Sistema de controle sequencial para transformação de vasilhames em copos, Exercícios de Dinâmica de Fluidos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

PEDRO LUIS MARTINS MENEZES

AUTOMAÇÃO SEQUENCIAL PARA MÁQUINA DE TRANSFORMAÇÃO DE

VASILHAMES

Alegrete 2018

PEDRO LUIS MARTINS MENEZES

AUTOMAÇÃO SEQUENCIAL PARA MÁQUINA DE TRANSFORMAÇÃO DE

VASILHAMES

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Pampa, requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Mecânica. Orientador: Prof. Me. Mauricio Paz França Alegrete 2018

RESUMO

O presente trabalho desenvolveu a automação sequencial para a máquina de transformação de vasilhames utilizando componentes de automação industrial, tais como controlador lógico programável, inversor de frequência, motor rotor gaiola-esquilo, sensores. O desenvolvimento da automação sequencial para ela é uma etapa necessária para a criação do equipamento, e seu desenvolvimento. Buscando alcançar uma maior produtividade para processo de transformação, maior qualidade, e maior economia, o desenvolvimento da automação para o equipamento iniciará, o seu desenvolvimento. O controle utilizado será a lógica sequencial, alcançando a função lógica mínima através da utilização da Tabela da Verdade, Diagrama Karnaugh-Veitch, e a simulação em bancada. O controlador lógico programável tornou-se uma alternativa viável para o trabalho, pois simplificou a construção física do controle, e permitiu um melhor controle do motor de movimentação da esteira através do inversor de frequência adotado, e a sua simulação tanto em software como em hardware. Palavras Chave: Automação, Controle, Lógica Sequencial.

ABSTRACT

The present work developed sequential automation for the container processing machine using industrial automation components, such as programmable logic controller, frequency inverter, cage-squirrel rotor motor, sensors. The development of sequential automation for it is a necessary step for the creation of the equipment, and its development. Seeking to achieve greater productivity for the transformation process, higher quality, and greater economy, the development of automation for the equipment will begin, its development. The control used will be the sequential logic, reaching the minimum logical function through the use of the Truth Table, Karnaugh-Veitch Diagram, and the bench simulation. The programmable logic controller became a viable alternative to the work, since it simplified the physical construction of the control, and allowed a better control of the motor of movement of the conveyor through the adopted frequency inverter, and its simulation in both software and hardware. Keywords: Automation, Control, Sequential Logic.

1. INTRODUÇÃO

Este trabalho descreve os passos realizados para o desenvolvimento da automação sequencial utilizada na máquina de vasilhames em copos, apresentando os passos para encontrar as equações minimizadas booleanas, e a montagem e simulação do sistema de automação sequencial. Almeida e Amaral (2006) explicam como o aumento da população, a globalização e o surgimento de novas tecnologias, tem contribuído para o rápido aumento da produção de lixo. E o processo de transformação de produtos descartados tem se tornado cada vez mais necessário. Devido a muitos produtos não serem descartados de forma correta, indo parar em lixões, sendo acumulados em rios, florestas e mares, degradando a natureza. Chagas e Neto (2012) explica que a reciclagem do vidro pode ser muito lucrativa, pois ainda não houve um desenvolvimento econômico pleno desse setor. Na atualidade a área de transformação de materiais originados do vidro em produtos, mostrou deficiente em processos automatizados, pois não existe uma cultura de aproveitamento desses materiais usados, como exemplo vasilhames. A automação pode elevar o patamar de industrialização da reciclagem e transformação, podendo alcançar maiores níveis de qualidade, agilidade, homogeneidade. Júnior, Das Chagas e Fernandes (2003) explicam que as empresas têm como objetivo aumentar a produtividade, diminuir seus preços, aumentar a disponibilidade e inovação de seus produtos. A área de reciclagem e transformação vem necessitando de maquinário para este fim. No atual cenário milhares de vasilhames de vidro não são reaproveitados, devido ao seu baixo valor de mercado. Pois a rede de coleta, não vê como vantajosa sua coleta. Como mostra Campani e Ramos (2009) que o preço médio por tonelada do vidro colorido e incolor no mês de fevereiro de 2009 é R$ 90/ tonelada e R$ 100/tonelada, enquanto latas de alumínio o preço médio é de R$ 1.100,00/tonelada. Esta diferença de preço por tonelada mostra uma demanda maior para latas de alumínio e uma demanda menor para o vidro incolor e colorido, como explica Vasconcelos (2001) que o preço de um produto está atribuído à demanda e a oferta do

mesmo. Enquanto a lata de alumínio possui maior demanda e o vidro incolor e colorido possui uma demanda inferior, não possuindo o mesmo patamar de preços. 1.1. OBJETIVOS 1.1.1. Objetivo Geral Desenvolver a automatização sequencial para máquina de transformação de vasilhames em copos. 1.1.2. Objetivos Específicos  Concepção do fluxograma de automação da máquina;  Definição das tabelas de correspondência lógica de entradas e saídas da máquina;  Definição da lógica de automação e controle, utilizando os sensores;  Criação do diagrama elétrico de relés;  Criação do comando pneumático;  Definir o programa de controle através da linguagem LADDER;  Simular através de programa em linguagem LADDER;  Realizar a montagem do circuito eletropneumático e sua simulação em bancada. 1.2. JUSTIFICATIVA O desenvolvimento da máquina de transformação de vasilhames, veio da falta de alternativas de equipamentos capazes de realizar o processo de transformação de forma rápida e econômica. A utilização de comandos sequenciais tornou-se uma alternativa viável. Pois, pode ser aplicada de forma satisfatória e permitindo mais de uma forma física. 1.3. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA É possível realizar a aplicação e o desenvolvimento de um sistema de controle sequencial para máquina de transformação de vasilhames?

Esta etapa consiste na descrição das variáveis de entrada e saída, com seus respectivos estados lógicos. 1.4.3. Elaboração da Tabela Verdade A elaboração das tabelas da verdade, dos sistemas para a transformação dos vasilhames em copos serão elaboradas de forma a facilitar a otimização do funcionamento da máquina, pois nessa fase será mostrado as combinações das entradas e saídas. Os três sistemas terão suas próprias tabelas da verdade. 1.4.4. Elaboração do Diagrama Karnaugh-Veitch Nesta etapa é elaborado o Diagrama de Karnaugh-Veitch, para a obtenção da função booleana minimizada. Assim, minimizando as funções Booleanas. Tornando o código de controle mais enxuto. 1.4.5. Elaboração do Diagrama Lógico Com as funções booleanas minimizadas é possível construir o diagrama lógico, de cada sistema. Utilizando a linguagem LADDER para a representação. 1.4.6. Execução Física do Comando A execução física do comando será realizada através da utilização de CLP, atuadores eletropneumáticos, sensores, motores elétricos, inversores e contatoras. Aonde será montado o sistema de controle em bancada, simulando as entradas e saídas. 1.4.7. Análise Final Na análise final será realizada uma análise detalhada das etapas anteriores, desde definição da Função Booleana através da tabela da verdade até o circuito elétrico montado em bancada para encontrar possíveis erros durante a elaboração do trabalho. Para poder avaliar o circuito de comando, serão ativadas as entradas e anotadas as saídas e confrontada com as Tabelas da Verdade de cada sistema de controle.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Cenário atual da Reciclagem no Brasil Segundo Berté e Mazzaroto (2013, p. 27) apud Lomasso, Santos, Anjos, Andrade, Silva, Santos, Carvalho (2015, p. 4) a reciclagem é um conjunto de atividades que transformam lixo, ou produtos que seriam descartados após a sua utilização ou que já foram utilizados, em matéria prima para produção de novos produtos. Sendo coletados, separados e processados para sua reutilização. Conforme Chagas e Neto (2012, p. 3) apresentam os agentes de mercado atuantes no setor da reciclagem, onde destacam que essa atividade é de muita importância. Pois é gerada uma cadeia de valor em torno da reciclagem. Existindo desde catadores ou carrinheiros que realizam a coleta nas cidades, cooperativas de reciclagem onde ocorre a coleta seletiva, triagem e compactação dos materiais, pequenos e médios sucateiros que realizam a compra do material triado, grandes sucateiros que agem da mesma forma que os pequenos e médios sucateiros e repassam para as indústrias recicladoras. A apresenta uma estimativa da quantidade de material reciclado no Brasil. Pode ser observado que em 2005 o benchmark mundial para reciclagem do vidro foi a Belgica, que reciclou 96% de todo vidro produzido no país e o Brasil reciclou apenas 45%. Mostrando que existe pouco desenvolvimento se comparado a outros países e com a cadeia de reciclagem do alumínio que reciclou 97% em

Figura 3 -Embalagens Fonte: Adaptado de Guia do Vidro 2.3. Máquinas disponíveis no Mercado Foi realizada uma pesquisa sobre as máquinas de transformação de vasilhames em copos, e foram encontradas máquinas manuais e artesanais. Não sendo encontrada, máquinas automáticas. A Figura 4apresenta modelos com diamante artificial que realizam um risco no vidro onde será quebrado, segundo Guia do Vidro (2009) o risco realizado pelo diamante irá ser um guia para a quebra do vidro. Figura 4 - Máquinas com diamante Fonte: Adaptado de EBay Na Figura 5 máquinas que transformam garrafas por aquecimento, onde o vidro é aquecido em uma determinada região, causando uma dilatação até que o vidro quebre. Figura 5 - Máquina por aquecimento Fonte: Adaptado de Mercado Livre

2.4. Controlador Lógico Programável Segundo Parede, Gomes (2011, p.15) o criador do primeiro CLP foi Dick Morley, em 1968, trabalhava na empresa Bedford Associates. O CLP foi criado com a intenção de substituir quadros de comando, que eram utilizados para controlar operações sequenciais e repetitivas nas linhas de montagem na fabricante de automóveis General Motors. Um Controlador Lógico Programável é definido pelo IEC (International Electrotechnical Commission) como: “Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções especificas; tais como lógica, sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas.” (FRANCHI; CAMARGO, 2013, p. 23). 2.4.1. Configuração Básica CLP Segundo Georgini (2007, p. 48) os CLP’s possuem em sua estrutura básica:  CPU (Unidade Central de Processamento) - composto pelo processador, o sistema de memória, e os circuitos auxiliares;  Circuitos de entrada e saída- realizam a comunicação do CLP com exterior, podendo ainda ser de forma digital ou analógica;  Fonte de alimentação- É a responsável por fornecer energia elétrica para o CLP;  Base- Realiza a sustentação mecânica.