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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
Andressa Bertoncini Martins Carolina Gomes de Souza Júlia Aparecida Neves Raquel Oliveira Silva Samanta Camila Nogueira
SISTEMA DE CONTROLE COM CLP PARA SECAGEM DE ROUPA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus São José dos Campos, como requisito para obtenção do Título de Técnico em Automação Industrial sob orientação do Professor Edson Vinci e coorientação do Professor Doutor José Eduardo Cervelin.
São José dos Campos 2014
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente а Deus, pois sem Ele não teríamos forças pаrа essa longa caminhada. Aos nossos pais, pelo amor, incentivo е apoio incondicional. A esta instituição, seus servidores, direção е administração qυе oportunizaram a janela que nos proporcionou a visão de um futuro promissor. Ao orientador Prof. Edson, por todo apoio е confiança. Pelas suas correções е incentivos, proporcionando-nos as ferramentas e o caminho para chegar até aqui. Ao coorientador Prof. Dr. Eduardo, pelo empenho e apoio dedicado à elaboração deste trabalho. À Prof.ª Dr.ª Vânia pelos conselhos e orientações que foram essenciais para atingirmos as exigências. Ao Técnico em Eletrotécnica Everson e ao Técnico em Eletrônica Danilo, pelo suporte e pela atenção oferecidos. À Técnica em Mecânica Marcela, pela paciência e colaboração para a montagem do nosso trabalho, priorizando nos apresentar o ensino que ainda não conhecíamos. Ao Ricardo, pela atenção e ideia que se concretizou com eficiência. A todos os nossos colegas pela amizade, nos auxiliando e permanecendo unidos para a finalização deste trabalho. Agradecemos a todos os professores que sempre estiveram dispostos a solucionar nossas dúvidas, proporcionando о conhecimento não apenas racional, mas а manifestação do caráter е afetividade no processo de formação profissional_._ A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram parte das nossas formações, о nosso muito obrigado.
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“O crescimento intelectual é atingido somente por quem não tem medo de aprender.”
(Luciano Rosset)
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Materiais do protótipo. .............................................................................. 19 Tabela 2 - Roupa - Algodão, relação entre temperatura, umidade e tempo. ............. 21 Tabela 3 - Roupa - Algodão, relação entre temperatura, umidade e tempo. ............. 22 Tabela 4 - Roupa - Algodão, relação entre temperatura, umidade e tempo. ............. 34 Tabela 5 - Roupa - Jeans, relação entre temperatura, umidade e tempo. ................. 34 Tabela 6 - Roupa - Mix, relação entre temperatura, umidade e tempo. ..................... 34
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Aplicação genérica do CLP (GEORGINI, 2011). ....................................... 14 Figura 2 - CLP. .......................................................................................................... 14 Figura 3 - Estrutura interna de um Motor DC (BRAGA, 2003)................................... 15 Figura 4 - Motor DC com caixa de redução. .............................................................. 16 Figura 5 - Chave fim de curso e suas principais partes (FRANCHI e CAMARGO, 2008 ). ........................................................................................................................ 18 Figura 6 - Esquemático para uma Ponte H (FILHO). ................................................ 19 Figura 7 - Diagrama em blocos. ................................................................................ 23 Figura 8 - Cotas da polia. .......................................................................................... 24 Figura 9 - Vistas da polia. .......................................................................................... 24 Figura 10 - Esquema elétrico. ................................................................................... 25 Figura 11 - Fluxograma. ............................................................................................ 26 Figura 12 - Código Ladder: Verificação da Temperatura e Umidade. ........................ 28 Figura 13 - Código Ladder: Seleção do tipo de roupa/ Tempo de secagem da Roupa A. ............................................................................................................................... 29 Figura 14 - Código Ladder. Seleção do tipo de roupa/ Tempo de secagem da Roupa B. ............................................................................................................................... 30 Figura 15 - Código Ladder. Seleção do tipo de roupa/ Tempo de secagem da Roupa C. ............................................................................................................................... 31 Figura 16 - Código Ladder: Início do sistema/ Avanço do motor. .............................. 32 Figura 17 - Código Ladder: Recuo dos fixadores de cabide. .................................... 33 Figura 18 - Botoeiras para escolher o tipo de roupa. ................................................ 38
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RESUMO
Este trabalho apresenta um sistema de controle com CLP para secagem de roupa. O sistema funciona da seguinte maneira: o usuário seleciona o tipo de roupa (algodão, jeans ou mix) e aperta o botão de início do processo. Ao fazer isso, o motor é acionado pelo CLP, com código em ladder, para mover as polias responsáveis por esticar a corda do trilho, fazendo com que os fixadores (ganchos) para cabides fiquem estirados. Após o avanço do motor, o CLP faz o processamento da aquisição de dados dos sensores de umidade do ar e de temperatura, associando essas medidas a valores de tempo pré-determinados para inicialização e finalização do tempo de contagem. Posteriormente à finalização da contagem, o motor é acionado novamente, mas no sentido reverso, ou seja, ele faz com que as polias girem a fim de recolher a corda. Todo o movimento de avanço e retorno da corda do trilho, onde estão os fixadores, é finalizado por chaves fim de curso, dispostas nas extremidades do trilho, desligando o motor elétrico.
Palavras-chave: Controlador Lógico Programável – sensores – secagem.
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ABSTRACT
This paper presents a control system with PLC for clothes drying. The system works as follows: the user selects the type of fabric (cotton, jeans or mix) and tightens the outset button. In doing so, the motor is driven by the PLC, with code ladder to move the pulleys responsible for stretching the rope rail, causing the fasteners (hooks) for hangers become stretched. After advancing the motor, the PLC causes the data acquisition processing of the humidity sensor and the air temperature by associating these steps at predetermined time values for the start and end counting time. After the completion of the count, the motor is driven again, but in the reverse direction, that is, it causes the pulleys to rotate in order to collect the rope. Any movement forward and return rail rope, where the fasteners, is finished off by limit switches arranged in the rail ends, turning off the electric motor.
Keywords: Programmable Logic Controller - sensors - drying.
1. OBJETIVO
O objetivo do trabalho é construir um Sistema de Controle com CLP para secagem de roupa que irá medir a umidade relativa do ar e a temperatura ambiente através de dispositivos eletro-eletrônicos. A seleção dos tempos para o processo de secagem é estabelecida a partir do tipo de tecido indicado pelo usuário e da mensuração das condições ambientais captadas pelos sensores.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. CLP
É um dos controladores mais utilizado em sistemas de controle. Sua finalidade, como o próprio nome diz, é controlar um processo através de um algoritmo lógico programável. O Controlador Lógico Programável utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções.
O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente CLP, do inglês Programmable Logic Controller ( PLC ), pode ser definido como um computador industrial, capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle (sequência lógica, temporização e contagem, por exemplo), além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de Sistemas Automatizados (GEORGINI, 2011).
A figura 1 abaixo mostra o esquema da aplicação de um CLP. Os dispositivos de entrada, como transdutores, sensores e chaves, são responsáveis por ler informações, que serão executadas por meio do CLP através de um software desenvolvido pelo programador. E a ação do processo é realizada pelos dispositivos de saída, como amplificadores, sinalizadores, atuadores, entre outros.
Figura 1 - Aplicação genérica do CLP (GEORGINI, 2011).
A figura 2 apresenta o CLP do fabricante WEG, no modelo CLW - 02/20VT-D. O princípio básico de funcionamento de um CLP pode ser apresentado pelos itens a seguir:
Figura 2 - CLP.
Fonte de Alimentação: converte a tensão da rede elétrica e fornece tensão para alimentação de entradas e saídas; Unidade de processamento (CPU): é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos; Memória do usuário: é onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário, que pode ser alterado, já que flexibilidade é uma das vantagens do uso de CLP. A capacidade de memória varia de acordo com a marca e/ou modelo do Controlador. Memória de dados: é a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário, como valores de temporizadores, contadores, códigos de
Dispositivos de Saída Amplificadores, Sinalizadores, Atuadores
Dispositivos de Entrada Transdutores, Sensores, Chaves
Sistema
Automatizado
PLC
Utilizando-se caixas de redução apropriadas e controles de velocidade e sentido, é possível obter velocidades diferenciadas com estes motores (BRAGA, 2003). A figura 4 mostra um motor DC com caixa de redução.
Figura 4 - Motor DC com caixa de redução.
2.3. Sensor de umidade
A umidade pode ser definida como o teor de vapor de água ou outros gases no ar que geralmente é medida em termos de umidade absoluta (a razão entre a massa de vapor de água para o volume de ar ou de gás), ponto de orvalho (a temperatura e pressão à qual um gás começa a condensar-se em um líquido), e de umidade relativa, ou RH (a razão entre a umidade, teor de ar, em comparação com o nível de umidade saturada, à mesma temperatura ou pressão) (WILSON). Existem diversos tipos de sensores de umidade como capacitivos, resistivos, e de condutividade térmica. Os sensores capacitivos são amplamente utilizados em aplicações industriais e comerciais. Eles dominam ambas as medições atmosféricas e de processo e são capazes de funcionar com precisão até 0% de umidade relativa. Devido ao seu efeito de baixa temperatura, eles são frequentemente utilizados sobre amplas faixas da mesma. Já os sensores de umidade resistivo conseguem medir a variação de impedância, que normalmente tem uma inversa relação exponencial à umidade. Esses sensores possuem um revestimento cerâmico para fornecer proteção em ambientes onde ocorre a condensação.
E por fim, os sensores de umidade de condutividade térmica (também conhecidos como sensores de umidade absoluta) medem a umidade absoluta, através do cálculo da diferença entre a condutividade térmica do ar seco e do ar contendo vapor de água. Estes sensores são construídos usando dois coeficientes de temperatura negativa (NTC) e elementos como termistores em um circuito de ponte DC. A diferença na resistência entre os dois termistores é diretamente proporcional à umidade absoluta (WILSON).
2.4. Sensor de temperatura
Os sensores de temperatura convertem a grandeza física temperatura em um sinal elétrico. Alguns tipos de sensores são: PT 100, Termopar, entre outros. Os sensores PT 100 verificam a variação da resistência elétrica com a temperatura. Os Termopares são dispositivos elétricos que medem a temperatura, por tensões de saídas previstas e suportam altas temperaturas (ECIL).
2.5. Chave fim de curso
As chaves fim de curso são comutadores elétricos de entrada de sinais acionados mecanicamente. Essas chaves são basicamente constituídas por uma alavanca ou haste, com ou sem roldanas na extremidade, que transmite o movimento aos contatos que se abrem ou se fecham de acordo com a sua função. Pode ser na parte de controle, sinalizando os pontos de início ou de parada de um determinado processo, e de segurança, desligando equipamentos quando há abertura de porta ou equipamento e alarme (FRANCHI e CAMARGO, 2008). A figura 5 mostra uma chave fim de curso e sua estrutura interna.
Figura 6 - Esquemático para uma Ponte H (FILHO).
2.7. Polia
As polias ou roldanas basicamente são discos que podem girar em torno de um eixo e são normais ao seu plano. Na periferia desses discos existe um sulco, denominado canal, no qual passa uma corda ou cabo contornando-o. O eixo é sustentado por mancais. As polias, quanto ao modo de operação, classificam-se em fixas e móveis. Nas fixas, os mancais de seus eixos permanecem em repouso em relação ao suporte onde foram fixados. Nas móveis, tais mancais se movimentam juntamente com a carga que está sendo deslocada pela máquina (NETTO, 2011).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. Materiais
Os componentes utilizados no projeto do Sistema de Controle com CLP para secagem de roupa estão listados na Tabela 1.
Tabela 1 - Materiais do protótipo. Denominação Fabricante Tipo Quantidade Braçadeira - - 1 Chave fim de curso - - 2
CLP WEG CLW-02/20VT-D 1
Eixo - Aço 1020 1 Fixadores de cabide - Aço galvonizado 10 Motor - DC com caixa de redução de 12V 1 Parafusos e porcas - - 2 Placa em formato L - Metal 1 Polia - PVC 2 Rebites - - 3 Relés - - 2 Sensor de Temperatura - - 1 Sensor de Umidade - - 1 Trilho de persiana - Metalon 1
3.2. Métodos
Pela ferramenta Clic02 Edit foi desenvolvida toda a lógica de funcionamento do Sistema de Controle com CLP para secagem de roupa. Para a implementação foi necessário a utilização de alguns elementos, como: temporizadores, comparadores, marcadores, contatos com selo, entre outros. Os comparadores são responsáveis pela aquisição dos valores presentes nos sensores. Através da comparação desses valores, os temporizadores executam a contagem para a secagem das roupas dispostas no trilho. Como necessidade de projeto, foi necessário pré-definir tempos para a secagem das roupas através da umidade relativa do ar e da temperatura. Assim, foram realizados testes em tipos de roupas como: algodão, jeans e variados em temperaturas ambientes diferentes. Com os testes realizados, foi possível definir o valor de cada temporizador do CLP. Por exemplo: uma roupa de algodão levou 45 minutos para secar com uma temperatura entre 11 e 20°C e umidade relativa do ar entre 31 e 50%. O mesmo processo resultou em 33 minutos quando a temperatura estava numa escala entre 21 e 30°C e a umidade, entre 51 e 70%. A Tabela 2 indica os valores de tempos em minutos, determinados de forma empírica, para roupa do tipo algodão – teste.
