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Fatec Garça
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES
RICARDO FONSECA DA CRUZ
PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO
IMPRESSO
GARÇA
2014
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Fatec Garça
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES
RICARDO FONSECA DA CRUZ
PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO
IMPRESSO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. Orientador: Laerte Edson Nunes
GARÇA
2014
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Fatec Garça
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES
RICARDO FONSECA DA CRUZ
PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO
IMPRESSO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores: Data da Aprovação: ---/---/--- _________________________________ Prof. Laerte Edson Nunes FATEC Garça _________________________________ Prof. (a) FATEC Garça _________________________________ Prof. (a) FATEC Garça
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PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO IMPRESSO
PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES1 [email protected]
RICARDO FONSECA DA CRUZ
Profº Laerte Edson Nunes²
Abstract – Industrial processes are being implemented with the support of technology, which motivated and sparked the idea of automating the process of pinning of laminated panels for drilling in Computerized Numerical Control (CNC) in a factory of Printed Circuit Boards (PCI) used in electronic equipment. Currently this process is done manually. The objective is to automate a process with low cost compared to existing equipment on the market, making this process efficient, faster, quality and accuracy. The methodology was the development of a prototype, consisting of a pneumatic drill with forward and pinning performed by pneumatic actuator, forming the package will later be sent to the CNC drilling. The structural part is metal based and adjustable tabs, and all control is done through the Programmable Logic Controller (PLC), responsible for all actions, including the security system. Keywords – PCB, automation, process. Resumo - Os processos industriais vêm sendo implementados com o apoio da tecnologia, o que motivou e desencadeou a ideia de automatizar um processo de pinagem de painéis de laminados para a furação em Comando Numérico Computadorizado (CNC), em uma fábrica de Placas de Circuito Impresso (PCI) usadas em equipamentos eletrônicos. Atualmente esse processo é feito manualmente. O objetivo do trabalho é automatizar um processo com baixo custo em relação aos equipamentos existentes no mercado, tornando esse processo eficiente, com mais rapidez, qualidade e precisão. A metodologia utilizada foi o desenvolvimento de um protótipo, constituído por uma furadeira com avanço pneumático e a pinagem realizada por meio de atuador pneumático, formando o pacote que posteriormente será encaminhado à furação CNC. A parte estrutural será metálica com base e guias reguláveis, e todo o controle será realizado por meio de Controlador Lógico Programável (CLP), responsável por todas as atuações, inclusive o sistema de segurança. Palavras Chave: Circuito impresso, automatização, processo.
1 INTRODUÇÃO
A indústria vem sofrendo alterações quase que constantemente, pois a
mesma se encontra num forte elo com a tecnologia, e a tecnologia avança a todo o
momento. Um exemplo desse avanço são as indústrias multinacionais, já que todas
elas importam tecnologia de outros países. A tecnologia, juntamente com os
recursos da mecatrônica, proporciona não só para as indústrias, mais para diversas
1 Alunos do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec – Garça ² Docente da Faculdade de Tecnologia
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organizações, a automação de seus processos, conseguindo manter um padrão,
diminuindo a margem de erro e facilitando assegurar a qualidade.
Para Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 250),
O modelo do TQM é composto por cinco elementos – processo, cliente/fornecedor, grupos, sistemas e ferramentas. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).
Neste modelo de gestão de qualidade, Total Quality Management (TQM), ou
(Gerenciamento da Qualidade Total) conforme observamos acima, têm por um de
seus elementos o processo, por esse fato é de suma importância que para
assegurar a qualidade de um produto temos que, não só o controle da matéria
prima, mas o processo precisa estar em harmonia com a gestão da qualidade para
que a qualidade final e a satisfação do cliente sejam alcançadas.
Para Rosário (2009, p. 23),
“Automação é todo processo que realiza tarefas e atividades de forma autônoma ou que auxilia o homem em suas tarefas do dia-a-dia. As antigas rodas d’água, os pilões e os moinhos são considerados sistemas automatizados. Com o advento das maquinas, principalmente após a chegada da maquina a vapor, a automação estabeleceu-se dentro das indústrias e, como consequência imediata, a elevação da produtividade e da qualidade dos produtos e dos serviços. Ainda assim a automação era muito dependente do homem, pois havia maquinas automáticas espalhadas pelas fábricas, mas sem integração entre elas. Um conceito mais abrangente de automação pode ser definido como a integração de conhecimentos substituindo a observação, os esforços e as decisões humanas por dispositivos (mecânicos, elétricos e eletrônicos, entre outros) e softwares concebidos por meio de especificações funcionais e tecnológicas, com o uso de metodologias”. (ROSÁRIO – 2009).
A automação juntamente com os processos automáticos, não só
proporcionam o aumento da produtividade, mais também a padronização do
processo, onde são evitadas grandes variações, sendo principal motivo a
intervenção humana. Não controlamos apenas a qualidade do produto, é necessário
que seja feita a qualidade do processo como um todo para que a organização se
assegure de um produto com qualidade.
Todos aqueles que estão envolvidos nos processos, devem estar aptos com a
tecnologia empregada, para que não ocorra erros por falta de habilidade da parte do
operador.
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Segundo Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 252),
“A qualidade daquilo que resulta de um processo é determinada pela qualidade daquilo que entra e do que acontece em cada etapa ao longo do caminho. Portanto, precisamos construir qualidade em todas as etapas, processos e sistemas da organização. A gerencia da qualidade total deve estar comprometida com o controle dos processos, que é uma tarefa exercida por todos e da qual todos devem participar, independentemente do nível hierárquico. Todos devem ser treinados nos fundamentos da gestão disciplinada”. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).
Analisando o conceito dos autores, não só o processo e o produto que devem
estar nos padrões de qualidade, mas toda a estrutura da organização e todos seus
integrantes, desde o cargo máximo até o mínimo.
Segundo Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 252), Controlar processos com vista na qualidade significa identificar as características verdadeiras da qualidade desejada pelos consumidores (ítens por meio dos quais são controlados os processos), bem como as características substitutas da qualidade (causas que afetam os processos), ou seja, “ter uma compreensão correta da relação entre as características verdadeiras de qualidade e as características substitutas de qualidade. De acordo com Oakland, o controle do processo deve ser realizado por meio do método da espiral EPDCA:
E (evaluate): avaliar a situação e definir seus objetivos;
P (plan): planejar para realizar inteiramente esses objetivos;
D (do): fazer, isto é, implementar;
C (check): verificar se os objetivos são atingidos;
A (amend): aperfeiçoar, isto é, executar as ações corretivas. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).
As gestões da qualidade juntamente com os processos gerenciais nos
auxiliam na padronização da qualidade para que o objetivo final, a satisfação do
cliente seja alcançada. A automação tem significativa participação nesta
padronização de qualidade.
Dentre alguns exemplos de aplicação de automatização, podemos destacar
processos insalubres como solda, ou até mesmo processos repetitivos prejudiciais
ao ser humano, mesmo porque um processo repetitivo realizado por máquina evita
variações por fadiga ou distração do operador.
Relatando os fatos, se percebe que atualmente, devido à qualidade alcançada
e o tempo de produção otimizado, seria impossível operar as indústrias com
processos manuais.
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Nossa pesquisa foi destinada para automatizar um processo que está sendo
feito manualmente na empresa fabricante de placas de PCI. No processo de
fabricação de placas de circuito impresso, após a chapa de laminado (fenolite,
composite ou fibra de vidro) ser cortada em painéis, a próxima etapa é a furação
CNC. As maquinas CNC tem a mesa com furos padronizados para que sejam
inseridos os pacotes de laminados, sendo esses pacotes formados por 3 a 5 painéis
juntos em forma de pilha.
Para a formação desses pacotes, antes da furação é feita a pinagem, para
que se fixe na mesa da CNC e depois de terminado o ciclo de furação, esse pacote
é despinado e desfeito, individualizando os painéis para os processos seguintes e
retornando os pinos para pinadeira, já que esses são reutilizados, os pinos são de
aço de alta dureza.
Atualmente nesta empresa, esse processo é feito de forma manual, onde os
painéis são furados na furadeira de bancada e pinados com martelo.
O objetivo deste trabalho é automatizar este processo com custo reduzido,
pois existe no mercado equipamento que realiza a função, porém será apresentado
nesse projeto um custo bem abaixo do que se costuma comercializar esse
equipamento normalmente.
O objetivo específico é proporcionar ao processo de pinagem de painéis mais
agilidade, precisão e segurança.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A fundamentação teórica do trabalho esta ancorada a consulta de fontes
bibliográficas de disciplinas ligadas ao projeto.
Será analisada para o projeto, a necessidade da empresa em automatizar
este processo, utilizando de recursos disponíveis para a máxima eficiência e o
menor custo em relação aos equipamentos disponíveis no mercado.
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Para Fernando D’aquino (2012),
“Um circuito impresso consiste em uma placa formada por camadas de materiais plásticos e fibrosos (como fenolite, fibra de vidro, fibra e filme de poliéster, entre outros polímeros) que conta com finas películas de substâncias metálicas (cobre, prata, ouro ou níquel). Essas películas formam as “trilhas” ou “pistas” que serão responsáveis pela condução da corrente elétrica pelos componentes eletrônicos. Esses impulsos elétricos são transmitidos para os componentes, viabilizando o funcionamento de cada peça e, consequentemente, do sistema completo formado pela PCI. As placas de circuito impresso tiveram sua origem em 1936 pelas mãos do engenheiro austríaco Paul Eisler, embora a técnica fundamental para o desenvolvimento das PCIs tenha surgido no ano de 1903 com as pesquisas do inventor alemão Albert Hanson”. (FERNANDO D’AQUINO – Ano 2012).
As primeiras fábricas de circuito impresso no Brasil surgiram na década de
80. No início eram fábricas de porte grande em relação às fábricas atuais, e o nível
de complexidade das placas era baixo, acompanhadas da tecnologia da eletrônica
da época. A maioria das placas era em fenolite e de simples face, algumas dessas
grandes empresas acabaram fechando devido a crises econômicas e outros
motivos, e ao passo que foi disseminando mais empresas de menor porte, muitas
vezes até ex-funcionários das empresas que fecharam abriram essas pequenas
empresas.
O avanço tecnológico proporcionou mais recursos na eletrônica e ainda
exigindo um tamanho físico menor, por esse fato que surgiram as placas de maior
complexidade como as de dupla-face com furo metalizado, e mais complexo ainda
as placas de multi-layer (multicamadas) que são vários circuitos em uma só placa,
agregados através de um processo de prensagem. As empresas tiveram que
acompanhar essa tecnologia investindo em equipamentos de alta tecnologia, a
maioria desses equipamentos são importados, como maquinas de furação e
contorno CNC, prensas de multi-layer, dentre os vários equipamentos utilizados na
fabricação de placas de circuito impresso.
O protótipo do trabalho será utilizado em uma empresa fabricante de circuito
impresso. Apesar de se encontrar equipamentos no mercado, será um novo projeto,
contando com recursos da automação, como a pneumática, e o controle por CLP.
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Os acionamentos do protótipo serão realizados através de atuadores
pneumáticos e o controle desses atuadores como movimento, velocidade serão
realizados através de válvulas direcionais e válvulas de controle de fluxo.
Para Bolton (2010 p. 174),
“Os sistemas de acionamento são elementos dos sistemas de controle responsáveis pela transformação da saída de um microprocessador ou sistema de controle em uma ação de controle para uma máquina ou dispositivo. Portanto, por exemplo, podemos ter uma saída elétrica a partir de um controlador que tem que ser transformada em um movimento linear para deslocar uma carga. Outros exemplo pode ser a transformação de uma saída elétrica de um controlador em uma ação que controla a quantidade de líquido que passa em uma tubulação.” (BOLTON – Ano 2010).
Através dos controladores, podemos acionar diversos dispositivos como
pneumáticos e hidráulicos e se diferem no recurso utilizado no acionamento, no
pneumático é o ar comprimido e no hidráulico são fluídos, geralmente óleo. Tanto os
atuadores quanto as válvulas são bem parecidos, porém o sistema hidráulico tem
maior capacidade de carga e mais precisão, porém são mais lentos, os pneumáticos
oferecem maior agilidade nos movimentos, não tem tanta precisão e a força é
limitada devido a propriedades do ar.
Segundo Bolton (2010, p. 174 e 175),
“Os sinais pneumáticos são frequentemente usados para controle dos elementos finais de controle, mesmo quando o sistema de controle for elétrico. Isto porque estes sinais podem ser usados para acionar válvulas grandes e outros dispositivos de controle de potência alta e, desta forma, mover cargas significativas. Entretanto a principal desvantagem dos sistemas pneumáticos é a compressibilidade do ar. Os sistemas hidráulicos podem ser usados em dispositivos de controle de potências ainda maiores, mas são mais caros do que os sistemas pneumáticos e existem perigos associados com vazamentos de óleo que não existem nos vazamentos de ar.” (BOLTON – Ano 2010).
No protótipo foi utilizada a pneumática devido a custos, a pneumática atende
a todos os requisitos que o equipamento exige sem comprometer a qualidade no
processo, aproveitando que a empresa já possui rede pneumática com compressor
de parafuso rotativo que pode ser usada, evitando a necessidade uma fonte
hidráulica, como bomba e tanque, que não deixa de ser um custo adicional.
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Para Bolton (2010, p. 178 e 179),
“As válvulas são usadas em sistemas hidráulicos e pneumáticos para guiar e regular a vazão de um fluído. Basicamente, existem apenas dois tipos de válvulas: a de posições finitas e a de posição infinitas. As válvulas de posições finitas são aquelas em que a ação é apenas para permitir ou bloquear a passagem do fluido e, assim, podem ser usadas para ligar ou desligar atuadores. Elas podem ser usadas para controle direcional comutando o fluxo de uma via para outra e, desta forma, de um atuador para outro. As válvulas de posições infinitas são capazes de controlar a vazão em qualquer valor entre a posição totalmente aberta e a totalmente fechada, sendo usadas para controlar as forças nos atuadores ou na vazão de um fluido em uma situação de controle de processo. Os sistemas hidráulicos e pneumáticos usam válvulas de controle direcional para conduzir a vazão de um fluido através de um sistema. Elas não são usadas para variar a vazão do fluído, mas apenas abrem ou fecham completamente, ou seja, são dispositivos on/off. Estas válvulas on/off são muito usadas no desenvolvimento de sistemas de controle sequencial. Elas podem ser ativadas para comutar a direção da vazão do fluido através de sinais mecânico, elétrico ou de pressão de fluido.” (BOLTON – Ano 2010).
Serão utilizadas tanto válvulas de posições finitas quanto infinitas. As ações
de movimento dos atuadores vão ser realizadas através de válvulas direcionais.
Alguns movimentos necessitam de controle de velocidade então serão utilizadas
válvulas de posições infinitas como aquelas de controle de fluxo, assim quando
acionadas o ar terá limitação de passagem controlando a velocidade do atuador.
Os acionamentos destas válvulas são chamados de pilotos, eles são
responsáveis pela comutação das válvulas, os pilotos podem ser mecânicos, elétrico
ou até mesmo com pressão do fluido. Nesse protótipo serão utilizadas válvulas com
pilotos elétricos, já que todas as ações serão comandadas pelo CLP, enviando
pulsos elétricos.
As válvulas direcionais, geralmente são tipo carretel onde possuem uma
posição inicial, onde matem o atuador em uma determinada posição, após a bobina
ser acionada, a válvula comuta de posição, ou seja, inverte a posição. Essas
válvulas são tipo carretel, onde existe uma entrada de pressão, normalmente
marcada com número e especificadas pelos fabricantes. Como essas válvulas não
regulam fluxo de ar, apenas abrem e fecham as vias, é necessário a regulagem do
fluxo para controlar velocidade do atuador para que não danifique nem o
equipamento e nem o material que esta sendo processado, no caso os painéis de
laminados.
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Para Bolton (2010, p. 184 e 185),
“O cilindro hidráulico ou pneumático é um exemplo de um atuador linear. Os princípios e tipos são os mesmos para as versões hidráulica e pneumática, sendo as diferenças apenas uma questão de tamanho como uma consequência das pressões maiores utilizadas em hidráulica. O cilindro consiste de um tubo cilíndrico ao longo do qual um pistão/êmbolo pode deslizar. Existem dois tipos básicos: os cilindros de ação simples e os de ação dupla. O termo ação simples é usado quando a pressão de controle é aplicada apenas de um lado do pistão, que geralmente tem uma mola que fornece oposição ao seu movimento. O outro lado do pistão é aberto para atmosfera. O fluído é aplicado de um lado do pistão com um valor de pressão p, estando o outro lado na pressão atmosférica, produzindo assim uma força no pistão de pA, em que A é a área do pistão. A força real que age na haste do pistão é menor do que esta por causa da fricção. O termo ação dupla é usado quando as pressões de controle são aplicadas em cada lado do pistão. A diferença de pressão entre os dois lados resulta no movimento do pistão, sendo este capaz de se mover nos dois sentidos ao longo do cilindro como resultado dos sinais de pressão alta. Para o cilindro de ação dupla, a corrente em um solenóide faz com que o pistão se mova em um sentido, e a corrente no outro faz com que o movimento seja invertido. A escolha de um cilindro é determinada pela força e a velocidade necessárias para mover a carga. Os cilindros hidráulicos são capazes de forças muito maiores do que os pneumáticos. Entretanto, os cilindros pneumáticos são capazes de velocidades maiores”. (BOLTON – Ano 2010).
Serão utilizados cilindros de simples ação com retorno por mola, e
dimensionados através de cálculos para os acionamentos necessários para a
furação e a realização da pinagem.
Inicialmente, durante a década de 50 eram utilizados relés eletromecânicos
como controladores industriais. Já no fim da década de 70, com o avanço e a
necessidade de se fabricar novos controladores, surgiram os controladores lógicos
programáveis (CLP’s), porém, os mesmos possuíam funções simples como
execução de operações lógicas (sequenciamento e temporização).
Na década de 80, os CLP’s passaram por uma grande aperfeiçoamento, o
que permitiu a sua utilização nos processos industriais. Atualmente, são aplicados
nos processos industriais graças aos inúmeros benefícios que os CLP’s
proporcionam.
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Segundo Rosário (2009, p. 80),
“Um controlador lógico programável (CLP) é um dispositivo microprocessado que aliado a interface de entrada e de saída, é capaz de realizar operações dedicadas de automação, tais como controle e supervisão de processos específicos”. (ROSÁRIO – Ano 2009).
O CLP ganhou espaço na indústria por ser um equipamento facilmente
reprogramado, além de que resiste a condições adversas em um processo industrial,
como por exemplo ruídos eletromagnéticos, poeira, trepidação, temperatura, etc.
Para Rosário (2009, p. 81),
“Podemos dizer que o CLP é um microcomputador aplicado ao controle de um sistema ou de um processo; composto de módulos de entradas digitais ou analógicas.” (ROSÁRIO – Ano 2009).
O CLP possui entradas analógicas, porém os valores são convertidos em
números binários, para que a Unidade Central de Processamento (CPU) analise e
considere os valores.
Segundo Bolton (2010, p. 490),
“Ele consiste essencialmente de uma unidade central de processamento (CPU), memória e interfaces de entrada/saída. Todos os processos e controles da CPU são internos ao CLP. Ele possui um clock com uma frequência típica entre 1 e 8 MHz. Esta frequência determina a velocidade de operação de um CLP e fornece a temporização e sincronismo para todos os dispositivos do sistema. Um sistema de barramento transporta informações e dados que entram e saem da CPU, memória e unidades de entrada/saída. Existe mais de um tipo de memória: um sistema de ROM para armazenamento permanente do sistema de operação e dados fixos, RAM para o programa do usuário, e buffers temporários para armazenar os canais de entrada/saída” (BOLTON – Ano 2010).
As saídas podem ser digitais ou analógicas, como as entradas as saídas
digitais são tratadas em um conjunto de 8 bytes, já as saídas analógicas são
resultados da conversão de um valor digital gerados pela CPU.
Para Bolton (2010, p. 495),
“O tipo de programação normalmente usada nos CLP’s é a ladder. Cada tarefa (lógica de controle) do programa é especificada como os degraus de uma escada, ou seja, os ramos. Portanto, este ramo pode especificar o estado das chaves A e B, as entradas, a serem examinadas, e se A e B estiverem fechadas, um solenóide, a saída, é energizado” (BOLTON – Ano 2010).
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Geralmente, os profissionais que lidam com programação de CLP, preferem
pela linguagem de programação ladder, que é um tipo de linguagem que se utiliza
de contatos semelhantes aos contatos elétricos, contatos de selo, onde é possível
comandar através de set e reset os contatos. Contamos com muitos outros recursos
como contadores, temporizadores e memórias. Outro tipo de linguagem utilizada é o
statement list, porém esse tipo de linguagem é mais utilizada por profissionais mais
ligados à programação, pois essa linguagem é utilizada com linhas escritas de
comando, semelhantes à linguagem C de informática. Devido a este fato, como os
profissionais ligados a elétrica domina a parte de contatos elétricos, eles optam mais
pelo diagrama ladder.
Segundo Bolton (2010, p. 496),
“A programação de um CLP baseada no uso de diagrama ladder envolve a escrita de um programa de forma similar ao desenho de um circuito de comutação. O diagrama consiste de duas linhas verticais representando os trilhos, ou as linhas, de alimentação. Os circuitos são conectados como linhas horizontais, ou seja, os ramos (lógica de controle) do ladder, entre estas duas linhas verticais. Ao desenhar uma linha de circuito para um ramo, as entradas sempre têm que preceder as saídas e tem que existir pelo menos uma saída em cada linha. Cada ramo tem que iniciar com uma entrada ou uma série de entradas e terminar com uma saída” (BOLTON – Ano 2010).
O uso de CLP na indústria se tornou recorrente devido ao sua alta praticidade
e robustez, pois além de ter uma blindagem em relação a ruídos eletromagnéticos,
resiste a condições adversas de uso como variações de temperatura, poeira,
umidade, entre outros fatores que influenciam no pleno funcionamento do
equipamento.
O CLP se destaca não só devido a sua robustez, mais ele é muito importante
em sistemas de manufatura flexível, pois sua reprogramação é bem simples e
rápida, podendo fazer isso por diversas vezes. O CLP pode acionar cargas maiores
diretamente em suas saídas, já que estas são acionadas por relés que se encontram
dentro do equipamento.
Dentre as várias marcas pesquisadas, foi escolhido para o protótipo o CLP da
marca WEG, modelo CLIC02 10 HR/A, conforme figura 01. A Weg é uma empresa
atuante nos mais diversificados ramos da elétrica, fabricando desde motores
elétricos, até componentes de comandos elétricos como contatores e relés de baixa
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e alta potência, inversores de frequência e componentes de automação, como os
CLP’S.
Figura 01 – CLP WEG
Fonte: http://www.preciolandia.com/br/clp-clic-clw-02-10hr-a-7b6s4m-a.html
A escolha do CLP Weg está ligada a relação de custo-benefício que o
equipamento oferece, além do software de programação, o CLIC02 EDIT, ser
disponibilizado gratuitamente pela Weg, o idioma é todo em português, e também
oferece a opção de simulação do circuito tanto no próprio diagrama ladder, quanto
numa interface onde aparece o aparelho virtualmente e o usuário pode simular todas
as ações, conforme figura 02 e figura 03. Outra vantagem deste equipamento é que
ele possui uma interface com usuário no próprio aparelho, com visor em LCD e
teclado, onde é possível interagir diretamente com a programação e até fazer
algumas alterações sem a necessidade de comunicação com computador.
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Figura 02 – Ambiente de Programação
Fonte: Os Autores (2014). Figura 03 – Simulação Virtual
Fonte: Os Autores (2014).
O CLP da Weg é um equipamento projetado para atuar em sistemas
industriais de pequeno e médio porte, o mesmo possui uma alta tecnologia e
qualidade para executar tarefas de temporização, contagem e intertravamento.
Desenvolvido com uma velocidade e capacidade de memória aliada a um
processador de alta tecnologia, ele oferece diversas soluções para o dia a dia nos
processos industriais, e com isso facilita a redução de espaços ocupados por outros
equipamentos, como por exemplo, contadores e temporizadores eletromecânicos, e
proporciona uma manutenção mais rápida em máquinas quando ocorre algum tipo
de defeito.
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Podemos citar como principais vantagens:
• Software gratuito em português;
• Programação em Ladder (diagrama de contatos) ou em Blocos Lógicos
(FBD);
• Armazenamento dos programas em arquivos;
• Documentação impressa do programa com comentários das linhas e
das variáveis de endereçamento;
• Simulação total do funcionamento do programa sem precisar ter um
CLIC02 conectado em um computador pessoal (PC);
• Monitoração on-line dos parâmetros e da lógica do programa;
• Edição e visualização de mensagens;
• Alteração on-line de parâmetros (temporizadores, contadores, entre
outros);
• Comunicação através de porta USB do computador pessoal (PC).
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 3.1 Desenvolvimento Do Protótipo
O protótipo consiste num equipamento que terá uma furadeira com motor
elétrico e o avanço da broca será através de um pistão pneumático controlado por
válvulas direcionais e também válvulas para controle de vazão, onde será possível
controlar a velocidade em que a furadeira avança sobre o material. Após o material
ser perfurado com diâmetro próprio, o segundo pistão insere um pino de aço sob
pressão no pacote de laminados, que seria de três a cinco painéis um sobre o outro,
fazendo com que eles formem o pacote e não se movam na mesa da furadeira CNC.
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Figura 04 – Protótipo
Fonte: Os Autores (2014).
A mesa da pinadeira conta com guias ajustáveis para o tamanho de cada
painel, já que serão pinados diversos tamanhos. O controle do equipamento será
realizado por meio de CLP, onde a ação dos atuadores pneumáticos, sensor de
segurança e botão de emergência serão todas processadas no CLP.
Figura 05 – CLP WEG
Fonte: Os Autores (2014).
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3.2 Estrutura Mecânica
A estrutura do equipamento será feita com aço carbono perfil tubular 30x30
mm parede do tubo de 2 mm. Toda a estrutura será pintada para proteção, evitando
a oxidação e degradação em curto prazo. A base de apoio para a pinagem dos
painéis será em chapa de aço de 6 mm de espessura, com guias e fusos de rosca
para o ajuste de tamanho de cada painel, fazendo de modo a conseguir o melhor
ajuste possível para não comprometer a precisão no processo.
Para a furação dos painéis, terá uma furadeira que funcionará de baixo para
cima, onde o acionamento desta furadeira será feito por meio de um motor elétrico
de ¼ HP e 1750 RPM, serão feitos suportes para fixação dos atuadores
pneumáticos, e mancais para sustentação do eixo árvore da furadeira.
O pistão de pinagem terá em seu êmbolo uma bucha para segurar o pino até
que ele seja inserido sob pressão no pacote de painéis.
Figura 06 – Estrutura Mecânica
Fonte: Os Autores (2014).
3.3 Pneumática
Os acionamentos serão feitos por meio da pneumática. A opção de utilizar à
pneumática foi escolhida devido à alta eficiência dos dispositivos pneumáticos e a
baixa frequência de manutenção que eles apresentam. O projeto pneumático do
protótipo utilizará dois pistões, conforme figura 07, um para o avanço da furadeira na
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parte de furação e o outro para impulsionar o pino sob pressão no furo, que será
justo para que fixe o pino que posteriormente será retirado quando a furação CNC
acabar.
O pistão de avanço de furação, conforme figura 05, e o de pinagem será
controlado com válvulas direcionais, e com válvulas de controle de vazão para o
ajuste de velocidade, já que esta deverá ser regulada para que não danifique o
material na furação e na pinagem. O equipamento necessita ser ligado na rede de ar
comprimido com pressão de 5 a 6 bar. As ações das válvulas direcionais serão
gerenciadas pelo CLP. As válvulas direcionais serão pilotadas eletricamente,
utilizando bobinas 220 Vac.
Figura 07 – Pistão Pneumático
Fonte:http://www.cadiriri.net.br/sobras-industriais/produto/cilindros-pneumaticos
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Figura 08 – Válvula Direcional
Fonte: http://automafer.com.br
O circuito pneumático será projetado no software Fluidsim e posteriormente
montado no laboratório de eletropneumática, antes de montar o protótipo, para que
possamos corrigir algum tipo de erro ou maiores ajustes para não precisar fazer
maiores correções no próprio protótipo.
3.4 Controlador Lógico Programável
O CLP será responsável por todo o controle e processamento das variáveis
do equipamento. Ele será programado em ladder de modo a controlar todas as
variáveis do processo e mandar as atuações de forma correta, precisa e segura.
Além de controlar sensores e atuadores, irá controlar botão de emergência e sensor
de segurança, para que o operador não sofra nenhum tipo de dano em meio ao
processo.
O CLP será responsável pelo ciclo automático do equipamento, onde o
operador pressionará um botão quando o pacote e o pino estiverem devidamente
posicionados. No ciclo, já com a furadeira funcionando, após o botão pressionado,
será mandando um pulso para a entrada do CLP, onde ele aciona o avanço da
furadeira. Após o retorno da furadeira, ele aciona o pistão de pinagem, inserindo o
pino e retornado na sua posição. No ciclo, o CLP será responsável pela seqüência
de acionamento, onde nunca poderá ocorrer o acionamento simultâneo do avanço
da furadeira com o pistão de pinagem, pois se isso ocorrer certamente à broca
quebra entre outros danos, até mesmo nos atuadores pode ocorrer. Este ciclo
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poderá ser interrompido se caso o botão de emergência ou o sensor de segurança
for acionado.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Tabela 01 – Custo do Projeto Estrutura Metálica R$ 320,00
Motor Elétrico R$ 85,00
Eixo Usinado R$ 120,00
Mandril R$ 35,00
Pneumática R$ 735,00
CLP R$ 680,00
Elétrica R$ 80,00
TOTAL R$ 2.055,00
Fonte: Os Autores (2014)
O protótipo desenvolvido foi à metodologia utilizada para a comprovação da
proposta do trabalho. Apesar de se encontrar este equipamento disponível para
venda no mercado, a ideia do trabalho foi automatizar o processo de pinagem na
empresa fabricante de PCI’s com custo reduzido, mantendo a eficiência do
equipamento. Utilizando os recursos que a mecatrônica oferece, juntamente com
atividades desenvolvidas no decorrer do curso como CLP, pneumática e mecânica,
proporcionou o emprego dessas tecnologias para o desenvolvimento do projeto.
Analisando os resultados práticos que o protótipo apresentou, foi notável a
redução de tempo que o equipamento consegue em relação ao processo manual,
além da significativa diminuição de trincas nos painéis, podendo ocasionar na
maioria das vezes a quebra dos painéis nos processos seguintes devido ao
manuseio. A vantagem de o processo ser mais rápido é importante na empresa, pois
se o mesmo é concluído com antecedência, é possível a liberação do operador para
exercer outras tarefas.
A segurança foi outro fator importante na elaboração do projeto, pois no
processo manual, o operador realizava a furação em uma furadeira de bancada e
posteriormente pinava inserindo o pino sob pressão com o martelo. A automatização
proporcionou ao operador mais segurança, pois com o processo automático não há
contato direto com as mãos perto de situações de risco.
O desenvolvimento do projeto foi de ideia própria, apesar de encontrarmos
equipamentos similares, o projeto teve que ser construído de forma a garantir a
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eficiência do processo juntamente com custo reduzido. A tabela 01 mostrada acima
comprova o objetivo do trabalho que foi a redução do custo, já que encontramos no
mercado equipamentos similares no valor de R$ 18.000,00.
Na montagem do equipamento, tivemos que ter uma atenção maior em
relação aos acionamentos de furação e pinagem, já que estes devem estar bem
alinhados, senão compromete totalmente a pinagem dos painéis, podendo ocorrer
até a quebra dos painéis se o pino for inserido de forma deslocada do furo.
No decorrer da nossa pesquisa em relação à automação podemos afirmar
que atualmente, dificilmente uma empresa consegue operar sem a presença da
mecatrônica com a automação industrial. Se analisarmos empresas do passado, que
tinham suas linhas de montagem praticamente toda manual, processos demorados e
imperfeitos, hoje temos uma realidade bem diferente. Atualmente as empresas
operam com robôs e processos de manufatura completamente automatizados, e
desde que estejam bem programados e ajustados, operam com a mínima
intervenção humana. Com a globalização, as empresas praticamente se nivelaram
em tecnologia, sendo impossível hoje uma organização iniciar alguma atividade com
processos rústicos e artesanais como antigamente, pois certamente uma empresa
operando desta forma não conseguirá concorrência com as demais. Com a
tecnologia, qualidade e rapidez que as organizações alcançaram, a automação vem
sendo cada vez mais presente no dia-a-dia, e não podemos encarar isso como uma
drástica diminuição no emprego de pessoas. Podemos analisar pelo lado de que
hoje, as organizações necessitam de profissionais mais qualificados do que
antigamente, e ainda podemos citar que para toda essa automação funcionar, é
necessário que muitas outras pessoas, direta ou indiretamente, estejam presentes
na questão de fabricação dos robôs/máquinas, a manutenção e instalação disso
tudo. Podemos dizer que o mundo avança em tecnologia e vai sofrendo
transformações, onde profissionais envolvidos devem acompanhar isso a todo o
momento.
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5 REFERÊNCIAS ROSÁRIO, João Maurício. Automação Industrial. São Paulo: Baraúna, 2009. BOLTON, William. Mecatrônica: uma Abordagem Multidisciplinar. 4.ed. Porto
Alegre: Bookman, 2010. CARAVANTES, G; PANNO, C; KLOECKNER, M. Administração: Teorias e Processo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
WEG. Produtos e Serviços. Disponível em: <http://www.weg.net/br/Produtos-e-
Servicos/Drives/CLPs-e-Controle-de-Processos/CLIC02>. Acesso em 17 Abril 2014.
TECMUNDO. Placas de Circuito Impresso. <http://www.tecmundo.com.br/como-e-
feito/18501-como-as-placas-de-circuito-impresso-sao-produzidas.htm>. Acesso em 16 Set de 2014.