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Índice
DECLARAҪÃO SOB PALAVARA DE HONRA.............................................................................................I Resumo...............................................................................................................................................................II Relatório do Estágio..........................................................................................................................................III Dedicatória........................................................................................................................................................IV Agradecimentos.................................................................................................................................................V Lista de Símbolos, Siglas e terminologia...........................................................................................................VI Tradutor...........................................................................................................................................................VII Capitulo I............................................................................................................................................................ 1 1.Introdução....................................................................................................................................................... 1 1.1 Finalidade do trabalho.................................................................................................................................. 1 1.2. Objectivos.................................................................................................................................................... 1 1.2.1 Objectivos gerais....................................................................................................................................... 1 1.2.2. Objectivo específico................................................................................................................................. 1 Capitulo II-Parte Geral....................................................................................................................................... 2 2.1. Automação industrial................................................................................................................................... 2 2.1.1.Classifição de automação.......................................................................................................................... 2 2.1.2.Conceitos básicos e terminologia............................................................................................................... 3 2.2.Controladores Lógicos Programáveis........................................................................................................... 4 2.2.1.Evolucao dos PLC’s.................................................................................................................................. 4 2.2.2.Vantagens dos PLC’s em relação aos painéis com relés são:..................................................................... 4 2.2.3.Aplicações do PLC:................................................................................................................................... 4 2.2.4.Conceito.................................................................................................................................................... 5 2.2.5.Tipos de PLC............................................................................................................................................. 5 2.3.Hardware de um PLC................................................................................................................................... 5 2.3.1.Fonte de alimentação................................................................................................................................. 6 2.3.2.Unidade Central de Processamento (CPU)................................................................................................ 6 2.3.3 Memória.................................................................................................................................................... 7 2.3.4.Porta de Programação................................................................................................................................ 7 2.3.5.Módulos De Entrada.................................................................................................................................. 7
Anexo I................................................................................................................................................................I
- 2.3.6.Modulos de Saída......................................................................................................................................
- 2.4.Softwares para programação de PLC’s.........................................................................................................
- 2.4.1.Ciclo de varredura de um PLC..................................................................................................................
- 2.5.Programação dos PLC’s.............................................................................................................................
- 2.5.1. Lista de instruções..................................................................................................................................
- 2.5.2.Diagrama de blocos.................................................................................................................................
- 2.6.Linguagem de Diagrama de Contactos ( Ladder )........................................................................................
- 2.6.1.Instruções e Comandos da Linguagem Ladder
- 2.6.2.Lógica de Relé ou Instrução de Bit..........................................................................................................
- 2.6.2.1 Instrução NA (Normalmente Aberto)...................................................................................................
- 2.6.2.2 Instrução NF (Normalmente Fechado)..................................................................................................
- 2.6.2.3 Instrução de Saída – Bobina Energizada...............................................................................................
- 2.7 Sensores industriais....................................................................................................................................
- 2.7.1 Alimentação de Sensores.........................................................................................................................
- 2.7.2 Saída dos sensores...................................................................................................................................
- 2.7.3 Tipos de Sensores:...................................................................................................................................
- 2.7.3.1 Sensores indutivos................................................................................................................................
- 2.8 Actuadores..................................................................................................................................................
- 2.8.1 Actuadores hidráulicos............................................................................................................................
- 2.8.1.1 Cilindros hidráulicos de duplo efeito (CHDE)......................................................................................
- 2.8.1.2 Cilindros hidráulicos de simples efeito (CHSE)...................................................................................
- 2.8.1.3 Motores hidráulicos (MH)....................................................................................................................
- 2.9 Válvulas......................................................................................................................................................
- 2.9.1.Válvulas de Controlo Direccionais..........................................................................................................
- 2.9.1.1 Número de Posições:............................................................................................................................
- 2.9.2.Constituicao de válvula direccional.........................................................................................................
- 2.9.3.Funcionamento de válvula eléctrica.........................................................................................................
- 2.9.3.1 Válvula direccional "5/3’’.....................................................................................................................
- Capitulo III- PARTE ESPECÍFICA.................................................................................................................
- 3.1 Memoria Descritiva e Justificativa.............................................................................................................
- 3.1.1.Finalidade................................................................................................................................................
- 3.1.2 Local De Instalação Do Projecto.............................................................................................................
- 3.2.Guindastes portuários.................................................................................................................................
- 3.2.1.Spreader Bromma....................................................................................................................................
- 3.2.2.Mecanismos do spreader
- 3.2.2.1.Corpo central ( Centre body ).................................................................................................................
- 3.2.2.2.Feixe Telescópico ( Telescopic arms )....................................................................................................
- 3.2.2.3.Mecanismos de Unhas e pinos de aterramento ( Twistlock and Land Pin )............................................
- 3.2.2.4.Mecanismo de Guia de Recolhimento ( Flipper/ Gather guide )............................................................
- 3.3. Sistema de controlo de spreader por PLC.................................................................................................
- 3.4.1. Disposição dos dispositivos necessários para a instalação do sistema de controlo.................................
- 3.4.2.Controlador lógico programável..............................................................................................................
- 3.4.2.1 Constituição do PLC Siemens..............................................................................................................
- 3.4.2.1.1 Unidade Central de Processamento (CPU)........................................................................................
- 3.4.2.1.2 Módulo de entradas............................................................................................................................
- 3.4.2.1.3 Módulo de saídas...............................................................................................................................
- 3.4.2.2.Características das CPU’s da família S7-300 (CPU- 314)....................................................................
- 3.4.2.3.Instalação eléctrica do PLC..................................................................................................................
- 3.4.2.4.Instalação mecânica do sistema de controlo.........................................................................................
- 3.4.3.Sensor Indutivo........................................................................................................................................
- 3.4.3.1.Montagem de sensor.............................................................................................................................
- 3.5.Material a usar na instalação do sistema de controlo:.................................................................................
- 3.5.1. Instalação mecânica dos botões de pressão.............................................................................................
- 3 .6 Diagrama em blocos do sistema de controlo a implementar.......................................................................
- 3.6.1 Funcionamento do diagrama em bloco...................................................................................................
- 3.7 Entradas e saídas do diagrama ladder
- 3.7.1 Entradas:..................................................................................................................................................
- 3.7.2 Saidas......................................................................................................................................................
- 3.8 Funcionamento do diagrama lógico............................................................................................................
- 3.8.1.Função lock e unlock
- 3.8.1 Primeira linha de código: ligar a bomba e sinalização de desengate........................................................
- 3.8.2.Terceira linha de código – engate / lock
- 3.8.3.Quarta linha de código – Desengate/ unlock............................................................................................
- 3.8.4.Quinta linha de código – expansão do telescópio 40 pés.........................................................................
- 3.8.5 Sexta linha de código – retracção/ 20 pés................................................................................................
- 3.8.6 Sétima e oitava linha de código – flipper lado Mar down e up
- 3.8.7 Nona e décima linha de código – flipper down e up lado terra................................................................
- 3.9. Orçamento do material para o projecto......................................................................................................
- 3.9.1 Mão-de-obra............................................................................................................................................
- 3.9.2 Orçamento Geral.....................................................................................................................................
- Conclusão.........................................................................................................................................................
- Recomendações................................................................................................................................................
- Bibliografia......................................................................................................................................................
DECLARAҪÃO SOB PALAVARA DE HONRA
Eu, Édio Mário Chirrinze, declaro que o presente trabalho de fim de curso é fruto do meu trabalho pessoal e das orientações do meu supervisor, o seu conteúdo é original e todas as fontes bibliográficas consultadas estão devidamente identificadas ao longo do Relatório e na lista bibliográfica. Declaro ainda que este trabalho nunca foi antes apresentado nesta instituição, nem em outra para obtenção de qualquer que seja o grau académico. (Édio Mário Chirrinze) I
Resumo Spreader é um implemento que pode ser acoplado aos guindastes para a movimentação de contentores padronizados. Sua estrutura é formada a partir de uma base rectangular que se acopla perfeitamente sobre um contentor. Este tem como função básica: elevar contentores de tamanhos diferentes, garantindo que os mesmos sejam transmitidos com segurança; O comando do spreader no guindaste cinco da empresa Cornelder Moçambique é na base de relés, e esses são bastante desvantajosos, por isso, a implementação do PLC é a forma mais viável para o autor de modo a garantir melhor confiabilidade assim como aumento da produtividade. Diferente dos relés, o PLC pode ser programado assim como reprogramado através de uma linguagem de programação de maneira a executar funções aritméticas, lógicas, de temporização, de contagem, entre outras. Este trabalho aborda sobre o sistema de controlo do spreader por PLC e nele é apresentada toda matéria de automação, em seguida as especificações do PlC a se implementar e o programa de controlo. Neste trabalho estão descritos todos os procedimentos de instalação e configuração do sistema. II
Dedicatória Dedico este trabalho aos meus pais, Mário Chirrinze e Cândida Mazive por terem batalhado tanto pela minha formação, deixando para trás os seus planos para sustentar-me, aos meus amigos e irmãos. IV
Agradecimentos Agradeço a DEUS pelo sustento de cada dia e pelo seu amor que me alcançou no percurso da minha formação. Fazem parte dos meus agradecimentos os meus pais, Mário Chirrinze e Cândida Mazive, os meus irmãos Euclides, Eufrásia e Tammy, a toda a minha família que sempre esteve presente na minha vida desde criança. Em seguida os irmãos da célula do lar do IICB, colegas do IICB e da Nectar que ajudaram bastante no meu estágio, aos professores do IICB, especialmente da Industria electrónica e a todos que de uma forma direita ou indirecta contribuíram para realização deste sonho. Agradeço bastante por tudo, pela ajuda na elaboração do trabalho, embora não estejam especificados os nomes para não ser injusto para com outros, sempre irei lembrar dessa bondade. Muito obrigado a todos, que DEUS lhes abençoe. V
Tradutor Inglês - Português Spreader – Pegador Foot- Pé (unidade de comprimento) Twistlock - Unha Flipper- Guia de Recolhimento Head Block- Bloco de Cabeça Lock- Bloqueado Unlocked- Desbloqueado Centre Section - Secção Central Land Pin - pinos de aterramento Telescopic arms - feixe Telescópico Hoist – Guincho Trolley - Carro VII
Capitulo I 1.Introdução O presente trabalho de fim do curso aborda sobre sistema de controlo de spreader. A abordagem sobre o tema em destaque encontra-se dividido em capítulos organizados de forma sequencial junto com os seus subcapítulos. As três partes que constituem o trabalho são: 1 a^ – Parte Introdutória, reúne os objectivos e a finalidade do TFC; 2 a^ – Parte Geral, que reúne matérias teóricas relacionadas com a automação; 3 a^ – Parte especifica, esta é a parte fulcral do trabalho, nela encontra-se informações do spreader , os materiais específicos para o projecto, orçamento e diagrama lógico do sistema de controlo. 1.1 Finalidade do trabalho O presente trabalho de fim do curso, cujo tema é, SISTEMA DE CONTROLO DE SPREADER , surgiu através de uma necessidade notada pelo autor durante o seu estágio, de melhorar o sistema de controlo de spreader, substituindo o painel de comando de relé por PLC, de modo a garantir maior confiabilidade, flexibidade e possibilidade de reprogramação. A finalidade deste trabalho é constituir uma proposta de trabalho do fim do curso do nível médio da especialidade de Industria Electrónica do estudante Édio Mário Chirrinze sob supervisão do Professor Victor Baptista e do senhor Gomacha. 1.2. Objectivos 1.2.1 Objectivos gerais Este trabalho tem como objectivo de forma generalizada, fazer conhecer como é feita a automação industrial, as partes constituintes e o impacto que a mesma trás na industria. 1.2.2. Objectivo específico Os objectivos específicos compreendem:
- Estudar o sistema de controlo do spreader ;
- Aplicar o PLC para controlo de spreader;
- Desenvolver programa de controlo do Spreader;
- Instalar sensores indutivos. 1
- Automação flexível – reúne algumas das características da automação rígida e outras da automação programável. O equipamento deve ser progra.mado para produzir uma variedade de produtos com algumas características ou configurações diferentes, mas a variedade dessas características é normalmente mais limitada que aquela permitida pela automação programável. 2.1.2.Conceitos básicos e terminologia São alguns conceitos básicos e termos utilizados frequentemente em automação industrial:
- Processo – conjunto de actividades ou passos que objectivam atingir uma meta. Utilizado para criar, inventar, projectar, transformar, produzir, controlar, manter e usar produtos ou sistemas.
- Processo automatizado – processo através do qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento, efectuando medições e introduzindo correcções, sem necessidade de interferência do homem.
- Variável de processo – qualquer grandeza ou condição de um processo que é passível de variação. Em controlo de processos também é chamada de variável controlada.
- Controle de processos – técnica de manter variáveis de um processo (como temperatura e pressão) em valores predeterminados a partir de um procedimento que calcula correcções proporcionais a uma ou mais variáveis que são medidas em tempo real por um determinado equipamento.
- Sensor – elemento que está conectado à variável de processo e mede suas alterações. São dispositivos que causam alguma mudança nas suas propriedades de acordo com mudanças nas condições do processo.
- Actuador – elemento que atua para alterar fisicamente uma variável manipulada. Pode ser uma válvula utilizada para restringir a passagem de um fluido, bombas para regular o fluxo, entre outros.
- Controlador Lógico Programável (PLC) – aparelho electrónico digital que pode ser programado através de uma linguagem de programação de maneira a executar funções aritméticas, lógicas, de temporização, de contagem, entre outras. Possui entradas para aquisição de dados e saídas para accionar diversos tipos de dispositivos ou processos.
- Programas – também chamados de softwares , são conjuntos de instruções lógicas, sequencialmente organizadas, as quais indicam ao controlador ou ao computador as acções a serem executadas. 3
2.2.Controladores Lógicos Programáveis 2.2.1.Evolucao dos PLC’s Os Controladores Lógicos Programáveis surgiram na indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controlo de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que reflectia as necessidades de muitos usuários de circuitos à relés, não só da indústria automobilística, como de toda a indústria manufactureira. Desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das entradas e saídas e principalmente o modo de programação e a interface com o usuário. 2.2.2.Vantagens dos PLC’s em relação aos painéis com relés são:
- Utilização de menos espaço.
- Menor consumo de energia.
- Maior confiabilidade e flexibilidade.
- Possibilidade de reprogramação
- Maior rapidez na elaboração dos projectos.
- Capacidade de comunicação com outros dispositivos.
- Executa funções aritméticas, lógicas, de temporização, de contagem, entre outras. 2.2.3.Aplicações do PLC: Os PLC’s podem ser aplicados em:
- Indústrias automotivas;
- Indústrias mecânicas;
- Indústria alimentícia;
- Controlo de sistemas de transporte de materiais;
- Controlo de processos químicos; - Sistemas automáticos de segurança. 4
Fig. .1. Diagrama de blocos do hardware de um PLC. Fonte: Lupércio (2013). 2.3.1.Fonte de alimentação A fonte converte a tensão da rede eléctrica (110 ou 220 VCA) para a tensão de alimentação dos circuitos electrónicos, também a memória, as entradas e saídas. Normalmente as fontes são projectadas para fornecer vários níveis de tensões de alimentação para os módulos. O processador normalmente necessita de uma alimentação de 5 VCC, cartões de entradas e saídas digitais precisam de alimentação auxiliar para os elementos de chaveamento e conversão, normalmente de 12 VCC ou 24 VCC. Cartões de entradas e saídas analógicas necessitam de alimentação 24 VCC. Os fabricantes especificam a capacidade máxima da fonte em Watts ou Amperes. 2.3.2.Unidade Central de Processamento (CPU) É responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos. Nos PLC’s modulares a CPU está em uma placa (ou módulo) separada das demais, podendo - se achar combinações de CPU e Fonte de Alimentação. Nos PLC’s de menor porte a CPU e os demais circuitos estão todos em único módulo. Através do programa ela analisa o estado das entradas e altera o estado das saídas, de acordo com a lógica programada. 6
2.3.3 Memória É responsável pelo armazenamento de todas as informações necessárias ao funcionamento do PLC. E subdivide-se em:
- Memória do usuário , É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alterada pelo usuário, já que uma das vantagens do uso de PLC’s é a flexibilidade de programação. Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias). A capacidade desta memória varia bastante de acordo com a marca/modelo do PLC, sendo normalmente dimensionadas em Passos de Programa.
- Memória de dados , É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do PLC. São valores armazenados que serão consultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns PLC’s, utiliza - se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia.
- Memória do sistema , direcciona e realiza as actividades de operação, tais como: Execução do programa do usuário e coordenação das varreduras das entradas e actualização das saídas, programada pelo fabricante e não pode ser acessada pelo usuário. 2.3.4.Porta de Programação Conjunto de condutores utilizados pelo processador para trocar dados com a memória e dispositivos de entrada e saída. É dividido em barramento de dados e barramento de endereços. O barramento de endereços é utilizado para transmitir ao chipset o endereço de memória ou de entrada e saída onde o processador irá ler ou escrever um dado. O barramento de dados é utilizado para transmitir o próprio dado entre o processador e a memória, entradas e saídas. 2.3.5.Módulos De Entrada São circuitos utilizados para adequar electricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU (ou microprocessador) do PLC. Existem dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas. Entradas digitais: São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado, tais como:
- Botões de pressão;
- Chaves fim de curso; 7
