula na posição de avanço selada. Programação Figuras 79 e 80 com o esquema na Figura 81.

69 67 Figura 79 Retorno do atuador vertical (Ladder) P1 K9 K10 T4 K11 K14 K Figura 80 Retorno do atuador vertical (Festo FluidSim).

70 68 Figura 81 Vista frontal do cilindro vertical no fim do retorno RETORNO DA PONTE Para o retorno da ponte temos o requisito de total retorno do atuador vertical. Para que isso se comprove o sensor de início de curso (S7) deve estar acionado. Quando isso ocorre, a válvula de comando da ponte (duplo solenoide de centro fechado e retorno por mola) faz com que ela retorne até a posição de liberação, a qual pode ser no meio da ponte ou no início dependendo da cor da peça. Figuras 82 e 83 as programações do retorno da ponte com o esquema na Figura 84:

71 69 Figura 82 Retorno da ponte (Ladder) K10 K11 S7 K12 K14 K Figura 83 Retorno da ponte (Festo FluidSim).

72 70 Figura 84 Vista frontal da ponte para inicio do retorno LIBERAÇÃO DE VÁCUO 2 E RETORNO 2 DO SEMIROTATIVO Nesta parte da programação a liberação da peça na posição C ou D da ponte irá acionar o sensor S6 ou S9. Como comentado anteriormente neste trabalho, a peça termina o trajeto em uma rampa de descida ou em um reservatório. A peça irá para rampa quando o sensor óptico não for acionado, ou seja, a peça for preta e, irá para o reservatório quando o sensor for acionado, ou seja, a peça for laranja. A posição definida para a parada depende do sinal do sensor óptico que ocorreu após o avanço do cilindro 1A, na lógica apresentada a baixo é possível observar que quando a ponte for deixar a peça no início de curso na posição C, mesmo passando pelo sensor S9 no meio da ponte o próximo passo de liberação de vácuo ainda não ocorre devido a um intertravamento dos contatos. Para deixar o semirotativo na posição inicial convencionou-se realizar o seu retorno juntamente com a liberação de vácuo, pois nesta fase já se tem certeza que a ponte não está na posição F na qual poderia ocorrer um choque mecânico com o semirotativo. Então, como requisitos para o retorno têm-se a condição de liberação de vácuo e, mesmo com certa redundância, o sinal do sensor S6 ou S9. Devido a isso, pode-se dizer que ocorrem

73 71 simultaneamente. Nas Figuras 85 e 86 a lógica de programação com o esquema do movimento nas Figuras 87, 88 e 89: Figura 85 Segunda liberação de vácuo e segundo retorno do semirotativo (Ladder) K11 K17 K17 K12 S6 S9 K13 K14 K Figura 86 Segunda liberação de vácuo e segundo retorno do semirotativo (Festo FluidSim).

74 Figura 87 Vista frontal da ponte para liberação do reservatório. 72

75 Figura 88 Vista frontal da ponte para liberação na rampa. 73

76 74 Figura 89 Vista frontal do semirotativo.no segundo retorno. Quando a liberação de vácuo acontecer o atuador semirotativo retornará para posição de início. Como estes dois formam o último passo do trajeto, para que um possível uso indevido do SET em qualquer momento no sistema, também ocasione a ativação desse último passo na programação, colocou-se seu botão um selo à frente do último passo, assim mesmo que acionado durante o funcionamento não irá interfir no sistema, ele apenas dará condição para o início do sistema antes do término da lógica. Na programação com o Festo FluidSim uma parte pequena no final da programação ficou com esquema diferente ao do Ladder porém são similares. Nesta parte, colocou-se o botão de SET do sistema compartilhando dois selos no mesmo contato, porém isso não causa nenhuma mudança na lógica. Na Figura 90 a programação sem mudança em Ladder e após na Figura 91 a programação no FluidSim como citado acima:

77 75 Figura 90 Selo de SET (Ladder) K12 K13 SET K15 S6 S9 K1 K14 K14 K13 K Figura 91 Selo de SET e RESET (Festo FluidSim) FINALIZAÇÃO DO SISTEMA Após a liberação do vácuo e retorno do atuador semirotativo, a ponte fica posicionada na última posição que ocorreu a liberação da peça e o selo de SET, atuando com um último passo nesse momento, mas sem função de movimento, permanecerá fechado dando assim condição para o reinício da lógica do sistema sem que seja necessária reativação do SET. A peça quando liberada no reservatório, cai alinhada no mesmo devido à ação da gravidade após a liberação do vácuo que a segura na ventosa do cilindro vertical. Figura 92 o esquema:

78 76 Figura 92 Peça caindo no reservatório vista traseira da ponte. A peça quando liberada na rampa, da mesma forma cai devido à gravidade e liberação do vácuo e ao tocar na rampa desliza, pela mesma ação da gravidade, até o fim do trajeto, como mostra Figura 93.

79 77 Figura 93 Peça caindo e deslizando na rampa vista traseira da ponte. A finalização do sistema pode ocorrer antes do completo trajeto da peça. Convencionou-se para desligamento do processo um botão de desliga que permite que a qualquer momento durante o funcionamento do sistema, podendo também ser usado para segurança, encerre-se todas as ações. Ao se apertar este botão será acionado na programação um bit que cancela todos os selos do sistema cancelando consequentemente todas as ações. O bit acionado está presente em todos os selos do programa como um contato fechado de K14. Figuras 94 e 95 a lógica: Figura 94 Desliga do sistema (Ladder).

80 B2 K Figura 95 Desliga do sistema (Festo FluidSim). Ao se desligar o sistema quebra-se a continuidade e sequência dos passos, então se faz necessário um reset no sistema para que se tenham as condições de início. Os atuadores cilindro 1A e cilindro vertical são comandados por válvulas simples solenoide com retorno por mola, dessa forma quando acionado o botão de desliga os selos que as mantinham ativadas, são abertos permitindo que as válvulas voltem para a posição inicial o que automaticamente recua esses os atuadores. Os atuadores semirotativo e ponte por serem comandados por válvulas duplo solenoide e também por poderem entrar em choque, necessitam de uma lógica diferente para haja segurança na movimentação de retorno. O reset então precisa atuar apenas no semirotativo e na ponte, já que os outros atuadores já estão parados na posição de início. Para que ocorra retorno seguro dos atuadores, convencionou-se que o semirotativo só retornaria após o retorno completo da ponte. Outra observação importante na elaboração dessa lógica é a de que o reset só poderia funcionar a partir do momento que o desligamento ocorresse com o botão de desliga acionado para garantir maior segurança no sistema. Para o reset do sistema necessita-se então do acionamento simultâneo do botão de desliga e o botão de SET. Convencionou-se usar o botão de desliga com trava, pois assim o seu contato na programação não necessitaria de mais um selo para manter ativado. Após a ativação dos dois não há necessidade de segurar os botões,

81 79 pois um selo de reset irá ficar fechado e atuando na frente o contato do botão de trava de desliga que também desativa o selo. Para o reinício do sistema, após os atuadores retornarem para as posições iniciais destrava-se o botão de desliga e pressiona-se o SET, como o método de sequência máxima diz. Figuras 96 e 97 a lógica: Figura 96 Reset do sistema (Ladder) K12 SET K13 K15 K15 S6 S9 S6 K1 K14 K13 K14 K15 K Figura 97 Reset do sistema (Festo FluidSim) CONFIGURAÇÃO COM O SISTEMA REAL Para configuração do sistema real com o controlador temos dois caminhos: um com as entradas e saídas do CLP e o outro com o hardware de aquisição de sinais que se conecta ao EasyPorts. Para configuração do sistema com o CLP, colocam-se as entradas dos sensores e botões nos locais de entrada do controlador, as saídas nos cabos dos solenoides das válvulas e

82 80 o cabo RS232 no local apropriado para comunicação. Logicamente as entradas e saídas dos cabos devem ser alocadas de acordo com a lógica de programação elaborada. Figura 98 a configuração: Figura 98 Configuração física CLP. Depois de realizadas as conexões físicas do CLP, deve-se ir no software e compilar o programa, como na Figura 99:

83 81 Figura 99 Compilando o programa. Caso nenhum erro tenha sido acusado pelo programa faz-se o download para o controlador como mostra Figura 100. Figura 100 Download do programa para o CLP. Feito o download, o programa estará dentro do controlador então poderá se retirar o cabo RS232 caso não se queira acompanhar a programação pelo PC. Neste caso coloca-se o

84 82 controlador em RUN no botão presente na parte frontal e o mesmo estará pronto para o funcionamento. Caso se queira colocar o programa em modo Online ainda com o cabo RS232 conectado ao PC, clica-se em online no software como na Figura 101. Figura 101 Colocando o programa online. Desta forma encerra-se toda a elaboração da automação utilizando o CLP com o software FST da Festo. Para comunicação física com o hardware Festo EasyPorts temos que conectar os cabos dos solenoides nas saídas, os sensores e botões nas entradas, um cabo para conexão do hardware de aquisição de sinais com o EasyPorts e deste um cabo RS232 ou USB para interface com o PC, neste trabalho foi usado um cabo RS232. Na Figura 102 a imagem da placa, Figura 103 esquema de alimentação do EasyPorts e Figura 104 esquema físico:

85 83 Figura 102 Configuração física hardware de aquisição. Figura 103 Alimentação EasyPorts.

86 84 Figura 104 Configuração física EasyPorts. Depois de conectados os cabos para a comunicação física é necessário instalar o servidor OPC para comunicação do EasyPorts com o Festo FluidSim. O software EzOPC V5.3 faz essa função. Depois de instalado o servidor, alguns detalhes necessitam ser configurados para funcionamento do EasyPorts um deles é a instalação do EasyPort ActiveX Control que permitirá a comunicação da programação. No EzOPC configura-se o tipo de aplicação que está sendo desenvolvida, como na Figura 105:

87 85 Figura 105 Definição da aplicação utilizada no EzOPC. Depois utilizando o ActiveX Control clica-se em connect para que o hardware EasyPorts seja identificado como na Figura 106.

88 86 Figura 106 Identificação do EasyPorts. O EasyPorts possui 4 canais de comunicação, porém como necessita-se de apenas um para funcionamento do sistema não entrou-se nesses quesitos de escolha. O hardware já vem selecionado no canal 1. Para término da configuração é preciso no Festo FluidSim, onde a programação foi realizada, iniciar a comunicação via OPC para que os dados do sistema real sejam reconhecidos e processados para que o controle seja feito. Na Figura 107 o exemplo de configuração na página.

89 87 Figura 107 Iniciando comunicação do FluidSim via OPC. Após está etapa escolha entre os protocolos OPC ou DDE, como na Figura 108. Figura 108 Escolha do protocolo de comunicação.