UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PAULO CESAR FLORES CERNA RETROFITTING DE UMA PRENSA MECÂNICA EXCÊNTRICA DE ACIONAMENTO POR ENGATE DE CHAVETA MONOGRAFIA DE ESPECIALIZAÇÃO CURITIBA 2013
57
Embed
RETROFITTING DE UMA PRENSA MECANICA EXCENTRICA DE ACIONAMENTO POR ENGATE DE CHAVETA
Monografia apresentado ao curso de Especialização em Automação Industrial do Departamento Acadêmico de Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Especialista em Automação Industrial
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA
ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
PAULO CESAR FLORES CERNA
RETROFITTING DE UMA PRENSA MECÂNICA EXCÊNTRICA DE ACIONAMENTO POR ENGATE DE CHAVETA
MONOGRAFIA DE ESPECIALIZAÇÃO
CURITIBA
2013
PAULO CESAR FLORES CERNA
RETROFITTING DE UMA PRENSA MECÂNICA EXCÊNTRICA DE ACIONAMENTO POR ENGATE DE CHAVETA
Monografia apresentado ao curso de Especialização em Automação Industrial do Departamento Acadêmico de Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Especialista em Automação Industrial
Orientador: Prof. Dr. Valmir de Oliveira
CURITIBA
2013
RESUMO
CERNA, Paulo Cesar Flores. Retrofitting de uma prensa mecânica excêntrica de acionamento por engate de chaveta. 2013. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Automação Industrial) – Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Curitiba, 2013.
Este trabalho descreve a execução de um retrofitting em uma prensa mecânica excêntrica de acionamento por engate de chaveta, que consistiu na atualização tecnológica de alguns dos componentes existentes, através da aplicação de modernas técnicas e dispositivos de automação. O enfoque desse trabalho foi o reaproveitamento das prensas mecânicas excêntricas com tecnologia obsoleta para adequá-las em função das novas normas de seguranças, a fim de aumentar a sua vida útil. Para a realização deste trabalho, o sistema mecânico de engate por chaveta foi substituído por um conjunto freio/ embreagem de fricção para garantir a parada do movimento em qualquer posição. No desenvolvimento da automatização utilizou-se um CLP (Controlador Lógico Programável) modelo SIMATIC S7-200 fabricado pela Siemens, cuja programação foi feita na linguagem Ladder. Também, foram acrescentados alguns dispositivos elétricos e pneumáticos, os quais foram instalados na prensa e desempenham suas funções de acordo com a programação feita no CLP. O resultado dessa modernização permitiu o aumento da produtividade, reduziu os períodos de inatividade e os riscos operacionais, assim como também, pelo ponto de vista econômico o investimento na reforma foi muito menor que na aquisição de uma prensa mecânica de última geração.
CERNA, Paulo Cesar Flores. Retrofitting de uma prensa mecânica excêntrica de acionamento por engate de chaveta. 2013. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Automação Industrial) – Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Curitiba, 2013.
This works describes the implementation of a retrofitting in a mechanical press eccentric drive by engaging key, which consists of the technological upgrading of some existing components through the application of modern techniques and automation devices. The focus of this work was the reuse of eccentric mechanical presses with obsolete technology to adapt them in light of new safety standards in order to increase their lifespan. For this work, the mechanical coupling keyed system was replaced by a brake assembly / friction clutch to ensure the arrest of the movement at any position. In the development of automation used a PLC (Programmable Logic Controller) model SIMATIC S7 - 200 manufactured by Siemens, whose programming was done in ladder language. Some electrical and pneumatic devices, which were installed in the press and perform their duties in accordance with the programming done in CLP were also added. The result of this modernization has enabled increased productivity, reduced downtime and operational risks, as well as by the economic point of view investment in reform was much less than the purchase of a mechanical press next generation.
diagram), ST (Structured text), IL (Instruction list) e SFC (Sequential function chart).
A linguagem Ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais,
seqüenciais e circuitos que envolvam ambas, utilizando como operadores para estas
lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros numéricos. O Quadro 1
mostra os três principais símbolos de programação.
Tipo Símbolo Equipamento elétrico
Contato aberto Contato fechado Saída
Quadro 1 - Principais símbolos de programação Fonte: Adaptado do Schionato (2007, p. 18).
4.2 SOFTWARE STEP 7 MICRO/WIN
STEP7-Micro/WIN permite economizar tempo e dinheiro na programação.
Este pacote de software pode ser tratado como um aplicativo padrão do Windows e
43
inclui todas as ferramentas necessárias para a programação conveniente do
SIMATIC S7-200: da instrução SIMATIC alto desempenho definidos para IEC
programação 1131-compliant e toda a forma de gráficos de tendência e assistentes.
Sua aparência e operação são idênticas às aplicações padrões do Windows,
facilitando a interface com o usuário. Permite que você crie suas próprias
bibliotecas, com partes de programas para serem reutilizadas, ou adicionar
bibliotecas prontas, como a de protocolo USS.
Figura 26 - Tela de programação do software STEP 7 Micro/WIN Fonte: Schionato (2007, p. 19).
4.3 FERRAMENTA GRAFCET
O GRAFCET surgiu de uma reunião com pesquisadores e gerentes
industriais envolvidos em sistemas de controle discreto que se reuniram na França
em 1975 para comparar modelos e métodos utilizados na construção de sistemas de
controle sequencial. o nome GRAFCET derivou-se de “graph” devido ao fundamento
gráfico do modelo e AFCET (Association française pour la cybernétique économique
et techinique) – nome da associação que suportou todo o trabalho (GEORGINI,
2007).
44
A ferramenta baseia-se em conceitos simples e claros, demonstrados na
Figura 26 e enumerados abaixo:
• A etapa;
• A ação associada à etapa;
• A transição;
• E a ação associada à transição.
A etapa é o estado parcial do sistema, no qual uma ação é realizada. Uma
etapa pode estar ativa ou inativa, assim como mais de uma etapa pode estar ativa
ao mesmo tempo (GEORGINI, 2007).
Uma ação associada à etapa só será executada quando tal etapa estiver
ativa, sendo assim, nenhuma ação associada a uma etapa será executa quando
essa etapa estiver inativa (GEORGINI, 2007).
A ação associada à transição pode ser definida como (GEORGINI, 2007):
A transição, que 'conecta' a etapa precedente (uma ou mais etapas) com a
etapa seguinte (uma ou várias etapas), representa uma decisão para
mudança de estado do sistema (a ação da etapa precedente é seguida pela
ação da etapa seguinte). para que uma transição seja efetuada são
necessárias duas condições:
• Que a etapa (uma ou várias etapas) precedente à transição esteja ativa;
• Que a condição (boolena) associada à transição seja verdadeira.
Ao ser efetuada a transição, a etapa precedente (uma ou várias etapas)
torna-se inativa e a etapa seguinte (uma ou várias etapas) torna-se ativa.
Consequentemente, a ação associada à etapa precedente deixa de ser
realizada, e a ação associada à etapa seguinte passa a ser realizada, e as
ações associadas a elas não são mais executadas, serão executadas então
as ações associadas às etapas seguintes.
45
Figura 27 - Exemplo simples de GRAFCET Fonte: Adaptado de Georgini (2007, p.22)
O GRAFCET foi adotado em 1988 como norma internacional pela IEC, sob o
nome sequencial function chart (diagrama funcional sequencial), de título preparation
of function charts for control systems (preparação de diagramas funcionais para
sistemas de controle). Atualmente, após atualizações, a referência, antes IEC 848,
passou à IEC 60848 (GEORGINI, 2007, p.22).
4.4 ESPECIFICAÇÕES DO CLP
Para o desenvolvimento do projeto foi utilizado um CLP fabricado pela
Siemens (Simatic S7-200). Esse CLP apresenta as seguintes características:
CPU Memória Programa
Tensão de Alimentação
Entradas Digitais Integradas
Saídas Digitais Integradas
Tempo de Resposta
222
4/2 kB
24VCC
8x24 VCC
Estado ON: de 15 à 35 VCC
6xtransistor – 0,75 A I0.0 à I0.3: 0,2ms
I0.4 à I1.5: 1,2ms
Estado OFF: de 0 à 5,0 VCC
I0.6 à I1.5: 3,0ms
Quadro 2 - Características do CLP Fonte: Adaptado de Schionato (2007, p. 19).
46
O emprego do CLP foi fundamental, pois este foi responsável por garantir o
funcionamento de todos os dispositivos de segurança implantados na adequação
proposta. O levantamento de todas as variáveis de entrada e saída deve ser
elaborado necessariamente para proceder com a programação do CLP, para
assegurar o funcionamento controlado da prensa mecânica excêntrica.
Figura 28 - CLP Siemens Simatic S7-200
Fonte: Schionato (2007, p. 20)
4.5 DESENVOLVIMENTO DA PROGRAMAÇÃO DA PRENSA
A primeira etapa do método utilizado é a realização da programação do CLP
em utilizando linguagem de GRAFCET. O Programa desenvolvido em linguagem de
GRAFCET pode ser visto na Figura 29.
47
Figura 29 – GRAFCET do Projeto. Fonte: Autoria própria.
S2.T1>5s
S2.T1<5s. S3
Bimanual.S1.S3
0
Inicio “Golpes” “Conforma produto”
“Aguardo”
Bimanual.S1.S3
Expulsa retalho
BT2
BT1.BT2
1 Luz_ON
Aciona Motor Volante
Aciona Motor expulsa retalho
2
3
4 Luz_Emergência_ON
“STOP”
48
No Quadro 3 identificam-se os nomes dos equipamentos de acordo com os
endereços utilizados na programação do CLP
Nomenclatura Endereço Descrição
Etp_0 M0.0 Etapa 0
Etp_1 M0.1 Etapa 1
Etp_2 M0.2 Etapa 2
Etp_3 M0.3 Etapa 3
Etp_4 M0.4 Etapa 4
Etp_5 M0.5 Etapa 5
BT1 I0.0 Botão liga/desliga
BT2 I0.1 Botão emergência
BI_MAN I0.2 Botão bimanual
S1 I0.3 Sensor dupla folha
S2 I0.4 Sensor óptico
S3 I0.5 Sensor expulsa retalho
T_32 T32 Tempo conformação produto
LUZ_ON Q0.0 Luz prensa funcionando
LUZ_E Q0.1 Luz de emergência
MOTOR_1 Q0.2 Motor volante
MOTOR_2 Q0.3 Motor expulsa retalho
VV_1 Q0.4 Válvula solenoide libera freio "inicio golpes"
VV_2 Q0.5 Válvula 3/2 expulsa retalho
BT3 I0.6 BT1 do bimanual
BT4 I0.7 BT2 do bimanual
T_33 T33 Tempo simultaneidade bimanual Quadro 3 - Endereço dos equipamentos na programação do CLP Fonte: Autoria Própria
A seguir são apresentadas todas as etapas da programação feitas para o
CLP Siemens Simatic S7-200, conforme visto nas figuras 30 a 34 onde foi utilizada
49
para a programação a linguagem Ladder, que utiliza o software STEP 7 Micro/WIN
para sua programação
Figura 30 – Programação do CLP – Parte 1 Fonte: Autoria própria
50
Figura 31 – Programação do CLP – Parte 2 Fonte: Autoria própria
51
Figura 32 – Programação do CLP – Parte 3 Fonte: Autoria própria
52
Figura 33 – Programação do CLP – Parte 4 Fonte: Autoria própria.
53
Figura 34 – Programação do CLP – Parte 5 Fonte: Autoria própria.
54
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho foi realizado o retrofitting de uma prensa mecânica excêntrica
de engate por chaveta (PMEEC). Com a prensa automatizada, os produtos
apresentaram uma melhor qualidade em seu estágio final, pois os riscos de quebra
do estampo ou a falha na conformação da peça foi diminuída drasticamente.
Uma grande vantagem foi a escolha de um Controlador Lógico Programável
(CLP), que forneceu todos os recursos necessários para o correto desenvolvimento
do trabalho, gerando assim uma automatização bastante eficiente e confiável.
Com esta automação os resultados finais obtidos foram satisfatórios, visto
que além de trazer uma qualidade melhor ao produto final, também trouxe outros
benefícios como: uma maior produtividade gerando maior lucro, redução dos
produtos com erros, ganhando-se tempo para que o operador possa estar realizando
outras atividades no mesmo posto de trabalho, dentre outros.
Também ficou comprovada a viabilidade técnica e econômica para o
retrofitting de uma prensa mecânica excêntrica. Houve ganho de produtividade,
atendimento às normas de segurança e comprovado que o custo do retroffiting está
muito abaixo do valor do mercado da prensa, não justificando a seu sucateamento.
Recomendou-se também a elaboração do manual de operação da prensa,
com os procedimentos do manuseio do sistema de segurança.
Como informação adicional, indica-se que sejam elaborados cronogramas
de manutenções preventivas e preditivas dos equipamentos, incluindo nestes
cronogramas também as verificações de funcionamento adequado dos dispositivos
de segurança. Em se tratando de situações de riscos de acidentes, se devem utilizar
todas as ferramentas disponíveis para evitar situações de manutenção corretivas,
pois isto geralmente indica que ocorreu falha. E ocorrendo a falha, algumas vezes o
dano à saúde do operador é irreversível, daí a importância de todos estarem
engajados e serem eles próprios agentes de promoção da segurança no ambiente
do trabalho.
55
REFERÊNCIAS
AIDA ENGINEERING LTD. AIDA PRESS HANDBOOK. 3rd edition, edited by Aida Engineering, Japan, 1992. 544 p.
ALVES BARBOSA, Daniel; SANTOS DAMASCENO, Márcio Daniel; PIMENTEL MOREIRA, André. Simulação de um retrofitting em um torno convencional. IV Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte e Nordeste de Educação Tecnológica. Belém, 2009.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT - NBR 13930: Prensas mecânicas – Requisitos de Segurança. Rio de Janeiro, 2008.
DANIELS, H. R.. Mechanical Press Handbook. 4th edition, Boston: Herman Publishing, Inc., July 1979, 308 p.
FESTO. Filtros. Disponível em: <http://www.festo.com/cms/pt-br_br/2473.htm>. Acesso em 04 Abr. 2013
FIERGS. Manual básico de segurança em prensas e similares. Porto alegre: Conselho de Relações de Trabalho e Providência Social, Grupo de Gestão do Ambiente do Trabalho, 2006. 134p
GEORGINI, Marcelo. Automação aplicada - descrição e implementação de sistemas sequenciais PLCs. São Paulo. Ed. Érica, 2007.
Manual de Frascati - Organização Para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico. Disponível em: <http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/4029.html>. Acesso em: 12 Abr. 2013,
MENDES, René. Máquinas e Acidentes de Trabalho. Coleção Providência Social, Brasília, v.13, p. 86, 2001.
MINISTERIO DE TRABALHO E EMPREGO. Nota Técnica N° 16/2005. Brasília. 2005
56
MINISTERIO DE TRABALHO E EMPREGO. Segurança e Saúde no Trabalho, BRA. Disponível em: http://www.mte.gov.br. Aceso em 04 Abr. 2013
NBRNM 272:2002. Segurança de máquinas – Proteções – Requisitos gerais para o projeto e construção de proteções fixas e móveis. Rio de Janeiro, 2002.
Norma Brasileira ABNT NBR IEC 60947-4-1:2008. Dispositivo de manobra e controle de baixa tensão – Parte 4-1: Contatores e partidas de motores – Contatores e partidas de motores eletromecânicos.
Norma Brasileira ABNT NBR IEC 60947-2:1998. Dispositivo de manobra e comando de baixa tensão – Parte 2: Disjuntor.
NORMA IEC 1131-3 - Padronização em Programação de Controle Industrial
Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho e Emprego. NR12 - Maquinas e Equipamentos. 2010
PUPO, M. S. Homem-máquina para supervisão de um CLP em controle de processos . Tese de mestrado, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2002
SIEMENS. Soluções para gerenciamento do ciclo de vida. Disponível em: <http://www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=3861>. Acesso em 04 Abr. 2013
SCHIONATO, G. Z. Automação de prensa excêntrica. 2007. 44f. Trabalho de conclusão de curso de engenharia elétrica. Universidade de São Francisco. Campinas, 2007.
SILVA C. F., PASSONI JUNIOR J. C. Adequação de prensas com mecanismo de acionamento excêntrico e normas de segurança vigentes. 2006, 71p. Monografia – Curso de graduação em Engenharia mecânica, Centro Universitário Positivo. Curitiba, 2006.
SILVA L. F, Acidentes de trabalho com máquinas: Estudo a partir do sistema de vigilância do Programa de Saude dos Trabalhadores da Zona Norte de São Paulo, em 1991. Tese de Mestrado, FSP, USP- 1995
57
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DO PARANÁ. Normas
para elaboração de trabalhos acadêmicos. Curitiba: UTFPR, 2008.