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ANDRÉ VOLPI VALIM AUTOMAÇÃO NO AJUSTE DE ESPESSURA EM MÁQUINA CONFORMADORA DE TUBOS DE AÇO POR ROLOS FLORIANÓPOLIS, 2014
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ANDRÉ VOLPI VALIM
AUTOMAÇÃO NO AJUSTE DE ESPESSURA EM MÁQUINA CONFORMADORA DE
TUBOS DE AÇO POR ROLOS
FLORIANÓPOLIS, 2014
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CAMPUS FLORIANÓPOLIS
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA DAMM
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTU SENSU EM
MECATRÔNICA
ANDRÉ VOLPI VALIM
AUTOMAÇÃO NO AJUSTE DE ESPESSURA EM MÁQUINA CONFORMADORA DE
TUBOS DE AÇO POR ROLOS
Dissertação submetida ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Mecatrônica. Prof. Orientador: Aurélio da Costa Sabino Netto, D. Eng.
FLORIANÓPOLIS, 2014
Sistema de Bibliotecas Integradas do IFSC Biblioteca Dr. Hercílio Luz – Campus Florianópolis
CDD 629.8 V172a
Valim, André Volpi Automação no ajuste de espessura em máquina conformadora de tubos de aço por rolos
[DIS] / André Volpi Valim; orientação de Aurélio da Costa Sabino Netto. – Florianópolis, 2014.
1 v.: il.
Dissertação de Mestrado (Mecatrônica) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
Inclui referências.
1. Mecatrônica. 2. Máquina conformadora. 3. Tubos de aço. 4. Automação. I. Sabino Netto, Aurélio da Costa. II Título.
AUTOMAÇÃO NO AJUSTE DE ESPESSURA EM MÁQUINA CONFORMADORA DE TUBOS DE AÇO
POR ROLOS
ANDRÉ VOLPI VALIM
Este trabalho foi julgado adequado para obtenção do Título de Mestre em Mecatrônica, e aprovada em sua forma final pela banca examinadora do Curso de Mestrado Profissional em Mecatrônica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
Florianópolis, 29 de agosto de 2014
Banca examinadora:
_________________________________________ Aurélio da Costa Sabino Netto, Dr. Eng. (IFSC)– Orientador
_________________________________________ Nelso Gauze Bonacorso, Dr. Eng. (IFSC)
_________________________________________ Eduardo Cristiano Milke, Dr. Eng. (IFSUL)
À minha amada filha Cecília
Aos meus pais, Nadir e Cândida
AGRADECIMENTOS
À empresa Tuper S/A pelas oportunidades de conhecimento e desenvolvimento profissional e intelectual que sempre me foram dadas.
Ao senhor Frank Bollmann pelos desafios e confiança depositados.
Ao meu orientador Aurélio da Costa Sabino Netto pela constante orientação, conversa e incentivo para que eu conseguisse desenvolver este trabalho.
Aos professores do núcleo de Mestrado em Mecatrônica pelas lições compartilhadas durante o período de aulas.
Aos meus colegas de trabalho que proporcionam um ambiente agradável durante todo o período em que estou com eles.
Aos meus amigos que direta ou indiretamente contribuíram para que este trabalho se concretizasse.
Finalmente, agradeço imensamente a minha família que sempre me incentiva para a busca de melhorias contínuas na minha vida.
RESUMO
Nas últimas décadas do século XX, o franco crescimento da indústria em geral tornaram as técnicas de conformação por rolos, largamente utilizados na produção de tubos de aço. Apesar das constantes evoluções, uma tarefa ainda continua sendo feita de maneira manual: a regulagem do ferramental para uma mudança de espessura. Esta dissertação descreve como foi realizada a automação deste ajuste, antes dependente do esforço operacional e parada da linha para ser realizada, e que agora é realizada de maneira automática sem intervenção humana e sem necessidade de parada da produção para sua execução. Marcando o objeto dessa dissertação como produto mecatrônico, os subsistemas de mecânica, eletrônica e informática da linha foram integrados ao sistema ERP da empresa, fazendo com que informações da matéria-prima fossem analisadas em tempo real. Com as informações obtidas, o sistema de automação verifica a existência de uma diferença de espessuras, monitora a posição desta diferença e faz a regulagem para o material que será processado de forma dinâmica através de servo motores, com a linha em movimento. Essa automação evita perdas de matéria-prima, característico da regulagem manual, aumenta a disponibilidade e produtividade da máquina, evita o contato físico e dedicação operacional nessa regulagem, tornando essa linha um grande diferencial tecnológico entre outras linhas existentes na empresa, bem como entre os diversos competidores nacionais e internacionais. No final do trabalho, os sistemas propostos durante o processo de desenvolvimento da solução foram implementados na linha de produção e o funcionamento do sistema comprovou a sua validade.
Palavras-chave: Conformação de chapas. Tubos de aço. Conformação de tubos por rolos.
ABSTRACT
In the last decades of the twentieth century, the significant growth of industry in general made the roll forming techniques become widely used in steel pipes fabrication. Nowadays, despite the constant evolution, a task is still being performed manually: tooling adjustment when the wall thickness change. This dissertation aims to describe how to setup previously dependent on operational effort and line stoppage was needed and now is automated in order to be carried out automatically without any direct intervention or need for line interruption during its execution. Understanding the object of this dissertation as a mechatronic product, mechanical subsystems, electronics and data processing of the line were integrated to the company’s ERP system, enabling raw material information to be analyzed in real time. Through collected data, the automation system evaluates possible wall thickness changes, then it monitors the position of this difference and does dynamically the adjustment for incoming material using servo motors, while the line continues to run. The proposed automation prevents against raw material losses (typical from the manual adjustment), increases equipment availability and productivity, avoids physical contact and decreases engagement of manpower, turning the line into a technological breakthrough when compared to the other company lines and even to devices from national and foreign competitors. At the end of the works, the system proposed during solution development process was implemented on the production line and its functioning proven itself to be valid.
Keywords: Sheet forming. Steel tube. Roll forming
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Arranjo básico processo de laminação Mannesmann ...... 38
FIGURA 2 - Processo de extrusão ........................................................ 39
FIGURA 3 – Exemplo de soldagem helicoidal ..................................... 40
FIGURA 4 – Componentes do processo de soldagem longitudinal por ERW...................................................................................................... 41
FIGURA 5 - Vista das bordas antes e no ponto de solda ............................................................................................................... 41
FIGURA 6 - Expulsão dos óxidos durante o processo de soldagem ..... 42
FIGURA 7 - Efeito costura ................................................................... 43
FIGURA 8 – Bobinas de indução .......................................................... 43
FIGURA 9 - Imagem térmica da região da solda .................................. 44
FIGURA 10 - Aplicação do Impeder .................................................... 45
FIGURA 11 - Conformadora padrão .................................................... 46
FIGURA 12 - Linha de conformação por rolos ..................................... 47
FIGURA 13 - Passes graduais até o perfil final .................................... 48
FIGURA 14 - Flor sequencial ............................................................... 49
FIGURA 15 - Flor em superimposição ................................................. 49
FIGURA 16 – Tratamento térmico após a solda ................................... 49
FIGURA 17 – Esquema de tratamento térmico após a solda ................ 50
FIGURA 18 – Curva típica de resfriamento na região da solda ........... 50
FIGURA 19 - Modelo PRODIP ............................................................ 53
FIGURA 20 - Linha convencional de pequenos diâmetros.................... 55
FIGURA 21 - Linha convencional de grandes diâmetros ..................... 56
FIGURA 22 - Exemplo gráfico desperdícios na parada da linha .......... 58
FIGURA 23 - Função global do sistema ............................................... 63
FIGURA 24 - Desdobramento da função global ................................... 64
FIGURA 25 - Interface Drive Cliq........................................................ 68
FIGURA 26 - Ligação do encoder do motor na rede Drive Cliq .......... 68
FIGURA 27 - Redutor planetário .......................................................... 69
FIGURA 28 - Fuso trapezoidal.............................................................. 70
FIGURA 29 - CLP S7317-2 PN/DP...................................................... 71
FIGURA 30 - Sensor difuso a laser........................................................ 72
FIGURA 31 - Cartão para leitura de encoder e suas conexões.............. 73
FIGURA 32 - Visão global do acionamento Sinamics S....................... 74
FIGURA 33 - Componentes com comunicação Drive Cliq................... 76
FIGURA 34 - Conectividade entre ERP<->BD<->Supervisório<->CLP ............................................................................................................... 77
FIGURA 35 - Pirâmide da automação Industrial................................... 80
FIGURA 36 - Acumulador vertical....................................................... 81
FIGURA 37 - Tabela do BD contendo o FIFO de bobinas ................... 83
FIGURA 38 - Lista das bobinas carregadas (tela do supervisório) ....... 84
FIGURA 39 - Sistema de pintura para identificação da emenda........... 85
FIGURA 40 - Bloco para leitura e conversão do valor do encoder ...... 87
FIGURA 41 - Diagrama de posicionamento ......................................... 90
FIGURA 42 - Fluxograma para determinar o set point de posição do motor superior ....................................................................................... 93
FIGURA 43 - Fluxograma para determinar o set point de velocidade da linha ....................................................................................................... 95
FIGURA 44 - Posição das ferramentas e chapa de aço ......................... 96
FIGURA 45 - Tipos de configuração de conformação ......................... 96
FIGURA 46 - Sentido dos movimentos das ferramentas e configuração dos valores ............................................................................................. 97
FIGURA 47 - Posição da chapa na entrada da linha.............................. 98
FIGURA 48 - Posição da chapa no castelo C1. .................................... 98
FIGURA 49 - Posição da chapa no castelo C5 ..................................... 99
FIGURA 50 - Emenda de topo: redução de espessura........................... 99
FIGURA 51 - Emenda de topo: aumento de espessura ........................ 100
FIGURA 52 – Fluxograma para determinação das posições de início e final de setup ........................................................................................ 101
FIGURA 53 – Fluxograma para monitoramento das posições de início e final de setup ........................................................................................ 102
FIGURA 54 - Tela de controle do ajuste de espessura no supervisório ............................................................................................................. 103
FIGURA 55 - Exemplo de registro dos dados ..................................... 104
FIGURA 56 - FB Setup de Espessura ................................................. 107
FIGURA 57 – Esquema de controle com realimentação no Sinamics ............................................................................................................. 108
FIGURA 58 – Resposta recomendada vs modo de operação .............. 109
FIGURA 59 - Medição do tempo de atualização de dados com Navicat ............................................................................................................. 112
FIGURA 60 - Etiqueta da usina .......................................................... 114
FIGURA 61 - Representação da incerteza do sistema de pintura ........ 115
FIGURA 62 - Gráfico do Ttot e Stot para ΔS 10mm .......................... 117
FIGURA 63 - Gráfico do Ta e Sa para ΔS 10mm ............................... 117
FIGURA 64 - Gráfico do Tk e Sk para ΔS 10mm .............................. 118
FIGURA 65 - Gráfico do Td e Sd para ΔS 10mm ............................... 118
FIGURA 66 - Gráfico do Ttot e Stot para ΔS 1mm ............................ 120
FIGURA 67 - Gráfico do Ta e Sa para ΔS 1mm ................................. 120
FIGURA 68 - Gráfico do Tk e Sk para ΔS 1mm ................................. 121
FIGURA 69 - Gráfico do Td e Sd para ΔS 1mm ................................. 121
FIGURA 70 - Gráfico do Ttot e Stot para ΔS 0,1m ............................. 122
FIGURA 71 - Gráfico do Ta e Sa para ΔS 0,1mm .............................. 123
FIGURA 72 - Gráfico do Td e Sd para ΔS 0,1mm .............................. 123
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Teor de Carbono vs propriedades mecânicas .................. 36
TABELA 2 - Principais fabricantes nacionais e internacionais ............ 61
TABELA 3 - Descrição dos campos da tabela de registro dos dados de ajuste ................................................................................................... 105
TABELA 4 - Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos com ΔS 10mm ....................................................................... 116
TABELA 5 - Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos com ΔS 1mm ......................................................................... 119
TABELA 6 - Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos com ΔS 0,1mm....................................................................... 123
LISTA DE ABREVIATURAS
BD – Banco de dados C – Carbono CEQ – Carbono Equivalente CLP – Controlador Lógico Programável CPU – Unidade Central de Processamento CU – Unidade de Controle DB – Bloco de Dados DC – Corrente contínua DPM – Desenvolvimento de Produto Mecatrônico ERP – Sistema Integrado de Gestão Empresarial ERW – Soldagem por Resistência Elétrica FB – Bloco de Função FIFO – Primeiro a Entrar, Primeiro a Sair HFIW – Soldagem por Indução em Alta Frequência IN – Valores de entrada LU – Unidade de Medida MIG/MAG – Soldagem por arco elétrico com gás de proteção ODBC – Conectividade Aberta de Banco de Dados OP – Ordem de Produção OUT – Valores de saída PC – Computador Pessoal PI – Proporcional Integral PRODIP – Processo de Desenvolvimento Integrado de Produtos PWM – Modulação por Largura de Pulso QDF – Desdobramento da Função Qualidade ROI – Retorno do Investimento Sa – Deslocamento na fase de aceleração SAW – Soldagem por Arco Submerso Sd – Deslocamento na fase de desaceleração SQL – Linguagem de Consulta Estruturada STL – Lista de Instruções Stot – Deslocamento total Sk – Deslocamento na fase de velocidade constante ta – Tempo na fase de aceleração td – Tempo na fase de desaceleração ttot – Tempo total de deslocamento tk – Tempo na fase de velocidade constante
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................ 31
1.1 Objetivos ........................................................................................ 32
1.1.1 Principal ....................................................................................... 32
1.1.2 Específicos ................................................................................... 32
1.2 Justificativa e relevância ............................................................... 32
1.3 Estrutura do documento ............................................................... 33
2 ESTADO DA ARTE ......................................................................... 35
2.1 Tubos Industriais de Aço............................................................... 35
2.2 Conformação de Tubos ................................................................. 36
2.2.1 Tubos sem costura ........................................................................ 37
2.2.2 Tubos soldados ............................................................................. 39
2.3 Fases do processo de fabricação de tubos de aço ......................... 45
3 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AJUSTE AUTOMÁTICO .................................................................................. 53
3.1 Apresentação do problema do projeto ......................................... 54
3.1.1 Desperdícios com a parada para ajuste .......................................... 56
3.2 Projeto Informacional ................................................................... 59
3.2.1 Pesquisa de mercado ..................................................................... 60
3.2.2 Leis e normas técnicas .................................................................. 61
3.2.3 Necessidades e requisitos dos usuários ......................................... 61
3.2.4 Requisitos e especificações do projeto .......................................... 62
3.3 Projeto Conceitual ......................................................................... 63
3.3.1 Definição da estrutura funcional ................................................... 63
3.3.2 Desdobramentos da função global ................................................ 65
3.3.3 Princípios de solução .................................................................... 65
3.3.4 Geração de concepções ................................................................. 66
3.3.5 Avaliação das concepções ............................................................ 66
3.4 Projeto Preliminar ......................................................................... 67
3.4.1 Módulo de mecânica ..................................................................... 67
3.4.2 Módulo de automação ................................................................... 70
3.4.3 Módulo de eletroeletrônica ........................................................... 73
3.4.4 Módulo de informática ................................................................. 76
3.5 Viabilidade econômica .................................................................. 77
4 PROJETO DETALHADO .............................................................. 79
4.1 Integração com sistema ERP ........................................................ 79
4.2 Carregamento de bobinas na máquina ........................................ 80
4.3 Marcação e identificação da emenda de topo .............................. 84
4.4 Metrificação da bobina .................................................................. 85
4.5 Programa de instruções ................................................................. 88
4.5.1 Cálculo do novo deslocamento...................................................... 88
4.5.2 Velocidade de posicionamento dos servos .................................... 88
4.5.3 Tempo necessário para o posicionamento da nova espessura ....... 89
4.5.4 Cálculo do novo set point para o motor superior .......................... 92
4.5.5 Normalização e envio das variáveis aos drives ............................. 93
4.5.6 Velocidade atual e velocidade máxima de operação da linha ............................................................................................................... 94
4.5.7 Considerações levantadas ............................................................. 96
4.5.8 Determinação do início e final do ajuste ..................................... 100
4.6 Monitoramento da posição da emenda ....................................... 101
4.7 Registro dos valores calculados .................................................. 103
4.8 Programa do CLP ........................................................................ 105
4.9 Otimização e ajuste dos motores ................................................. 108
5 VALIDAÇÃO DA AUTOMAÇÃO ............................................... 111
5.1 Atualização das informações no banco de dados ....................... 111
5.2 Teste do sistema de detecção da emenda .................................... 113
5.3 Calibração do sistema de pintura ............................................... 114
5.4 Verificação do tempo de posicionamento ................................... 116
6 CONCLUSÃO ................................................................................ 125
7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS .......................... 127
7.1 Integração com ERP .................................................................... 127
7.2 Identificação da emenda .............................................................. 127
REFERÊNCIAS ................................................................................ 129
BIBLIOGRAGIA COMPLEMENTAR .......................................... 133
APÊNDICES ...................................................................................... 135
APÊNDICE A – Questionário para entrevista com usuários ............. 136
APÊNDICE B – Necessidades dos usuários ....................................... 137
APÊNDICE C – Desdobramento da função qualidade........................ 138
APÊNDICE D – Especificações do projeto ........................................ 139
APÊNDICE E – Linha para transformação do aço em tubo ............... 141
APÊNDICE F – Desdobramento da função mecânica ........................ 142
APÊNDICE G – Desdobramento da função eletrônica ...................... 143
APÊNDICE H – Desdobramento da função automação e informática.144
APÊNDICE I – Matriz morfológica da função mecânica ................... 145
APÊNDICE J – Quadro de avaliação das concepções ........................ 146
APÊNDICE L – Detalhes da tabela do FIFO de bobinas .................... 147
APÊNDICE M – Detalhes da tabela dos cálculos de posicionamento. 148
APÊNDICE N – Exemplo de script utilizado .................................... 149
APÊNDICE O – Descrição do FB de ajuste de espessura ................... 151
ANEXOS ............................................................................................ 153
ANEXO A ........................................................................................... 154
ANEXO B ........................................................................................... 155
ANEXO C ........................................................................................... 156
ANEXO D ........................................................................................... 157
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1 INTRODUÇÃO
O tema deste projeto foi escolhido seguindo uma necessidade da empresa Tuper S/A localizada no município de São Bento do Sul, SC que iniciou no ano de 2012 a produção de tubos de aço grandes diâmetros, os quais vão até 14 polegadas de diâmetro e 16 mm de espessura. Mesmo sendo essa linha de produção muito recente e com um alto desenvolvimento tecnológico, todo o setor produtivo está cada vez mais empenhado na redução dos índices de desperdício de matéria-prima e também no aumento da disponibilidade de seu maquinário.
Para conseguir melhorar esses números a empresa aceitou o desafio de resolver uma problemática antiga em linhas de fabricação de tubos de aço, procurando assim alcançar uma significativa redução do desperdício de matéria-prima durante o processo de troca de espessuras, além da redução do tempo necessário para a regulagem desse ferramental, assegurando desta forma um melhor aproveitamento da máquina. Todo esse projeto de desenvolvimento tornará a empresa uma referência como sendo a única com capital genuinamente brasileiro a atuar no mercado de tubulação destinada a gás e óleo no Brasil. Essa modificação no equipamento é uma inovação no mercado de fabricação de tubos, pois uma máquina com essas características não existe em nosso país.
O principal ponto para o sucesso do projeto foi a garantia de que o ciclo de ajuste para troca de espessuras fosse feito de forma totalmente automática, sem a parada da linha e o processo de conformação. A tecnologia existente hoje nesse tipo de máquina referente à etapa de ajuste, não permite uma otimização de tempo para o desempenho desta tarefa, pois a regulagem do ferramental de conformação do tubo é realizada manualmente pela operação através de manivelas, ou no caso de linhas grandes, motores operados manualmente orientados por relógios e tabelas de posicionamento.
A cada troca de espessura de chapa, para que se possa fazer o ajuste, deve ocorrer uma parada da linha para adequar o posicionamento deste ferramental à nova espessura. Em se tratando de uma linha com uma frequência periódica de ajuste, estas paradas geram refugos de produção que somado ao tempo de regulagem do ferramental agrega um custo muito alto ao processo de fabricação do produto. A intenção desse projeto foi equipar nesta máquina um sistema de posicionamento automático do ferramental a fim de reduzir o tempo de máquina parada pelo ajuste de troca de espessura. Também foi monitorado a posição das diferentes
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espessuras, conseguindo fazer a regulagem automaticamente com a linha ainda em movimento.
Este ajuste dinâmico diminui o desperdício de matéria prima dado que a cada parada de máquina pelo menos 2 barras de tubo são descartadas, uma por falta de homogeneidade da solda longitudinal e outra por não realizar o processo seguinte à solda: o tratamento térmico. Assim é possível reduzir os custos de fabricação, aumentar a disponibilidade da máquina e evitar que a regulagem aconteça de forma manual pelos operadores.
1.1 Objetivos 1.1.1 Principal
- Automatizar uma máquina conformadora de tubos para realizar o ajuste do ferramental com o equipamento em funcionamento durante a troca de espessuras.
1.1.2 Específicos
- Desenvolver solução tecnológica visando reduzir os refugos de
matéria-prima, - Aumentar a disponibilidade da máquina e melhorar as condições
de trabalho e segurança dos operadores; - Estudar a integração com os sistemas de ERP e implantar o
processo de rastreabilidade da matéria-prima; - Avaliar o uso de metodologias de projeto no desenvolvimento de
soluções para a automação de processos manufatura; 1.2 Justificativa e relevância
Atenta ao crescimento do mercado de construção civil e do setor
de óleo e gás, a empresa tomou a decisão de entrar no mercado de tubos de grandes dimensões motivada pela expectativa de fornecer aos projetos de retirada de petróleo do pré-sal, às demandas da construção civil de eventos esportivos que estarão no Brasil nos próximos anos.
O trabalho proposto neste projeto buscou a atualização tecnológica de uma das seis linhas de fabricação de tubos existentes na empresa Tuper
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S/A. O trabalho foi realizado na linha de produção onde se fabricam os maiores diâmetros e espessuras, pois o volume de segregação desta, por se tratar de tubos de grande diâmetro e espessura, alcança os maiores índices.
Ao final do trabalho, este equipamento apresentou características totalmente diferentes das características das linhas convencionais de fabricação. A solução implementada além de ser um diferencial tecnológico, poderá ser transpassado às outras linhas firmando a empresa como referência de tecnologia em fabricação de tubos de aço por rolos.
1.3 Estrutura do documento
Esta dissertação está organizada em 7 capítulos. O presente capítulo aborda os detalhes e objetivos que levaram ao desenvolvimento deste sistema.
O capítulo 2 expõe uma revisão bibliográfica tratando das principais características sobre o conceito de fabricação de tubos de aço e mostra todas as fases do ciclo produtivo. É apresentado as principais formas possíveis de produção e também os temas envolvidos nesta, desde a matéria prima até as teorias de fabricação e os métodos atuais de processamento do aço.
O capítulo 3 trata das atividades desenvolvidas para o levantamento das informações iniciais do projeto até geração da concepção que foi utilizada para a realização do trabalho proposto. Neste capítulo são relatados as fases de projeto informacional, projeto conceitual e projeto preliminar.
O capitulo 4 descreve o projeto detalhado, informando os meios implementados para a realização do ajuste automático. No projeto detalhado é mostrado em detalhes todas as atividades empreendidas para o desenvolvimento do sistema.
O capítulo 5 apresenta os testes realizados em campo e os resultados obtidos após a implementação dos itens descritos no projeto detalhado, validando a concepção gerada.
O capítulo 6 demonstra as vantagens da solução adotada, as conclusões e questões relativas ao trabalho desenvolvido para o encerramento do projeto. Por fim, o capítulo 7 apresenta algumas sugestões para trabalhos futuros.
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2 ESTADO DA ARTE
2.1 Tubos industriais
Os tubos industriais normalmente são fabricados com aço. O aço é uma liga de ferro com teores entre 0,008 a 2,14% de carbono. O carbono é uma impureza intersticial no ferro, formando solução sólida nas fases ferrita (α) e austenita (γ) com diferentes limites de solubilidade. Estes limites são determinados devido ao tamanho e posições intersticiais nas estruturas CCC (ferrita) e CFC (austenita). Quando o limite de solubilidade é excedido, tem-se a formação de um carboneto chamado cementita (Fe3C) que é extremamente duro e frágil (CALLISTER, 1999).
Conforme Lima (2012) na prática, o aço utilizado para fabricação de tubos apresenta uma liga de 0,05% a 1,7% de C (carbono), apresentando também pequenas porcentagens de silício, manganês, fosforo e enxofre. O conhecimento da variação do teor de C na mistura se faz importante, pois para cada norma na qual o tubo deve ser produzido, é preciso conhecer suas propriedades mecânicas em função de seu Carbono Equivalente (CEQ) que é definido pela seguinte fórmula:
CEQ = C% + (Mn% +Si%) + (Cr%+Mo%+V%) + (Cu%+Ni%) (1)
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A tabela 1 mostra a variação de algumas propriedades mecânicas do aço em função do seu teor de carbono. Pode-se observar que a dureza e a resistência à tração aumentam com o incremento do percentual de carbono, enquanto o alongamento têm comportamento contrário.
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Tabela 1: Teor de Carbono vs. propriedades mecânicas
É importante conhecer as propriedades mecânicas do aço para o correto dimensionamento do ferramental e a previsão do comportamento da chapa durante o processo de conformação mecânica.
2.2 Conformação de tubos
A tecnologia do processo de conformação de tubos por rolos (Roll Forming) é utilizada desde a metade do século XIX entretanto esse processo se intensificou somente após a segunda guerra mundial com a fabricação de chapas de aço em maior escala. Antes disto, os tubos eram produzidos em prensas mecânicas de fuso, excêntricas ou hidráulicas, partindo de chapas de metal.
Segundo Halmos (2006) o processo de conformação por rolos pode ser definido por:
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“Formar longitudinalmente com linhas de curvamento paralelas, através de múltiplos rolos com perfis adequados, uma tira de metal plana sem mudar sua espessura e à temperatura ambiente.”
Sendo assim, o processo de conformação de tubos por rolos
consiste basicamente em atuar na matéria prima, sendo esta a chapa de aço, deformando plasticamente o material e mantendo íntegro a sua massa.
Hoje em dia com o advento e posterior disseminação de CLPs (Controlador Lógico Programável), computadores e drives, a tarefa de conformação por rolos vem alcançando forte crescimento, tornando esse processo muito flexível tanto no âmbito de produção como também no que diz respeito à variação dos perfis fabricados.
Os processos de conformação de tubos podem ser separados em dois grupos. O primeiro grupo produz tubos a partir de cilindros de aço fabricando os tubos sem marcas ou sinais de união. O resultado desse processo forma o tubo conhecido como tubo sem costura. O segundo grupo é composto de processos nos quais o tubo é fechado por meio de uma união por solda, por isso são chamados de tubos com costura ou tubos soldados.
2.2.1 Tubos sem costura Partindo do princípio de fabricação, um tubo sem costura terá
origem de cilindros de aço, diferente do tubo com costura que se origina de uma chapa de metal. Outra característica importante é o fato de não possuírem nenhuma emenda longitudinal, ou seja, ao longo da seção transversal não há nenhuma forma de união de bordas.
Dentre os processos de fabricação mais comuns podemos citar: A – Laminação B – Extrusão
O processo de laminação criado pelos irmãos Mannesmann no
final da década de 1880 pode ser considerado o início da produção de tubos de aço em escala industrial (BRENSING, 2004). Esse processo pode ser resumido pela figura 1.
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Os tubos sem costura laminados têm uma característica peculiar em sua fabricação, que é o fato de exigirem espessuras mais elevadas que outros. Por ser um processo à quente também ocorrem variações do dimensional e acabamento de superfície.
Figura 1: Arranjo básico do processo de laminação Mannesmann.
Fonte: Steel Tube and Pipe Manufacturing Process
Segundo Silva (2011) a grande vantagem desse processo está no fato de se conseguir baixas relações de D/e (Diâmetro x espessura) dos produtos fabricados, enquanto não se consegue o mesmo nos processos de tubos soldados, por exemplo:
Tubos sem costura: D/e = de 3 a 80. Tubos soldados: D/e = de 7 a 100.
Dessa forma tubos sem costura podem ter, por exemplo, 60mm de
diâmetro por 20mm de espessura. Por outro lado tubos soldados podem ter 60mm de diâmetro por 0,6mm de espessura
O processo de extrusão (figura 2) é utilizado na fabricação de tubos com diâmetros de até 230mm e espessuras que variam entre 3 e 15mm. Após o aquecimento até a temperatura de conformação, um bloco de aço é inserido em um recipiente cilíndrico para a extrusão. Uma matriz com
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um pino na sua parte inferior é responsável por fazer um furo no centro do bloco, utilizando uma força hidráulica.
Quando o pino passa através da parte inferior do recipiente, é formado uma fenda anelar através do qual o material é extrudado até que a pressão exercida pela matriz forme o tubo por completo. O material residual do processo de extrusão é posteriormente cortado do tubo e descartado.
Figura 2: Processo de extrusão.
2.2.2 Tubos soldados1
Podemos classificar os tubos soldados em dois grandes grupos: A – Soldados em Espiral ou Helicoidal B – Soldados longitudinalmente Em cada grupo, um tipo específico de soldagem é aplicado.
1– Como ressalva Silva (2011) é preferível a denominação de tubos soldados no lugar de com costura, pois este último têm denotação pejorativa e passa sensação de fragilidade ao produto.
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Geralmente para o processo de soldagem longitudinal é aplicado a soldagem por arco submerso (SAW) em tubos de grande diâmetro e espessura, ou soldagem por resistência elétrica - soldagem por indução em alta frequência (ERW-HFIW) utilizados em tubos de pequenos diâmetros e espessuras. Para soldagens espirais, também conhecida como helicoidal é utilizado soldagem MIG/MAG ou SAW (SILVA, 2011).
A - Soldagem Espiral ou Helicoidal Na soldagem espiral os tubos são produzidos em uma linha de
formação contínua aplicando um raio de curvatura, ajustado ao ângulo de entrada de forma que ela entre tangencialmente a uma hélice que formará o tubo.
Ao fechar esta hélice ocorre o processo de soldagem com adição de metal conforme a figura 3.
Diferentemente do processo de soldagem longitudinal, em que para cada diâmetro de tubo deve-se ter uma largura de tira, tubos espirais são caracterizados pelo fato de vários diâmetros serem produzidos de uma mesma largura de tira ou chapa.
Os tubos desse tipo alcançam diâmetros que variam entre 50 e 3000mm. Também possuem a vantagem de poderem possuir pequenas espessuras.
Figura 3 – Exemplo de soldagem helicoidal
B - Soldagem Longitudinal Na soldagem longitudinal o tubo é fabricado a partir de uma bobina
de aço que vai progressivamente sendo deformada para a forma cilíndrica.
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Ao juntar as bordas, estas são aquecidas até a temperatura de fusão do material por meio de indução.
O campo magnético em volta da bobina provoca um fluxo de corrente a passar pelas bordas da chapa, as quais se aquecem pelo efeito resistivo a passagem de corrente elétrica.
As bordas aquecidas são então unidas com aplicação de pressão nos rolos laterais, forçando-as uma contra a outra. Na figura 4 temos a ilustração dos componentes do processo de soldagem por ERW.
Figura 4 – Componentes do processo de soldagem Longitudinal por ERW
1– Tubo aberto; 2 – Janela com ângulo de entrada “Vee”; 3 Bobina de indução; 4– Gerador de solda; 5 – Rolos de aperto; 6 – Ponto de solda; 7 – Solda
Na figura 5 temos a vista das bordas da chapa antes e no ponto de solda.
Figura 5 – Vista das bordas antes e no ponto de solda
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Como coloca Nichols (1999) a soldagem em alta frequência (High Frequency – HF) é verdadeiramente uma soldagem por forjamento, a qual não é adicionado nenhum material de enchimento e, se feita de forma adequada, nenhum óxido ou incrustação fica retido na interface.
Como pode ser visto na figura 6, todos os líquidos e óxidos de metal são expelidos para fora da solda ao passarem pelos rolos de aperto.
Figura 6: Expulsão dos óxidos durante o processo de soldagem
Uma característica importante desse tipo de soldagem é que, como não há adição de material os tubos podem ser soldados a uma velocidade maior do que em outros processos. Nas palavras de Nichols; Robert K. (1999, p.2) “a soldagem por alta frequência é sem dúvidas o método mais rápido e eficiente de fabricação de tubos. Todavia, este processo pode apresentar uma variedade de defeitos de operação”.
A soldagem por ERW utilizava originalmente a frequência nominal da rede para executar o ciclo de soldagem. O seu princípio é de que qualquer material que é atravessado por uma corrente elétrica sofre aquecimento pela lei de Joule, também conhecida como “efeito Joule” (RUDNEV, 2003). Esse princípio é até hoje utilizado pelas soldas elétricas comuns de eletrodo e a ponto (SILVA, 2011).
O fato da frequência utilizada ser a mesma da rede elétrica ou até mesmo se conseguindo elevação da frequência por outro processo (até 1kHz), causava o efeito “costura” no tubo conforme pode ser visto na figura 7. Assim para manter uma solda mais uniforme era necessário controlar a velocidade da linha.
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Figura 7 – Efeito costura
Com a evolução dos geradores de solda, as frequências de soldagens se elevaram para algo em torno de 200~1000kHz, fazendo assim com que o efeito “costura” desaparecesse (SILVA, 2011).
A bobina mostrada na figura 8 é o componente responsável pela introdução da corrente elétrica na chapa. Um sistema convencional de aquecimento por indução consiste em uma carga em formato cilíndrico envolvido por uma bobina de indução com uma ou mais voltas (RUDNEV, 2003).
Figura 8 – Bobinas de indução
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Analogamente, o conjunto pode ser comparado a um transformador de corrente onde o primário é a própria bobina e o secundário é o tubo. Não há contato entre o indutor e o material base consequentemente a transferência de energia é constante. O processo de aquecimento do tubo ocorre de fato quando neste, é aplicado um campo magnético variável. Empregando a lei de Faraday, temos que a tensão induzida por este campo é proporcional à taxa de variação do campo.
e = - N dФ (2)
dt Onde: e = volts N = Número de espiras Ф = Campo magnético
Na figura 9 temos uma imagem térmica da região da solda.
Figura 9 – Imagem térmica da região da solda
Outro elemento importante no processo de soldagem ERW é o Impeder. O nome vem do inglês e não há uma tradução literal, mas sua real função é aumentar a impedância (resistência) à dissipação das linhas de campo geradas pela bobina fazendo com que essas linhas se concentrem na região onde realmente interessa aquecer, o “vee” de solda. Como a corrente elétrica é um fenômeno superficial, tende a percorrer a
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superfície dos materiais condutores e o Impeder evita que essa corrente se direcione para o lado interno do tubo (figura 10) direcionando a circulação para as bordas abertas do tubo até o “vee” de solda.
Figura 10– Aplicação do Impeder
2.3 Fases do processo de fabricação de tubos de aço
Conforme afirma Halmos (2006) a principal parte de uma linha de fabricação de tubos por rolos é a Conformadora, mostrada nas figuras 11 e 12. É ela que fornece energia e suporte às ferramentas de conformação. Dentre os vários modelos de conformadoras existentes (para telhas, vigas, perfilados), neste trabalho será tratado apenas sobre as conformadoras de tubos de aço.
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Figura 11: Conformadora padrão: 1 – Castelo, 2 – Passes
Fonte: Roll Forming Handbook
Durante a conformação por rolos, a chapa de aço inserida no início da linha é gradualmente conformada por vários rolos até atingir um formato final arredondado. A essa graduação esquemática dá-se o nome de “flor”. A cada etapa da flor, o conjunto de rolos responsável por fornecer a energia de conformação é chamado de “passe”. O ferramental que executará o passe está apoiado mecanicamente em estruturas chamadas de “castelos”. Após atingir o formato redondo, o tubo é então soldado pelo processo ERW podendo seguir para o processo adiante que é o ajuste do diâmetro externo final chamado de Calibração ou Sizing.
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Figura 12: Linha de conformação por rolos
Fonte: MHP Mannesmann Präzisrohr GmbH Somente após o tubo ser soldado é que ele chegará ao seu perfil
final, podendo então continuar redondo ou sofrer uma mudança de formato ficando por exemplo quadrado, retangular ou com um perfil especial. Na figura 13 tem-se a conformação gradual da chapa até o perfil final.
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Figura 13 – Passes graduais até o perfil final.
Fonte: M Software GmbH
A quantidade de passes é fundamental para a assertividade do produto final. Muitos passes tornarão o processo caro, pois aumentarão o custo de ferramental (compra e manutenção), além do aumento do tempo de ajuste. Poucos passes distorcem o produto devido ao carregamento excessivo aplicados ao material, aumentando o nível de refugos e retrabalhos (HALMOS, 2006).
Fred Gradous (1966, apud HALMOS, 2006, p5-3) desenvolveu o primeiro método “científico” para determinar a quantidade de passes necessária a uma formadora. Este método foi utilizado por muitos projetistas até a década de 80 e era baseado puramente em sua experiência. Tendo como referência uma linha já em funcionamento, o projetista apenas analisa o processo e opta por mais ou menos passes do que já está em operação.
Posteriormente começaram a ser inseridos no mercado técnicas computacionais capazes de calcular as tensões criadas no processo de conformação, recomendar a quantidade de passes necessária e também orientar de forma mais correta quanto à sequência de passes do perfil.
GRADOUS, F., Roll form design - how many passes? Tool. Prod., June, 1966. In: HALMOS, Roll Forming Handbook, Boca Raton, CRC press, 2006.
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O resultado deste cálculo é comumente chamado de “flor do perfil” e pode ser representado na sua forma sequencial na figura 14 ou através da superimposição dos passes vista na figura 15. No entanto, até hoje ainda é fundamental o papel do projetista para aceitar ou modificar as informações do software, estabelecendo o número correto de passes.
Figura 14: Flor sequencial Figura 15: Flor em superimposição
Durante o processo de solda a temperatura para a fusão das bordas pode alcançar a ordem de 1500ºC (SCOTT, 2005). A partir deste máximo, a temperatura diminui à medida que saímos de forma circunferencial da zona de solda. O resfriamento do tubo logo após a soldagem é muito rápido o que provoca uma fragilização da zona soldada, a qual varia aproximadamente de 2 a 3 mm (ARRUDA, 2012).
Para evitar essa fragilização, após a solda é previsto um tratamento térmico da zona soldada (figura 16) em uma temperatura de aproximadamente 950ºC ainda em linha.
Figura 16: Tratamento térmico após a solda
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Esse tratamento térmico também realiza o aquecimento do tubo pelo processo de indução, porém, diferentemente da soldagem, a região atingida por esse aquecimento é maior na sua largura quando comparado à ampulheta (região da solda), conforme pode ser visto na figura 17.
Figura 17: Esquema de tratamento térmico após a solda
Após o tratamento térmico, o tubo passa por um processo de resfriamento lento para deixar os cristais da estrutura do aço mais homogêneos e similares ao da matéria-prima. Esse resfriamento lento propicia uma zona de solda com dureza menor e mais adequada a suportar deformações sem trincar.
Após o tubo estar a uma temperatura normalmente abaixo de 300ºC, o resfriamento pode ser forçado por líquido. A figura 18 mostra o gráfico da curva típica de resfriamento na região da solda para alguns diâmetros e espessuras.
Figura 18: Curva típica de resfriamento na região da solda
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Quando o tubo já se encontra em temperatura ambiente, a próxima etapa é realizar o corte no comprimento desejado. Geralmente para tubulações de condução de fluidos esse comprimento pode variar de 6000 a 14000mm.
Conforme destaca Lima (2012), tanto para tubos soldados longitudinalmente quanto helicoidais, devem ser aplicados ensaios não destrutivos como testes hidrostáticos, ultrassom ou radiografia e também ensaios destrutivos conforme a norma de fabricação, projeto, emprego e fluido a ser conduzido. Somente após realizado todos os testes, o tubo está pronto para ser empacotado e seguir até o cliente.
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3 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AJUSTE AUTOMÁTICO
Neste trabalho foi adotado o modelo de referência para o
Processo de Desenvolvimento Integrado de Produtos PRODIP (Back, 2008). O modelo é composto por macro fases, fases, atividades e tarefas e é ilustrado na Figura 19.
No caso específico deste trabalho, a adoção do modelo foi importante para auxiliar no desenvolvimento da solução adotada na máquina conformadora de tubos, a qual é classificada como uma solução mecatrônica por envolver as três áreas de conhecimento: mecânica, computação e eletroeletrônica.
Figura 19: modelo PRODIP
A aplicação do PRODIP ajudou a sistematizar e tornar mais formal
o processo de informações necessárias ao desenvolvimento da máquina. Dentro do modelo, esta dissertação irá contemplar desde o plano de projeto até o projeto detalhado, seguindo para a fase de validação do equipamento.
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Não serão abordadas as fases de preparação da produção e lançamento do produto por se tratar do desenvolvimento e atualização tecnológica de uma máquina.
Neste documento as fases de projeto informacional, projeto conceitual e projeto preliminar serão abordadas de forma sucinta em função da quantidade de informações geradas. Em caso de necessidade de maiores detalhes, poderá ser consultado o documento final da disciplina DPM (Desenvolvimento de Produto Mecatrônico) criado em 2011.
3.1 Apresentação do problema do projeto
Como já explicado no capítulo 1 o principal objetivo do projeto é automatizar o ajuste da máquina para troca de espessuras. É importante ressaltar também que as principais consequências do ajuste manual são: a parada da linha (para fazer a regulagem da nova espessura), os refugos gerados pela descontinuidade do processo e a redução do tempo de disponibilidade do equipamento.
Para um mesmo diâmetro de tubo, afim de facilitar o manuseio da chapa e também melhorar a continuidade do processo as chapas de aço são soldadas umas nas outras, independentemente da espessura em uma solda de topo. Para chapas de mesma espessura o processo de fabricação é contínuo, porém para espessuras diferentes é necessário um ajuste.
Antes da implementação, o ajuste de espessura se dava quando o novo material chegava no início da linha de conformação. Nessa etapa a linha deveria ser parada para o operador fazer o ajuste da nova espessura. Com a linha parada o ajuste acontecia mediante valores de posição pré-determinado por tabelas orientativas. Em uma linha convencional o posicionamento é realizado manualmente pelo operador como mostra a figura 20. Para uma linha de grandes diâmetros (figura 21) o esforço necessário para ajustar a ferramenta é muito maior, então a manopla é substituída por motor elétrico ou alavancas longas para fazer o ajuste e normalmente são empregadas réguas graduadas fixadas na estrutura do equipamento para referência de posição.
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Figura 20: Linha convencional de pequenos diâmetros
Fonte: Adaptado de www.ziqueli.com.br 1 – Emenda de topo; 2 – Material antigo com espessura X; 3 – Material novo com espessura Y; 4 - Relógios orientativos; 5 – Manoplas de regulagem
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Figura 21: Linha convencional de grandes diâmetros
Fonte: http://en.zhlw.com.cn/ 1– Motor para ajuste de altura; 2 – motor para alinhamento horizontal; 3 – Manoplas para acionamento dos motores
3.1.1 Desperdícios com a parada para ajuste No caso da linha objeto do trabalho, os principais problemas com
a regulagem convencional eram: desperdício de matéria prima pela interrupção do processo, redução da disponibilidade da linha pelo tempo de ajuste; falta de repetitividade de regulagem (uma vez que cada operador regula a sua maneira característica); esquecimento ou regulagem mal feita podia levar a sérias consequências como quebra das ferramentas ou de eixos; ausência de rastreabilidade da matéria prima na máquina.
Para uma estimativa de desperdício foi levado em conta um tubo intermediário entre os comprimentos e espessuras disponíveis. Essa barra padrão tem comprimento de 10500mm, espessura de 10mm, massa de 614kg e velocidade de produção de 15m/min (para estas dimensões).
A cada parada de linha para ajuste de espessuras, três tubos são desclassificados, sendo dois destes descartados pela descontinuidade do processo de tratamento térmico e solda e o outro pela emenda das bobinas.
O problema na solda ocorre durante a retomada do funcionamento porque não é possível reiniciar a linha soldando normalmente sem falhas desde o ponto final (antes da parada) e o ponto inicial (retomada). Já no tratamento térmico o problema está no fato da temperatura ter que alcançar um valor em torno de 950ºC com o tubo em movimento, levando um certo tempo para alcançar esse valor. Como nestas barras a temperatura não estava dentro dos padrões elas são descartadas, pois estão fora das condições normais de produção e não atenderiam às normas.
Conforme mostra a figura 22, a parada da linha deve ocorrer antes do primeiro conjunto de ferramentas C1 ou Castelo 1. Nesse momento o tubo T2 já está condenado a descarte por possuir a emenda de topo.
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No instante seguinte à retomada da linha pode-se observar que na região da solda irá acontecer uma falha, o que leva a condenar o tubo T4. O tratamento térmico também irá condenar os tubos T4 e T5 totalizando 2 tubos descartados desnecessariamente ou cerca de 1,23t descartados a cada troca de espessura.
Segundo dados da empresa, a média de troca de espessuras no ano de 2013 foi da ordem de 2,82 trocas por dia (considerando operação em 2 turnos com 22 dias de trabalho por mês). Com base nesses dados pode-se calcular a perda estimada com tubo de referência de 10,500mm x 10mm x 239,0mm e peso de 614kg: Eventos de Setup: 62 trocas/mês. Total rejeitos: 186 barras/mês (3 barras x 62 trocas)
sendo: 62 barras por emenda, 124 por solda e Tt. Perda mensal/troca de espessura: 114,2t/mês (614kg x 186 barras ) Considerando que o tubo T5 da figura 22 possa ser destinado a outra norma que não demande tratamento térmico (tubos estruturais por exemplo) podemos considerar como perda real somente o tubo T4 onde há falha da solda. Assim o ganho real com a troca de espessura passa a ser: Perda mensal/troca de espessura: 38,1t/mês (614kg x 62 barras) Perda anual/troca de espessura: 457,2t/ano (38,1 x 12 meses)
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Figura 22: Exemplificação gráfica dos desperdícios na parada da linha
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No que diz respeito à disponibilidade da linha, foi considerado uma troca com a metade da espessura do tubo padrão (5mm). O tempo médio de ajuste para uma troca de 5mm de espessura com o sistema motorizado é de 30s por castelo. Levando em conta que o operador deve ajustar 5 castelos, o tempo total dessa regulagem é de 2,5 min (2min30s).
A partir destas informações, se a linha se mantivesse em operação durante a troca de espessuras rodando à velocidade de cruzeiro, sua disponibilidade seria incrementada em 155 minutos por mês e sua produtividade poderia ser incrementada em cerca de 135t mensais, como demonstram os cálculos abaixo:
Eventos de Setup: 62 trocas/mês operando em 2 turnos. Tempo total de ajuste: 155min/mês (2,5min x 62 trocas) Comprim. linear não produzido: 2325m/mês (155min x 15m/min) Barras não produzidas: 221 barras/mês (2325m ÷ 10,5m) Incremento mensal possível: 135,7t (221 x 614kg)
Para eliminar o descarte das peças citadas e poder incrementar a
disponibilidade da linha, o novo sistema deveria ser capaz de detectar o início e o fim de cada bobina, realizar os cálculos do posicionamento, iniciar o posicionamento de forma autônoma e garantir que a linha faça a regulagem para a nova espessura sem que haja a parada da linha para tal ajuste, perdendo assim somente o tubo com a emenda de topo. 3.2 Projeto Informacional
É de extrema importância entender o que os usuários e a empresa
necessitam pois isso implicará no sucesso ou fracasso do projeto. Vale ressaltar a importância do alinhamento de informações com as diversas áreas envolvidas da empresa, tornando assim o produto final mais customizado às reais necessidades da companhia.
Os riscos abaixo foram levantados e monitorados a cada etapa do modelo de referência. Para cada um dos riscos encontrados foi enumerado um plano de ação no caso de ocorrência.
Prazo de entrega de peças e equipamentos por fornecedores externos; Tempo para a execução e validação do projeto curto; Pessoal de apoio das áreas envolvidas com algum afastamento;
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Atraso na entrega das macro fases do projeto; Dificuldades técnicas enfrentadas pelos diversos setores em virtude do novo processo; Alinhamento e adaptação do novo processo com as novas normas ainda não aplicáveis ao processo existente;
A equipe do projeto esteve envolvida desde o plano de projeto até
a validação desta máquina sendo composta pelos seguintes setores: Projetos mecânicos (responsável pela adaptação mecânica na máquina e desenhos); Ferramentaria (responsável pela usinagem das peças); T.A.I – Tecnologia da Automação Industrial (responsável pela parte de controle e supervisão da máquina e integração com ERP); Instalações elétricas e mecânicas (responsável pela montagem final dos componentes); Engenharia de produto (responsável pela especificação dos produtos e normas que o processo deverá obedecer); T.I.C. – Tecnologia da Informação e Comunicação (responsável pela integração entre ERP e máquina)
3.2.1 Pesquisa de mercado A Tuper assume um papel de fabricante de máquinas e também
usuário final, ou seja, produz seus próprios equipamentos, entretanto não faz exploração comercial dessa característica. Assim, foi importante realizar uma pesquisa de mercado para avaliar o estado da arte dos produtos e tecnologias que estão sendo empregadas atualmente no processo de fabricação de tubos de aço por rolos.
Durante a pesquisa foi buscada a existência de algum equipamento que atendesse as necessidades da empresa. Os principais fabricantes pesquisados estão listados na Tabela 2.
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Wimaq Industrial Ltda http://www.wimaq.com.br/empresa.html Ziqueli Ind. Mecânica http://www.zikeli.com.br/home/ Oto Mills Spa http://www.otocompany.com/ Olimpia 80 http://www.olimpia80.com/index.htm Nakata Mfg. CO., Ltd http://www.pt.nakata-mfg.com/ SMS Meer Gmbh http://www.sms-meer.com/en/home.html Officine MTM Spa http://www.mtmmachinery.com/mtm.asp Zhonghui Cold Forming Co., Ltd.
http://www.zhlw.com.cn
Tabela 2: Principais fabricantes nacionais e internacionais
Em síntese, dentre os equipamentos nacionais não foi localizado nenhum fabricante que atendesse as faixas de diâmetro e espessura necessária para esta linha. Alguns equipamentos estrangeiros atendem integralmente os requisitos no que diz respeito às dimensões do tubo fabricado, porém atendem parcialmente quando o assunto é a regulagem de setup. Mesmo em alguns modelos mais avançados o ajuste ainda é feito pelo método convencional (manual) ou então foram incorporados motores para facilitar o ajuste em espessuras maiores. Nenhuma das empresas pesquisadas apresentam máquinas com uma regulagem automática para variação de espessuras.
3.2.2 Leis e normas técnicas Para o projeto e adaptação desta máquina foram observadas as
normas técnicas vigentes no mercado com relação ao equipamento para poder garantir sua validação no que diz respeito à operação e também quanto às normas em que os produtos serão submetidos (tubos de aço).
As normas mais importantes utilizadas neste projeto foram a NR10 (Segurança em instalações e serviços em eletricidade) e NR12 (segurança em máquinas e ambientes de trabalho). Normas exigidas pelo processo de fabricação estão no Anexo A.
3.2.3 Necessidades e requisitos dos usuários Para poder gerar uma lista de especificações do projeto que atenda
todas as expectativas, foram feitos levantamentos das reais necessidades deste novo modelo de operação. Como este trabalho trata de um projeto
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de evolução de um processo já existente na empresa e não trata de um projeto de fins comerciais, os usuários são as pessoas internas envolvidas neste processo e que exercem diretamente influência no produto acabado como pessoal de operação, manutenção, engenharia, qualidade e supervisão da planta.
Conforme sugerem Swanson e Hauser (1995, apud Back, 2008, p211), foi montado e aplicado aos usuários da linha um questionário, o qual aparece no Apêndice A. Após uma análise criteriosa das respostas foi possível estabelecer as necessidades dos usuários que estão listadas na tabela do Apêndice B.
Seguindo a metodologia do PRODIP (Back 2008) essas necessidades foram desdobradas e agrupadas em requisitos dos clientes/usuários para auxiliar na determinação do grau de importância de cada item.
3.2.4 Requisitos e especificações do projeto Os requisitos do projeto são as informações dos requisitos dos
usuários tratadas de forma a gerar uma informação quantitativa desses dados, ou seja, tornar as necessidades dos usuários em padrões de comportamento que podem ser medidos por números ou conforme Reich (1996, apud Back, 2008, p219), expressam a “voz da engenharia”.
Para transformar o resultado do levantamento de dados e pesquisa, em informações quantitativas, foi utilizado o método desdobramento da função qualidade (QFD). Desta maneira as necessidades dos usuários foram convertidas em requisitos dos usuários, pontuando os principais requisitos do projeto com um grau de importância, os quais podem ser vistos no Apêndice C.
Com a lista das especificações formuladas, é importante que antes da aprovação final seja realizada uma avaliação se as especificações levantadas realmente atenderão o escopo do projeto. As especificações do projeto listadas na tabela do Apêndice D são a síntese de todas as informações que, conforme Back (2008), estabelecem algo que é necessário, verificável e atingível.
SWANDSON, D. A.; HAUSER, J.R., The voice of the customer how can you be sure you know what customers really whant?, NSW, Australia, 1995. REICH, Y., AI-supported quality function deployment, IFAC, 1996. In: BACK, Nelson et al. Projeto Integrado de Produtos, Manole, 2008.
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3.3 Projeto Conceitual
O projeto conceitual têm por objetivo a criação de várias soluções alternativas para o mesmo problema, podendo assim comparar e combinar soluções com o intuito de encontrar e selecionar a melhor e mais inovadora concepção para o produto (BACK, 2008).
Uma linha de produção de tubos de aço por rolos é formada de muitos equipamentos que desempenham funções diversas (Apêndice E). Conforme mencionado anteriormente, este trabalho se restringe ao desenvolvimento de uma solução automatizada para ajuste de espessura, desta forma serão abordadas as partes da máquina responsáveis pelas funções de acumulação e conformação das chapas.
3.3.1 Definição da estrutura funcional A partir dos requisitos e especificações do projeto, chegou-se a
uma definição global que a uma primeira impressão pode parecer abstrata, mas é o ponto de partida para os desdobramentos seguintes. A função global do sistema para o ajuste de espessura é mostrada na figura 23 e foi indicada como o processo de “Ajustar a espessura para conformar o tubo”.
Pode-se observar que a entrada da bobina de aço com espessuras diferentes para um mesmo tipo de tubo, em conjunto com a energia de diversos processos (movimentação, elétrica, etc.) e sinais variados, geram as saídas do sistema onde se tem a energia da conformação e solda, que reverte o tubo em um produto acabado com o perfil, espessura e dimensões finais.
Figura 23: Função global do sistema
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Conforme afirma Back (2008), dificilmente se consegue encontrar ou visualizar uma solução direta que resolva o problema global em uma única etapa. Por esta razão dividiu-se então o problema global em sub funções e assim, identificou-se por partes as necessidades do problema do projeto.
Elencando as sub funções, conseguiu-se a identificação de quais áreas do conhecimento compõe o problema global, só assim foi definido com clareza as necessidades parciais da função meta do produto, conforme mostra a figura 24.
Figura 24: Desdobramento da função global
Dentro de cada área de conhecimento, têm-se diversas variações de tecnologias com diferentes níveis de complexidade. Para facilitar a solução do problema global, cada módulo tecnológico foi decomposto em funções parciais chamadas de Sub Problemas. Os sub problemas somados, formam a concepção global do sistema.
A função mecânica nesta máquina é composta por todas os componentes que compreendem desde a parte estrutural até a parte de movimentação do ferramental. Podemos dizer então que a parte mecânica é uma combinação de elementos com o propósito de apoiar a estrutura e transmitir movimento. Outra função específica da parte mecânica é a relação com o produto final que a linha produz, ou seja, o tubo de aço.
A função eletrônica é composta pela parte dos acionamentos dos motores, proteções elétricas e circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos em geral, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir e processar informações que são geradas no módulo da Automação.
O módulo da Automação é composto por todo o sistema de controle, processamento e software supervisório da máquina. Tem como objetivo principal receber as informações diretas do módulo da Mecânica,
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Eletrônica e Informática, aplicando meios para realizar o processo de ajuste da espessura da forma mais eficiente possível, e ainda dispor toda a funcionalidade de segurança para a operação e equipamentos. O módulo da Automação não é um módulo estático, podemos ter durante todo o ciclo de vida da máquina diversas alterações para manter sempre a melhor relação custo/benefício para o processo.
O módulo de Informática é o responsável pelo envio de informações do ERP (Enterprise Resource Planning) da empresa até um banco de dados intermediário onde as informações são lidos pelo módulo de Automação e então processadas diretamente em campo.
3.3.2 Desdobramentos da função global Através dos desdobramentos da função global, foram criadas sub
funções para determinar a melhor solução para resolver cada etapa ou área de conhecimento e, ao final, selecionou-se o melhor conceito que resolva o problema do projeto como um todo.
No Apêndice F podemos verificar as funções pertinentes ao desdobramento da sub função “Mecânica”. No Apêndice G podemos ver as funções pertinentes a sub função “Eletrônica”. Fazendo o mesmo trabalho para as sub funções de “Automação” e “Informática” temos o resultado expresso no Apêndice H, o qual lista todas as funções pertinentes a esta área de conhecimento.
3.3.3 Princípios de solução Indiferentemente do método adotado para achar o princípio de
solução, o resultado esperado é o mesmo: “Encontrar a solução mais viável para a função global” e por consequência as diferentes formas de resolver os sub problemas pautados por ela.
Para encontrar as soluções neste trabalho foi utilizado o método da Investigação Morfológica. Esse método consiste na discussão e levantamento de hipóteses para solução de problemas. Essa técnica baseia-se em uma pesquisa sistemática de diferentes combinações de elementos ou parâmetros com o objetivo de encontrar uma nova solução para o problema (BACK, 2008).
Para cada sub função foram listados alguns princípios de solução, os quais foram colocadas num diagrama em forma de matriz de maneira
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que as diversas soluções encontradas possam ser facilmente analisadas. Como exemplo, a matriz morfológica da sub função mecânica pode ser vista no Apêndice I.
3.3.4 Geração de concepções A partir das soluções encontradas nos quadros de matriz
morfológica, foi realizado a análise e formulação de diferentes concepções possíveis. Dentre as concepções que se sustentaram, o que distinguiu a escolha entre uma e outra foram as suas características individuais que os requisitos exigiam, sua modularidade, suas vantagens com relação a montagens e também no que diz respeito a custos do projeto.
3.3.5 Avaliação das concepções. Para o levantamento de viabilidade das concepções encontradas,
foi adotado o método chamado de “matriz de avaliação”. Esse método criado por Stuart Pugh na década de 90, compara as diversas concepções encontradas com uma concepção de referência facilitando a escolha de um conceito que se sobressaia (Back, 2008).
Para realizar esta escolha é feito uma análise de vantagens, desvantagens e igualdade de conceitos entre as opções. Uma concepção é escolhida aleatoriamente e serve de referência para comparação as demais. Nessa concepção de referência, todos os campos estão pontuados com valor nulo (zero).
Os campos de preenchimento devem ter uma pontuação individual e os respectivos pesos foram avaliados conforme levantamento da matriz casa da qualidade no anexo deste trabalho. Alguns itens listados na matriz de avaliação não se encontram explícitos na matriz da qualidade mas se reservou o direito de acrescentar essas diferenças para enriquecer mais o processo de avaliação e as possibilidades de escolha.
Cada concepção, ao final tem uma pontuação que é comparada à concepção de referência. Para a avaliação sempre que um requisito foi julgado “melhor que a referência”, este recebia a pontuação “1”. Quando a avaliação do requisito fosse julgado “pior que a referência”, recebia a pontuação “-1”, ou quando o requisito era julgado equivalente a referência, este recebia pontuação “0”.
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Uma somatória geral é dada ao final do quadro levantando as pontuações positivas, negativas e a somatória da pontuação final. A melhor escolha é aquela que teve a maior pontuação diante das outras. O quadro de avaliação das concepções é mostrado no Apêndice J. Segundo Back [2008], no final do projeto Conceitual a concepção escolhida é submetida à aprovação. A concepção aprovada é o critério para o progresso da fase seguinte.
3.4 Projeto Preliminar
Nesta fase de Projeto Preliminar foram levantados os
equipamentos que a linha já possuía e quais equipamentos deveriam ser agregados para poder fazer a integração do sistema como um todo, e com isso, resolver o problema do projeto. Conforme descrito no projeto conceitual, a função global foi desdobrada em quatro áreas de conhecimento gerando concepções em cada uma dela. Essas concepções serão tratadas individualmente em forma de módulos nos tópicos abaixo.
3.4.1 Módulo de Mecânica Este módulo têm por principal função fazer a movimentação dos
eixos onde estão apoiadas as ferramentas para ajustar a espessura e também movimentar a matéria-prima dentro da máquina. Os componentes envolvidos são:
- Servo motores (para posicionamento); - Caixa de redução; - Fuso trapezoidal; Servo motor:
Para o projeto em questão, o servo motor é o principal componente
mecânico para o ajuste de espessura pois é ele quem faz o controle de movimento e posicionamento físico da ferramenta mediante a espessura que está em produção. Para o equipamento foi utilizado servo motores da marca Siemens da linha 1FT7 e o critério de escolha do motor se deu com base na linha de drives já existentes na máquina, o qual é detalhado no capítulo 3.4.3
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Esta linha de motores possui uma interface de comunicação que faz o feedback do valor de posição para o acionamento. Não só o encoder ou resolver se comunica com a unidade de controle, mas toda a parte de potência também através de um protocolo chamado Drive-Cliq proprietário Siemens.
Figura 25: Interface Drive Cliq
Fonte: Sinamics S120 Equipment Manual
A interface Drive-Cliq (figura 25) é o componente central do sistema de acionamento (motor + drive + unidade de controle) pois é através dela que é suportada toda a comunicação de dados entre os seus componentes (encoder, módulos de alimentação, placas adicionais, unidade de controle, unidade de potência, entre outros.). O esquema de ligação do motor e do encoder pode ser visto na figura 26.
Figura 26: Ligação do encoder do motor na rede Drive Cliq
Fonte: Drive-Cliq the open encoder interface for the Sinamics drive family
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As informações para o dimensionamento do motor foram fornecidas pela equipe de projetos mecânicos da empresa (capítulo 3.1). De acordo com a norma EN 600034-1 os valores nominais de placa dos motores são aplicados para operação S1 (serviço ininterrupto com carga constante) onde o motor trabalha o bastante para que uma condição de estabilização térmica seja alcançado. Dessa forma, para a determinação do motor foi levado em consideração os seus valores nominais de operação. Detalhes da curva de torque e velocidade do motor podem ser vistas no Anexo B.
Caixa de redução: No projeto foi utilizado um sistema de redutor planetário conforme
figura 27. O redutor planetário é formado por uma engrenagem principal e pinhões planetários que orbitam em torno da engrenagem. Essa construção oferece elevado rendimento comparado aos outros modelos de redutores.
Como a aplicação no projeto é de movimentação com posicionamento, o redutor planetário também oferece melhor precisão com baixo backlash quando comparado outros modelos de redutores.
Figura 27: Redutor planetário Fonte: Transmital Bonfiglioli
Parafuso de potência: O parafuso de potência, também conhecido como fuso, é um
componente mecânico que se assemelha a um parafuso e que trabalha acoplado a uma porca encaixada ao componente que se deseja movimentar. Dessa forma o fuso é o elemento que converte o movimento
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de rotação do motor em translação no equipamento. Na figura 28 temos a foto do fuso trapezoidal utilizado na máquina.
Figura 28: Fuso trapezoidal
Mesmo o fuso trapezoidal não tendo um rendimento muito bom comparado a um fuso de esferas, foi utilizado o modelo trapezoidal principalmente devido à carga necessária na aplicação.
3.4.2 Módulo Automação
O módulo de automação é responsável por fazer todo o processamento das informações oriundas da linha. As informações, após processadas, são enviadas para os respectivos equipamentos distribuídos como drives, supervisório e banco de dados. Os componentes envolvidos neste módulo são:
- CLP; - Rede de comunicação; - Sensor de leitura da emenda; - Encoder;
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CLP No projeto não foi especificado nenhum Controlador Lógico
Programável (CLP), pois a intenção era agregar a função de ajuste automático da espessura no controlador já existente. O modelo do controlador utilizado na linha é um CLP de médio porte da Siemens modelo S7317-2 PN/DP, o qual pode ser visto na figura 29.
Figura 29: CLP S7317-2 PN/DP Fonte: Catalogue ST70 Siemens
Este modelo de CPU, mesmo sendo de médio porte, oferece um alto desempenho e conseguiu atender facilmente aos requisitos de processamento e recursos necessários ao projeto, além de possuir integrada ao hardware uma interface de comunicação Profibus e outra Profinet para comunicação com os drives, sem a necessidade de placa adicional para esta tarefa.
Rede de comunicação: O protocolo escolhido para executar a comunicação entre o CLP e
os drives foi o Profinet. O Profinet é uma adaptação do protocolo Ethernet Industrial para Automação (Profibus & Profinet International, 2010). As principais características levadas em consideração para a escolha foram:
- Funcionalidades de T.I. (acesso remoto, serviços web) - Possibilidade de conectividade distribuída wireless ou cabo; - Tempo real e determinismo (alto desempenho); - Menor tempo de varredura comparado ao Profibus;
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Sensor para leitura de emenda: Dois sensores de contraste a laser foram utilizados para fazer a
identificação da emenda de chapas. Esses sensores têm seu funcionamento parecido com a de um sensor fotoelétrico com a diferença de que a detecção acontece não pela interrupção da luz, mas sim pela maneira que a luz é refletida pelo material, retornando ao sensor. Os sensores utilizados são do modelo QS30LDQ da marca Bunner e podem ser vistos na figura 30.
Figura 30: Sensor difuso a laser
1 – Rodízio do encoder; 2 – Sensor QS30LDQ
No sistema, a identificação da emenda é um dos pontos chave, pois
é a partir dele que se inicia o ciclo de atualização das informações da matéria-prima e também a referência quanto à posição real da emenda.
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Encoder: A partir do momento da detecção de uma nova emenda, um
encoder acoplado a um rodízio em constante contato com a chapa de aço permite conhecer a posição da emenda dentro da linha de conformação.
É necessário a informação da posição da emenda para iniciar o posicionamento dos motores no momento mais apropriado. No projeto foi utilizado um encoder do tipo incremental de 2500 pulsos/rotação programável da marca SICK modelo DFS60 e a leitura desse componente é feita a partir de um cartão de entrada rápida (figura 31) conectado remotamente ao CLP através da rede Profinet.
Figura 31: Cartão para leitura de encoder e suas conexões Fonte: Simatic ET200S Technological Functions, 2010
3.4.3 Módulo eletroeletrônica
Este módulo é responsável pela parte elétrica da movimentação dos
eixos nos quais estão apoiadas as ferramentas da máquina. É também diretamente ligado ao acionamento dos motores de posicionamento através da parte de potência e também a parte de automação através da unidade de controle. Os principais componentes nesse módulo são o drive e seus agregados.
A linha de drives que já estava sendo utilizada na máquina era o Sinamics S. Essa linha de equipamento tem a característica de ser modular, ou seja, para formar um conjunto de acionamento são necessários três componentes no mínimo:
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- CU (Control Unit) ou unidade de controle responsável pelo processamento das malhas de velocidade, corrente e posicionamento, além dos valores de Set point, feedback, monitoramentos e comunicação.
- Line Module ou Módulo de linha que é responsável pela retificação da tensão de entrada convertendo essa alimentação trifásica alternada em contínua e disponibilizando essa energia em um barramento DC.
- Motor Module ou módulo do motor que faz a transferência da energia armazenada no barramento DC para o motor através da modulação por largura de pulso ou PWM (Pulse Width Modulation).
Figura 32: Visão global do acionamento Sinamics S
Fonte: Sinamics S120 Equipment Manual 1 – Unidade de controle (Control Unit); 2 – Fonte DC (Active ou Smart Line module); 3 – Modulo para um motor (Single Motor Module); 4- Módulo para dois motores (Double Motor module); 5 – Modulo para um motor (Single Motor Module);
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Conforme pode ser observado na figura 32, a visão global do acionamento S120 sugere a interligação de vários motores em um mesmo conjunto de acionamento interligados entre si por um barramento comum de potência DC. A essa característica dá-se o nome de Multi Eixos e sua principal vantagem está no fato de todos os drives compartilharem a mesma unidade de controle e a mesma fonte de energia para o acionamento dos motores.
Todos os componentes do sistema necessários para a aplicação do controle de movimento estão interligados em uma única rede de comunicação de alto desempenho chamada Drive Cliq. Para o caso dos transdutores de posição, por exemplo encoders, a própria interface Drive Cliq fornece tensão de alimentação 24/5Vcc e também informação de outros sinais pertinentes ao motor como transdutor de temperatura, dados elétricos nominais de fábrica como tensão (V), corrente (A), torque (Nm), número de série, código identificativo, entre outros.
A grande vantagem desse tipo de tecnologia está no fato de simplificar a colocação em serviço, pois todos os dados do motor, encoder e módulo de potência são identificados automaticamente através da comunicação de dados entre o motor e a unidade de controle conforme mostra a figura 33.
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Figura 33: Componentes com comunicação Drive Cliq
Fonte: Sinamics S120 Equipment Manual
3.4.4 Módulo Informática
Este módulo tem por finalidade apresentar as informações geradas na máquina e também fazer a integração do ERP da empresa, complementando os sistemas de gerenciamento e chão de fábrica. Dentre as principais finalidades do módulo pode ser destacado:
- Utilização de Banco de dados; - Atualização do Supervisório da aplicação;
O banco de dados escolhido para a aplicação foi o PostgreSQL. O Postgre é um sistema gerenciador de banco de dados com código aberto, sem custos de aquisição e compatível com linguagem SQL (Structured Query Language) ou Linguagem de Consulta Estruturada. A conexão
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com o banco de dados é feita através de drivers ODBC (Open Data Base Connectivity) de duas formas: entre o ERP e BD (Banco de dados) e entre o supervisório e BD como mostra a figura 34.
Figura 34: Conectividade entre ERP<->BD<->Supervisório<->CLP
O supervisório já existente na linha era o WinCC Flexible 2008 da empresa Siemens. Logo, para o desenvolvimento da aplicação foi apenas incorporado as telas referentes ao controle de ajuste de espessura.
No final desta etapa do projeto conceitual temos o levantamento dos principais componentes que estruturam o sistema, subdivididos em módulos e estabelecendo os meios utilizados na solução da função global.
3.5 Viabilidade econômica
O custo levantado para a implementação da concepção foi da ordem de R$113.000,00 como mostra a tabela do Anexo C.
Para calcular o ROI (Return on Investment) ou o retorno de investimento foi considerado a soma das barras que teriam eliminação evitada mais o incremento de produção, multiplicados pelo custo médio da matéria prima que é de R$ 2,39 por kg.
Conforme demonstrado no capítulo 3, as barras que têm segregação evitada acumulam 38,1t/mês. Se multiplicarmos essa massa pelo custo médio chegamos a uma receita mensal de: R$91.059,00. Se considerarmos que essas barras poderiam ser revendidas como sucata ao preço médio de mercado em R$1,80 teríamos um valor de retorno de
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R$68.580,00. Então com as barras salvas o valor recuperado de fato é de R$22.479,00 por mês.
O incremento da produtividade por sua vez poderá gerar uma receita total de R$324.323,00 com as 135,7t mensais.
Considerando que a linha opera 22 dias por mês, o produto acumulado diariamente com a automação é de R$15.763,72. Dividindo o custo da automação pelo produto gerado diariamente temos um tempo de retorno de investimento de 7,2 dias.
Neste estudo a produção foi estimada com base no tubo padrão, somando as barras que seriam desperdiçadas e o aumento da disponibilidade, sem considerar os tempos de troca de ferramental para mudança de diâmetro.
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4 PROJETO DETALHADO
A fase de elaboração do projeto detalhado do produto destina-se a vários propósitos: aprovação do protótipo; finalização das especificações dos componentes; detalhamento do plano de manufatura; e preparação da solicitação de investimento (BACK, 2008).
Adaptando o modelo proposto pelo PRODIP para o desenvolvimento e atualização tecnológica da máquina, o projeto detalhado buscou arrematar todo o sistema arquitetado na fase anterior para poder gerar como saída desta fase não a preparação da produção como sugere o modelo, mas sim a preparação da validação do projeto com os testes em campo. 4.1 Integração com sistema ERP
A primeira tarefa da automação do ajuste de espessuras foi a
integração entre os vários níveis de sistemas existentes na empresa que vão desde o chão de fábrica até o nível de sistema de informação corporativo. Para Groover (2001) podemos identificar cinco tipos possíveis de automação dentro de uma empresa. Esses níveis de automação formam uma pirâmide que pode ser vista na figura 35.
Para poder atuar diretamente na máquina (nível 1) com as informações da matéria-prima (chapa de aço) armazenadas no nível 5, a estratégia encontrada foi disponibilizar todas as informações comuns em um banco de dados intermediário. O ERP (nível 5) envia ao banco de dados intermediário os dados necessários ao processo e do outro lado, o processo devolve ao BD todas as informações e ações ocorridas durante a operação de ajuste.
Os dados entre os níveis são trocados a partir de um driver ODBC (Open Database Connectivity), para o banco de dados PostgreSQL em ambos os sentidos (máquina e ERP).
ODBC - Open Database Connectivity, é uma tecnologia padrão para o acesso a banco de dados ou outros aplicativos como Word ou Excel por meio de uma biblioteca de funções pré-definidas, criadas pelo SQL Access Group. Basicamente, ODBC oferece uma interface padronizada de funções, um conjunto de rotinas e padrões estabelecidos por um software para utilização de suas funcionalidades que serão utilizados por programas aplicativos como o supervisório da linha, isto é, programas que
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não querem envolver-se em detalhes da implementação do software, mas apenas usar seus serviços.
Figura 35: Pirâmide da Automação Industrial
Fonte: http://www.automacaoindustrial.info/a-piramide-da-automacao-industrial/
O software supervisório, já instalado previamente no equipamento
é o WinCC Flexible 2008 da Siemens. Este supervisório tem suporte a ODBC através de scripts que podem ser programados em linguagem Visual Basic. Um exemplo de script utilizado na aplicação para fazer a leitura das bobinas carregadas pode ser visto no Apêndice M.
As principais informações recebidas do ERP pelo BD intermediário são: Lista de OPs (Ordens de Produção); relacionamento entre bobina e OP. As principais informações enviadas ao BD para o ERP são: Bobinas carregadas na máquina; cálculos realizados para o ajuste do posicionamento.
4.2 Carregamento de bobinas na máquina
A alimentação de chapas na formadora é feio por uma linha de entrada composta por um desbobinador (função de desenrolar as bobinas), uma estação de corte e emenda (onde é realizado a solda de topo) e um acumulador vertical (figura 36) que acumula as bobinas depois da emenda
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de topo, garantindo assim que o processo de alimentação de chapas na com formadora seja contínua, mesmo enquanto se está realizando outra emenda de topo.
Figura 36: Acumulador vertical
O primeiro passo para a entrada da bobina na máquina se dá fazendo a leitura do material com um scanner de mão. A leitura é feita a partir de um código de barras e a informação do código é analisada pelo sistema supervisório. Caso o material da bobina informada seja coerente com o material da OP (ordem de produção) em operação, o sistema registra a informação em uma tabela, liberando a bobina para
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carregamento no acumulador. Caso contrário, a bobina é rejeitada e o operador deverá escolher outra matéria-prima.
Cada bobina carregada no acumulador, gera um novo registro no banco de dados. Estes registros produzem uma fila de espera do tipo FIFO (First In - First Out) ou Primeiro a Entrar, Primeiro a Sair. O número de bobinas carregadas no FIFO varia conforme as dimensões do tubo a ser produzido. Tubos com espessuras pequenas têm quantidades menores de bobinas acumuladas enquanto que tubos com espessuras maiores podem chegar a 15 bobinas acumuladas. O modelo da tabela utilizada no BD para montagem do FIFO é visto na figura 37.
Essa tabela não é acessada pelo pessoal de operação da linha de forma direta como mostrado na figura 37. Ela é acessada na forma de aplicativo da máquina conforme pode ser visto na figura 38.
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Figura 37: Tabela do BD contendo o FIFO de bobinas
A parte com os campos em branco na figura 37 (null) se refere às
bobinas que ainda estão no FIFO para serem processadas. Em nível de
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operação é montado no supervisório uma tela equivalente, a qual apresenta o resultado da leitura do sistema feita pelo supervisório mostrando todas as bobinas que ainda estão, ou já foram processadas no FIFO.
Figura 38: Lista das bobinas carregadas (tela do supervisório)
Maiores detalhes sobre os campos utilizados na tabela do FIFO encontrão se no Apêndice L.
4.3 Marcação e identificação da emenda de topo
A marcação da emenda pode ser considerada o item mais importante para a confiabilidade do sistema, pois é a partir dela que todas as informações são processadas. Para fazer a identificação foi utilizado o sensor descrito no capítulo 3.4.2. O acionamento dos sensores se dá através de uma pintura feita no material a cada nova emenda como mostra a figura 39.
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Figura 39: Sistema de pintura para identificação da emenda
1 – Chapa de aço; 2 – Pistolas de pintura; 3 – Pintura no material; 4 – Botão de reconhecimento da pintura
O sistema de pintura (2) realiza a pintura na matéria prima (1) a cada nova emenda de chapa. A pintura na cor branca (3) fica exposta e pronta para ser identificada pelos sensores antes da entrada da emenda na formadora. Como essa identificação é o ponto chave do sistema, foi criado um botão (4) para que o operador reconheça visualmente que a pintura foi realizada corretamente.
A cada nova emenda de chapa deve ser pressionado este botão para que a nova bobina possa entrar no acumulador de chapas.
4.4 Metrificação da bobina
A metrificação da bobina ocorre continuamente. O valor inicial de cada bobina é restaurado com o evento de detecção de uma nova bobina feita pelo sensor de identificação de emenda e o sistema de pintura. O Encoder é o dispositivo responsável pela informação do deslocamento e
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o processamento dessa informação é feita internamente no CLP da linha, devolvendo ao sistema supervisório a posição real da emenda em unidade de engenharia.
Para o processamento do valor do encoder uma função específica foi criada dentro do CLP (figura 40). Essa função têm a tarefa de fazer a leitura do hardware e a conversão dessa informação (pulsos de onda quadrada) em um valor que possa ser interpretado pelo operador.
Internamente, o CLP calcula o valor final convertendo os pulsos do encoder em milímetros. A resolução calculada no sistema de medição é de 0,25mm conforme equação (3).
푅푒푠표푙푢çã표 =퐷 ∙ 휋푃푝푟
(3) Onde: D: diâmetro da roda (mm) Ppr: Pulsos por rotação do encoder
푅푒푠표푙푢çã표 =198,90 ∙ 휋
2500 = 0,25푚푚 A representação do campo “I/O” da figura 40 exibe o tipo de
informação do bloco onde: [IN] trata de valores que devem ser inseridos no bloco, [OUT] trata dos resultados ou valores obtidos como saída do bloco. O resultado da medição é colocado na saída do bloco no parâmetro “r32PosAtual” em forma de milímetros.
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Figura 40: Bloco para leitura e conversão do valor do encoder
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4.5 Programa de instruções
Uma vez detectada a presença de uma nova bobina um evento chamado “Nova fita” é disparado. Este evento é responsável por receber os dados da matéria-prima que estão no BD, fazer os cálculos necessários ao ajuste para o material que será processado na sequência e enviar os resultados aos drives, para então fazer o ajuste da espessura.
4.5.1 Cálculo do novo deslocamento
O novo deslocamento (ΔS ou Stot) é o valor que o motor superior deverá se deslocar para posicionar a ferramenta levando em consideração a sua posição atual, a posição de Set Point do motor inferior e o valor da espessura do material que está entrando na linha. Esse valor é encontrado pela equação (4).
ΔS = SpServo2 + e – PAServo1 (4)
Onde: ΔS = Deslocamento para a nova espessura (mm) SpServo2 = Set point de posição do motor inferior (mm) PAServo1 = Posição atual do motor superior (mm) e = espessura do novo material (mm)
O resultado dessa equação é importante para determinar se o deslocamento será de abertura (espessura atual < nova espessura) ou fechamento (espessura atual > nova espessura) da ferramenta.
4.5.2 Velocidade de posicionamento dos servos A segunda variável a ser calculada é a velocidade de
posicionamento dos servos (VPS). Essa velocidade pode ser alterada pelo pessoal de operação podendo variar de 50 a 150% da velocidade nominal do motor. A nível trabalho automático, esse valor foi fixado sempre na máxima velocidade nominal (100%) para o melhor rendimento do tempo de ajuste, deixando que o valor fique variável apenas para a condição de movimento manual.
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Vps = Rm * p (5) i 60 Onde: Vps = Velocidade de posicionamento do servo (mm/s) Rm = Rotação do motor (rpm) i = Relação de redução p = passo do fuso (mm)
4.5.3 Tempo necessário para o posicionamento da nova espessura Inicialmente o cálculo do tempo total de posicionamento para
variação de espessura (ttotal) levava em consideração a situação perfeita onde a velocidade partiria de zero até a velocidade máxima, retornando a zero no instante final do posicionamento, o que se assemelha com uma onda quadrada. Na prática o que ocorre é que a velocidade do motor pode ser representada por um diagrama de deslocamento trapezoidal, como mostra a figura 41.
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Figura 41: Diagrama de posicionamento
Para determinar o tempo total do posicionamento, o gráfico da figura 41 foi dividido em 3 partes: ta, tk e td. É necessário calcular o tempo e posição em cada etapa do deslocamento de forma separada, afim de compor o tempo total de posicionamento. Conhecendo a velocidade máxima de posicionamento do servo motor (equação 5) e a aceleração do servo (parâmetro do drive) podemos aplicar Torricelli para definir o espaço percorrido em ta e td.
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V2 = Vo2 + 2α ΔS (6) ↓
SetPoint Velocidade2 = 02 + 2*SetPoint Aceleração * ΔSa,d (7)
↓
ΔSa,d = SetPoint Velocidade2 (8) 2 * SetPoint Aceleração
Onde: ΔSa = Espaço percorrido na aceleração do motor ΔSd = Espaço percorrido na desaceleração do motor
Com o valor do espaço percorrido durante a fase de aceleração (Sa) e desaceleração (Sd), é possível calcular o espaço percorrido durante a fase de velocidade constante (Sk)
ΔSk = Stot – (ΔSa + ΔSd) (9) Onde: ΔSk = Espaço percorrido durante a velocidade constante do motor Stot = Deslocamento para a nova espessura
Com o set point de velocidade e o espaço percorrido no instante Sk
pode ser calculado o tempo para realizar o posicionamento na fase tk:
tk = ΔSk . (10) SetPoint de Velocidade
Para Calcular o tempo nas fases ta e td foi utilizado a equação da função horária do movimento uniformemente variado:
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S = S0 + v0 . t + α t2 (11)
2 ↓
S - S0 = v0 . t + α t2 (12) 2
↓ 0
ΔS = v0 . t + α t2 (13) 2
↓
(14) Portanto o tempo total do posicionamento foi definido pela
seguinte equação:
(15)
4.5.4 Cálculo do novo set point para o motor superior
O valor de set point para o motor superior é determinado pelo
fluxograma da figura 42 e serve como referência de posição que será enviado pelo CLP ao drive motor superior. Esse valor é calculado em mm e em seguida transformado na unidade de medida do drive que é descrito no capítulo 4.5.5.
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Figura 42: Fluxograma para determinar o set point de posição do motor superior
Onde: SpServo2 = Set point de posição do motor inferior (mm) SpServo1 = Set point de posição do motor superior (mm) ΔS = Deslocamento para a nova espessura (mm)
4.5.5 Normalização e envio das variáveis aos drives
O valor de set point calculado é enviado ao drive para que possa executar o posicionamento da ferramenta. O resultado obtido no cálculo não pode ser enviado diretamente ao drive, pois são valores encontrados em unidades de engenharia. Antes de ser enviado esta informação precisa ser normalizada para uma unidade de medida reconhecida pelo drive.
Então, a normalização das variáveis é o estabelecimento da relação entre a parte mecânica (unidade de engenharia: mm) e eletrônica (LU). Em se tratando de posicionamento, a unidade dimensional no drive Sinamics S é chamado de LU (Length Unit) ou unidade de medida. Logo, essa unidade de medida é neutra, podendo ser mm, polegadas, graus, entre outros, conforme a aplicação necessitar. O valor da relação de redução também deve ser levado em consideração na normalização e o valor encontrado em mm é convertido para LUs sendo então enviada como set point de posição ao drive.
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4.5.6 Velocidade atual e velocidade máxima de operação da linha O passo seguinte ao cálculo do novo set point de posicionamento
é obter a velocidade máxima de operação da linha. Com esta informação, podemos verificar em função da velocidade atual da máquina, se haverá ou não tempo suficiente para realizar posicionamento de forma segura. A velocidade máxima de operação da linha é dada pela equação (16).
VMDL = DC - ISD * 60 . (16)
Tp 1000
Onde: VMDL = Velocidade máxima de deslocamento da linha (m/min) DC = Distância do castelo (mm) (parâmetro figura 54) ISD = Incerteza do Sistema de Detecção (mm) (parâmetro figura 54) Tp = Tempo total para o novo do posicionamento (s) (equação 15).
Caso a velocidade atual de operação da linha não ofereça o tempo necessário para o posicionamento do ∆S, um alarme é atuado no supervisório informando esta condição. A velocidade da linha é imediatamente reduzida para o valor máximo calculado, possibilitando assim que a regulagem seja feita sem prejuízos, como podemos ver no fluxograma da figura 43.
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Figura 43: Fluxograma para determinação do set point de velocidade da linha
Onde: VMDL = Velocidade máxima de deslocamento da linha em m/min (equação 16) VADL = Velocidade atual de deslocamento da linha em m/min (leitura do CLP ). VSPL = Velocidade de set point da linha em m/min (escrita no CLP)
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4.5.7 Considerações levantadas A automação no ajuste contemplou os primeiros 5 castelos da
linha. Nestes passes o tubo ainda não está soldado e as ferramentas têm contato direto na parte superior e inferior da chapa. A diferença entre elas está somente na espessura do material como mostra a figura 44.
Figura 44: Posição das ferramentas e chapa de aço
A linha objeto do trabalho possui configuração Center Line, ou seja, o tubo é conformado tendo as ferramentas posicionadas com referência ao centro do tubo, diferente da configuração Base Line onde a referência da posição das ferramentas é a parte inferior do tubo como mostra a figura 45.
Figura 45: Tipos de configuração de conformação
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Para obedecer os passes graduais de conformação, os castelos assumem valores de posição diferente entre si, fazendo com que cada ferramenta se posicione acima ou abaixo da linha de centro do tubo, dependendo do seu passe. O sistema teve que prever duas situações diferentes para atender o posicionamento de todos os castelos considerando toda a faixa de produtos da máquina. Dependendo do diâmetro do tubo as ferramentas assumem valores de posição que podem estar acima ou abaixo da linha de centro do tubo como mostra a figura 46.
Figura 46: Movimentos das ferramentas e configuração dos valores
Para um mesmo diâmetro de tubo, a ferramenta inferior se posiciona conforme determina o valor de seu relativo passe permanecendo estática o resto da produção, independentemente da espessura. Já a ferramenta superior, por sua vez, é quem vai fazer o posicionamento de subida ou descida, sempre buscando alcançar o valor da espessura da chapa. Nas figuras 47 a 49 vemos a configuração da posição do primeiro e último castelo e o comportamento da chapa com relação ao centro do tubo.
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Figura 47: Posição da chapa na entrada da linha.
Figura 48: Posição da chapa no castelo C1.
Obs.: Ferramenta inferior com posição (-) e superior com posição (+), ambas estão acima da linha de centro
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Figura 49: Posição da chapa no castelo C5.
Obs.: Ferramenta inferior com posição (+) e superior com posição (-), ambas abaixo da linha de centro
Com a informação do ΔS o sistema torna-se capaz de reconhecer as duas situações possíveis de troca de espessura, ou seja, da maior para a menor e da menor para a maior. Se a nova espessura a ser processada for menor do que o material atual (figura 50), o conjunto deverá ser “fechado”, porém, deverá aguardar a emenda passar da ferramenta para então iniciar o posicionamento.
Figura 50: Emenda de topo com redução de espessura
100
Se a nova espessura é maior do que a atual (figura 51), antes da emenda chegar na ferramenta do castelo, o conjunto já deverá estar posicionado corretamente. Nessa configuração o ponto mais importante é aguardar o momento exato para iniciar o posicionamento porque iniciando antes, à medida que o conjunto se abre a folga entre a ferramenta e a chapa vai aumentando. Com o aumento dessa folga a ferramenta perde o contato com a chapa, a qual tende a “dançar” no castelo causando danos na conformação do tubo.
Figura 51: Emenda de topo com aumento de espessura
4.5.8 Determinação do início e final do ajuste
Por último, com todas as variáveis relativas a velocidade
calculadas, deve ser calculado os valores da posição da chapa em que deve ocorrer o início e final do ajuste de espessura conforme mostra o fluxograma da figura 52.
A posição de início de setup é o valor de posição da emenda onde deverá ser iniciado o posicionamento do servo para a nova espessura. A posição de final de setup é o valor de posição calculado onde o servo já deverá estar com seu posicionamento terminado.
101
Figura 52: Fluxograma para determinar as posições de início e final de Setup.
Onde: PIS = Posição de Início de setup em mm. PFS = Posição de Final de setup em mm. DC = Distância do castelo em mm (parâmetro figura 54) ISD = Incerteza do Sistema de Detecção em mm (parâmetro figura 54) RM = Raio da Matriz em mm (parâmetro figura 54) VADL = Velocidade Atual de Deslocamento da Linha em mm/s. TP = Tempo de posicionamento (s) (equação 15) 4.6 Monitoramento da posição da emenda
O passo seguinte, com a finalização de todos os cálculos e
variáveis pertinentes à automação é monitorar a posição da emenda de topo na linha que é lida pelo encoder e então iniciar o ajuste automático de espessura, conforme demonstra o fluxograma da figura 53.
102
Figura 53: Fluxograma para monitoramento das posições de início e final de ajuste.
Onde: PAF = Posição atual da bobina em mm PIS = Posição de início de setup em mm (figura 52) PFS = Posição de final de setup em mm (figura 52) ΔS = Deslocamento para a nova espessura em mm (equação 4).
103
Em caso de erro durante o posicionamento (por exemplo um motor entrar em falha), se o ΔS for negativo (indica que espessura atual é maior que a próxima) o sistema apenas irá indicar a falha, passando ao operador a mensagem através do supervisório. Caso alguma falha ocorra quando o ΔS for positivo (espessura atual é menor que a próxima) e a emenda de topo alcançar o valor de PFS (posição final de setup) a linha é parada imediatamente para evitar algum dano mecânico com a entrada da espessura maior do que o conjunto está apto a receber.
Ao final, o operador monitora todos os eventos do sistema no supervisório através da tela referente ao ajuste de espessura como poder ser visto na figura 54.
Figura 54: Tela de controle do ajuste de espessura no supervisório
4.7 Registro dos valores calculados
Para efeitos de acompanhamento, monitoramento e histórico dos eventos, a cada nova emenda de topo todos os valores calculados são armazenados no BD para posterior verificação. Os valores são gravados conforme mostra a figura 55. A tabela completa com todos os campos está no Apêndice M.
104
Figura 55: Exemplo de registro dos dados
105
A título de explicação, o exemplo de registro mostrado na figura 54 demonstra apenas os dados do castelo C1. Para o restante dos castelos os registros obedecem a mesma sequência. Os dados são do dia 26/02/2014 onde houve 4 trocas de espessura. Foi sinalizado 3 trocas de espessuras consecutivas ocorrendo as duas situações possíveis: da espessura maior para menor e da menor para maior.
Na tabela 3 é detalhado a descrição de cada campo.
CAMPO DESCRIÇÃO “data_time” Data e horário da detecção da emenda de topo
“código_fita” Código da bobina que será processada. Esse código está presente no FIFO
“espessura_op” Informação buscada no BD que informa a espessura da chapa de aço conforme “código_fita” informado.
“setup_espessura” Informa se o sistema de ajuste automático estava ou não ligado na hora da entrada da chapa
“velocidade_linha” Velocidade real da linha no momento do registro de troca de espessura (m/min)
“c1_vps” Velocidade de posicionamento para o C1 no momento da troca de espessura (mm/s)
“c1_delta_e” Informa a variação da espessura entre o material atual e o novo (mm).
“c1_tp” Informa o tempo de posicionamento calculado para o delta_S (s)
“c1_vmdl” Velocidade máxima de deslocamento permitida à linha para realizar o posicionamento (m/min)
“c1_pis” Posição calculada em que o ajuste do castelo C1 deve ser iniciado (mm)
“c1_pfs” Posição calculada em que o ajuste do castelo C1 deve estar finalizado (mm)
“c1_sp_pos_servo1” Valor calculado como referência de posição para o motor da ferramenta superior (mm).
Tabela 3: Descrição dos campos da tabela de registro dos dados de ajuste 4.8 Programa do CLP
Como coloca Groover (2001) as ações realizadas por um processo
automatizado são definidas por um programa de instruções. São essas instruções que recebe e transmite dados e comandos necessários para o processo, originalmente realizadas pelo operador.
O programa de instruções é executado pelo programa do usuário que fica gravado dentro da memória do CLP da linha. A programação do
106
CLP foi feita em linguagem Ladder (diagrama de contatos) e também STL (Lista de Instruções) aplicando conceitos de programação estruturada, ou seja, é elaborado um modo geral de solução para determinadas funções similares a serem controladas, criando um bloco padrão com parâmetros de entrada e saída atribuíveis cada vez que este bloco é chamado.
FB (Funtion Block) ou Bloco de Função, segundo a norma IEC 1131-3 (International Electrotechnical Commission) é um tipo de bloco lógico com memória, sendo essa memória uma área de dados “própria” e retentiva, no caso do CLP da Siemens chamada de DB (Data Block) ou Bloco de dados. O mesmo bloco FB é chamado diversas vezes no programa mas os dados são armazenados cada um na sua área de memória específica, exemplo: DB_Castelo 1, DB Castelo 2... DB Castelo 5.
Com a criação de um código de programação flexível que atendeu todos as situações possíveis para todos os castelos, descritas no capítulo 4.5.7, foi criado um FB único, utilizado para o controle individual do ajuste em cada castelo, variando apenas os parâmetros de entrada e saída do bloco como pode ser visto na figura 56. O Apêndice O apresenta os detalhes de cada elemento de entrada e saída deste bloco.
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Figura 56: FB Ajuste de Espessura
108
4.9 Otimização e ajuste dos motores
Todas as malhas que compõe o sistema de controle do motor são processadas na unidade de controle (C.U.), a qual está ligada ao drive e ao motor via Drive Cliq. O esquema de controle da unidade Sinamics pode ser visto na figura 57.
Figura 57: Esquema de controle com realimentação no Sinamics
O sistema total é formado por três circuitos fechados (com
realimentação), distintos entre si e dispostos em cascata. Todas as malhas de regulação são compostas por coeficientes PI (Proporcional – Integral). A primeira malha é responsável pela regulação da posição. Apesar de ser formada por um controlador PI, a parte integral desse regulador é anulada (deixada em zero) para evitar uma ultrapassagem do nível final pretendido de posição (overshoot). A segunda malha do circuito é responsável pelo controle de velocidade e utiliza ambos os coeficientes PI. A terceira malha do circuito é a malha de corrente, que também utiliza totalmente o controlador PI.
A principal vantagem do conjunto em cascata é que é possível isolar um circuito do outro e fazer os ajustes em cada um de maneira individual, podendo obter a melhor resposta dependendo da forma como o motor irá trabalhar: modo de posicionamento, modo de velocidade ou modo torque, mostradas na figura 58.
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Figura 58: Resposta recomendada vs Modo de operação
Como comentado no capitulo 3 a tecnologia utilizada no módulo
de eletrônica é capaz de identificar todos os dados do motor através da interface Drive Cliq. Essa transferência de dados já impõe os valores otimizados para as malhas de corrente e posição, sendo necessário apenas o ajuste da malha de velocidade em cada motor.
Nesta dissertação não serão apresentados os resultados obtidos durante o ajuste das malhas de velocidade dos motores. Também não serão apresentados os ajustes das outras funções tecnológicas utilizadas na aplicação como home (zeramento), jog (movimentação manual), MDI (entrada manual de dados), compensação de backlash (folga na inversão do sentido de rotação) e limites de software e hardware pois subentende-se que todos esses ajustes são premissas básicas necessárias para o funcionamento do conjunto drive/motor em modo de posicionamento.
110
111
5 VALIDAÇÃO DA AUTOMAÇÃO
Após a implementação do programa de instruções desta nova função e montagem mecânica dos motores, iniciaram-se os testes sem a linha estar em operação. Somente após todos os testes abaixo terem sido realizados foi liberado o novo sistema para entrar em operação definitiva.
5.1 Atualização das informações no banco de dados
Como todo o sistema se baseia em uma troca de dados em tempo real com o nível 5 da empresa, o primeiro elemento a ser medido foi a velocidade com que as informações solicitadas são atualizadas pelo banco de dados. Para executar um script de consulta por exemplo, verificou-se um tempo máximo de 0,651s. Esse tempo foi medido utilizando-se o computador da própria máquina.
Considerando que a maior velocidade da linha é de 50m/min e a linha estaria em operação constante, após a detecção da emenda de topo a chapa de aço já teria se deslocado 0,54m para estar com a informação da nova espessura atualizada (equação 17).
ΔSUPD = VelMáximaLinha x TrespostaBD (17)
60
Onde: ΔSUPD = Deslocamento da chapa durante atualização de dados (m) VelMáximaLinha = Velocidade máxima operação da linha (50m/min) TrespostaBD = Tempo de resposta a uma consulta no BD (s)
ΔSUPD = 50 x 0,651 60
↓ ΔSUPD = 0,54m
Para avaliação do tempo de execução do script foi utilizado o software Navicat Lite Versão 9.1.9 conforme mostra a figura 59 rodando no PC onde o aplicativo supervisório está instalado. A configuração deste
112
PC é: Processador Intel Core i3, 4Gb de memória RAM, S.O. Windows 7 Professional 32 de bits. O servidor com o banco de dados está instalado no data center da empresa.
Figura 59: Medição do tempo de atualização de dados com Navicat
Como a ideia inicial era considerar o Guia de Entrada como referência zero, e a partir dele fazer todos os procedimentos, após esse resultado foi alterado o ponto de marcação/identificação da emenda de topo que antes era realizada diretamente no ponto da solda.
Por questões de adaptação mecânica o dispositivo de pintura foi deslocado 8,1m antes do ponto da solda. Criou-se então dois novos parâmetros na tela de controle (figura 54): Distância Sensor <-> Guia de entrada (mm) e Distância Emenda <-> Sensor (mm).
Com a alteração, operando a velocidade máxima, o sistema passou a ter 9,72s para atualizar todos os dados da nova matéria-prima a partir
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do momento da detecção da emenda (18). Com esse novo valor o tempo de atualização das informações deixou de ser um risco ao funcionamento do sistema.
TUPD = DistanciaEmenda (18) Vel.MáximaLinha
TUPD = Tempo para atualização de dados (s) Vel.MáximaLinha = Velocidade máxima operação da linha (50m/min) DistânciaEmenda = Distância entre a emenda e o GE(m)
TUPD = 8,1 . 0,83 (50 ÷ 60)
↓ TUPD = 9,72 s
Um temporizador controlado internamente no CLP é disparado com a detecção da emenda de topo. A partir desse ponto o CLP passa a fazer o monitoramento do tempo de execução da consulta. Caso nenhuma resposta seja enviada pelo banco de dados dentro desse tempo um alarme de time out entre Servidor <-> Formadora é enviado ao sistema supervisório, bloqueando o funcionamento da linha.
5.2 Teste do sistema de detecção da emenda
Inicialmente, foi instalado somente um sensor para fazer a detecção da pintura, mas este não apresentou um bom resultado. Ocorriam acionamentos involuntários ocasionados principalmente por etiquetas da usina que vinham coladas na chapa (figura 60). Pequenos riscos provenientes do contato com os rolos de tração do acumulador suficientes para mudar a cor escura e fosca do aço por um tom mais brilhante também ocasionava o acionamento involuntário.
114
Figura 60: Etiqueta da usina
Sendo assim, foi instalado mais um sensor com o feixe de luz afastado 250mm do primeiro, para garantir que as etiquetas da usina de tamanho 190x120 mm não ocasionassem mais acionamentos errôneos, assegurando que a detecção fosse realizada somente pela identificação da pintura e não por alguma outra interferência.
5.3 Calibração do sistema de pintura
Um fato presenciado no sistema de marcação foi que nem toda pintura era igual. Por mais que se tentasse estabelecer um padrão, haviam diferenças de regulagem entre um turno e outro, tonalidade da tinta, quantidade de tinta utilizada, tempo de secagem diferente em função da temperatura ambiente, umidade, entre outros.
Nestas condições os sensores de detecção da pintura poderiam atuar em qualquer parte dentro da faixa de pintura tornando impossível se criar um padrão para poder fazer a medição da incerteza do sistema de detecção por meio direto. Então, a incerteza do sistema de detecção da emenda teve de ser obtida através de um modelo prático.
115
Figura 61: representação da incerteza do sistema de pintura
Foi considerado como incerteza do sistema de pintura toda a área pintada desde a posição de total avanço do dispositivo até a posição de total recuo, como mostra a figura 61. O valor da incerteza se torna então o valor do próprio curso do cilindro de pintura que é de 250mm.
A incerteza da detecção é considerada no restante dos cálculos de forma que, para trocas de espessura menores para maiores (abertura) o castelo em operação já esteja totalmente posicionado a 250mm da nova espessura. Já para trocas de espessuras maiores para menores (fechamento), que o sistema inicie o posicionamento após 250mm da emenda. Foi criado então o parâmetro de incerteza da detecção que pode ser visto na figura 54.
116
5.4 Verificação do tempo de posicionamento
Para realizar a medição dos tempos e deslocamentos do posicionamento foi utilizado o software de parametrização dos drives da linha Sinamics S120 chamado Simotion Scout V4.3 da empresa Siemens. Esse software disponibiliza a função de osciloscópio para poder medir as grandezas envolvidas. Para fazer os testes foram fixados as seguintes variáveis:
- Velocidade de posicionamento: 100% (velocidade nominal do motor); - Aceleração 2mm/s2; - ΔS : 10mm, 1mm e 0,1mm;
O primeiro levantamento foi com um degrau de espessura de
10,00mm. A Tabela 4 demonstra os valores medidos e calculados. Os valores medidos podem ser vistos nos gráficos das figuras 62 a 65.
Calculado Medido Unid.
ΔSa 0,114 0,110 mm
ΔSd 0,114 0,119 mm
ΔSk 9,772 9,767 mm
ta 0,338 0,334 s
td 0,338 0,344 s
tk 14,46 14,580 s
ttot 15,138 15,258 s Tabela 4: Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos com ΔS
10mm
Legenda das cores nos gráficos: Marrom: Velocidade real do motor Amarelo: Aceleração/Desaceleração do motor Verde: Posição atual do eixo Azul: Estado do posicionamento
117
Figura 62: Gráfico do ttot e Stot para ΔS 10mm
dT: ttot - tempo total do posicionamento; dY: Stot - deslocamento real do eixo
Figura 63: Gráfico do ta e Sa para ΔS 10mm
dT: ta - tempo durante aceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante aceleração
118
Figura 64: Gráfico do tk e Sk para ΔS 10mm
dT: tk - tempo durante velocidade constante; dY: Sa - deslocamento real do eixo em velocidade constante
Figura 65: Gráfico do td e Sd para ΔS 10mm
dT: td - tempo durante desaceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante desaceleração
O erro entre o valor de tempo total calculado em relação ao valor de tempo total medido para fazer o deslocamento foi dado pela equação (19).
119
E = VC – VR (19) Onde: E = erro do tempo calculado; VC = indicação do valor calculado VR = valor real medido
Assim o erro do tempo calculado para o ΔS de 10,00mm ficou em:
E Δ10: 15,138 – 15,258 E Δ10: -0,12s
O segundo teste foi feito com um degrau de espessura de 1,00 mm
obtendo os valores expressos na Tabela 5. Os valores medidos podem ser vistos nos gráficos das figuras 66 a 69.
Calculado Medido Unid.
ΔSa 0,114 0,106 mm
ΔSd 0,114 0,119 mm
ΔSk 0,772 0,774 mm
ta 0,338 0,331 s
td 0,338 0,347 s
tk 1,14 1,155 s
ttot 1,818 1,833 s Tabela 5: Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos com
ΔS 1mm
120
Figura 66: Gráfico do ttot e Stot para ΔS 1mm
dT: ttot - tempo total do posicionamento; dY: Stot - deslocamento real do eixo
Figura 67: Gráfico do ta e Sa para ΔS 1mm
dT: ta - tempo durante aceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante aceleração
121
Figura 68: Gráfico do tk e Sk para ΔS 1mm dT: tk - tempo durante velocidade constante; dY: Sa - deslocamento real do eixo em
velocidade constante
Figura 69: Gráfico do td e Sd para ΔS 1mm
dT: td - tempo durante desaceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante desaceleração
Assim o erro do tempo calculado para o ΔS de 1,00mm ficou em:
E Δ1: 18,18 – 18,33 E Δ1: -0,15s
122
O terceiro teste foi feito com um degrau de espessura de 0,1mm obtendo os valores expressos na Tabela 6. Os valores medidos podem ser vistos nos gráficos das figuras 70 a 72.
Calculado Medido Unid.
ΔSa 0,114 0,046 mm
ΔSd 0,114 0,054 mm
ΔSk -0,128 0,000 mm
ta 0,338 0,221 s
td 0,338 0,234 s
tk -0,19 0,000 s
ttot 0,486 0,455 s Tabela 6: Comparação de resultados, valores calculados x valores medidos
com ΔS 0,1mm
Figura 70: Gáfico do ttot e Stot para ΔS 0,1mm
dT: ttot - tempo total do posicionamento; dY: Stot - deslocamento real do eixo
123
Figura 71: Gráfico do ta e Sa para ΔS 0,1mm
dT: ta - tempo durante aceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante aceleração
Figura 72: Gráfico do td e Sd para ΔS 0,1mm
dT: td - tempo durante desaceleração; dY: Sa - deslocamento real do eixo durante desaceleração
Então o erro do tempo calculado para o ΔS de 0,10mm ficou em:
EΔ0,1: 0,486 – 0,455 EΔ0,1: 0,031s
124
Podemos ver aqui que nos casos onde o deslocamento é muito pequeno o motor não chega a operar na fase de velocidade constante, mudando o perfil de posicionamento trapezoidal para triangular. Este tipo de situação só ocorre quando o deslocamento para a nova espessura ΔS é mínimo.
Nos casos onde o tempo calculado é maior que o tempo realizado, a diferença não oferece nenhum risco para a realização do ajuste, porque o motor irá terminar a tarefa de posicionamento antes do tempo calculado. Logo, o programa de instruções ainda deve considerar o valor calculado como referência de tempo total para o posicionamento.
Durante os testes o maior erro encontrado entre o valor medido e o valor calculado foi de 0,15s. Então o motor têm uma tendência de realizar o posicionamento com até 0,15s a mais do que o calculado. Com a linha rodando à sua velocidade máxima, esta parcela de erro representa um deslocamento linear de:
ΔSEM = VelMáximaLinha x Emax (20)
60
Onde: ΔSEM: Deslocamento do Erro de Medição VelMáximaLinha = Velocidade máxima operação da linha (50m/min) Emax: Erro máximo encontrado em ΔS10,00/ΔS1,00/ΔS0,10 (s)
ΔSEM = 50 x 0,15 60
↓
ΔSEM = 0,125m ΔSEM = 125mm
A correção do erro relativo ao tempo de posicionamento calculado foi realizada estabelecendo a soma da constante de 0,15s no cálculo do tempo total do ajuste (equação 15).
125
6 CONCLUSÃO
O principal objetivo deste trabalho, como descrito no capítulo 1, era de automatizar o ajuste de troca de espessuras da máquina e realizar esse ajuste com a máquina em funcionamento (sem parada de produção).
Pelas medições realizadas no posicionamento, observou-se que o motor apresenta uma tendência de realizar o deslocamento com 0,15s a mais do que o calculado. Com a correção deste erro, o sistema de posicionamento atendeu as necessidades solicitadas.
O método de detecção da emenda com sensor atendeu a aplicação, apresentando confiabilidade durante todo o período de teste. O sistema de marcação por sua vez, atendeu razoavelmente o projeto uma vez que sua incerteza é muito grande por ser um sistema baseado em pintura na chapa.
A integração do ERP da empresa diretamente com a linha de produção foi considerada proficiente uma vez que as informações são precisas e confiáveis. O nível de rastreabilidade do processo aumentou uma vez que todas as ações, principalmente no que trata da entrada da matéria-prima na máquina, são gravadas de forma histórica no banco de dados e podem servir para futuras consultas e qualificações de processo para determinado produto.
Com relação ao modelo de referência, cada etapa do projeto foi muito importante para alcançar o objetivo principal. Com a combinação das alterações propostas pelo projeto informacional, a concepção encontrada no projeto conceitual e a aplicabilidade no projeto preliminar, pode-se sustentar a afirmação de que o ajuste automático de espessura tornou-se um recurso muito vantajoso para esta linha de produção de tubos.
Após todos os testes realizados, com a liberação da máquina para operação e acompanhamento dos ajustes em todas as situações já comentadas nesta dissertação, pode se afirmar que o objetivo de fazer o ajuste de espessura de forma automática com a linha em andamento foi atendido com êxito.
Além do ajuste se tornar totalmente automático, outros retornos positivos foram ponderados como adaptação da regulagem para qualquer variação de espessura fora dos valores padrão de usina; a liberação do operador que pode acompanhar a troca de espessura com atenção em outros detalhes como comportamento da conformação durante a passagem da emenda de topo; melhora nas condições de operação por evitar o deslocamento do operador da mesa de operações até os castelos; aumento da segurança por dispensar a aproximação dos operadores até as
126
ferramentas e castelos; possibilidade de um aumento de vendas uma vez que a linha terá mais tempo disponível por não parar para fazer ajuste de espessura e maior índice de aproveitamento da produção também com a redução dos descartes ocasionado pela parada.
127
7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS
Ao final do trabalho, apesar de todas as especificações do projeto terem sido supridas, futuramente podem ser implementadas algumas sugestões relatadas abaixo com o propósito de aumentar a confiabilidade da automação.
7.1 Integração com ERP Se por ventura a informação da espessura no sistema não for
compatível com a espessura real, a máquina poderá processar uma informação errada. Uma maneira de evitar esse falha seria com a instalação de um sistema de medição de espessuras na entrada na máquina. Ao ser detectado a entrada de uma nova bobina, esse sistema de medição pode confrontar o valor real medido em campo com o valor lido no sistema.
Estando o valor real dentro dos patamares de limites possível para a matéria-prima atual, o processo seguiria normalmente, caso contrário o ajuste não poderá ser executado automaticamente.
7.2 Sistema de identificação da emenda
Como o sistema de identificação da emenda é realizado através de pintura não é possível garantir a homogeneidade desta. Esse arranjo carrega consigo uma incerteza relativamente grande na hora da atuação do sistema de detecção.
A sugestão para melhorar este sistema seria o desenvolvimento de um sensor capaz de interpretar as alterações físicas ocorridas na região da solda de topo, tornando-se a alternativa de sucessão para o mecanismo de pintura.
128
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REFERÊNCIAS
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APÊNDICES
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APÊNDICE A – Questionário para entrevista com usuários
Modelo de entrevista para projeto Setup de Espessura - O que você acha do modelo atual de setup de espessura? - Quão eficiente você acha a regulagem do ferramental para troca de espessura? - Qual o nível de segurança que o sistema atual disponibiliza para o ferramental? - Qual o nível de segurança que o sistema atual disponibiliza para a operação? - Quais principais dificuldades encontradas no sistema de ajuste atual? - Forneça uma lista com o que você iria sugerir para mudar o modelo de regulagem atual (mínimo 5 itens); - Você iria se opor a um modelo de regulagem totalmente automático? - Você estaria disposto a utilizar esse novo método? - O que você esperaria se o sistema fosse totalmente automático? - O que você não iria esperar de um sistema totalmente automático? - Que nível de segurança você esperaria para o ferramental e operação? - Qual o tipo de interface você se sentiria mais confortável para operar (IHM ou Supervisório)? - Quais serão os efeitos de uma falha no ajuste e o que fazer para corrigi-las? - Quais as vantagens que você deseja para um sistema totalmente automático?
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APÊNDICE B – Necessidades dos usuários
NECESSIDADES DOS USUÁRIOS
1 Facilidade de regular o ferramental 2 Segurança de operação e manutenção 3 Gravar ajustes p/ eliminar tabelas 4 Aumente a velocidade de Setup 5 Aumentar vida útil das ferramentas 6 Se adapte a espessuras fora do padrão 7 Evite erros de operação 8 Diminua desperdícios de matéria prima 9 Elevar o aproveitamento de bobinas e reduzir os rejeitos por ultrassom 10 Em caso de falhas garanta a integridade mecânica 11 Deverá detectar a emenda de chapa; 12 Que garanta uma regulagem precisa p/ não deformar o tubo; 13 Deverá detectar o início e fim de cada bobina 14 Que custe pouco 15 Fácil manutenção 16 Que evite parada da linha nas trocas de espessura 17 Ser robusto 18 Possibilite fácil reposição de peças 19 Permitir que os testes não atrapalhem a produção 20 Deverá ser fácil de operar
138
APÊNDICE C – Desdobramento da função qualidade
139
APÊNDICE D – Especificações do projeto
ITEM
DESCRIÇÃO MODO DE VERIFICAÇÃO
POSSÍVEIS RISCOS
1ª
Reduzir refugos gerados durante a troca de espessura
Comparativo antes/após a alteração (t/mês)
Escorregamentos e danos as ferramentas se mal aplicado
2ª
Interface visual de operação
Testes/adaptabilidade
Lentidão/dificuldade de adaptação dos operadores
3ª
Setup automatizado
Inexistência de contato humano durante trocas de espessura; Identificar a espessura(mm); Calcular tempos p/ posicionamento (s); Fazer deslocamento do ferramental (mm)
Informações imprecisas no sistema; Falha na detecção entre início/fim das bobinas
4ª Segurança de operação e manutenção
Atendimento as normas vigentes
Danos físicos aos operadores; Danos materiais para a companhia
5ª
Regulagem simultânea do ferramental
Velocidade de posicionamento máxima disponível em cada servo motor (mm/s)
Algum conjunto falhar e não finalizar o processo
6ª Custo de fabricação baixo
Comparação com fabricantes nacionais e internacionais listados (R$)
Custo final ser maior que o custo de um equipamento de outro fabricante
7ª Equipamentos com alta expectativa de vida útil
Análise de descontinuação da tecnologia empregada (>10 anos).
Tecnologia possuir fase de descontinuação dentro dos próximos 10 anos
140
8ª Padronização dos equipamentos
Sem grandes alterações do que já está em operação
Diferentes tecnologias empregadas dificulta a aquisição e estoque de peças sobressalentes.
9ª
Operação em diversas espessuras (da maior -> menor, da menor -> maior)
Sistema deve operar em ambos os sentidos independente da espessura atual/nova (mm)
Equipamento não alcançar todos os tamanhos de tubos normalizados nacional e internacionalmente.
10ª
Manutenção, montagem e teste dos sistemas
Tempos de manutenção (MTBF (h)) Tempos entre manutenções (MTTF(h)); Tempo x Custo de instalação (R$/h)
Esses indicadores não atenderem as metas específicas da empresa; Elevados tempos para montagem podem elevar os custos finais;
11ª Monitorar o início/fim de cada bobina
Sistema de detecção por sensor
Falha na detecção entre início/fim das bobinas
12ª Número de componentes utilizados
Comparação com modelo padrão (
Muitos componentes podem elevar os níveis de falhas
13ª
Monitorar a posição de diferença de espessura
Controle de posicionamento do início da bobina (mm)
Falha no sensor de posição
141
APÊNDICE E – linha para transformação do aço em tubo
142
APÊNDICE F – Desdobramento da função mecânica
143
APÊNDICE G – Desdobramento da função elétrica/eletrônica
144
APÊNDICE H – Desdobramento da função automação e
Informática
145
APÊNDICE I – Matriz morfológica função mecânica
146
APÊNDICE J – Quadro de avaliação das concepções
147
APÊNDICE L – Detalhes da tabela do FIFO de bobinas
148
APÊNDICE M – Detalhes da tabela dos cálculos de posicionamento
149
APÊNDICE N – Exemplo de script utilizado na aplicação
Const Server_IP="x.x.x.x" Const Server_Database="xxxx" Const Server_User="xxxx" Const Server_Password="XXXXXXXX" Const Server_DBName = """TUPER"".""xxxx""" Const Address = "[email protected]" Const ScriptName = "Mostra_Fitas_Utilizadas " '=========================================== Dim adoCon, SQL_Table, rst,j, I, nTab On Error Resume Next Set adoCon=Nothing Set adoCon=CreateObject("adodb.connection") If Err.Number <> 0 Then SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro")= Err.Number &Err.Description ShowSystemAlarm SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro") SendEMail Address, "Erro Script", ScriptName &SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro"), Address Err.Clear Exit Sub End If adoCon.open = "Driver={PostgreSQL UNICODE}; Server=" & Server_IP & "; Database=" & Server_Database & ";" &"UID=" &Server_User &"; Pwd=" &Server_Password & ";" If Err.Number <> 0 Then SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro")= Err.Number &Err.Description SendEMail Address, "Erro Script", ScriptName &SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro"), Address Err.Clear Exit Sub End If SQL_Table = "SELECT * FROM " &Server_DBName & " Order by ""entrada_fita"" DESC" Set rst = adoCon.Execute(SQL_Table) If Err.Number <> 0 Then SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro")= Err.Number &Err.Description ShowSystemAlarm "Erro: " & SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro") SendEMail Address, "Erro Script", ScriptName &SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro"), Address Err.Clear Exit Sub End If If Not (rst.EOF And rst.BOF) Then rst.MoveFirst j=0 Do j=j+1 rst.MoveNext Loop Until rst.EOF rst.MoveFirst If nTab>=j-10 Then nTab=j-10
150
End If If nTab<j-9 Then For i=1 To nTab rst.MoveNext Next End If If nTab<0 Then nTab=0 End If For i=1 To 10 SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_0") = rst.Fields(0).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_1") = rst.Fields(1).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_2") = rst.Fields(2).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_3") = rst.Fields(3).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_4") = rst.Fields(4).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_5") = rst.Fields(5).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_8") = rst.Fields(8).Value SmartTags("Table.Utilizadas\Value_" & i & "_13") = rst.Fields(13).Value rst.MoveNext Next rst.close Else SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro")= "Lista de fitas utilizadas está vazia!" ShowSystemAlarm SmartTags("Gestão PostGreSQL\Erro") End If adoCon.close Set adoCon=Nothing
151
APÊNDICE O – Descrição do FB de Ajuste de Espessura
152
153
ANEXOS
154
ANEXO A – Normas utilizadas na fabricação de tubos
155
ANEXO B – Curva de torque e velocidade do motor
156
ANEXO C – Tabela de custos levantados (preço base de 04/2011)
157
ANEXO D – História da Tuper
A Tuper iniciou suas atividades em 1971, quando um pequeno grupo de empreendedores começou a concretizar um novo negócio que ajudava a diversificar a economia regional que era predominantemente do setor moveleiro. Surgiu assim a SICAP, primeira unidade de negócio da Tuper, hoje Tuper escapamentos, produzindo escapamentos automotivos para o mercado de reposição.
Por volta de 1980 houve uma crise na matéria prima do escapamento (o tubo de aço) fazendo nascer em 1981 a unidade Tubos. Atualmente assume papel de uma das maiores fabricantes de tubos de aço carbono com solda do país.
Em 1989, foi inaugurado a unidade Telhas e Perfis, conhecida atualmente como Sistemas Construtivos, atendendo o mercado de construção, estruturas e sistemas para coberturas metálicas.
Em 2000, a Tuper expandiu sua atuação entrando no segmento de sistemas de exaustão para o mercado original – OEM. A unidade atualmente fornece produtos para as maiores montadoras do país.
No ano de 2006, a Tuper inaugurou a unidade Tubos Especiais e Componentes, voltada à fabricação de peças e componentes para indústria automotiva com tubos trefilados, tratamento térmico, corte a laser entro outros.
Em 2008, a Tuper adquiriu uma das principais concorrentes no ramo de escapamento para reposição: a Vanzin Automotive, localizada em Xanxerê.
Em 2010, a Tuper deu início à produção de tubos galvanizados com a inauguração da fábrica de galvanização. Paralelamente à ampliação industrial, a empresa criou centros de distribuição por várias partes do Brasil criando assim a Tuper Comercial.
Em 2012, foi inaugurada a planta Tuper Óleo e Gás, que produz tubos de aço carbono com o selo API (American Petroleum Institute). Esta unidade também produz tubos de aço para aplicações estruturais com perfis redondos, quadrados e retangulares, utilizados em diversos segmentos, como o da construção civil, indústria naval, sucroenergético, mineração, implementos rodoviários, entre outros.
Maiores detalhes em http://www.tuper.com.br/sobre/nossa-historia/.
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