matos ramáveis - Mecatrônica Atual

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matos ramáveis - Mecatrônica Atual

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Hélio Fittipaldi

Jornalista Responsável

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Redação

Daniele Aioki,

Natália F. Cheapetta

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Diego Moreno Gomes,

Designer

Diego Moreno Gomes

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César Cassiolato

Evaristo Orellana Alves

Filipe Pereira

Gustavo Trombini Lazari

Henrique Oliva de Andrade

José Carlito de Oliveira Filho

Rafael Batalhote Verçosa

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Associação Nacional

das Editoras de Publicações Técnicas,

Dirigidas e Especializadas

Mudanças necessárias

Aos poucos os números de diversas entidades, revelam as pesquisas de comportamento

do mercado industrial, mostram uma recuperação gradual dos diversos

segmentos. Se bem que a crise mundial tenha sido de menor impacto aqui no Brasil,

ela não deixou de ser significativa.

As mazelas do “custo Brasil” ficaram à mostra em maior escala em alguns setores

do que em outros e aqueles que tiveram poder de articulação junto ao mundo

político conseguiram algumas ações paliativas para o seu sofrimento, mas... por

quanto tempo!? Até as próximas eleições!? Não se sabe.

O fato é que um favorzinho aqui, uma alíquota de imposto menor ali, são ações

que fazem mais mal, como um todo, do que bem. Tiram o foco do mercado que

ao invés de lutar para que seja regulamentada a Constituição de 1988 (22 anos de

procrastinação dos “nossos funcionários”, os políticos), fica se atendo a detalhes

menores e com a mente embotada devido à luta entre os tais políticos tanto no âmbito

municipal, quanto no estadual e federal, que defendem seus próprios interesses.

O custo Brasil se avoluma e a cada dia fica mais difícil se produzir aqui, devido

aos custos e à burocracia brasileira. Muitos industriais que estão se conscientizando

disso e na impossibilidade de uma mudança rápida, preferem encerrar suas atividades

fabris no Brasil e transferir-se para o exterior. Quantos empregos de qualidade

e melhor remuneração estamos perdendo!? Quantos engenheiros e técnicos estão

mudando de profissão e nós ficando sem o conhecimento importante para uma

retomada futura!? Se perdermos este bonde agora, a volta será muito difícil ou

quase impossível.

Algumas associações até não pedem, no momento, que os governos municipal,estadual

e federal façam muito. Como exemplo, a Abimaq quer no mínimo, uma isonomia

de impostos para os produtos fabricados aqui com os que vêm do exterior, proclama

seu presidente Luiz Aubert Neto. É uma injustiça com o empresariado brasileiro

e com os trabalhadores, que estão perdendo seus postos de trabalho e indo para o

subemprego.

Os números da “desindustrialização” brasileira são visíveis, ao analisarmos

as pesquisas nos últimos anos e vermos as quedas de participação dos produtos

fabricados aqui contra os importados. Oportunamente voltaremos a este tema em

artigo detalhando tudo isso.

Hélio Fittipaldi

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dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéias

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nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por

alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento.


índice

18

40

12

08

12

18

27

32

36

40

44

Editorial

Notícias

Chão de fábrica

Nova abordagem

“Track and Trace”

Monitoramento Remoto

com o smsCLP

Programação de um CLP:

Modos de programação

Gerenciamento de

Ferramentas de Corte

Libertando o poder do

HART e proporcionando

benefícios aos usuários

PROFINET e PROFIsafe:

Aplicações na indústria

automobilística no Brasil

PROFIBUS

Medição Contínua de

Densidade e Concentração

em Processos Industriais

03

05

50


NI/Divulgação

Com o recurso de visão possibilita aos

engenheiros usarem estas ferramentas

em uma variedade de aplicações de

medição e controle.

Projeto Carbono Zero é lançado

pela DRSA, da ABIMAQ

Alinhada à mobilização mundial de conscientização sobre

o clima e em prol da construção de uma economia de baixo

carbono, a ABIMAQ, através da sua diretoria de Responsabilidade

Socioambiental (RSA), lança o Projeto Carbono Zero,

com o objetivo de provocar uma reflexão sobre o modelo

de gestão adotado pelas empresas associadas e favorecer a

diminuição de emissão de carbono (CO2).

Alessandra Bernuzzi, diretora de RSA, explica que

existem várias ferramentas que viabilizam a diminuição

de emissão de CO2 e a escolhida para a primeira fase do

Projeto foi o Inventário Corporativo de Emissões de Gases

de Efeito Estufa (GEEs), desenvolvido pela Brazilian Carbon

Bureau (BCB) – consultoria que atua no mercado nacional

de créditos de carbono.

“Nós temos responsabilidade com o meio ambiente,

que deve ser alvo contínuo de intervenções e ações em

prol de sua conservação. O nosso Projeto Carbono Zero

visa não só nivelar o conhecimento sobre responsabilidade

socioambiental, mas inclusive promover uma reflexão sobre

este conhecimento”, diz Bernuzzi.

Outro objetivo a ser atingido é a viabilização de negócios

via sustentabilidade, pois, de acordo com a diretora, o inventário

pode e deve auxiliar as empresas a enxergar com

mais clareza a questão e desenhar uma estratégia de redução

e/ou compensação de emissão de CO2 na atmosfera. “O

inventário, continua a diretora, pode incentivar uma reflexão

que promova o desenvolvimento de novos modelos de

gestão, com adoção de medidas como redução de consumo

e de desperdícios de matérias-primas, sistemas energéticos

mais eficientes, alteração de combustíveis pelos chamados

‘mais limpos’ e até plantio de árvores, por exemplo. Cabe

às empresas identificar maneiras de emitir menos carbono,

com projetos de engenharia reversa”.

//notícias

National Instruments disponibiliza

controle avançado, medição e

visão em um único sistema

A companhia anunciou em fevereiro a implementação dos

recursos de visão de máquina ao NI CompactRIO e ao NI Single-Board

RIO, que propiciam aos engenheiros a integração de

medição e controle para sistemas industriais embarcados. Com

esta solução integrada, o CompactRIO torna-se um dos únicos

controladores programáveis para automação (PACs) no mercado

a realizar tarefas de visão, proporcionando mais eficiência, com um

menor impacto físico e menos complexidade do sistema.

O recurso de visão de máquina possibilita aos engenheiros usarem

o CompactRIO e o Single-Board RIO em uma variedade de

aplicações de medição e controle, é a solução ideal para aplicações

de robótica, como evitar obstáculos, e para o reconhecimento

de padrões, além de mapeamento e localização simultâneos

(SLAM), onde a funcionalidade de controle de visão avançada

é necessária. Aplicações de vigilância industrial incluem tanto o

acompanhamento do estado da máquina quanto à monitoração

de reservatórios críticos, onde a conectividade com câmeras

infravermelho é vital. Finalmente, o sistema operacional real time

e a pastilha FPGA (Field Programmable Gate Array) integrada usados

no CompactRIO e no NI Single-Board RIO facilitam o processo

de validação FDA para dispositivos médicos embarcados.

Os sistemas de visão de máquina são compostos por duas

partes: a aquisição de imagens e processamento de imagem.

Para possuir as imagens, a gama de software para aquisição

de imagens da NI se expandiu para o protocolo Internet (IP)

de câmeras, incluindo a Basler Vision Technologies. Além do

suporte nativo de câmera IP, a National Instruments Alliance

Partner moviMED lançou a placa de captura analógica AF-1501

para produtos NI Série C, que pode adquirir imagens monocromáticas.

Para processar imagens, os engenheiros agora podem

programar e implantar bibliotecas de processamento de imagem

para o CompactRIO e o Single-Board RIO com o ambiente

gráfico de desenvolvimento NI LabVIEW 2009, utilizando o

Módulo NI Vision Development 2009, que contém funções de

processamento de imagem e visão de máquina.

“No nosso departamento Global de Desenvolvimento e

Tecnologia, estamos sempre procurando otimizar o tamanho,

velocidade e confiabilidade das máquinas de nossa produção”,

explica Ben Engelen, engenheiro sênior de projetos de visão

e medição da Philips GTD Mechanization. “A plataforma

CompactRIO fornece em alta velocidade o determinismo que

necessitamos para um eficiente e preciso posicionamento de

componentes. O novo módulo Movimed AF-1501 de captura

de vídeo nos ajuda a integrar o feedback de vídeo com a mesma

plataforma que automatiza todo o processo.”

Os engenheiros podem adicionar recursos de visão para o

CompactRIO e para os controladores NI Single-Board RIO:

NI cRIO-901x, NI cRIO-902x e 907x cRIO-NI e NI-96xx para

sistemas embarcados. Para saber mais sobre os recursos de visão

do CompactRIO e das plataformas NI Single-Board RIO, visite

http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/10867.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual


notícias

Indústria automobilística encerra

2009 com crescimento de vendas

O ano passado foi considerado o melhor da história da

indústria automobilística nacional, que fechou com o total de

3.141.226 veículos emplacados, incluindo caminhões, automóveis

e comerciais livres e ônibus. A quantidade surpreendeu

os executivos mais otimistas que diante da crise que ameaçava

abalar o setor no início de 2009.

O aumento constou de 11,35% nas vendas em relação a

2008, que até então era o ano recorde do setor, com 2.820.957

unidades vendidas. Os dados foram divulgados no dia 05 de

janeiro pela Fenabrave - Federação Nacional da Distribuição

de Veículos Automotores.

“Temos um novo piso de volume de vendas, que superou a

média mensal de 250 mil unidades”, disse o presidente da Fenabrave,

Sérgio Reze. De acordo com Reze, se não houvesse crise,

que chegou a afetar o primeiro trimestre do ano, o crescimento

das vendas seria de 3,5%. “O primeiro semestre de 2009 foi de

recuperação e o segundo de crescimento”, concluiu.

O resultado do mês de dezembro representa aumento de

16,4% dos emplacamentos, com 293.030 unidades emplacadas

contra 238.504 unidades no mês anterior. Este resultado representa

o melhor dezembro da história da indústria no Brasil.

Comparando-se com dezembro de 2008, que foi o momento

mais crítico da crise, e quando o governo anunciou o desconto

do IPI (Imposto sobre Produtos Industrializados), o crescimento

de dezembro de 2009 foi de 50,6%, de 194.550 unidades saltou

para 293.030 unidades.

De acordo com o ranking das montadoras a Volkswagen

ficou em primeiro lugar nas vendas de automóveis em 2009,

com 25,26% de participação do mercado. Em segundo lugar, a

Fiat com 24,99%, seguida da GM (20,26%), Ford (9,48%), Honda

(4,62%), Renault (4,58%), Peugeot (3,20%), Citroën (2,75%),

Toyota (2,23%) e Hyundai (0,85%).

Nos comerciais leves, a Fiat liderou com 22,13% do mercado

brasileiro. Na soma dos dois segmentos a Fiat terminou 2009 como

líder de mercado 24,49% de market share, seguindo está a VW, com

22,74%, GM (19,79%), Ford (10,10%) e Honda (4,18%).

De acordo com a Associação Nacional dos Fabricantes de

Veículos Automotores (Anfavea), 2010 será o melhor ano da

história do setor no país, com crescimento de 9,3% nas vendas,

o que corresponde ao volume de 3,4 milhões de unidades. Segundo

a Fenabrave o mercado de automóveis e comerciais leves

crescerá 9% neste ano. “Se as projeções do governo é de que

o Brasil crescerá 5%, o setor tem plenas condições de superar

esse nível”, observa Sérgio Reze.

Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

A Fiat terminou 2009 como líder de mercado (24,49%), seguida pela

VW (22,74%), GM (19,79%), Ford (10,10%) e Honda (4,18%)

Financiamento de R$ 1,2 bilhão

do BNDES para Mercedes-Benz

O Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social

(BNDES) aprovou o financiamento de R$ 1,2 bilhão para a empresa

Mercedes-Benz do Brasil. Este financiamento foi liberado

para expandir a capacidade de produção de sua unidade em

São Bernardo do Campo, desenvolver motores adequados

à nova legislação ambiental e novos modelos de caminhões

leves e médios. O novo motor a diesel atenderá às exigências

estipuladas pelo Programa de Controle da Poluição do Ar por

Veículos Automotores, que em 2012 entrará em vigor.

Segundo o BNDES, os recursos incluem a modernização

do centro de distribuição de peças em Campinas (SP) e

investimentos sociais e ambientais.

De acordo com o programa global da companhia, o

investimento na ampliação da capacidade vai gerar 1,9 mil

empregos diretos até a conclusão do projeto, em 2011,

todos em São Bernardo do Campo. Com os investimentos

em aumento de capacidade, a empresa pode produzir 67 mil

veículos por ano, volume já atingida em junho de 2009 com

ajustes na produção. A capacidade anterior da unidade em

São Bernardo era de 55 mil veículos.

Embora os investimentos na ampliação da produção

tenham sido efetuados com a compra de máquinas e equipamentos,

os recursos para modernização da fábrica incluem

ainda a construção de três novos prédios, para abrigar atividades

de manutenção de máquinas, fabricação de protótipos,

revisão final de caminhões e fabricação de embalagens.

Os investimentos ambientais abrangem o processamento

de materiais e resíduos, a ampliação da estação de tratamento

de efluentes e a troca de telhas de amianto por telhas em aço

galvanizado revestidas com isolante térmico e acústico.


Prorrogada a isenção de ICMS

para compra de máquinas em SP

Fiat/Divulgação

Foi anunciado pelo governo de São Paulo a prorrogação

até 30 de junho da isenção do Imposto sobre Circulação

de Mercadorias Serviços o ICMS na compra de máquinas e

equipamentos importados, sem similar nacional. Esta decisão

beneficia 119 setores industriais. O governo também editou

um decreto que estendeu até 30 de junho a devolução do

crédito do ICMS na aquisição de máquinas e equipamentos

fabricados por empresas paulistas, de forma imediata e em

única parcela. Antes da medida o crédito era devolvido em

até 48 vezes.

O objetivo, segundo o governo, é estimular os investimentos,

ampliar e modernizar o parque fabril do Estado e criar

empregos. “Os setores industriais escolhidos para receber

estes benefícios foram os que geram maior quantidade de

empregos por renúncia fiscal”, diz em nota, o secretário da

Fazenda, Mauro Ricardo Costa.

Por meio de decreto, que vigora desde fevereiro, o governador

José Serra estendeu os benefícios na compra de

máquinas e equipamentos importados a 24 novos segmentos

industriais, totalizando 143 setores beneficiados com a

desoneração de investimentos. Entre os setores incluídos,

estão os fabricantes de adesivos, pólvora, fósforos, catalisadores,

pneus, equipamentos hidráulicos, motores, válvulas,

compressores, rolamentos, carrocerias, reboques e cabines

para ônibus e caminhões.

O critério utilizado pelo governo foi o potêncial de abertura

de postos de trabalho. Segundo a Secretaria Estadual de

Fazenda, cerca de 90 mil empresas estão em condições de

se beneficiar da medida. Os setores respondem por cerca

de 1,2 milhão de empregos na indústria paulista.

//notícias

Unipar, Braskem e Petrobrás

fecham acordo sobre Quattor

Anunciado pela União de Indústrias Petroquímicas, Unipar,

o acordo para vender sua participação de 60% na Quattor

para a Braskem. A operação de R$ 870 milhões coroa meses

de negociações e disputas judiciais para a formação da maior

petroquímica da América Latina e a oitava maior petroquímica

do mundo. A companhia será controladora de um virtual monopólio

sobre resinas plásticas produzidas no País, com capacidade

para produção anual de 5,51 milhões de toneladas.

Este acordo foi fechado pela Unipar juntamente com o grupo

Odebrecht e Petrobras. O negócio envolve ainda a venda das

participações da empresa na Unipar Comercial e Distribuidora

e na Polibutenos Indústrias Químicas. Do total da operação,

R$ 647,3 milhões correspondem a valor que será pago pela

participação acionária da Unipar na Quattor.

A aquisição deverá ser paga com R$ 100 milhões desembolsados

entre 18 de fevereiro e 4 de março e com os R$ 547,3

milhões restantes em até cinco dias úteis após a obtenção pela

Braskem de autorizações de credores da Quattor.

Com o acordo, a Braskem também vai levar a dívida da Quattor,

Unipar Comercial e Polibutenos, que até novembro de 2009

somava R$ 6,685 bilhões, afirma a Unipar em comunicado.

Pool para importar aço é iniciativa

inédita no setor produtivo brasileiro

A Câmara Setorial de Máquinas e Implementos Agrícolas

(CSMIA) da ABIMAQ com o objetivo de tornar seus produtos

mais competitivos, organiza iniciativa inédita dentro do setor

produtivo brasileiro, um pool (grupo de empresas) para importar

aço é um dos focos de atuação nesse início de ano.

Devido à valorização excessiva do real frente ao dólar e ao

alto preço do aço no mercado interno, a indústria brasileira de

máquinas agrícolas está perdendo competividade. No ano de

2009, o setor sofreu queda de 28,2% em seu faturamento e as

exportações sofreram retração de 52,6%.

Acredita-se que este ano haverá um crescimento da demanda

que já pode ser observado devido o aumento de preços pelas

indústrias de aço para recuperar margens.

Com base nos estudos de mercado, a CMSIA optou por criar

um pool de empresas associadas para importar em conjunto o

aço. Até o momento cerca de 30 empresas se cadastraram.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual


case

Nova abordagem

“Track-and-Trace”

para aplicação farmacêutica

utiliza marcação exclusiva

na base do recipiente

Confira o case aplicado em uma indústria farmacêutica

para combater a falsificação de medicamentos

distribuídos nos Estados Unidos

saiba mais

Controle de patrimônio via RFID

Mecatrônica Atual 39

Visão Artificial: Sistemas que

enxergam

Mecatrônica Atual 30

Site do fabricante:

www.cognex.com

Autor Anônimo contratado pela

Cognex Corporation

R

Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

ecentemente, os Estados Unidos detectaram

dois casos de falsificação de medicamentos

no sistema de distribuição do país,

amplamente divulgados: comprimidos de

Lípitor, para baixar o colesterol, e a droga

injetável Procrit, para estimular o aumento

de células vermelhas no sangue. Os programas

Track-and-Trace, concebidos para

viabilizar e suportar requisitos de retenção

de registros e-Pedigree Eletrônico, atribuem

a cada recipiente uma etiqueta serializada

exclusiva que pode ser lida em cada nível

da cadeia de suprimentos para acompanhar

as mudanças na posse do produto desde a

fabricação até o consumo.

A Omega Design, fabricante de máquinas

de embalagem em Exton, Pensilvânia, EUA,

propôs um novo método de serialização

que utiliza uma etiqueta lateral serializada

e uma marcação sincronizada exclusiva na

base de cada recipiente. Esta abordagem

oferece a vantagem de empregar etiquetas

impressas de baixo custo e, ao mesmo

tempo, pode identificar os recipientes reais

em etiquetas que foram empacotadas. “As

leitoras de ID Cognex In-Sight ® satisfazem

os requisitos desafiadores da aplicação, tais

como a capacidade de ler os 12 códigos

exclusivos da base, de uma vez só, enquanto

o pacote é segurado por um robô”, disse

John Scholes, gerente de projetos especiais

da Omega Design.

Garantindo a segurança

da cadeia de suprimentos

farmacêutica

Os Estados Unidos enfrentam o problema

crescente do fornecimento de medicamentos

falsificados misturados a legítimos. A World

Health Organization estima que 30% dos

medicamentos controlados nos países em

desenvolvimento são falsificados. Nos

países desenvolvidos, os remédios falsos

correspondem a 1% do mercado.


F1. Contêiner com Data Matrix. As informações

2D (Data Matrix) gravadas na base são

as mesmas legíveis por humanos, isto é, uma

ID de contêiner exclusiva com 4 dígitos.

F2. Imagem da câmera visualizando e reconhecendo

o código de uma embalagem.

Em 1987, o Congresso aprovou o decreto

de comercialização de drogas controladas

(Prescription Drug Marketing Act - PDMA),

criando a exigência de rastreamento da

cadeia de custódia para distribuidores de

medicamentos controlados e produtos relacionados,

sob a vigilância da agência de

controle de alimentos e medicamentos dos

Estados Unidos (Food and Drug Administration

- FDA). Este requisito ficou conhecido

como Pedigree eletrônico ou e-Pedigree, uma

declaração de origem que identifica cada etapa

de venda, compra ou transação anterior de

um medicamento. A FDA deverá seguir as

especificações e-Pedigree estabelecidas pela

GS1, organização mundial líder dedicada

à criação e à implementação de padrões e

soluções globais para aprimorar a eficiência e

a visibilidade das cadeias de oferta e demanda

tanto globalmente quanto em setores.

F3. Imagem da câmera visualizando e reconhecendo os 12 códigos de 12 embalagem.

O padrão de identificação automática

GS1 Healthcare inclui um Número Global

de Item Comercial (Global Trade Item

Number - GTIN), um Número Global de

Localização (Global Location Number - GLN)

e um Número Global de Sincronização de

Dados (Global Data Synchronization Number

- GDSN). O GS1 recomenda “investir em

scanners de código baseados em câmera para

suprir necessidades específicas de identificação

automática em serviços de saúde”.

A indústria farmacêutica está cogitando

diversos métodos para se adequar a estas

novas exigências. Todos os programas Trackand-Trace

atribuem a cada recipiente uma

etiqueta serializada exclusiva que permanece

com ela durante todo o seu uso. Logo depois

de preenchido, o recipiente se torna parte de

uma série de embalagens maiores - em geral,

pacotes, caixas e paletes - e cada um tem que

estar vinculado em uma relação pai-filho. A

maioria das empresas farmacêuticas utiliza

etiquetas de identificação por radiofrequência

(RFID na sigla em inglês) para níveis mais

altos de empacotamento, como paletes e

caixas. Entretanto, o uso de tags RFID no

recipiente ou no pacote aumenta substancialmente

os custos de embalagem. Outra

preocupação é o alto custo dos interrogadores

RFID que os farmacêuticos precisam utilizar

para verificar o e-Pedigree do recipiente para

cada receita. Em comparação, imprimir um

código digital em uma etiqueta de papel tem

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

case

vantagens: custo muito inferior da etiqueta

e da leitora, alta velocidade de impressão e

de aplicação, taxas de falha insignificantes

e fácil implementação.

Saiba quais recipientes

há em um pacote

Atualmente, em uma linha de produção

farmacêutica típica, vários processos de embalagem,

tais como selecionadora, inserção

de dessecante, enchimento, colocação de

algodão, selagem e colocação de tampa,

podem ocorrer antes que um recipiente

finalmente receba sua etiqueta serializada

ou tag RFID. Portanto, as empacotadoras

têm que confirmar, e não presumir, que

um recipiente pertence realmente à linha

de empacotamento antes que uma etiqueta

serializada seja afixada do lado de um

recipiente. Mesmo depois de receber sua

etiqueta, o modo como os recipientes fluem

por outros processos pode comprometer todo

o esforço de vincular códigos agregados de

nível mais alto a unidades individuais. Para

formar um pacote, os recipientes precisam

passar por um sistema de empacotamento

termoencolhível (shrink bundling) que

confere, embala e separa os recipientes em

unidades. Um único recipiente mal posicionado

ou rejeitado, extraído depois que seu

lugar na sequência foi estabelecido, pode

corromper a integridade de cada pacote

subsequente.


case

F4. Módulo de rastreamento em embaladora com filme retrátil: estação de agregação de pacotes com etiquetagem de pacotes/componente pai-filho.

A única maneira de garantir o conteúdo

de um pacote é estabelecer previamente a

integridade do pacote e, depois, identificar

os recipientes contidos. Mas as etiquetas laterais

são um desafio para as empacotadoras

que tentam identificar as embalagens após

a criação do pacote. Por exemplo, como é

possível escanear os códigos nos recipientes

que se encontram no meio de um pacote

3x4 tendo em vista que as etiquetas estão

bloqueadas de todos os lados? A solução

da Omega Design é imprimir uma ID

exclusiva na base de cada recipiente vazio

para complementar — e não substituir

— a etiqueta serializada afixada do lado do

recipiente. A etiqueta lateral é consultada

ao longo de toda a vida útil do recipiente,

provendo a ID exclusiva do recipiente e,

também, todas as informações relevantes

para o consumidor, tais como identidade do

produto, fabricante, dosagem, quantidade

etc. O código na base exclusivo permite que

a empacotadora identifique os recipientes

facilmente depois que eles foram agregados

em um pacote. Após a criação do pacote,

as etiquetas laterais serializadas seriam

difíceis de ler, mas a ID exclusiva na base

do recipiente é visível através do filme

termoencolhível transparente.

10 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

A Omega Design oferece uma solução

para a implementação desta abordagem

Track-and-Trace com uma única máquina

selecionadora e decodificadora capaz de

manter controle total sobre cada recipiente

- velocidade, altura e orientação - enquanto

passa sob o cabeçote de impressão e sobre

as estações de verificação e rejeição. O unscrambler

aceita frascos volumosos e os orienta

sequencialmente na linha de produção.

Os unscramblers Omega imprimem e

verificam uma ID exclusiva na base de cada

recipiente vazio. Esta ID exclusiva contém

informações suficientes para o rastreamento

temporário do recipiente na linha de empacotamento.

Depois que uma etiqueta maior,

definitiva e totalmente serializada é aplicada

ao recipiente, uma câmera e um sistema de

gestão de software serializado sincronizam

o código da etiqueta e o código da base. Na

hora do empacotamento final, a embaladora

termoencolhível agrupa e empacota o

número especificado de recipientes em um

pacote. Um robô ergue cada pacote e o passa

sobre outra leitora de ID, que identifica os

recipientes contidos no pacote. Este pacote

recebe uma nova etiqueta, que é ligada a

cada embalagem nele contida. Uma relação

pai-filho é estabelecida.

Aplicação de sistema

de visão exigente

As duas leitoras de ID utilizadas nesta

aplicação têm que satisfazer requisitos

rigorosos. A leitora de ID usada no unscrambler

precisa ler códigos Data Matrix

com precisão, acompanhando o ritmo de

uma linha que opera à velocidade de 50 a

300 frascos por minuto. A embaladora é

um desafio ainda maior porque a leitora de

ID precisa ler todos os frascos no pacote

com apenas uma imagem. “Escolhemos os

sistemas de visão da série Cognex In-Sight

5000 para esta aplicação porque nossa

experiência mostra que eles fornecem a

precisão exigida para a leitura de códigos

2D Data Matrix”, disse Scholes.

Os sistemas de visão In-Sight vêm com

o software de leitura de código Cognex ID-

Max ® Data Matrix, baseado em tecnologia

PatMax ® , para lidar com uma vasta gama

de degradações na aparência do código e

prover decodificação robusta e confiável em

todas as situações. A Omega Design utiliza a

leitora de ID In-Sight 5410 no unscrambler

e o In-Sight 5603 de performance mais alta

na embaladora. A Cognex também disponibiliza

uma linha completa de leitoras de

ID fixas e de mão que verificam a origem


do frasco em qualquer ponto da cadeia de

suprimentos.

Shaun Keperling, da Omega Design,

utilizou a interface de programação baseada

em planilha da Cognex para sobrepor

imagens dos 12 códigos inspecionados e

fornecer indicações de aprovação/reprovação

tanto para cada código quanto para

todo o pacote, na interface com o usuário.

“A interface da planilha é muito flexível”,

disse Keperling.

O programa tem início quando o sistema

de visão recebe um sinal digital do controlador

lógico programável (programmable

logic controller -- PLC) indicando que um

pacote está posicionado para inspeção.

Primeiramente, o programa captura a

imagem na base do pacote contendo 12

códigos 2D. Em seguida, 12 ferramentas

de inspeção diferentes são acionadas

para ler os códigos. Se todos os códigos

são lidos, uma saída digital é enviada de

volta ao PLC, que instrui o robô a colocar

o pacote na esteira. O sistema de visão

transfere as IDs do recipiente para um

computador, onde são gerenciadas pelo

software Track and Trace. Se a inspeção

falha, o PLC instrui o robô a reposicionar

o pacote mais duas vezes e ativa novamente

a inspeção. Se estas inspeções também

falham, o pacote é encaminhado a um

escoadouro de descarte.

“A meta principal dos padrões da FDA

e das leis de e-Pedigree é proteger os consumidores

contra remédios contaminados e

falsificados”, concluiu Scholes. “Para tanto,

os fabricantes têm que acompanhar seus

produtos ao longo da cadeia de suprimentos,

até o nível da unidade ou do recipiente. Embora

as datas de conformidade e os padrões

finais mudem constantemente e variem de

acordo com o Estado, está amplamente aceito

na indústria farmacêutica que o requisito

definitivo envolverá a serialização. A nova

abordagem descrita aqui representa um

método eficaz, econômico e fácil de implementar

para incorporar a serialização 2D

Data Matrix a linhas de embalagem novas

e existentes sem comprometer a velocidade

ou a precisão da máquina.” MA

Fundada em 1969, Omega Design

Corporation é uma empresa inovadora,

líder mundial na indústria de embalagens,

empenhados em servir os clientes com as

máquinas da mais alta qualidade, serviços

e soluções de embalagem.

F5. Posicionador de garrafas plásticas inclui impressão a jato de tinta contínuo

(Continuous Ink Jet - CIJ), inspeção e rejeição em um único sistema.

F6. Um close da estação de impressão, inspeção e rejeição do posicionador de garrafas

plásticas da Omega Design Corporation

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

case

11


automação

Monitoramento

Remoto

com o smsCLP

Este artigo mostra a utilidade do smsCLP para

monitoramento de equipamentos em localidades

remotas e sua fácil configuração de relatórios

via mensagens de SMS e e-mails.

saiba mais

Monitoramento online do

desempenho da planta industrial

Mecatrônica Atual 39

Monitoramento de condições através

da vibração

Mecatrônica Atual 31

Sistema de monitoramento e

estimativa dos tempos de operação

dos disjuntores

Mecatrônica Atual 31

José Carlito de Oliveira Filho

12 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

Monitoramento de

equipamentos em localidades

remotas garantindo a

manutenção eficiente

Imagine a possibilidade de estações

remotas como elevatórias de água, de

bombeamento de gases ou geradoras

de energia enviarem relatórios de maufuncionamento,

apontando exatamente

a causa do problema e possibilitando a

mobilização de técnicos e de peças forma

eficiente antes mesmo de uma paralisação

em seu funcionamento.

A detecção de uma falha, seu diagnóstico

e uma posterior manutenção são

dificultados quando os equipamentos ficam

em localidades remotas, onde geralmente

a causa da falha é conhecida somente após

gerar uma consequência.

Por exemplo, em uma elevatória de água a

falha no bombeamento é detectada somente

quando falta água nos consumidores, por

meio de reclamações ao SAC. Já a manutenção

demanda vários deslocamentos até o local:

um para o diagnóstico do problema, outro

para levar as peças de reposição e outro para

levar o pessoal especializado.

Imagine por exemplo um gerador diesel

operando como suporte a uma eventual falta

de energia na rede em um processo crítico.

Por ser um equipamento que não pode falhar

deve haver um monitoramento constante

de anormalidades tanto da pré-operação,

monitorando o nível e temperatura do combustível,

quanto da partida e da operação,

monitorando a transição da carga, a tensão e

corrente de saída entre outras variáveis.

O smsCLP integrado a estes equipamentos

permitirá que os técnicos responsáveis

recebam mensagens de texto SMS e/ou

e-mails relatando a anormalidade instantaneamente,

permitindo uma manutenção

constante e um deslocamento mais eficiente

uma vez que o técnico receberá a informação

exata de qual é a peça ou a providência

a ser tomada.


Características do smsCLP

O smsCLP consiste de dois equipamentos,

veja a figura 1:

• O CLP Prosec T1-16S TOSHIBA

de oito entradas e oito saídas digitais

expansíveis até 144 I/O mais entrada

para cartões de conversores A/D

e/ou D/A e alimentação 100-240

Vac, possibilitando que o integrador

utilize o smsCLP não só para o

monitoramento mas também para o

controle e automação de suas aplicações

programando em linguagem

Ladder ou STL.

• O terminal smsCLP Duodigit Quad

Band com entrada para 2 SIM cards

de qualquer operadora, sendo o plano

pré-pago ou pós pago com o serviço

de dados habilitado.

O envio dos relatórios é configurado

para ser efetuado tanto eventualmente

quanto temporariamente.

Os 8 registradores de entrada digital

do smsCLP X e os 24 registrado-

res digitais auxiliares R são

monitorados a cada 2 segundos e podem

ser configurados como gatilho de envio

de um relatório, assim como os relatórios

gerados podem conter o valor de qualquer

registrador do smsCLP.

Também podem ser configurados relatórios

temporários, por exemplo: configurar

o smsCLP para todos os dias às 7 horas da

manhã enviar a contagem de peças ou a

temperatura de uma bomba.

As mensagens podem ser enviadas por

ordem de prioridade, por exemplo: o técnico

de assistência imediata (prioridade 1) é o

primeiro a receber a mensagem, caso este

não responda para o número do smsCLP

com um SMS, em 5 min. o técnico supervisor

(prioridade 2) receberá a mensagem,

e assim por diante.

Os últimos eventos do smsCLP são

registrados e podem ser recebidos via e-mail

enviando um SMS com a mensagem Status,

possibilitando uma análise estatística do

processo e das mensagens enviadas.

F1. Conjunto do smsCLP.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

13


automação

Estudo de Caso

– Estação Elevatória

O sinótico da figura 2 representa uma

estação elevatória com um tanque de

armazenamento que utilizaremos neste

artigo para demonstrarmos um exemplo

de configuração do smsCLP.

Como entrada do smsCLP teremos

três sensores de nível (L0-L2) e um sensor

de temperatura da motobomba(T0) e

como saída controlaremos a motobomba

elétrica(M0). Desta forma demonstraremos

F2. Sinótico de uma estação elevatória de água.

F4. Interface para criação de um novo

F5. Interface para cadastrar um registrador

F6. Interface para cadastrar um novo

14 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

que o smsCLP pode ser utilizado tanto para

o monitoramento quanto para o controle

do sistema. Veja na figura 3 o esquema de

conexão do CLP.

Veja no esquema de conexão do sms-

CLP que o nível mínimo L0 representa

o registrador booleano de entrada X0 e o

cartão de conversor A/D que mede a temperatura

T0 representa o registrador de 16

bits XW04, utilizaremos estes registradores

para configurar os relatórios no software

do smsCLP a seguir.

F7. Interface do software smsCLP

O primeiro passo é executar o software

smsCLP e criar um novo smsCLP entrando

com seu nome que precederá todas as mensagens,

com a empresa integradora e com seu

numero de celular, como na figura 4.

O segundo passo é cadastrar os registradores

a serem monitorados pelo smsCLP

entrando um nome de identificação e seu

respectivo endereço de memória no CLP,

veja na figura 5.

O terceiro passo é cadastrar os técnicos

que receberão as mensagens de SMS e e-mail

F3. Esquema de conexão do smsCLP


digitando o nome do técnico, seu e-mail e

telefone, veja na figura 6.

Agora o smsCLP está pronto para

receber as configurações dos relatórios,

veja na figura 7 a interface do software

smsCLP já com os técnicos e registradores

cadastrados.

Cadastramos os registradores de entrada

do smsCLP e criamos três técnicos: um

técnico imediato, um técnico nível 2 e um

técnico superior nível 3. Mais a frente demonstraremos

o tratamento de prioridades

do smsCLP utilizando estes três níveis de

técnicos.

Configuração dos

Relatórios Eventuais

Neste exemplo comunicaremos aos técnicos

responsáveis dois relatórios eventuais

de falhas, um quando o nível do tanque

ficar abaixo do nível mínimo L0 e outro

quando a temperatura T0 for maior que

90 graus Celsius.

Admitindo que o sensor de nível utilizado

neste exemplo fica em nível lógico 0 quando

o nível da água está abaixo do nível medido,

configuraremos o disparo de um relatório

quando houver uma borda de descida no

registrador X0, referente ao nível L0 como

vimos anteriormente.

Para criar um novo relatório basta digitar

uma descrição para o relatório, neste caso

“Tanque no nível mínimo”, definir uma

condição de disparo, neste caso o registrador

X0 na borda de descida e então criar as

mensagens de e-mail e/ou SMS.

Clicando no botão Novo Relatório

Eventual configuraremos um novo relatório

e suas mensagens, como pode ser visto na

figura 8.

Para adicionar as mensagens que serão

enviadas no momento em que a condição de

disparo deste relatório for satisfeita, clique

no botão Nova mensagem, escolha o tipo

de mensagem, os técnicos que receberão as

mensagens e finalmente digite a mensagem

que desejar, lembrando que ela pode conter

o valor de qualquer registrador do smsCLP

(figura 9).

Criamos três novas mensagens de SMS

com destino aos três técnicos cadastrados,

isto é, quando o relatório “Tanque no nível

mínimo” tiver sua condição de disparo

satisfeita (X0 - borda de descida) os três

técnicos receberão um SMS com a mensagem

da figura 9.

F8. Interface para criar um novo relatório eventual

F9. Interface para criar uma nova mensagem SMS ou e-mail.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

15


automação

Note que o valor do registrador XW04

foi inserido na mensagem clicando no botão

Inserir valor do registrador. Os caracteres

$XW04$ serão substituídos pelo valor

atual do registrador quando o relatório

for ativado.

Agora vamos configurar o relatório de

superaquecimento da bomba utilizando o

valor provindo do conversor A/D armazenado

no registrador XW04. Para isto

precisaremos de dois blocos em Linguagem

Ladder no smsCLP para ativar e desativar

o registrador especial R2001 quando a

temperatura passar do valor desejado, veja

na figura 10.

O registrado R2001 faz parte dos 24

registradores especiais que podem ser utilizados

como gatilho dos relatórios, por isso

foi utilizado no código acima para representar

a condição de superaquecimento na

motobomba. Note que quando R2001 está

em nível lógico 1 a temperatura da bomba

é maior que 90.

No software smsCLP vamos configurar

o relatório de superaquecimento da

motobomba com o registrador R2001 na

borda de subida como gatilho e para isso

enviaremos SMS e e-mails em ordem de

prioridade para os técnicos cadastrados

(figura 11).

Da forma que foram configuradas as

mensagens do relatório de superaquecimento

na motobomba, o técnico imediato será o

primeiro a receber um e-mail e um SMS,

caso ele não responda via SMS com uma

mensagem sem conteúdo para o número

do smsCLP em cinco minutos o sistema

enviará a mensagem para o técnico nível

2 e assim por diante até o ultimo técnico.

Caso nenhum técnico responda o relatório

é resetado.

Considerações Finais

Apresentamos uma aplicação do sms-

CLP e sua configuração de forma a exibir

a gama de possibilidades de aplicação deste

sistema versátil, fácil de operar e com um

preço muito competitivo diante as soluções

semelhantes de mercado.

Informação precisa em tempo real faz

a diferença quando a ordem é a confiabilidade.

Para esta tarefa a ferramenta certa é

o smsCLP, mostrando uma nova maneira

de garantir suas máquinas funcionando

através de mensagens diretas aos técnicos

responsáveis por sua manutenção. MA

16 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

6

7

TO

[ XW004 00090 ]

F10. Ladder de configuração do relatório de superaquecimento na bomba.

SUPER AQUEC.

[ RST R2001 ]

SUPER AQUEC.

[ SET R2001 ]

F11. Relatório de superaquecimento na motobomba com as mensagens por ordem de prioridade.


automação

Programação de um CLP:

Modos de

programação

No seguimento do curso de Automação, neste artigo

apresento como perceber os conceitos básicos de

programação de um CLP. No decorrer das próximas

edições apresentaremos a forma de programar um

controlador lógico programável

saiba mais

Manutenção preditiva e pró ativa

Mecatrônica Atual 9

Automação industrial - 3ª edição

- J. Norberto Pires - Editora Lidel

Autómatas programables - Josep

Balcells, José Luis Romeral - Editora

Marcombo

Técnicas de automação - João

R.Caldas Pinto - Edições Técnicas e

Profissionais

Curso de Automação Industrial

- Paulo Oliveira - Editora Edições

Técnicas e Profissionais

Manual de Formação OMRON

- Engº Filipe Alexandre de Sousa

Pereira

Catálogos OMRON

www.omron.pt

18 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

Filipe Pereira

filipe.as.pereira@gmail.com

Eng. Elétrotécnico / Automação

Klean Energie 4 Life, Ltda

Energias Renováveis - Portugal

As linguagens de programação são empregadas

nos CLPs desde que estes surgiram

em 1960. Estas permitem ao usuário inserir

programas de controle utilizando sintaxes

pré-estabelecidas.

Previamente ao estudo dos três tipos de

linguagem mais utilizados na programação

de CLPs, convém rever alguns conceitos

essenciais.

O programa que vai definir o automatismo

é constituído por uma série de instruções

e funções onde são operados os bits de

memória. Estas instruções e funções, serão

introduzidas na memória do CLP, através

de um periférico destinado a esse fim e que

poderá ser uma console de programação ou

software específico para PC.

Veja na figura 1 um exemplar de CLP

programado por console.

Os CLPs têm, basicamente, dois modos

de operação: o modo RUN e o modo PRO-

GRAM ou STOP. Estes são selecionados

através de um comutador que se pode


F1. CLP programado por console.

encontrar no frontal do CLP, na console

de programação ou através do software de

programação.

Antes de se introduzir o programa através

da console, deve converter-se o esquema de

contatos numa lista de instruções entendidas

pelo CLP, ou fazer a programação direta em

esquema de contatos utilizando o computador

com software que o permita.

O programa é introduzido nos endereços

de memória do CLP, contendo cada um

uma instrução, os parâmetros de definição

e todos os parâmetros requeridos por essa

instrução.

Os endereços de memória do programa

(linhas do programa) começam em zero

(0) e estão limitados pela capacidade da

memória do CLP.

Cada fabricante possui modos diferentes

de proceder à programação de um CLP.

As áreas de memória têm designações

diversas, as instruções e funções têm mnemônicas

e códigos diferentes e a sequência de

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

teclas na console destinadas à programação Com a importante resolução do pro-

difere de marca para marca.

grama de controle (da primeira para a

No entanto, conhecendo um modelo, última rung), a continuidade lógica de cada

facilmente nos integramos no modo de rung vai sendo averiguada e as saídas serão

funcionamento de um outro, pela simples atualizadas no final do SCAN. Observe o

consulta do respectivo manual, uma vez exemplo da figura 2.

que a lógica de programação dos sistemas Analisemos o diagrama de estados

existentes no mercado não difere no seu anterior:

essencial.

• O contato normalmente aberto

Vejamos o que faz o CLP em cada modo 000.00 ativa a primeira saída se

de funcionamento:

estiver no estado On, fazendo com

• O modo RUN é o modo normal de que a saída 001.00 também seja On,

funcionamento do CLP, porque neste na rung a seguir, o contato associado

modo, a CPU executa o programa à bobina de saída 001.00 ao passar

contido na memória;

a On ativa a saída 001.01, e assim

• Para se proceder à introdução do pro- sucessivamente;

grama, é necessário que o CLP esteja •

Apesar das saídas estarem em dife-

no modo PROGRAM;

rentes rungs e assumirem o estado

• O processador inicia a resolução do durante o SCAN, todas elas passarão

programa de controle após ter lido ao seu estado On em simultâneo no

o estado de todas as entradas e ter módulo de saída, porque o CLP só

guardado toda a informação em atualiza o estado das saídas no final

memória.

de execução do programa;

19


automação

• Se os contatos estivessem conforme

indicado na figura 3, as saídas já

não seriam acionadas todas simultaneamente,

ou seja, se a condição

de saída de uma rung afetar a rung

que a antecede, a CPU não volta

atrás para resolvê-la.

É importante assimilar deste exemplo

que, para o mesmo ciclo de SCAN, uma

saída só terá efeito noutra rung se esta for

colocada antes dessa rung.

F2.Análise ao Scan do CLP de acordo com um respectivo programa de controle em Ladder.

F3. Estado das saídas do CLP após um SCAN.

20 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

Outro conceito importante é o de entradas

normalmente fechadas que, apesar de

ser um conceito bastante simples, costuma

suscitar algumas dúvidas.

Suponha que se desejasse implementar

em programação o seguinte circuito

(figura 4).

O normal seria copiar o esquema de

contatos para Ladder, obtendo-se o resultado

do circuito seguinte, mostrado na figura

5. Tal situação não é correta, uma vez

que, quando o CLP lê o estado da entrada

BP1, é guardado no endereço de memória,

associado a esta entrada, o valor lógico da

entrada, ou seja, um (1).

Quando o CLP executa o ciclo de SCAN,

é examinada a continuidade lógica da rung

mas, como o contato associado ao endereço

de memória está negado, a continuidade

lógica não vai existir, porque o um (1) que

reflete o estado da entrada BP1 negado é

zero (0).

A solução para o circuito é a colocação

no programa de um contato normalmente

aberto, para não negar o endereço de memória

associado ao estado da entrada.

Senão vejamos, na figura 6.

Resumindo: Independentemente da

forma como os circuitos estão ligados, na

programação pode alterar-se o seu estado,

uma vez que o estado de uma entrada depende

não só da forma como está ligada,

mas também de como é programada.

Os três tipos de linguagens mais utilizados

nos dias de hoje são:

• Ladder;

• Lista de instruções;

• GRAFCET.

As linguagens de programação em Ladder

e em lista de instruções implementam as

operações de forma quase similar, diferindo

apenas na forma como são representadas e

no modo como são inseridas no CLP.

O GRAFCET implementa as instruções

de controle baseando-se em passos e ações

representados de forma gráfica.

Ladder lógico

A linguagem de programação Ladder é

composta por uma série de instruções simbólicas

usadas para desenvolver programas

de controle das máquinas e processos. Veja

a figura 7.

F4. Ligação de uma entrada normalmente

fechada à entrada de um CLP.


F5. Análise do estado da saída de um CLP com uma entrada normalmente fechada.

F6. Solução para o caso de o CLP possuir uma entrada normalmente fechada.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

21


automação

F7. Comparação entre linguagem Ladder

e um circuito elétrico.

A evolução do Ladder original tornou

esta linguagem mais capaz, pois novas

funções foram adicionadas às tradicionais

operações básicas de relés de temporização

e de contagem.

Novas funções, denominadas de blocos

de função, aumentaram o poder da linguagem

Ladder básica.

O principal objetivo dos diagramas Ladder

é controlar saídas e executar operações

funcionais baseando-se em condições de

entrada. Os diagramas em Ladder usam

rungs onde se representam as funções de

controle. Uma rung consiste numa série

de condições de entrada, representadas

por contatos, e uma instrução de saída no

final, representada por uma bobina.

Uma rung é “verdadeira” quando existe

continuidade lógica, ou seja, quando a

energia flui, através da rung, da esquerda

para a direita (figura 8 e 9).

A matriz da rung representa as possíveis

localizações para colocação dos contatos de

entrada ou instruções.

Quando a continuidade lógica existe,

a condição da rung é verdadeira, havendo

um controle da saída. Por outro lado, se

a continuidade lógica não se estabelece, a

condição da rung é falsa.

Quando um diagrama Ladder contém

um bloco de função, uma ou mais instruções

podem ser utilizadas para representar

as condições de entrada que o habilitam.

A matriz da rung em Ladder determina o

22 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

F8. Exemplo de continuidade lógica.

F9. Outro exemplo de continuidade lógica.

número máximo de contatos que podem

ser empregados para ativar uma saída, divergindo

o tamanho da matriz de CLP para

CLP. Na figura 10, a matriz citada.

Para blocos de função a matriz utiliza,

em regra, menos contatos, figura 11.

Existem algumas normas para a colocação

dos contatos de entrada. Uma delas, que se

verifica em quase todos os CLPs, evita que a

continuidade lógica que tem de haver numa

rung flua ao contrário (sneak paths).

Estes sneak paths ocorrem quando a

continuidade lógica flui numa rung atra-

vés de um contato que provoca, só ele, a

continuidade de uma rung.

Veja-se o exemplo dado na figura 12.

A saída Z deverá estar ativa quando os

contatos A, B e C ou A, D e E ou F e E

estiverem ativos. No entanto, se os contatos

F, D, B e C estiverem ativos existe continuidade

lógica e Z está ligado.

Esta situação deverá ser evitada, uma

vez que a saída fica activa com uma combinação

de contactos que a não deveriam

activar (figura 13).

Em resumo:


F10. Matriz de uma Rung em Ladder.

F11. Matriz de um Bloco de uma função.

• As instruções em Ladder representam

o estado On/Off de entradas e saídas

de campo;

• O Ladder usa dois tipos de símbolos:

contatos e bobinas, em inglês coil;

• Os contatos representam as condições

de entrada e as bobinas representam

a saída de uma rung;

• Em um programa, cada contato ou

bobina tem um endereço que permite

identificar o que está a ser avaliado e

o que está a ser controlado;

• O endereço está referenciado à tabela

de entradas, de saídas ou a um registro

interno do CLP.

F14. Tarefa do processador aquando do fecho do contacto NO.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

F12. Exemplo de um “Sneak Paths”.

F13. Exemplo de uma combinação de contatos

que ativam indevidamente a saída.

23


automação

Contato normalmente aberto (NA)

Este contato procura uma condição de

ON em um determinado endereço. Durante

a execução do contato normalmente aberto

(NO), o processador examina o endereço

referenciado no contato por uma condição

de ON (figura 14).

Contato normalmente fechado (NF)

Este contato procura uma condição de

OFF em um determinado endereço. Durante

a execução do contato normalmente fechado

(NC), o processador examina o endereço

referenciado no contato por uma condição

de OFF (figura 15).

Importante: Os contatos podem

ser colocados em série, em paralelo

ou numa configuração série- paralelo

para controlar cada uma das saídas.

Uma saída nunca pode ser ligada

diretamente à entrada.

F16. Controle de uma bobina NO de saída por parte do CLP.

F17. Controle de uma bobina NC de saída por parte do CLP.

24 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

Bobina normalmente aberta

Uma bobina de saída controla uma

saída real ou um bit interno do CLP. Durante

a sua execução, o processador avalia

todas as condições de entrada numa rung

(figura 16).

F15. Tarefa do processador aquando do fecho do contacto NC.

Bobina normalmente fechada

Esta função funciona de forma oposta

à anterior, ou seja, quando não existe continuidade

lógica nos contatos, a posição

de memória afecta à saída vai ser zero (0)

(figura 17).


Circuitos lógicos

Para implementar circuitos lógicos, dispõem-se

ainda das seguintes instruções:

• AND - realiza um E lógico com o

bit especificado;

• OR - realiza um OU lógico com o

bit especificado;

• NOT - nega o estado do bit ao qual

está associado.

Analisemos cada uma das funções, no

caso do nosso CLP em estudo neste curso,

que é o CJ1 da OMRON.

Antes de iniciarmos a programação propriamente

dita, convém deixar algumas dicas

de utilização do software Cx-Programmer

da OMRON que permite a programação

em LADDER neste CLP.

Síntese sobre a utilização

do software de programação

(CX-Programmer)

Como em qualquer outra aplicação do

Windows, para executar o CX-Programmer

é utilizado o menu Iniciar.

Para acessar a área de trabalho é necessário

criar um novo projeto ou abrir um já

criado. Analisemos então cada uma das

funções lógicas:

F18. Função lógica AND.

F19. Função lógica NOT.

Função AND

A função AND, em Ladder lógico, é

implementada com dois ou mais contatos

de entrada em série. Veja-se o exemplo:

pretende-se implementar um circuito lógico

que apenas ativa a saída 01.00 do CLP, se

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

as entradas 0.00 e 0.01 e 0.02 estiverem

ativas (On). Observe a figura 18.

Função NOT

A função NOT em Ladder lógico representa-se

com um contato normalmente

25


automação

Importante: Caso haja simultaneidade

das duas condições a ON, a condição

de RESET é a predominante. Sempre

que existam vários blocos lógicos a

controlar uma instrução, estes são programados

em primeiro lugar e só depois

é programada a instrução em causa.

fechado (figura 19). Voltando ao exemplo

anterior: pretende-se que a saída 01.00 fique

ativa, se as entradas 0.00 e 0.02 estiverem a

Off e a entrada 0.01 estiver a On (considerase

que uma entrada está a On quando o led,

que a sinaliza, se encontra ligado).

Função OR

A função OR, em Ladder lógico, é implementada

com dois ou mais contatos de

entrada em paralelo (figura 20). Observe-se

o seguinte exemplo: Pretende-se implementar

um circuito lógico que active a saída 01.03,

quando a entrada 0.01 estiver a Off ou quando

as entradas 0.02 ou 0.03 estiverem a On.

Instrução SET

A instrução SET permite que, quando

a condição lógica, que antecede a instrução

SET, vá a On, o bit associado à função comute

para o seu estado lógico On, e assim

permaneça mesmo que a condição lógica,

que antecede a instrução de SET, comute

para Off (figura 21).

Instrução RSET

Situação semelhante acontece com a

instrução RSET, pois, quando a condição

lógica que antecede esta instrução vai a

On, o bit manipulado é, em simultâneo,

levado a Off permanecendo nesse estado

(figura 22).

Nota: Caso haja simultaneidade da

função de SET e RSET, é a condição de

RESET a predominante.

Função KEEP

A instrução KEEP permite definir um

bit de memória como biestável, ou seja, o

estado do relé é definido por duas condições

lógicas: SET ou RESET (figura 23).

Os conceitos básicos da programação

e suas funções já estão concluídas. Para as

próximas edições trataremos a forma de

programar um controlador lógico programável.

Até a próxima!

MA

26 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

F20. Função lógica OR.

F21. Instrução SET.

F22. Instrução RSET.

F23. Função KEEP.


A usinagem é um processo muito usado nas indústrias do ramo

metal-mecânico, com a necessidade da utilização de ferramentas

de corte, que são responsáveis por cortar o material das peças,

conferindo-as ao formato desejado. Tais empresas enfrentam

grandes dificuldades para o controle desse ferramental, que

vão desde problemas com a rastreabilidade da ferramenta

dentro da própria empresa até suas requisições.

A questão dos custos do ferramental também é de extrema

importância para as empresas, visando a redução dos custos

de produção para permanecerem competitivas no mercado.

O objetivo do presente trabalho é apresentar as vantagens do

gerenciamento das ferramentas de corte, visando a redução

dos custos produtivos

O

saiba mais

CASTRO, P. Gerenciamento de

Ferramentas. São Paulo: 2004

(Congresso Usinagem).

FERRARESI, D. Fundamentos da

Usinagem dos Metais. São Paulo:

Edgard Blücher, 1977. 751 p.

Veja mais referências no fim do artigo.

manutenção

Gerenciamento de

Ferramentas

de Corte

intuito deste artigo é demonstrar, através

de um estudo de caso feito em uma empresa

fabricante de motores de grande porte, como

o gerenciamento de ferramentas está sendo

aplicado e o quanto pode ser vantajoso no

mercado competitivo, no sentido de reduzir

os custos de produção e aumentar o ganho

da empresa.

Segundo estudos de ZONTA (2007),

as ferramentas de corte representam de 3 a

5% dos custos de produção. Entretanto, se

não houver um gerenciamento no processo,

esses custos chegam até 30% no produto

do fabricante.

Gustavo Trombini Lazari

Henrique Oliva de Andrade

Rafael Batalhote Verçosa

Alguns dos fatores que frequentemente

contribuem para que se atinja este percentual

são:

• Produção programada não pode ser

efetivada por falta de ferramentas;

• Grande parte do tempo dos funcionários

envolvidos (operador, supervisor

e líder) é gasto na procura e na

expedição de ferramentas;

• Super ou subdimensionamento do

estoque (quantidade e variedade);


Obsolescência do estoque.

Atuar na redução de custos com ferramentas

é uma visão que as empresas precisam

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

27


manutenção

F1. Curva ABC.

adquirir e implementar para se tornarem

mais competitivas no mercado, e as empresas

retardatárias que não adotarem essa nova

aplicação irão ter maiores dificuldades para

se manterem no mercado.

Desenvolvemos um estudo de caso em

uma empresa fabricante de motores que

apresenta a necessidade de melhoria contínua

em seus processos para continuar competitiva

no mercado. A questão é como atuar

de uma maneira mais eficiente na redução

dos custos de produção em empresas que

utilizam processos de usinagem?

Gerenciamento de

ferramentas de corte

Os objetivos específicos do gerenciamento

de ferramentas são resumidos da

seguinte forma:

• Reduzir estoques e obsolescência;

• Padronizar as ferramentas utilizadas;

• Eliminar a falta de ferramentas;

• Aumentar a produtividade;

• Reduzir o custo com ferramentas;

• Controlar a localização e fluxo de

ferramentas no chão-de-fábrica;

• Reduzir os tempos de preparação

de máquinas;

• Reduzir quebras de ferramentas;

• Garantir a disponibilidade de informação

precisa e atualizada;

• Fortalecer o relacionamento com

fornecedores;

• Garantir a qualidade dos serviços de

recondicionamento e preparação de

ferramentas;

• Garantir a qualidade da peça produzida;

28 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

• Garantir atualização tecnológica;

• Garantir o uso ecologicamente correto

de ferramentas de corte.

Análise da empresa

A empresa escolhida para realização do

estudo de caso é uma empresa de pequeno

a grande porte de fabricação de motores

movidos à diesel.

Gerenciamento de

ferramentas de corte

O gerenciamento de ferramentas de

corte implica em redução de custos na

produção de forma padronizada, ou seja, o

gerenciamento visa qual é a melhor forma de

reduzir ao máximo os custos de produção

na melhor estratégia do processo.

As etapas a seguir irão demonstrar como

a empresa em estudo está atuando para se

obter a máxima redução dos custos com

ferramentas de corte.

1. Custo por peça,

comprometimento com

fornecedores

O primeiro ponto para um gerenciamento

eficaz é o comprometimento dos

fornecedores com a empresa.

A empresa estudada está em fase de

desenvolvimento e de implementação de

um novo conceito chamado custo por peça,

que visa a redução dos gastos sob o ponto

de vista das ferramentas de corte.

O custo por peça tem sido uma forma de

trabalho desenvolvida por algumas grandes

empresas consumidoras de ferramentas, que

observam nessa estratégia uma boa alternativa

para reduzir seus custos produtivos.

Ao invés da empresa pagar as ferramentas

por unidade adquirida, a ideia do

custo por peça é pagar aos fornecedores das

ferramentas um valor fixo pré-estabelecido

por peça produzida.

Dessa forma, os fornecedores das ferramentas

deverão acompanhar mais de perto

o processo no dia-a-dia, porém, caso uma

ferramenta não apresente o desempenho

esperado (que foi acordada na hora da

venda) quem terá que arcar com esse custo

acima do esperado é o próprio fornecedor

da ferramenta e não mais o cliente, como

ocorre na maioria das vezes.

Vale salientar que, para esse tipo de

produto (ferramentas de corte), o acompanhamento

e serviço pós-venda são de

suma importância, pois devido às inúmeras

variações características dos processos de

usinagem, é sempre recomendável que se

tenha um acompanhamento técnico próximo

por parte do fornecedor das ferramentas.

2. Controle de saídas de ferramentas

O controle de saída das ferramentas é

um importante indicador para se mensurar

os gastos com ferramentas e manter sua

rastreabilidade dentro e fora da fábrica. A

utilização de software para o auxílio desse

controle é extremamente importante para o

gerenciamento de ferramentas, onde através

dele é possível mensurar os gastos totais com

ferramentas e/ou os gastos por máquina,

uma vez que a ferramenta é enviada para

uma máquina específica.

Com isso é possível também detectar

com facilidade as máquinas e/ou processos

que estão consumindo ferramentas em

demasia, podendo a empresa tomar uma

atitude mais rápida e eficaz no sentido de

amenizar as perdas ocasionadas por estas

situações. O software ainda auxilia na

emissão de relatórios de custo e emissão

de pedidos de compra.

Para atuar na redução dos custos de

produção inerentes às ferramentas de corte

de maneira mais eficiente, em julho de 2009

foram mapeados os gastos com ferramentas

em todas as linhas da fábrica (tabela 1).

FONTE - Empresa estudada.

3. Mapeamento e composição

dos custos

Com os dados da tabela 1, foi traçada

uma curva ABC (figura 1) para identificar

quais são os itens mais impactantes em


elação ao custo. Foi observado que, para

todas as linhas de produção da fábrica,

a distribuição dos custos segue a mesma

proporção, em média, 80% dos custos é

representado por apenas 20% dos itens.

FONTE - Empresa estudada.

Esses 20% dos itens passaram a ser

considerados críticos e, para cada linha

de produção, foi traçada essa curva para

mapear a distribuição dos custos. Dessa

forma, as ações e os testes de novas ferramentas

passaram a ser direcionados a esses

itens críticos a fim de se obter uma redução

mais significativa nos custos produtivos

da fábrica.

4. Análise crítica do consumo

elevado

Após a identificação do item que será

analisado, foi utilizado o diagrama de causa

e efeito (figura 2) para levantamento de

todas as prováveis causas que possivelmente

T1. Gastos totais com Ferramentas.

F2. Matriz causa-efeito.

estão cooperando para um consumo elevado

de ferramentas de corte.

Para cada caso específico, é feito um

brainstorming envolvendo todas as pessoas

manutenção

que têm envolvimento com o processo, que

podem ser os operadores, os engenheiros de

processo, de manufatura e os fornecedores

da ferramenta. FONTE - Empresa estudada

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

29


manutenção

F3. Fresa horária. F4. Fresa Anti-horária.

F5. Inserto fresa horária. F6. Inserto fresa Anti-horária.

T2. Gastos sem reaproveitamento de inserto.

T3. Gastos com reaproveitamento de inserto.

30 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

A matriz causa-efeito, demonstrada pela

figura 2 possibilita cercar todas as causas

que geram o consumo elevado de ferramentas,

por diferentes pontos de vista dos

envolvidos, tornando as ações e os testes de

novas ferramentas mais eficazes no sentido

de reduzir o consumo e consequentemente,

diminuir os custos.

5. Melhorias organizacionais

Após fazer a análise de Pareto (referências

bibliográficas) e do diagrama causa e efeito,

observa-se um grande consumo de insertos

nas operações das figuras 3 e 4.

O controle da vida e da utilização de

todas as arestas, bem como a redução dos

estoques de ferramentas, são exemplos de

ações que têm grande importância no que

tange às ferramentas de corte.

Nas operações de usinagem da biela,

as fresas utilizam um inserto triangular,

que apresentam 3 arestas de corte em cada

face, totalizando 6 arestas de corte. No

entanto, no caso da biela, uma das fresas

trabalha com a rotação no sentido horário

- figura 3 - e a outra no sentido anti-horário

– figura 4.

Em um caso como esse, quando empregado

na fresa direita (sentido horário),

apenas os lados em destaque da aresta de

corte do inserto será desgastado – figura 5.

Já quando usado na fresa esquerda (sentido

anti-horário), o mesmo ocorrerá para o lado

oposto da aresta – figura 6.

Dessa forma, se os insertos da fresa

direita forem reutilizados na esquerda,

ou vice-versa, pode-se empregar 2 vezes

cada aresta, o que representa um total de

12 arestas por inserto. Segue exemplo de

quanto pode ser significativo o ganho com

o reaproveitamento dos insertos.

Na tabela 2, pode ser observado que

para a produção de 1.000 peças com uma

vida de inserto de 250 peças/aresta, são

necessários 67 insertos para fazer a produção

anual (12.0000 peças). Como nesse caso a

empresa não tem a cultura de reaproveitar

os insertos, são exigidos 67 insertos em

cada operação, contabilizando um total

de 134 insertos ao ano, que representa R$

52.517,28.

Na tabela 3, observa-se que reaproveitando

todos os insertos, a operação 170

não necessita requisitar nenhum inserto

novo, gerando assim uma economia de 67

insertos e R$ 26.258,64 no ano.


6. Considerações e demonstração

dos resultados

O gerenciamento de ferramentas de

corte se mostrou muito importante na

busca da redução dos custos produtivos e

do aumento da produtividade. Contudo,

é bom ressaltar que todas as pessoas do

grupo (preparadores, afiadores, técnicos,

operadores e principalmente a liderança)

devem estar alinhadas e comprometidas a

manter todas as informações precisamente

atualizadas.

Foi demonstrado nesse estudo um

ganho de R$ 26.258,64 por ano, porém

deve-se destacar que o intuito foi mostrar

a possibilidade de redução de custos através

do gerenciamento. De acordo com análise

dos relatórios de “savings” apontado pelos

gerenciadores, a empresa teve redução de

18% dos custos com ferramentas resultantes

do gerenciamento, o que representa mais de

um milhão de reais de economia ao ano.

Conclusão

Através do desenvolvimento do estudo

de caso, foi possível demonstrar os ganhos

que a empresa vem obtendo com a aplicação

do gerenciamento de ferramentas de corte

no sentido de aumentar a competitividade

da empresa. O controle de saída das ferramentas

no chão de fábrica com auxílio do

software se mostrou uma importante etapa

no processo, visto que através desses dados

são criadas curvas ABC (Pareto) que auxiliam

na identificação das ferramentas que mais

impactam na composição total do custo.

A utilização do diagrama de causa e efeito

(Ishikawa) ajuda a identificar de maneira eficaz

as causas do consumo elevado das ferramentas

que mais impactam na composição do custo

por peça, permitindo assim uma atuação

mais rápida e precisa por parte da empresa

e do fornecedor da ferramenta no sentido

de reduzir o consumo desse item.

Como propostas para futuros trabalhos,

levantamos a necessidade de um estudo da

aplicação do gerenciamento de ferramentas

de corte em empresas que utilizam processos

de fabricação de peças não seriadas. MA

Os Autores são formados em Engenharia de

Produção Mecânica pela Escola de Engenharia

Mauá no curso. Realizaram estágio na Sandvik

do Brasil e hoje atuam como engenheiros de

vendas técnicas nas distribuições da Sandvik.

Gustavo - g_lazari@hotmail.com

Henrique - h.andrade@uol.com.br

Rafael - rafaelbatalhote@yahoo.com.br

Referências Bibliográficas

BESANT, C.B. CAD/CAM – Projeto e

Fabricação com o Auxílio de Computador.

Rio de Janeiro: Camus, 1988. 249 p.

CERVO, A.L.; BERVIAN, P.A.; DA SILVA, R.

Metodologia científica. São Paulo: Person

Education do Brasil, 2006. 162 p.

CHWIF, L; MEDINA, A. C;. Modelagem e

Simulação de Eventos Discretos: Teoria e

Aplicações. 2 ed. São Paulo, SP: Bravarte,

2006. 255 p.

FAVARETTO, A. S. Estudo do Gerenciamento

de Ferramentas de Corte na

Indústria Automotiva de Curitiba e

Região Metropolitana. Curitiba, PUC-PR:

2005. 201 p.(Mestrado em Engenharia

de Produção).

HOHMANN, C. Principle of 5 S. Disponível

em

. Acesso em 11

mar. 2009.

ISHIKAWA, K. Guia de Control de Calidad.

Nueva York: Unipub, 1976. 216 p.

LUSTOSA, L. et al. Planejamento e Controle

da Produção. Rio de Janeiro: Elsevier,

2008. 355 p.

MOURA, R.A. Kanban – A Simplicidade

do Controle da Produção. 2 ed. São Paulo:

IMAN, 1992. 355 p.

SILVA, J.M. O ambiente da qualidade na

prática. Belo Horizonte: Fundação Christiano

Ottoni, 1996. 260 p.

SLACK, N.; CHAMBERS S.; JOHNSTON,

R. Administração da Produção. São Paulo:

Atlas, 2007. 747 p.

manutenção

STOCKTON, R.S. Sistemas básicos de

controle de estoques: conceitos e análises.

São Paulo: Atlas, 1976. 139 p.

TRENT, E.M.; WRIGHT, P.K. Metal Cutting.

Woburn: Elsevier, 2000. 446 p.

TRIPP, D. Pesquisa-ação: uma introdução

metodológica São Paulo: Universidade de

Murdoch, 2005.. Disponível em < http://

www.scielo.br/pdf/ep/v31n3/a09v31n3.

pdf>

Acesso em 16 set. 2009.

WCM. KAIZEN DEFINITION: The zen

of doing it better, and making it better.

World Class Manufacturing. Disponível

em: .

Acesso em 20 jun. 2009.

WOMACK, J.P.; JONES D.T.; ROOS D.

A máquina que mudou o mundo. Rio de

Janeiro. Campus, 1992. 347 p.

YIN, R.K. Estudo de Caso: Planejamento e

Métodos. 2.ed. Porto Alegre, RS: Bookman,

2001. 205 p.

ZONTA, A.J. Gerenciamento de ferramentas:

Estudos de caso de empresas do

setor metal-mecânico brasileiro. Florianópolis:

2007.

Disponível em:

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

31


conectividade

Libertando o

poder do HART

e proporcionando

benefícios aos usuários

O protocolo HART tem sido testado com sucesso em milhares de

aplicações em vários segmentos, mesmo em ambientes perigosos.

Porém, o dia-a-dia tem nos mostrado que os usuários pouco se

utilizam dos recursos que esta tecnologia disponibiliza e que

poderiam tirar vantagens de características e funcionalidades

deste protocolo, libertando o “poder” que o HART tem.

Neste sentido, este artigo mostrará detalhes da utilização da

comunicação HART em medições multivariáveis, descrevendo

aplicações de um conversor de HART para 4-20 mA capaz de

acrescentar mais flexibilidade de uso aos equipamentos HART

saiba mais

Protocolo Digital Hart

Mecatrônica Atual 43

A Tecnologia Hart na indústria

– Estrutura do Protocolo

Mecatrônica Atual 19

Manuais de equipamentos

HART Smar

Site de fabricante:

www.smar.com.br

32 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

HCC301: conversor de

HART para 4-20 mA

O HCC301 é um conversor Smar a

dois fios capaz de gerar um sinal de corrente

4-20 mA através de uma variável via

comunicação HART. Com isto podemos

transferir informações de equipamentos

HART aos controladores e facilitar os

controles e processos com uma solução de

baixo custo.

Este conversor tem a capacidade de

trabalhar como mestre primário do barramento

HART e continuamente fazer

o “polling” de uma variável em um outro

equipamento HART, convertendo a mesma

dinamicamente a um valor em corrente de

4-20 mA proporcional a uma escala pré-configurada.Mesmo

sendo um mestre primário,

o HCC301 permite livremente que se tenha

um mestre secundário no barramento, como

por exemplo, um hand-held.

Eng. César Cassiolato

Smar Equipamentos Industriais Ltda.

Esta variável atualizada em corrente

pode ser a variável primária em unidade

de engenharia, a variável primária em

percentagem ou também uma das variáveis

dinâmicas do equipamento HART: a variável

secundária, terciária ou a quarta variável.O

equipamento HART pode ser de qualquer

fabricante, o que dá mais flexibilidade e

recursividade ao usuário.

Pode-se configurar no conversor a condição

de falha segura segundo a NAMUR-

NE43, onde em uma falha, este gerará um

sinal de corrente de acordo com a seleção do

usuário(3,6 ou 21 mA), de tal forma que o

controlador possa tomar uma ação segura.

O usuário ainda configura o número de

“retries” de comunicação até que o conversor

gere a corrente em falha segura.

Em nível de segurança, pode-se ainda

habilitar a proteção de escrita evitando

alterações não autorizadas.


Veja mais detalhes no diagrama de

blocos funcional na figura 1.

Durante a configuração do HCC301,

este deve ser configurado para escravo, o

que é feito localmente no equipamento.

A figura 2 mostra a tela de configuração

do conversor utilizando-se um hand-held

(PALM, HPC301 Smar), onde podemos

ver a simplicidade para o usuário.

Algumas aplicações

1) Aumentando a segurança e

confiabilidade em elementos finais

de controle

A grande maioria dos posicionadores de

válvulas HART do mercado não possuem

um sinal de retorno indicando a posição real

da válvula e quando têm, exigem ligações

a 4 fios, dificultando e aumentando custos

de instalação.A solução normalmente

adotada, é a utilização de um transmissor

de posição, mas que envolve custos e exige

instalação adequada. Com isto, é muito

frequente se ver no campo o posicionador

recebendo um setpoint de posição desejada

via controlador, mas o controle não tem

um sinal de feedback, dizendo se a válvula

realmente foi para a posição desejada, se

está emperrada, se está lenta, como está o

controle seu controle, etc...

Observe a figura 3, onde temos um

posicionador de válvulas. Poderíamos a

um baixo custo extrair via comunicação

HART a posição real da válvula e fornecêla

proporcionalmente a 4-20 mA para o

sistema de controle, melhorando condições

de performance, reduzindo custos com a

minimização da variabilidade do processo,

além de aumentar significativamente a confiabilidade

do sistema. Note que em termos de

instalação, nada é feito no posicionador.

2) Minimizando custos nos

processos de medição de densidade

e concentração

Analisemos a situação da figura 4,

onde temos um transmissor HART de

densidade/concentração e que, além da

medida primária (densidade ou concentração),

queremos fornecer ao controle um

sinal de corrente do processo de temperatura.

Geralmente, colocaria-se mais um

transmissor de temperatura no processo e

assim teríamos a medição da temperatura.

Porém, usando o HCC301, poderíamos a

F1. Diagrama funcional do HCC301- Smar.

F2. Tela de Configuração do HCC301.

F3. Aumentando a segurança e confiabilidade

em elementos finais de controle.

conectividade

F4. Minimizando custos nos processos de

medição de densidade e concentração.

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

33


conectividade

F5. Medição da temperatura ambiente

ou em escala diferente nos processos de

temperatura.

um baixo custo extrair via comunicação

HART a temperatura do processo, que é

medida pelo transmissor e fornecê-la proporcionalmente

a 4-20 mA para o sistema

de controle, melhorando condições de

performance, reduzindo custos. Observe

que em termos de instalação, nada é feito

no transmissor.

3) Medição da temperatura

ambiente ou em escala diferente

nos processos de temperatura

Analisemos a situação de aplicação de

acordo com a figura 5, onde tem-se um

forno operando de 50 a 200 °C, e o valor

da temperatura é fornecida ao sistema de

controle proporcionalmente através de um

sinal de 4-20 mA. Poderia-se medir esta

temperatura em uma escala diferente, com

propósitos somente de monitoração por

exemplo, ou ainda estarmos informando a

temperatura ambiente. Usando o HCC301,

poderíamos a um baixo custo extrar via

comunicação HART estas informações e

fornecê-las proporcionalmente a 4-20 mA

para o sistema de controle, melhorando

condições de performance, reduzindo

custos. Veja que em termos de instalação,

nada é feito no transmissor.

34 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

F6. Medição multivariável.

4) Medição multivariável: vazão

Analisemos agora a situação da figura

6, onde temos um transmissor de pressão

utilizando-se de um elemento primário para

medição de vazão. Poderia-se, por exemplo,

via conversor HCC301, disponibilizar a

pressão diferencial ao sistema de controle,

uma vez que a variável primária do transmissor

foi configurada como vazão.Note

que em termos de instalação, nada é feito

no transmissor.

5) Gerenciamento de Ativos

A necessidade de automação na indústria

e nos mais diversos segmentos está associada,

entre diversos aspectos, às possibilidades de

aumentar a velocidade de processamento

das informações, uma vez que as operações

estão cada vez mais complexas e variáveis,

exigindo um grande número de controles

e mecanismos de regulação para permitir

decisões mais ágeis e, portanto, aumentar

os níveis de produtividade e eficiência do

processo produtivo dentro das premissas

da excelência operacional.

A automação permite economias de

energia, força de trabalho e matérias-primas,

um melhor controle de qualidade do produto,

maior utilização da planta, aumenta

a produtividade e a segurança operacional.

Em essência, a automação nas indústrias

permite elevar os níveis de continuidade

e de controle global do processo com

maior eficiência, aproximar ao máximo

a produção real à capacidade nominal da

planta, ao reduzir ao mínimo possível as

horas paradas, de manutenção corretiva e

a falta de matéria-prima.

Além disso, com o advento dos sistemas

de automação baseado em redes de campo e

tecnologia digital, pode-se ter vários benefícios

em termos de manutenção e aumentar a

disponibilidade e segurança operacional. E,

ainda, a automação extrapola os limites de

chão de fábrica, ela continua após o produto

acabado, atingindo fronteiras mais abrangentes;

a automação do negócio. Quanto mais

informação, melhor uma planta pode ser

operada e sendo assim, mais produtos pode

gerar e mais lucrativa pode ser. A informação

digital e os sistemas verdadeiramente abertos

permitem que se colete informações dos mais

diversos tipos e finalidades de uma planta,

de uma forma interoperável e como ninguém

jamais imaginou e neste sentido, com a tecnologia

HART pode-se transformar preciosos

bits e bytes em um relacionamento lucrativo

e obter também um ganho qualitativo do

sistema como um todo. É o gerenciamento

dos dispositivos.

Esse tipo de gerenciamento tem como

objetivo o uso intensivo da comunicação

HART para aumentar a eficiência

e disponibilidade dos equipamentos, ao

mesmo tempo minimizando os custos de

manutenção. O Gerenciamento de Ativos

é então o conjunto de todas as técnicas e

ferramentas empregadas para otimizar a

manutenção dos equipamentos reduzindo ao

máximo os custos com paradas e aumentar

a disponibilidade operacional.

O autodiagnóstico, confiável e seguro,

proporcionado pelos dispositivos HART,

possibilita a integração de programas de

manutenção preditiva e proativa. Estatísticas

operacionais, como o deslocamento acumulado

da haste de uma válvula, proporcionam

informações úteis para a previsão de falhas e

uso da manutenção preditiva. Diagnósticos

rápidos e estatísticas operacionais permitem

a antecipação de falhas antes que elas

possam causar danos.

Mecanismos on-line de notificação de

falhas informam imediatamente ao responsável

se um determinado dispositivo


poderá falhar. Isto permite a tomada de

providências antes que a produção seja

afetada, contribuindo para a diminuição

das paradas inesperadas e de situações de

risco. Informações mais precisas, como

por exemplo, qual dispositivo, que tipo de

falha, entre outras, podem ajudar na escolha

adequada de sobressalentes e de ferramentas,

antes do envio da equipe de manutenção

ao campo. A utilização de programadores

portáteis pode ser eliminada.

É possível acessar os dispositivos da

rede HART via ferramentas poderosas

em um microcomputador. O AssetView

da Smar, por exemplo, é uma ferramenta

de gerenciamento de ativos e manutenção

preditiva e proativa, parte integrante do

SYSTEM302-7 e que contribui para uma

grande diminuição dos custos operacionais

da planta.E isto é garantido somente se o

processo estiver rodando com excelência, uma

consequência direta do gerenciamento de

ativos e de práticas que reduzem o downtime,

aumentando a disponibilidade da planta e

cortando custos de manutenção.

O SYSTEM302-7, sistema de automação

baseado em redes, é um sistema com um

número menor de componentes e consequentemente,

possui uma maior confiabilidade.

A tecnologia baseada em padrões abertos

prevê uma menor dependência dos caros

contratos de manutenção.

Uma grande parte do Total Cost of

Ownership (TCO - Custo Total de Propriedade)

do sistema pode ser reduzida

devido à facilidade da manutenção. A

manutenção de registros exigida pela ISO

14000 e ISO 9000 torna-se muito mais

fácil, uma vez que os dados dos instrumentos

estão disponíveis em qualquer estação

de trabalho.

Um sistema de gerenciamento e manutenção

deve ter recursos que permitam ao

usuário identificar ou prognosticar fácil e

rapidamente qualquer mau funcionamento

de sua planta. Neste sentido, deve ter

facilidades técnicas em gerações de dados

estatísticos, levantamento de históricos,

gerações de relatórios, permitir fácil acesso

de qualquer lugar, mesmo fora da planta e

evitar paradas não programadas e otimizar

as paradas programadas das empresas,

utilizando as manutenções preditivas e

proativas (o chamado conceito TPM Total

Productive Maintenance). Além disso, deve

tirar vantagens dos modernos recursos

de rede e arquitetura de software, como

interface OPC, multiprotocolos e acesso

via WEB, onde estas ferramentas oferecem

ao usuário ampla visibilidade da planta, a

qualquer hora, em qualquer lugar.

Em termos gerais, as empresas hoje

querem informações que podem gerar benefícios,

facilitando as tomadas de decisões.

Vejamos algumas facilidades e benefícios

do gerenciamento de ativos:

• Facilidade de acesso às informações

em toda a planta (desde chão-defábrica

até níveis gerenciais);

• Garante uniformização das informações

nos diversos níveis hierárquicos,

com confiabilidade. Rico em informação,

facilita a tomada de decisões;

• Permite infraestrutura e tecnologia

para que se monitore on-line, configure,

calibre e gerencie equipamentos

de campo com o objetivo de se ter

os melhores resultados em termos de

desempenho e redução de custos;

• Permite as melhores práticas de manutenção

(principalmente a proativa),

através do gerenciamento de diagnósticos,

programação de manutenções;

• Audit Trial;

• Minimização de spare parts;

• Aumento da disponibilidade e segurança

operacional da planta e redução

do downtime;

• Diminuição do tempo perdido em

manutenção em equipamentos que

realmente não a necessita (Manutenção

Preventiva);

• Ganhos e redução de custos operacionais

contribuindo para a redução

de custos gerais.

O AssetView, ferramenta de gerenciamento

de ativos e parte integrante do

SYSTEM302, foi desenvolvido dentro desta

filosofia e utiliza o próprio WEB Browser

como plataforma para as interfaces gráficas

com o usuário e é baseado em 2 padrões

internacionais de descrição de dispositivos:

EDDL (Electronic Device Description Language)

e FDT (Field Device Tool). Através do

AssetView, pode-se executar manutenções,

programar agendamentos, gerar notificações

via e-mail, e tudo sem a necessidade de um

software específico.

Esta ferramenta possibilita o gerenciamento

de toda documentação dos ativos,

como manuais, procedimentos, folha de

dados, relatórios, links aos fabricantes dos

conectividade

equipamentos, etc. de forma a concentrar

toda documentação e facilitar o dia-a-dia

do usuário.

Com sua poderosa interface, o AssetView

permite a operação com vários equipamentos

de campo (transmissores e válvulas) e dispositivos

mecânicos e elétricos de qualquer

fabricante, facilitando a parametrização,

operação, calibração e diagnósticos. Permite

que se registre toda e qualquer alterações

efetuadas pelo usuário e que se tenha a reconciliação

de configurações e monitoração

on-line de centenas de produtos.

Além disso, o AssetView possui um

Wizard que possibilita um aprimoramento

da interface gráfica definida pela EDDL de

novos equipamentos. Permite também a

definição de diagnósticos avançados, com

a inclusão de gráficos.

Entre vários benefícios destacam-se: a

simplificação nas atividades envolvendo

parametrização, diagnose e manutenção;

redução de custos de manutenção; rápida

identificação de problemas; prevenção de

paradas não programadas, causadas por

falhas de equipamentos ou de instrumentos

e consequente aumento do MTBF (Mean

Time Between Failures) da planta; diminuição

no tempo de parada, programada ou não

programada da planta, com diminuição do

MTTR (Mean Time To Repair); solução

aberta e com fácil acesso a informação.

O AssetView possui duas patentes internacionais

garantindo suas características

inovadoras e o seu pioneirismo: 6,631,298 e

6,725,182 . Mais informações sobre o Asset

View, acesse: www.smar.com/brasil2/products/asset_view.asp.

Conclusão

Pudemos ver alguns detalhes do protocolo

HART, com uma visão mais de aplicação,

mostrando recursos do protocolo que possam

não estar sendo utilizados pelos usuários na

prática, mas que fazem parte do “poder do

HART”. E ainda a viabilidade de adicionar

valores/funcionalidades a equipamentos

HART com o HCC301, dando mais

possibilidades de aplicações, facilitando

instalações e minimizando custos em geral.

Pode-se observar que mesmo sendo uma

tecnologia com mais de 20 anos, ainda tem

muito espaço para crescer, especialmente nas

aplicações de gerenciamento de informações

vindas do campo, gerenciamento de ativos,

diagnóstico e manutenção. MA

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

35


conectividade

PROFINET e

PROFIsafe:

Aplicações na indústria

automobilística no Brasil

Para as funções de segurança conheça Profinet

e o Profisafe, tecnologias que foram utilizadas

na empresa Ford

A

saiba mais

Rede Profinet

Mecatrônica Atual 19

PROFIBUS-DP/PA - ProfiSafe, Profile

for Failsafe Technology

IEC 61508 – Functional safety of

electrical/electronic/programmable

electronic safety-related systems

Material de treinamento SMAR

Profibus, 2003, César Cassiolato.

36 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

s exigências de aumento da produtividade,

disponibilidade e redução no tempo de

parada em intervenções nas linhas em funcionamento

são palavras-chave em tempos

de competição global.

Ao mesmo tempo em que se desejam

benefícios imediatos, não há como deixar

de estar atento ao futuro de todo tipo de

intervenção tecnológica realizada. Atualmente,

dentro do escopo de automação

industrial, estas duas visões podem ser

totalmente atendidas pela tecnologia da

PROFINET e o uso do PROFIsafe para

as funções de segurança

Flexibilidade

Considerando a veloz obsolescência

dos produtos em decorrência dos grandes

avanços tecnológicos, torna-se fundamental

optar por soluções modulares, que possam

garantir a otimização dos processos. A

PROFINET possui toda a flexibilidade

da arquitetura de rede ETHERNET,

proporcionando mais liberdade para interconexão

dos componentes no campo

e maior possibilidade de escolhas. Entre

as opções que flexibilizam a topologia de

rede, pode-se destacar a viabilidade do uso

da tecnologia Wireless que permite a troca

de sinais (inclusive sinais de segurança) sem

a existência de cabos. Em especial é uma

aplicação interessante em aplicações com

movimentação, onde existe a necessidade

de pontos de entrada e saída remoto em

dispositivos móveis.

Padrão aberto e universal

A PROFINET é um padrão de comunicação

aberto que permite a integração

simples em sistemas e redes já existentes.

Isso significa que existe segurança tanto

para os investimentos existentes e futuros

quanto para uma transição gradual para a

nova tecnologia.


F1. Detalhe de módulo de entradas e saídas em IP67.

conectividade

Associação Profibus: Mais suporte para PROFINET/PROFIsafe

A Associação Profibus International

(PI) foi fundada em 1989 e está

organizada em mais de 30 países.

Em todo o mundo, a entidade possui

mais de 500 profissionais das diversas

empresas associadas, colaborando em

mais de 50 grupos de trabalho. Este

poder de inovação assegura o futuro

da tecnologia PROFINET.

No Brasil, o PI também está preparado

para atuar no desenvolvimento

do mercado. Seu papel é promover

o conhecimento e a disseminação de

informação sobre a tecnologia dos

padrões de rede PROFINET, PROFI-

BUS e AS-Interface. A ideia é tornar a

tecnologia favorita para os mercados

considerados chaves: manufatura, processo

e controle de movimento.

Para dar maior ênfase e suporte a

este trabalho de desenvolvimento de

soluções em PROFINET e PROFIsafe,

a Associação nomeou uma Diretoria

específica de PROFINET e PROFIsafe

a partir do segundo semestre de 2009,

que está a cargo do engenheiro Daniel

Coppini. “Acumulei uma experiência

de 10 anos na área de automação dentro

da minha atividade na Siemens com foco

em soluções para a indústria automobilística,

que apresenta uma forte demanda

por conceitos inovadores de automação

e comunicação”, afirma Coppini. Segundo

ele, a atividade na Associação vem de

encontro ao seu interesse profissional,

uma vez que pode ser facilmente conciliada

no seu dia-a-dia. “Fiquei muito grato

com o convite”, finaliza.

PROFINET é o padrão de rede industrial

baseada em rede Ethernet desenvolvido

como complemento ao já estabelecido

padrão PROFIBUS. Trata-se de um padrão

robusto de comunicação industrial, capaz

de oferecer confiabilidade máxima nos

processos, e ao mesmo tempo propiciar

as vantagens e facilidades da Ethernet já

difundidas no mundo do “escritório”.

A tecnologia PROFINET tem se consagrado

nos últimos anos, tornandose

rapidamente a principal tendência

tecnológica da automação distribuída.

Em 2008 já haviam sido contabilizados

mundialmente mais de 1,6 milhões de

nós. Com um crescimento médio de

37% ao ano, espera-se atingir a marca

de três milhões de nós em 2010. Os

mercados-chave para a tecnologia

PROFINET são: Manufatura (indústria

automobilística, têxtil, máquinas-ferramenta,

etc.); Processo (indústria

farmacêutica, química, óleo e gás,

alimentos e bebidas, etc.) e Controle

de Movimento (indústrias de madeira,

cerâmica, vidro, plástico, gráficas, etc.).

No Brasil, já existem vários casos de

sucesso (leia sobre o case Ford no

box 2).

PROFIsafe é uma tecnologia que

integra, na mesma rede de comunicação,

sinais de processo e segurança

garantindo a mesma confiabilidade das

aplicações tradicionais (hard wired)

exigidas pela indústria e atingindo as

categorias normatizadas das normas

de segurança (Categorias de segurança

segundo NBR14153 / EN 954 e

Safety Integrity Level (SIL) segundo a

IEC 61508).

Daniel Coppini

Diretor Profibus

PROFINET / PROFIsafe

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

37


conectividade

FORD moderniza planta com PROFINET e PROFIsafe

Um dos cases de sucesso da aplicação

PROFINET/PROFIsafe está na planta da

Ford em São Bernardo do Campo, mais

especificamente em células de solda da

Courier. Conversamos com o time de

engenharia de fábrica e manutenção de

carroceria, Eduardo Fajardo, Fernando

Casagrande e Luiz Cláudio Batista, além

de Glauco Santos (da Siemens) que

acompanhou a instalação do sistema. A

planta adquiriu a tecnologia PROFINET/

PROFIsafe na atualização do sistema de

automação em projeto implantado pela

Siemens no início de 2007.

Para a Ford, a facilidade de instalação foi

o maior diferencial. “Quanto menor o

número de componentes, melhor. Isso

nos ajudou bastante. Ter um sistema

simplificado resultou em ganho de tempo.

Além disso, o número reduzido de cabos

gerou uma instalação mais enxuta e

eficiente”, afirmou Fajardo. Casagrande

destacou as vantagens do padrão Ethernet.

“O endereçamento e o manuseio são

mais amigáveis. Há ainda a disponibilidade

Figura A. Arquitetura original da planta. O “ANTES”

com duas colunas do painél, uma para o Processo e

outra para a Segurança

38 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

de usufruir tanto dos recursos de informática

como dos de automação”, avaliou.

Segundo ele, em se tratando de IHM, a

tecnologia proporciona versatilidade, e

com o uso de IHM baseadas em PC até

a literatura de todo circuito encontra-se

hoje em um único painel de operação.

O monitoramento de todo o processo

destas linhas é realizado via PLCs.

“Diferente dos relés, a segurança via PLC

oferece mais recursos. Além disso, essa

segurança integrada diminui a possibilidade

de falhas e reduz também o tempo

das intervenções”, opinou Luiz Cláudio.

A importância das novas tecnologias está

no fato de elas proporcionarem o menor

número possível de interferências no

processo produtivo. “Depois que uma

instalação foi concluída, o ideal para a

equipe de manutenção e operação é que

não exista mais necessidade de intervenção.

É isso o que vem acontecendo com

essa aplicação na nossa planta há mais de

dois anos”, revela Casagrande. Por esse

motivo, o diagnóstico mais poderoso é

um dos atrativos da PROFINET/PROFIsafe.

“Ter a detecção exata do problema

é um grande diferencial desta tecnologia”

complementou Glauco.

De acordo com a opinião de Casagrande,

para que a tecnologia possa ser ainda

mais difundida e amplamente utilizada no

mercado nacional, o PROFINET/PRO-

FIsafe ainda precisa ser homologado e

entendido como padrão para a indústria.

Fica, assim, um recado para a Associação

Profibus, que pode trabalhar no sentido

de facilitar o acesso desta tecnologia do

futuro nos dias atuais.

Na figura A a seguir, pode-se ver a

arquitetura original da aplicação antes do

retrofit, que utilizava um PLC de segurança

e alguns RELÉS de segurança (na

coluna à direita) e um PLC de processo.

Na figura B está o resultado da modernização.

Note a quantidade de espaço

que ficou disponível no painel, uma vez

que neste caso o painel foi mantido por

motivo de praticidade de instalação.

Figura B. Arquitetura utilizada na modernização.

O “DEPOIS” com um só PLC integrando

Segurança e Processo na mesma rede.


A Ethernet Industrial é utilizada como

base para a ligação dos mais variados componentes,

desde o nível de campo ao de

gerenciamento. Assim, ao aliar desempenho

industrial à universalidade, obtém-se continuidade

e transparência de comunicação

por toda a empresa.

Diagnósticos

Apenas um diagnóstico eficiente é capaz

de proporcionar máxima disponibilidade

de uma planta. A PROFINET oferece um

diagnóstico altamente preciso, flexível e

integrado, evitando paralisações e reduzindo

os custos de operação e manutenção. A

partir daí, as correções de falhas eventuais

acontecem da forma mais ágil possível e tudo

isso se reverte em produtividade.

Segurança

O efeito do uso do PROFIsafe no campo

é imediato, tendo em vista que a transmissão

de dados de processo e de segurança estão

agrupados dentro de uma única topologia de

rede. Isso significa facilidade de instalação

e de manutenção do sistema: um cabo, um

processador, uma única linguagem de programação

e o mesmo módulo de entradas e

saídas. Interessante ressaltar que, ao juntar

duas arquiteturas, não há perda de confiabilidade

no sistema. A PROFIsafe utiliza a

rede de comunicação de campo, incluindo

mecanismos de handshake e redundâncias,

garantindo toda a informação que vinda de

dispositivos de segurança seja tratado apropriadamente.

Mais: cada ponto remoto de

comunicação possui autonomia, entrando

no chamado “modo seguro” em casos de

risco ou perda de comunicação.

Vale destacar ainda que todos os recursos

adicionais de processamento existentes para

garantir a segurança são compensados por

uma tecnologia mais rápida e bastante acessível,

evitando qualquer tipo de sobrecarga

ou comprometimento do processo. Dados

de segurança são tipicamente uma porção

significativamente pequena em comparação

a tudo o que é processado em todo o sistema

de automação, sendo que os requisitos

extras de verificação de sinal de segurança

exigidos pelo protocolo de PROFIsafe não

afetam a performance do sistema de redes

do PROFINET (que funciona com padrão

típico de 100 Mbtis/s).

MA

???

conectividade

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

39


conectividade

PROFIBUS

Vamos apresentar em uma série de artigos a tecnologia

PROFIBUS, e terminar com a tecnologia

PROFINET

saiba mais

Redes de Organização Profibus

Mecatrônica Atual 16

A Rede Profibus DP

Mecatrônica Atual 17

Rede Profibus PA

Mecatrônica Atual 18

Site de fabricante:

www.smar.com.br

Material de treinamento SMAR

Profibus, 2003, César Cassiolato.

40 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

César Cassiolato

Smar Equipamentos Ind. Ltda.

Descrição Técnica PROFIBUS.

PROFIBUS GuideLine

PROFIBUS-DP/PA - ProfiSafe, Profile

for Failsafe Technology

IEC 61508 – Functional safety of

electrical/electronic/programmable

electronic safety-related systems

Manuais PROFIBUS PA - SMAR

Um pouco de história

e cenário atual

A história do PROFIBUS começa na

aventura de um projeto da associação

apoiado por autoridades públicas, que se

iniciou em 1987 na Alemanha. Dentro do

contexto desta aventura, 21 companhias

e institutos uniram forças e criaram um

projeto estratégico em fieldbus. O objetivo

era a realização e estabilização de um

barramento de campo bitserial, sendo o

requisito básico a padronização da interface

de dispositivo de campo. Por esta razão, os

membros relevantes das companhias do

ZVEI (Associação Central da Indústria

Elétrica) concordaram em apoiar um

conceito técnico mútuo para manufatura

e automação de processos.

Um primeiro passo foi a especificação

do protocolo de comunicações complexas

PROFIBUS FMS (Especificação de Mensagens

Fieldbus), que foi preparado para

exigência de tarefas de comunicação.

Um passo mais adiante, em 1993, foi

a conclusão da especificação para uma

variante mais simples e com comunicação

mais rápida, o PROFIBUS-DP (Periferia

Descentralizada). Este protocolo está disponível

agora em três versões funcionais,

o DP-V0, DP-V1 e DP-V2.

Baseado nestes dois protocolos de comunicação,

acoplado com o desenvolvimento de

numerosos perfis de aplicações orientadas e

um número de dispositivos de crescimento


ápido, o PROFIBUS começou seu avanço

inicialmente na automação (manufatura) e

desde 1995 na automação de processos com

a introdução do PROFIBUS-PA. Hoje, o

PROFIBUS é o barramento de campo líder

no mercado mundial.

O PROFIBUS é um padrão de rede de

campo aberto e independente de fornecedores,

onde a interface entre eles permite uma

ampla aplicação em processos, manufatura e

automação predial. Esse padrão é garantido

segundo as normas EN 50170 e EN 50254.

Desde janeiro de 2000, o PROFIBUS foi

firmemente estabelecido com a IEC 61158,

ao lado de mais sete outros fieldbuses. A

IEC 61158 está dividida em sete partes,

nomeadas 61158-1 a 61158-6, nas quais estão

as especificações segundo o modelo OSI.

Nessa versão houve a expansão que incluiu o

DPV-2. Mundialmente, os usuários podem

agora se referenciar a um padrão internacional

de protocolo aberto, cujo desenvolvimento

procurou e procura a redução de custos,

flexibilidade, confiabilidade, segurança,

orientação ao futuro, atendimento às mais

diversas aplicações, interoperabilidade e

múltiplos fornecedores.

Hoje, estima-se em cerca de 30 milhões

de nós instalados com tecnologia

PROFIBUS e mais de 1000 plantas com

tecnologia PROFIBUS-PA. São 24 organizações

regionais (RPAs) e 35 Centros

de Competência em PROFIBUS (PCCs),

localizados estrategicamente em diversos

países, de modo a oferecer suporte aos seus

usuários, inclusive no Brasil, em parceria

com a FIPAI na Escola de Engenharia de

São Carlos-USP, onde existe o único PCC

da América Latina.

• Mais de 2.800 produtos disponíveis;

• Mais de 1000 produtos nos últimos

3 anos;

• Mais de 1.000.000 instalações – PRO-

FIBUS;

• Mais de 1000 plantas com PRO-

FIBUS PA;

• Mais de 30 milhões de nós instalados;

• 6 milhões de nós vendidos nos últimos

3 anos;

• Mais de 6 milhões de nós PROFINET

instalados;

• Mais de 880 mil nós Profibus PA;

• Mais de 630 mil nós ProfiSafe;

• Mais de 2000 Fornecedores.

Em termos de desenvolvimento, vale

a pena lembrar que a tecnologia é estável,

porém não é estática. As empresas-membros

do PROFIBUS International estão sempre

reunidas nos chamados Work Groups,

atentas às novas demandas de mercado e

garantindo novos benefícios com o advento

de novas características.

A tecnologia da informação tornou-se

determinante no desenvolvimento da tecnologia

da automação, alterando hierarquias

e estruturas no ambiente dos escritórios e

chega agora ao ambiente industrial nos seus

mais diversos setores, desde as indústrias de

processo e manufatura até prédios e sistemas

logísticos. A capacidade de comunicação

entre dispositivos e o uso de mecanismos

padronizados, abertos e transparentes são

componentes indispensáveis no conceito de

automação de hoje. A comunicação expandese

rapidamente no sentido horizontal, nos

níveis inferiores (field level), assim como no

sentido vertical integrando todos os níveis

hierárquicos de um sistema. De acordo com

as características da aplicação e do custo

máximo a ser atingido, uma combinação

gradual de diferentes sistemas de comunicação,

tais como: Ethernet, PROFIBUS e

AS-Interface, oferece as condições ideais

de redes abertas em processos industriais.

(Figura 1)

No nível de atuadores/sensores o AS-

Interface é o sistema de comunicação de

dados ideal, pois os sinais binários de

F1. Comunicação Industrial Profibus.

conectividade

dados são transmitidos via um barramento

extremamente simples e de baixo custo,

juntamente com a alimentação 24 Vdc

necessária para alimentar estes mesmos

sensores e atuadores. Outra característica

importante é a de que os dados são transmitidos

ciclicamente, de uma maneira

extremamente eficiente e rápida.

No nível de campo, a periferia distribuída

como: módulos de E/S, transdutores,

acionamentos (drives), válvulas e painéis

de operação, trabalham em sistemas de

automação, via um eficiente sistema de

comunicação em tempo real, o PROFIBUS

DP ou PA. A transmissão de dados do

processo é efetuada ciclicamente, enquanto

alarmes, parâmetros e diagnósticos são

transmitidos somente quando necessário,

de maneira acíclica.

No nível de célula, os controladores

programáveis, como os CLPs e os PCs,

comunicam-se entre si, requerendo, dessa

maneira, que grandes pacotes de dados

sejam transferidas em inúmeras e poderosas

funções de comunicação. Além disso, a

integração eficiente aos sistemas de comunicação

corporativos existentes, tais como:

Intranet, Internet e Ethernet, são requisito

absolutamente obrigatório. Essa necessidade

é suprida pelos protocolos PROFIBUS FMS

e PROFINet.

A revolução da comunicação industrial

na tecnologia da automação revela um

enorme potencial na otimização de sistemas

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

41


conectividade

de processo e tem feito uma importante

contribuição na direção da melhoria no

uso de recursos. As informações a seguir

fornecerão uma explicação resumida do

PROFIBUS como um elo de ligação central

no fluxo de informações na automação.

O PROFIBUS, em sua arquitetura, está

dividido em três variantes principais:

PROFIBUS DP

O PROFIBUS DP é a solução de alta

velocidade (high-speed) do PROFIBUS.

Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente

para comunicações entres os

sistemas de automações e equipamentos

descentralizados. Voltada para sistemas

de controle, onde se destaca o acesso aos

dispositivos de I/O distribuídos. É utilizada

em substituição aos sistemas convencionais

4 a 20 mA, HART ou em transmissão com

24 volts. Utiliza-se do meio físico RS-485

ou fibra ótica. Requer menos de 2 ms para

a transmissão de 1 kbyte de entrada e saída

e é amplamente utilizada em controles com

tempo crítico.

Atualmente, 90% das aplicações envolvendo

escravos Profibus utilizam-se do

PROFIBUS DP. Essa variante está disponível

em três versões: DP-V0, DP-V1 e DP-V2. A

origem de cada versão aconteceu de acordo

com o avanço tecnológico e a demanda das

aplicações exigidas ao longo do tempo.

(Figura 2)

PROFIBUS-FMS

O PROFIBUS-FMS provê ao usuário

uma ampla seleção de funções quando

comparado com as outras variantes. É a

solução de padrão de comunicação universal

que pode ser usada para resolver tarefas

complexas de comunicação entre CLPs e

DCSs. Essa variante suporta a comunicação

entre sistemas de automação, assim como

a troca de dados entre equipamentos inteligentes,

e é geralmente utilizada em nível

de controle. Recentemente, pelo fato de

ter como função primária a comunicação

mestre-mestre (peer-to-peer), vem sendo

substituída por aplicações em Ethernet

com o PROFINET.

PROFIBUS-PA

O PROFIBUS PA é a solução PROFIBUS

que atende aos requisitos da automação de

processos, onde se tem a conexão de sistemas

de automação e sistemas de controle

42 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

de processo com equipamentos de campo,

tais como: transmissores de pressão, temperatura,

conversores, posicionadores, etc.

Pode ser usada em substituição ao padrão

4 a 20 mA.

Existem vantagens potenciais da utilização

dessa tecnologia, onde resumidamente

destacam-se as vantagens funcionais

F2. Versões do Profibus.

F3. Arquitetura de comunicação do Protocolo PROFIBUS.

(transmissão de informações confiáveis,

tratamento de status das variáveis, sistema

de segurança em caso de falha, equipamentos

com capacidades de autodiagnose,

rangeabilidade dos equipamentos, alta

resolução nas medições, integração com

controle discreto em alta velocidade, aplicações

em qualquer segmento, etc.). Além


dos benefícios econômicos pertinentes às

instalações (redução de até 40% em alguns

casos em relação aos sistemas convencionais),

custos de manutenção (redução de

até 25% em alguns casos em relação aos

sistemas convencionais), menor tempo de

startup, oferece um aumento significativo

em funcionalidade e segurança.

O PROFIBUS PA permite a medição

e controle por uma linha com dois fios

simples. Também permite alimentar os

equipamentos de campo em áreas intrinsecamente

seguras. O PROFIBUS PA permite

a manutenção e a conexão/desconexão de

equipamentos até mesmo durante a operação

sem interferir em outras estações em áreas

potencialmente explosivas. O PROFIBUS

PA foi desenvolvido em cooperação com os

usuários da Indústria de Controle e Processo

(NAMUR), satisfazendo as exigências

especiais dessa área de aplicação:

• O perfil original da aplicação para a

automação do processo e interoperabilidade

dos equipamentos de campo

dos diferentes fabricantes;

• Adição e remoção de estações de

barramentos mesmo em áreas intrinsecamente

seguras sem influência

para outras estações;

• Uma comunicação transparente

através dos acopladores do segmento

entre o barramento de automação

do processo PROFIBUS PA e do

barramento de automação industrial

PROFIBUS-DP;

• Alimentação e transmissão de dados

sobre o mesmo par de fios baseado

na tecnologia IEC 61158-2;

• Uso em áreas potencialmente explosivas

com blindagem explosiva tipo

“intrinsecamente segura” ou “sem

segurança intrínseca”.

A conexão dos transmissores, conversores

e posicionadores em uma rede PROFIBUS

DP é feita por um coupler DP/PA. O par

trançado a dois fios é utilizado na alimentação

e na comunicação de dados para cada

equipamento, facilitando a instalação e

resultando em baixo custo de hardware,

menor tempo para iniciação, manutenção

livre de problemas, baixo custo do software

de engenharia e alta confiança na operação.

Nas próximas edições abordaremos sobre

o PROFINET.

Todas as variantes do PROFIBUS são

baseadas no modelo de comunicação de

redes OSI (Open System Interconnection) em

concordância com o padrão internacional

ISO 7498. Devido aos requisitos de campo,

somente os níveis 1 e 2, e ainda o nível 7

no FMS, são implementados por razões de

eficiência. (Figura 3)

Nas três variantes os dois níveis inferiores

são muito parecidos, sendo que a

grande diferença está na interface com os

programas de aplicação. O nível 1 define o

meio físico. O nível 2 (nível de transporte

de dados) define o protocolo de acesso ao

barramento. O nível 7 (nível de aplicação)

define as funções de aplicação.

Essa arquitetura assegura transmissão

de dados rápida e eficiente. As aplicações

disponíveis ao usuário, assim como o comportamento

dos vários tipos de dispositivos

PROFIBUS-DP, estão especificados na

interface do usuário.

O PROFIBUS-FMS tem os níveis 1,

2 e 7 definidos, onde o nível de aplicação

é composto de mensagens FMS (Fieldbus

Message Specification) e da camada inferior

(LLI -Lower Layer Interface). O FMS define

um amplo número de serviços poderosos de

comunicação entre mestres e entre mestres

e escravos. O LLI define a representação

de serviços do FMS no protocolo de transmissão

do nível 2.

O protocolo de comunicação PROFIBUS

PA usa o mesmo protocolo de comunicação

PROFIBUS DP. Isto porque os serviços de

comunicação e mensagens são idênticos.

De fato, o PROFIBUS PA = PROFIBUS

DP - protocolo de comunicação + Serviços

Acíclico Estendido + IEC61158 que é a

Camada Física, também conhecida como

H1. Permite uma integração uniforme e

completa entre todos os níveis da automação

e as plantas das áreas de controle de

processo. Isto significa que a integração de

todas as áreas da planta pode ser realizada

com um protocolo de comunicação que usa

variações diferentes.

Conclusão

Nesta primeira parte apresentei o conceito

do protocolo PROFIbus, na próxima

edição estarei abordando o meio físico

em que opera o protocolo, e finalmente o

protocolo PROFInet com suas topologias.

BIBLIOGRAFIA MA

conectividade

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

43


supervisão

Medição Contínua

de Densidade e

Concentração

em Processos

Industriais

Para a medição da densidade em processos industriais muitos

métodos são disponíveis, baseados em diferentes tecnologias,

tais como: medidores nucleares, refratômetros, medidores

mássicos de efeito Coriolis, medição com diapasão vibrante,

areômetros, análise de laboratório, etc. Utilizando o princípio

do diferencial de pressão hidrostático, com uma sonda

de imersão e dois sensores de pressão integrados em uma

única unidade, o transmissor de densidade e concentração

capacitivo mede de forma contínua e precisa a densidade e

a concentração de líquidos

D

saiba mais

Arquitetura para sistema de medição

Mecatrônica Atual 37

Medidores de densidade em linha

Mecatrônica Atual 17

Princípios e metodologias para

medição de oxigênio em meios líquidos

Mecatrônica Atual 13

44 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

iversos processos industriais requerem medição

contínua da densidade para operarem

eficientemente e garantir qualidade e uniformidade

ao produto final. Isto inclui usinas

de açúcar e etanol, cervejarias, laticínios,

indústrias químicas e petroquímicas, de

papel e celulose de mineração, entre outras.

A densidade é um dos melhores indicadores

da composição de um produto, foi usada,

por exemplo, por Archimedes (250 anos

A.C.) para determinar que a coroa de ouro

do rei Hiero não era pura.

Nos itens a seguir são apresentadas as

características do transmissor de densidade

capacitivo para a medição contínua

Evaristo Orellana Alves,

Gerente de Produto - Smar

de densidade e concentração de líquidos

diretamente nos processos industriais.

No 1º tema é apresentado o transmissor

digital de densidade e concentração capacitivo,

no item 1 o seu princípio de funcionamento

no item 2 as formas de instalação e montagem,

no item 3 os detalhes de calibração e partida,

no item 4 são apresentados os detalhes de

operação e manutenção. No 2º tema é feita

a comparação do transmissor de densidade

capacitivo com as outras tecnologias disponíveis

para a medição de densidade. No

3º tema lista as aplicações mais frequentes

deste transmissor. O último assunto mostra

a conclusão deste artigo.


Transmissor Digital de

Densidade e Concentração

Capacitivo

O transmissor de densidade capacitivo

utiliza o princípio de medição de pressão

diferencial hidrostática entre dois pontos

separados por uma distância fixa e conhecida

para calcular com precisão a densidade e

concentração de líquidos.

1. Princípio de funcionamento

O equipamento utiliza um sensor de

pressão diferencial tipo capacitivo que se

comunica mediante capilares com os diafragmas

submersos no fluido do processo,

separados por uma distancia fixa.

A pressão diferencial sobre o sensor

capacitivo será diretamente proporcional à

densidade do líquido medido (ver figura e

fórmulas). Este valor de pressão diferencial

não é afetado pela variação do nível do líquido

nem pela pressão interna do vaso.

O transmissor de densidade capacitivo

possui ainda um sensor de temperatura

localizado entre os sensores de pressão para

efetuar a correção e normalização dos cálculos

levando em conta a temperatura do processo.

Com a temperatura do processo corrige-se

a distância entre os diafragmas e a variação

volumétrica do fluido de enchimento dos

capilares que transmitem a pressão dos

sensores à célula capacitiva.

Sendo o sensor de pressão diferencial

utilizado do tipo capacitivo ele gera um sinal

digital. Como o processamento posterior

do sinal se realiza também digitalmente,

obtém-se um alto nível de estabilidade e

exatidão na medição.

Com a informação gerada pelo sensor

de pressão diferencial capacitivo e a temperatura

do processo, o software da unidade

eletrônica efetua o cálculo da densidade ou da

concentração, enviando um sinal de corrente

ou digital proporcional à escala de densidade

ou concentração selecionada pelo usuário

(ºBrix, ºPlato, ºBaumé, g/cm3, etc.).

A mesma informação poderá ser acessada

no indicador digital local ou de forma remota

através de comunicação digital.

O transmissor inteligente de densidade

capacitivo, oferece uma exatidão de ± 0,0004

g/cm 3 (± 0,1 ºBrix), e pode ser utilizado

em medição de densidade desde 0,5 g/cm 3

até 5 g/cm 3 .

Este método de medição é imune a variações

de nível do vaso e pode ser empregado

F1. Cálculo da Densidade do Fluido através do Diferencial de Pressão Hidrostática.

tanto em tanques abertos quanto em tanques

pressurizados. A única obrigatoriedade é que

ambos os sensores de pressão devem estar

em contato permanente com o fluido que

se está medindo.

Outra importante vantagem deste

transmissor é sua robustez, pois não possui

partes móveis e não é afetado por vibrações

da planta, diferentemente dos medidores

de densidade baseados na oscilação de um

elemento sensor.

1a. Medição de densidade

O transmissor de densidade capacitivo

mede a densidade de líquidos da seguinte

forma, observe a figura 1.

Pressão hidrostática aplicada no transmissor

de densidade capacitivo:

P 1 = r . g . h1

P 2 = r . g . h2

P 1 - P2 = r . g . (h1 - h2)

Δp = r . g . h

r = Δp / g . h

No cálculo da densidade temos a

fórmula dada na figura 1, onde:

r : Densidade

t : Temperatura do processo

Δp : Diferencial de pressão

a : Coef. compensação de temperatura

do fluido de enchimento

t zero : Temperatura de calibração

do Transmissor

g : Aceleração da gravidade local

h : Distância entre os diafragmas

a : Coeficiente de dilatação do metal

t med : Temperatura de medição de h

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

supervisão

1b. Medição de concentração

Concentração é a quantidade de um

elemento em uma solução e, portanto, esta

medida não é dependente da temperatura,

diferentemente da densidade.

Se tivermos uma solução com 25% de

açúcar a 20°C, esta solução terá uma densidade

r, quando aquecemos esta solução a 60°C

continuaremos tendo a mesma concentração

de 25% de açúcar na solução, mas a densidade

da solução será r’, tal que r’ < r, pois

sempre que aumentamos a temperatura de

um líquido diminuímos sua densidade.

Desta forma alguns processos industriais

utilizam a concentração como unidade de

medição e para controle do processo. As unidades

de concentração mais usadas são:

• Grau Brix e Grau Plato: é a porcentagem

em massa de sacarose presente

em uma solução. Por exemplo: em

uma solução a 30°Brix teremos 30g

de sacarose em 100g de solução. Utilização:

indústrias de açúcar e álcool,

indústrias de sucos, refrigerantes,

cervejaria, etc.

• Grau Baumé: há duas fórmulas

distintas para o cálculo do Grau

Baumé, uma para líquidos mais

leves que a água e outra para líquidos

mais pesados: °Bé (leve) = 140

/ DR @ 60°F – 130; °Bé (pesado) =

145 – 145 / DR @ 60°F. Utilização:

indústrias químicas, petroquímicas,

papel e celulose, etc.

• Grau INPM: é a porcentagem em

peso de álcool em uma solução

hidroalcoólica. Por exemplo: uma

45


supervisão

solução hidroalcoólica a 97°INPM

contém 97g de álcool em 100g de

solução. Utilização: destilarias de

álcool, etc.

• Grau GL (Gay Lussac): é a porcentagem

em volume de álcool em uma

solução hidroalcoólica. Por exemplo:

uma solução hidroalcoólica a 97°GL

contém 97 ml de álcool em 100 ml

de solução. Utilização: indústrias de

bebidas, etc.

• Grau API: é calculado pela expressão:

°API = 141,5 / DR @ 60°F – 131,5.

Utilização: indústria do petróleo.

• % de Sólidos: pode-se calcular a

porcentagem de sólidos de um fluido

utilizando-se a seguinte equação: %

Sol.=a0 + a1.Bé + a2.Bé2 + a3.Bé3 +

a4.Bé4 + a5.Bé5. Faz-se uma tabela

relacionando a concentração em Grau

Baumé do fluido de processo com a

% de sólidos obtida no laboratório

e encontra-se a melhor equação

que relacione estas variáveis. Após

configurarem-se os coeficientes a0,

a1,...,a5, o transmissor de densidade

capacitivo estará apto a informar a %

de sólidos do fluido de processo.

Caso tenha-se um processo no qual

mais do que um elemento dissolvido varie

sua quantidade, a densidade da solução

poderá não ser proporcional à variação da

concentração de um destes elementos, desta

forma o transmissor de densidade não será

adequado para se obter sua concentração.

2. Instalação e montagem

Sendo o transmissor de densidade capacitivo

uma unidade única e integrada,

sua instalação torna-se muito simples,

necessitando de apenas uma penetração no

recipiente, esta característica o diferencia

de outros sistemas de medição.

Esta linha de transmissores de densidade

inclui um modelo industrial com montagem

flangeada (figura 2a) e um modelo sanitário

com conexão ao processo usando braçadeira

tipo tri-clamp (figura 2b).

No modelo sanitário, a sonda que fica

imersa no fluido de processo têm acabamento

superficial polido, de acordo com a

norma 3 A para evitar depósito de produto

e crescimento de bactérias.

Ambos os modelos, podem ser montados

de forma lateral (em tanques) ou de

topo (em vasos amostradores). Como o

46 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

indicador digital pode ser rotacionado a

leitura será cômoda em qualquer posição

de montagem.

O transmissor de densidade capacitivo

pode ser montado sem a interrupção do

processo, quando instalado em um by-pass

através de um vaso amostrador e devido ao

seu princípio de funcionamento não requer

nenhum tipo de calibração especial em

laboratório para começar a funcionar, basta

energizá-lo para que ele comece a medir

imediatamente, pois ele deixa a fábrica já

calibrado na unidade e no range de medição

selecionados pelo usuário.

2a. Montagem em tanques

Em geral, o modelo mais adequado para

montagem em tanques é o tipo curvo. Este

modelo é montado na parede do tanque, com

uma conexão flangeada ou tri-clamp.

Quando não é possível instalar-se o

transmissor diretamente no tanque, pode-se

utilizar um vaso amostrador externo tipo

stand-pipe (ver figura 3).

2b. Montagem em linha

Nos processos em que não se disponha

de recipientes ou tanques de armazenamento

para fazer a medição é possível instalar-se

o transmissor de densidade capacitivo em

linha. Para tanto é só intercalar na linha um

vaso amostrador por onde circule o fluido

de processo, tal como se vê nos exemplos

(figuras 4a e 4b).

Como a entrada do produto no vaso

amostrador se dá simultaneamente pela

parte superior e inferior, a medição não

é afetada pela velocidade de circulação

do fluido.

Outra alternativa de montagem é o

uso de vaso amostrador com descarga por

transbordamento, nesta configuração o

produto entra pela parte inferior e transborda

na parte superior (figuras 4c).

Desta forma, se dimensiona o recipiente

para que a altura da coluna de líquido constante,

que transborda, cubra completamente

os sensores de pressão do transmissor.

3. Calibração e partida

O transmissor de densidade capacitivo

é calibrado em fábrica na unidade de engenharia

e no range de medição designados

pelo usuário, desta maneira basta instalar

o equipamento e energizá-lo que ele já começa

a medir. Em caso de recalibração ou

a) b)

F2. Transmissores de Densidade Capacitivos.

reprogramação do range de trabalho é só

conectar ao transmissor um programador de

campo (hand-held) e fazer a operação, sem

precisar interromper o processo. Como os

cálculos de densidade e normalização por

temperatura se realizam na mesma unidade,

não são necessários outros dados além do

range de densidade ou concentração que

se vai trabalhar.

Uma característica fundamental deste

transmissor é que dispensa calibração em

laboratório.

A alimentação se realiza pelo mesmo par

de fios de comunicação de 4-20mA e para

a verificação do laço durante a partida, o

transmissor pode gerar uma saída de corrente

constante definida pelo usuário.

Caso o usuário necessite que o valor de

densidade ou concentração seja expresso em

uma unidade diferente das normalmente

usadas, por exemplo, % de sólidos, duas

opções são disponíveis:

• Um polinômio do 5º grau com os

coeficientes configuráveis para realizar

a correlação entre a função da unidade

do usuário e a densidade;

• Uma tabela de 16 pontos com duas

entradas para realizar uma linearização

da função que relaciona a unidade

do usuário com a densidade.

Habilitando uma destas duas opções,

o transmissor de densidade e concentração

medirá primariamente a densidade,

enquanto que a indicação local e a saída

digital seguirão a função carregada no

polinômio ou na tabela.


4. Operação e manutenção

O transmissor de densidade capacitivo

oferece uma indicação direta e em unidades

de engenharia do valor da densidade do

líquido, assim como de sua temperatura,

tanto no indicador local como através da

comunicação digital.

Este transmissor foi projetado para

poder trabalhar com fluidos sujos e sólidos

em suspensão, sem precisar de filtragem.

O desenho dos sensores de pressão faz

com que seja muito pouco frequente o

depósito de produto sobre eles, desta forma

não é necessária limpeza periódica do

equipamento.

O modelo sanitário foi projetado especialmente

para trabalhar com sistemas

de limpeza CIP, assegurando que todas as

partes do transmissor que tenham contato

com o processo sejam alcançadas pelo fluido

de lavagem do sistema CIP.

O Transmissor Digital de

Densidade e Concentração

Capacitivo comparado a

Outras Tecnologias

1. Transmissor de Densidade

Capacitivo

O Transmissor Digital de Densidade

e Concentração Capacitivo oferece uma

exatidão de ± 0.0004 g/cm³, permitindo

que o usuário produza um produto com

qualidade mais uniforme, além de em muitos

casos proporcionar economia de aditivos

e energia. O transmissor de densidade capacitivo

é uma unidade única e integrada,

portanto requer uma única perfuração no

tanque, e não tem partes móveis, além disto,

os cálculos de densidade e compensação de

temperatura são feitos na própria unidade

eletrônica não necessitando de hardware

adicional e as indicações estão disponíveis

em campo.

Pode ser instalado em tanques ou em

linha com a utilização de um vaso amostrador.

Como este transmissor tem uma

sonda em contato permanente com o fluido

de processo, devem ser tomados cuidados

especiais quando instalado em fluidos

incrustantes. Neste caso deve-se prever

um sistema de limpeza para ser acionado

especialmente quando haja uma parada no

processo. Para fluidos corrosivos deve-se

selecionar um material adequado para a

sonda do equipamento.

F3. Transmissores de Densidade Capacitivos.

a) b) c)

F4. Transmissores de Densidade Capacitivos.

2. Transmissor Radioativo

O transmissor de densidade nuclear utiliza

uma fonte radioativa, normalmente o Césio

137, para inferir a densidade do fluido. Este

equipamento é composto de duas partes, que

são instaladas a 180° na tubulação de processo,

uma fonte e um receptor. A fonte nuclear

emite feixes de raios gama que atravessam a

parede do tubo e o fluido de processo. Estes

raios gama são absorvidos pelo receptor do

transmissor. A densidade do fluido é inversamente

proporcional à radiação recebida pelo

receptor. A radiação detectada é convertida

em pulsos proporcionais de luz, os quais são

convertidos em sinais elétricos (4 – 20 mA),

ou outros sinais usuais de processo.

Este método requer, desde o momento

da instalação, licença especial governamental

devido ao uso de fontes radioativas. Além do

mais deve-se verificar periodicamente se não

existe vazamento de radiação na instalação.

A instalação compreende a fonte, o detector,

a unidade eletrônica e o cabeamento entre os

mesmos. Como a fonte de radiação requer

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

supervisão

uma alimentação de potência, não pode ser

alimentado por um par de cabos.

Este sistema só pode ser utilizado em

líquidos em movimento, portanto não pode

ser instalado em tanques.

O transmissor de densidade nuclear não

tem contato com o fluido de processo sendo

desta forma imune a corrosão, abrasão ou

incrustação.

3. Transmissor de Diapasão

Vibrante

Este método de medição de densidade

utiliza um diapasão ou garfo vibrante. A

frequência de ressonância deste diapasão

depende da densidade do fluido no qual ele

está submerso. O diapasão é excitado por

um excitador piezelétrico e sua ressonância

é detectada por um coletor piezelétrico.

Devido ao consumo elevado, os transmissores

de diapasão vibrante requerem

alimentação separada do laço de 4-20 mA.

Este tipo de transmissor é indicado para ser

empregado em fluidos limpos, não corro-

47


supervisão

sivos e não incrustantes, pois o diapasão

vibrante está em contato permanente com

o fluido de processo.

4. Transmissor Mássico de Efeito

Coriolis

Os medidores de vazão mássica baseados

no efeito Coriolis medem a densidade do

fluido como um dos parâmetros para o

cálculo da vazão mássica.

Estes medidores utilizam pares de tubos,

normalmente em formato de “U”, por onde

circula o fluido de processo. Estes tubos

são excitados magneticamente para uma

frequência de vibração. Quando vazios, estes

tubos têm uma determinada frequência de

vibração que é alterada quando há a circulação

de fluido por eles. A relação entre a

frequência de vibração dos tubos com e sem

fluido é proporcional à densidade.

Os transmissores de vazão mássica

tipo Coriolis são instalados em linha na

tubulação e consequentemente inadequados

para medidas em tanques. São adequados

somente para fluidos limpos e sem sólidos

em suspensão, pois os tubos têm pequenos

diâmetros e podem entupir. Outra dificuldade

é a intercambiabilidade, porque não

há nenhuma norma para regulamentar as

dimensões entre flanges.

Para processos que se necessite da vazão

mássica pode-se obter também a densidade

utilizando-se um medidor mássico de efeito

Coriolis.

5. Densidade Inferida

Este método utiliza um transmissor de

pressão diferencial com dois selos remotos, ou

então dois transmissores de pressão. Desta

forma mede-se a pressão em dois pontos,

com o que se pode inferir a densidade.

Normalmente se faz necessário uma medição

adicional de temperatura para se efetuar

os cálculos de compensação. A instalação

requer a montagem dos três transmissores

e em alguns casos de computadores de

campo, onde se realizam os cálculos. Em

geral, o cálculo de densidade se obtém em

um sistema central e, portanto, não está

disponível em campo.

6. Refratômetro

Este método de medição de densidade

baseia-se na refração da luz. O transmissor

é composto por prisma óptico, fonte de

luz e sensor. A fonte de luz, normalmente

48 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

infravermelho, envia um feixe de luz contra

a interface entre um prisma e o fluido de

processo, com diferentes ângulos. Alguns

raios são totalmente refletidos, outros

parcialmente refletidos e outros sofrem

refração na solução dependendo do ângulo.

O ângulo crítico medido é uma função da

densidade do fluido. Fotocélulas convertem

a imagem óptica em sinal elétrico.

Os refratômetros não são sistemas a

2 fios e portanto requerem alimentação

externa, a unidade eletrônica é separada

e interconectada ao sensor através de um

cabo.

O refratômetro requer que o prisma que

faz a refração da luz esteja sempre limpo,

portanto cuidados especiais devem ser

tomados na instalação para não ocorrer o

acúmulo de resíduos. Este tipo de medidor

só pode ser aplicado em fluidos em movimento,

portanto são inadequados para

instalação direta em tanques.

7. Areômetros

Os areômetros não fornecem medição

contínua, são utilizados para medições

periódicas, tomando-se amostras do fluido

de processo Algumas aplicações requerem

precauções especiais, pois podem expor os

operários a substâncias tóxicas ou corrosivas

no momento de se coletar amostra ou em

seu manejo posterior.

A exatidão da medição que se pode

obter com estes medidores é em geral

muito baixa.

8. Análise de laboratório

Da mesma forma que na medição com

areômetros, na medição por análise em

laboratório deve-se coletar uma amostra

do fluido de processo e analisá-lo no laboratório.

Apesar da exatidão conseguida na

medição da densidade ou concentração

em laboratório ser em geral muito boa,

em muitos casos os valores obtidos não

corresponde à realidade, pois as condições

ambientais do processo não podem ser

reproduzidas em laboratório, o que pode

ocasionar erros na análise.

Em processos que variam rapidamente

(por exemplo, em alguns processos de fermentação),

o tempo de demora na análise

pode levar a tomar decisões errôneas porque

o valor conseguido na análise carece de

validade.

Aplicações

A versatilidade do transmissor de densidade

capacitivo permite ao usuário utilizar

a unidade de medição mais indicada

de acordo com o processo. A indicação

deste transmissor pode ser expressa em

unidades de densidade tais como: g/cm3 ,

kg/m3, lb/ft3, densidade relativa (@20ºC,

@4ºC) ou concentração (ºBrix, ºBaumé,

ºPlato, ºINPM, ºGL, % de sólidos, % de

concentração).

A troca de uma unidade de medição

por outra não implica na necessidade de

re-calibração do transmissor.

Algumas aplicações frequentes são:

Usinas de açúcar e álcool:

• Grau Brix no mosto e no mel,

• Grau Brix no xarope

dos evaporadores,

• Grau INPM na saída das

colunas de destilação,

• Grau Baumé do leite de cal,

• Densidade do lodo no decantador,

• Nível de interface álcool/ciclohexano.

Indústrias alimentícias:

• Concentrados de frutas,

• Cremes e leite condensado,

• Concentração de miscela

em óleos vegetais.

• Diluição de amido,

• Méis, geléias, etc.

Indústrias de bebidas:

• Grau Plato em fermentadores

de cerveja,

• Grau Plato em cozedores

de cerveja,

• Grau alcoólico (INPM ou GL),

• Grau Brix em diluições de

xaropes,

• Concentração de sucos,

• Densidade de derivados

de leite,

• Grau Brix do café solúvel.

Indústrias químicas e petroquímicas:

• Densidade e concentração

de ácidos,

• Densidade de soda cáustica,

• Densidade de cloreto de sódio,

• Densidade de leite de cal,

• Densidade de gasolina, querosene,

óleo diesel, GLP,


Nível de interface água/óleo.


Indústrias de celulose e papel:

• Concentração de hidróxido de

potássio,

• Concentração de licores

(licor negro, licor verde, etc.),

• Densidade de lama de cal,

• Concentração de soda cáustica,

• Diluição de amido,

• Diluição de celulose.

Mineração:

• Densidade da polpa de minério,

• Densidade da polpa na

saída do espessador,

• Densidade na entrada e

saída da célula de flotação,

• Densidade na saída das

espirais de concentração,

• Densidade da extração de lama,

• Diluição de ácidos,

• Densidade da lama de cal.

Conclusão

Utilizando-se um transmissor de densidade

para medir-se de forma contínua a

densidade ou a concentração de processos

industriais podem-se obter muitos benefícios,

tais como: automatizar o processo

diminuindo sua variabilidade, aumentar a

produtividade, otimizar o processo reduzindo

em alguns casos o uso de reagentes e de

energia, eliminar ou diminuir drasticamente

o custo de mão-de-obra relacionada a tomadas

de amostras e análises de laboratório,

eliminar perdas e leituras erradas relacionadas

a tomadas de amostras, prover dados em

tempo real para o sistema de gerenciamento

e controle de processo, disponibilização

máxima de dados para o controle estatístico

do processo (melhora do controle de

qualidade), aumento da confiabilidade do

processo garantindo maior uniformidade

e qualidade do produto final. MA

Evaristo Orellana Alves é Graduado

em Engenharia Mecânica pela FEI

(Faculdade de Engenharia Industrial)

em 1985. Trabalha na Smar Equipamentos

Industriais desde 1986, tendo

atuado na Engenharia de Produto, na

Engenharia de Desenvolvimento e

atualmente é Gerente de Produto dos

Transmissores de Pressão e Densidade

na Divisão de Marketing da

empresa. Seu e-mail para contato é

evaristo@smar.com.br

Janeiro/Fevereiro 2010 :: Mecatrônica Atual

supervisão

49


chão de fábrica

O Brasil

aos olhos

do mundo

O mundo irá

penetrar no Brasil

durante dois anos

seguidos com os

eventos da Copa

do Mundo e das

Olimpíadas.

50 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2010

OBrasil, assim como todos os países da

América Latina, possui em seu histórico

- revoluções políticas, desacordos

entre sociedade e governo e inexistência

de democracia e direitos humanos. A

economia sazonal e irregular sempre

causou risco e desconfiança para os

investidores externos.

No entanto, hoje apresenta um

cenário diferente do histórico da América

Latina. O país construiu a sua marca

própria, firmou as cores da sua bandeira

e apresentou ao mundo seu estilo de viver

e progredir. Alguns meses após assumir

a Gerência de Vendas na Advantech, fui

investigar sobre o que havia escrito na

Bandeira brasileira.

Além das suas cores fortes e vibrantes,

demorei a entender por que as palavras

“Ordem e Progresso” apareciam em

destaque no símbolo nacional. Após

tantos conflitos econômicos e políticos

na América Latina, percebo que o

Brasil busca uma constante evolução de

“Ordens”, um país que está buscando

sempre trabalhar em cima de acordos,

sejam eles internacionais ou mesmo

nacionais, acordos mútuos entre pessoas

e empresas.

Rebecca Lee

Senior Sales Manger

Advantech Taiwan

O constante “Progresso” brasileiro

é reconhecido por todo o mundo, nenhum

país hoje atrai mais olhares do

que o Brasil. O Brasil é hoje o 3º maior

mercado da Unilever e o 2º maior da

Nestlé. Atualmente, há uma energia

positiva no povo Brasileiro.

Todos os países cresceram com as

Olimpíadas, assim como Pequim e China.

Acredito que muitas oportunidades de

negócios irão surgir neste período, empresa

do setores de tecnologia, indústrias de

bebidas, indústria alimentícia, setor têxtil,

telefonia e energia irão crescer bastante neste

período. O mundo irá penetrar no Brasil

durante dois anos seguidos com os eventos

da Copa do Mundo e das Olimpíadas. O

Brasil é hoje um mercado cobiçado pelas

maiores empresas do Mundo.

Independentemente das Olimpíadas

e da Copa do Mundo, no Brasil, muitos

negócios giram em torno das riquezas

naturais. Negócios como água potável,

reservas minerais, petróleo, etanol e

tecnologia de desenvolvimento agrícola

são os que fazem do Brasil um país

naturalmente rico e progressista.

Há muito para acontecer no Brasil,

estamos só no começo.

MA


instrumentação

14 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2008

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