PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO … · desenvolvimento de um protótipo,...

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Fatec Garça

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES

RICARDO FONSECA DA CRUZ

PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO

IMPRESSO

GARÇA

2014

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Fatec Garça





IMPRESSO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. Orientador: Laerte Edson Nunes

GARÇA

2014

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Fatec Garça





IMPRESSO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores: Data da Aprovação: ---/---/--- _________________________________ Prof. Laerte Edson Nunes FATEC Garça _________________________________ Prof. (a) FATEC Garça _________________________________ Prof. (a) FATEC Garça

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PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO IMPRESSO

PEDRO HENRIQUE GOMES DE OLIVEIRA NEVES1 [email protected]


[email protected]

Profº Laerte Edson Nunes²

Abstract – Industrial processes are being implemented with the support of technology, which motivated and sparked the idea of automating the process of pinning of laminated panels for drilling in Computerized Numerical Control (CNC) in a factory of Printed Circuit Boards (PCI) used in electronic equipment. Currently this process is done manually. The objective is to automate a process with low cost compared to existing equipment on the market, making this process efficient, faster, quality and accuracy. The methodology was the development of a prototype, consisting of a pneumatic drill with forward and pinning performed by pneumatic actuator, forming the package will later be sent to the CNC drilling. The structural part is metal based and adjustable tabs, and all control is done through the Programmable Logic Controller (PLC), responsible for all actions, including the security system. Keywords – PCB, automation, process. Resumo - Os processos industriais vêm sendo implementados com o apoio da tecnologia, o que motivou e desencadeou a ideia de automatizar um processo de pinagem de painéis de laminados para a furação em Comando Numérico Computadorizado (CNC), em uma fábrica de Placas de Circuito Impresso (PCI) usadas em equipamentos eletrônicos. Atualmente esse processo é feito manualmente. O objetivo do trabalho é automatizar um processo com baixo custo em relação aos equipamentos existentes no mercado, tornando esse processo eficiente, com mais rapidez, qualidade e precisão. A metodologia utilizada foi o desenvolvimento de um protótipo, constituído por uma furadeira com avanço pneumático e a pinagem realizada por meio de atuador pneumático, formando o pacote que posteriormente será encaminhado à furação CNC. A parte estrutural será metálica com base e guias reguláveis, e todo o controle será realizado por meio de Controlador Lógico Programável (CLP), responsável por todas as atuações, inclusive o sistema de segurança. Palavras Chave: Circuito impresso, automatização, processo.

1 INTRODUÇÃO

A indústria vem sofrendo alterações quase que constantemente, pois a

mesma se encontra num forte elo com a tecnologia, e a tecnologia avança a todo o

momento. Um exemplo desse avanço são as indústrias multinacionais, já que todas

elas importam tecnologia de outros países. A tecnologia, juntamente com os

recursos da mecatrônica, proporciona não só para as indústrias, mais para diversas

1 Alunos do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec – Garça ² Docente da Faculdade de Tecnologia

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organizações, a automação de seus processos, conseguindo manter um padrão,

diminuindo a margem de erro e facilitando assegurar a qualidade.

Para Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 250),

O modelo do TQM é composto por cinco elementos – processo, cliente/fornecedor, grupos, sistemas e ferramentas. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).

Neste modelo de gestão de qualidade, Total Quality Management (TQM), ou

(Gerenciamento da Qualidade Total) conforme observamos acima, têm por um de

seus elementos o processo, por esse fato é de suma importância que para

assegurar a qualidade de um produto temos que, não só o controle da matéria

prima, mas o processo precisa estar em harmonia com a gestão da qualidade para

que a qualidade final e a satisfação do cliente sejam alcançadas.

Para Rosário (2009, p. 23),

“Automação é todo processo que realiza tarefas e atividades de forma autônoma ou que auxilia o homem em suas tarefas do dia-a-dia. As antigas rodas d’água, os pilões e os moinhos são considerados sistemas automatizados. Com o advento das maquinas, principalmente após a chegada da maquina a vapor, a automação estabeleceu-se dentro das indústrias e, como consequência imediata, a elevação da produtividade e da qualidade dos produtos e dos serviços. Ainda assim a automação era muito dependente do homem, pois havia maquinas automáticas espalhadas pelas fábricas, mas sem integração entre elas. Um conceito mais abrangente de automação pode ser definido como a integração de conhecimentos substituindo a observação, os esforços e as decisões humanas por dispositivos (mecânicos, elétricos e eletrônicos, entre outros) e softwares concebidos por meio de especificações funcionais e tecnológicas, com o uso de metodologias”. (ROSÁRIO – 2009).

A automação juntamente com os processos automáticos, não só

proporcionam o aumento da produtividade, mais também a padronização do

processo, onde são evitadas grandes variações, sendo principal motivo a

intervenção humana. Não controlamos apenas a qualidade do produto, é necessário

que seja feita a qualidade do processo como um todo para que a organização se

assegure de um produto com qualidade.

Todos aqueles que estão envolvidos nos processos, devem estar aptos com a

tecnologia empregada, para que não ocorra erros por falta de habilidade da parte do

operador.

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Segundo Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 252),

“A qualidade daquilo que resulta de um processo é determinada pela qualidade daquilo que entra e do que acontece em cada etapa ao longo do caminho. Portanto, precisamos construir qualidade em todas as etapas, processos e sistemas da organização. A gerencia da qualidade total deve estar comprometida com o controle dos processos, que é uma tarefa exercida por todos e da qual todos devem participar, independentemente do nível hierárquico. Todos devem ser treinados nos fundamentos da gestão disciplinada”. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).

Analisando o conceito dos autores, não só o processo e o produto que devem

estar nos padrões de qualidade, mas toda a estrutura da organização e todos seus

integrantes, desde o cargo máximo até o mínimo.

Segundo Caravantes, Panno e Kloeckner (2005, p. 252), Controlar processos com vista na qualidade significa identificar as características verdadeiras da qualidade desejada pelos consumidores (ítens por meio dos quais são controlados os processos), bem como as características substitutas da qualidade (causas que afetam os processos), ou seja, “ter uma compreensão correta da relação entre as características verdadeiras de qualidade e as características substitutas de qualidade. De acordo com Oakland, o controle do processo deve ser realizado por meio do método da espiral EPDCA:

E (evaluate): avaliar a situação e definir seus objetivos;

P (plan): planejar para realizar inteiramente esses objetivos;

D (do): fazer, isto é, implementar;

C (check): verificar se os objetivos são atingidos;

A (amend): aperfeiçoar, isto é, executar as ações corretivas. (CARAVANTES, PANNO, KLOECKNER – Ano 2005).

As gestões da qualidade juntamente com os processos gerenciais nos

auxiliam na padronização da qualidade para que o objetivo final, a satisfação do

cliente seja alcançada. A automação tem significativa participação nesta

padronização de qualidade.

Dentre alguns exemplos de aplicação de automatização, podemos destacar

processos insalubres como solda, ou até mesmo processos repetitivos prejudiciais

ao ser humano, mesmo porque um processo repetitivo realizado por máquina evita

variações por fadiga ou distração do operador.

Relatando os fatos, se percebe que atualmente, devido à qualidade alcançada

e o tempo de produção otimizado, seria impossível operar as indústrias com

processos manuais.

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Nossa pesquisa foi destinada para automatizar um processo que está sendo

feito manualmente na empresa fabricante de placas de PCI. No processo de

fabricação de placas de circuito impresso, após a chapa de laminado (fenolite,

composite ou fibra de vidro) ser cortada em painéis, a próxima etapa é a furação

CNC. As maquinas CNC tem a mesa com furos padronizados para que sejam

inseridos os pacotes de laminados, sendo esses pacotes formados por 3 a 5 painéis

juntos em forma de pilha.

Para a formação desses pacotes, antes da furação é feita a pinagem, para

que se fixe na mesa da CNC e depois de terminado o ciclo de furação, esse pacote

é despinado e desfeito, individualizando os painéis para os processos seguintes e

retornando os pinos para pinadeira, já que esses são reutilizados, os pinos são de

aço de alta dureza.

Atualmente nesta empresa, esse processo é feito de forma manual, onde os

painéis são furados na furadeira de bancada e pinados com martelo.

O objetivo deste trabalho é automatizar este processo com custo reduzido,

pois existe no mercado equipamento que realiza a função, porém será apresentado

nesse projeto um custo bem abaixo do que se costuma comercializar esse

equipamento normalmente.

O objetivo específico é proporcionar ao processo de pinagem de painéis mais

agilidade, precisão e segurança.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A fundamentação teórica do trabalho esta ancorada a consulta de fontes

bibliográficas de disciplinas ligadas ao projeto.

Será analisada para o projeto, a necessidade da empresa em automatizar

este processo, utilizando de recursos disponíveis para a máxima eficiência e o

menor custo em relação aos equipamentos disponíveis no mercado.

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Para Fernando D’aquino (2012),

“Um circuito impresso consiste em uma placa formada por camadas de materiais plásticos e fibrosos (como fenolite, fibra de vidro, fibra e filme de poliéster, entre outros polímeros) que conta com finas películas de substâncias metálicas (cobre, prata, ouro ou níquel). Essas películas formam as “trilhas” ou “pistas” que serão responsáveis pela condução da corrente elétrica pelos componentes eletrônicos. Esses impulsos elétricos são transmitidos para os componentes, viabilizando o funcionamento de cada peça e, consequentemente, do sistema completo formado pela PCI. As placas de circuito impresso tiveram sua origem em 1936 pelas mãos do engenheiro austríaco Paul Eisler, embora a técnica fundamental para o desenvolvimento das PCIs tenha surgido no ano de 1903 com as pesquisas do inventor alemão Albert Hanson”. (FERNANDO D’AQUINO – Ano 2012).

As primeiras fábricas de circuito impresso no Brasil surgiram na década de

80. No início eram fábricas de porte grande em relação às fábricas atuais, e o nível

de complexidade das placas era baixo, acompanhadas da tecnologia da eletrônica

da época. A maioria das placas era em fenolite e de simples face, algumas dessas

grandes empresas acabaram fechando devido a crises econômicas e outros

motivos, e ao passo que foi disseminando mais empresas de menor porte, muitas

vezes até ex-funcionários das empresas que fecharam abriram essas pequenas

empresas.

O avanço tecnológico proporcionou mais recursos na eletrônica e ainda

exigindo um tamanho físico menor, por esse fato que surgiram as placas de maior

complexidade como as de dupla-face com furo metalizado, e mais complexo ainda

as placas de multi-layer (multicamadas) que são vários circuitos em uma só placa,

agregados através de um processo de prensagem. As empresas tiveram que

acompanhar essa tecnologia investindo em equipamentos de alta tecnologia, a

maioria desses equipamentos são importados, como maquinas de furação e

contorno CNC, prensas de multi-layer, dentre os vários equipamentos utilizados na

fabricação de placas de circuito impresso.

O protótipo do trabalho será utilizado em uma empresa fabricante de circuito

impresso. Apesar de se encontrar equipamentos no mercado, será um novo projeto,

contando com recursos da automação, como a pneumática, e o controle por CLP.

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Os acionamentos do protótipo serão realizados através de atuadores

pneumáticos e o controle desses atuadores como movimento, velocidade serão

realizados através de válvulas direcionais e válvulas de controle de fluxo.

Para Bolton (2010 p. 174),

“Os sistemas de acionamento são elementos dos sistemas de controle responsáveis pela transformação da saída de um microprocessador ou sistema de controle em uma ação de controle para uma máquina ou dispositivo. Portanto, por exemplo, podemos ter uma saída elétrica a partir de um controlador que tem que ser transformada em um movimento linear para deslocar uma carga. Outros exemplo pode ser a transformação de uma saída elétrica de um controlador em uma ação que controla a quantidade de líquido que passa em uma tubulação.” (BOLTON – Ano 2010).

Através dos controladores, podemos acionar diversos dispositivos como

pneumáticos e hidráulicos e se diferem no recurso utilizado no acionamento, no

pneumático é o ar comprimido e no hidráulico são fluídos, geralmente óleo. Tanto os

atuadores quanto as válvulas são bem parecidos, porém o sistema hidráulico tem

maior capacidade de carga e mais precisão, porém são mais lentos, os pneumáticos

oferecem maior agilidade nos movimentos, não tem tanta precisão e a força é

limitada devido a propriedades do ar.

Segundo Bolton (2010, p. 174 e 175),

“Os sinais pneumáticos são frequentemente usados para controle dos elementos finais de controle, mesmo quando o sistema de controle for elétrico. Isto porque estes sinais podem ser usados para acionar válvulas grandes e outros dispositivos de controle de potência alta e, desta forma, mover cargas significativas. Entretanto a principal desvantagem dos sistemas pneumáticos é a compressibilidade do ar. Os sistemas hidráulicos podem ser usados em dispositivos de controle de potências ainda maiores, mas são mais caros do que os sistemas pneumáticos e existem perigos associados com vazamentos de óleo que não existem nos vazamentos de ar.” (BOLTON – Ano 2010).

No protótipo foi utilizada a pneumática devido a custos, a pneumática atende

a todos os requisitos que o equipamento exige sem comprometer a qualidade no

processo, aproveitando que a empresa já possui rede pneumática com compressor

de parafuso rotativo que pode ser usada, evitando a necessidade uma fonte

hidráulica, como bomba e tanque, que não deixa de ser um custo adicional.

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Para Bolton (2010, p. 178 e 179),

“As válvulas são usadas em sistemas hidráulicos e pneumáticos para guiar e regular a vazão de um fluído. Basicamente, existem apenas dois tipos de válvulas: a de posições finitas e a de posição infinitas. As válvulas de posições finitas são aquelas em que a ação é apenas para permitir ou bloquear a passagem do fluido e, assim, podem ser usadas para ligar ou desligar atuadores. Elas podem ser usadas para controle direcional comutando o fluxo de uma via para outra e, desta forma, de um atuador para outro. As válvulas de posições infinitas são capazes de controlar a vazão em qualquer valor entre a posição totalmente aberta e a totalmente fechada, sendo usadas para controlar as forças nos atuadores ou na vazão de um fluido em uma situação de controle de processo. Os sistemas hidráulicos e pneumáticos usam válvulas de controle direcional para conduzir a vazão de um fluido através de um sistema. Elas não são usadas para variar a vazão do fluído, mas apenas abrem ou fecham completamente, ou seja, são dispositivos on/off. Estas válvulas on/off são muito usadas no desenvolvimento de sistemas de controle sequencial. Elas podem ser ativadas para comutar a direção da vazão do fluido através de sinais mecânico, elétrico ou de pressão de fluido.” (BOLTON – Ano 2010).

Serão utilizadas tanto válvulas de posições finitas quanto infinitas. As ações

de movimento dos atuadores vão ser realizadas através de válvulas direcionais.

Alguns movimentos necessitam de controle de velocidade então serão utilizadas

válvulas de posições infinitas como aquelas de controle de fluxo, assim quando

acionadas o ar terá limitação de passagem controlando a velocidade do atuador.

Os acionamentos destas válvulas são chamados de pilotos, eles são

responsáveis pela comutação das válvulas, os pilotos podem ser mecânicos, elétrico

ou até mesmo com pressão do fluido. Nesse protótipo serão utilizadas válvulas com

pilotos elétricos, já que todas as ações serão comandadas pelo CLP, enviando

pulsos elétricos.

As válvulas direcionais, geralmente são tipo carretel onde possuem uma

posição inicial, onde matem o atuador em uma determinada posição, após a bobina

ser acionada, a válvula comuta de posição, ou seja, inverte a posição. Essas

válvulas são tipo carretel, onde existe uma entrada de pressão, normalmente

marcada com número e especificadas pelos fabricantes. Como essas válvulas não

regulam fluxo de ar, apenas abrem e fecham as vias, é necessário a regulagem do

fluxo para controlar velocidade do atuador para que não danifique nem o

equipamento e nem o material que esta sendo processado, no caso os painéis de

laminados.

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Para Bolton (2010, p. 184 e 185),

“O cilindro hidráulico ou pneumático é um exemplo de um atuador linear. Os princípios e tipos são os mesmos para as versões hidráulica e pneumática, sendo as diferenças apenas uma questão de tamanho como uma consequência das pressões maiores utilizadas em hidráulica. O cilindro consiste de um tubo cilíndrico ao longo do qual um pistão/êmbolo pode deslizar. Existem dois tipos básicos: os cilindros de ação simples e os de ação dupla. O termo ação simples é usado quando a pressão de controle é aplicada apenas de um lado do pistão, que geralmente tem uma mola que fornece oposição ao seu movimento. O outro lado do pistão é aberto para atmosfera. O fluído é aplicado de um lado do pistão com um valor de pressão p, estando o outro lado na pressão atmosférica, produzindo assim uma força no pistão de pA, em que A é a área do pistão. A força real que age na haste do pistão é menor do que esta por causa da fricção. O termo ação dupla é usado quando as pressões de controle são aplicadas em cada lado do pistão. A diferença de pressão entre os dois lados resulta no movimento do pistão, sendo este capaz de se mover nos dois sentidos ao longo do cilindro como resultado dos sinais de pressão alta. Para o cilindro de ação dupla, a corrente em um solenóide faz com que o pistão se mova em um sentido, e a corrente no outro faz com que o movimento seja invertido. A escolha de um cilindro é determinada pela força e a velocidade necessárias para mover a carga. Os cilindros hidráulicos são capazes de forças muito maiores do que os pneumáticos. Entretanto, os cilindros pneumáticos são capazes de velocidades maiores”. (BOLTON – Ano 2010).

Serão utilizados cilindros de simples ação com retorno por mola, e

dimensionados através de cálculos para os acionamentos necessários para a

furação e a realização da pinagem.

Inicialmente, durante a década de 50 eram utilizados relés eletromecânicos

como controladores industriais. Já no fim da década de 70, com o avanço e a

necessidade de se fabricar novos controladores, surgiram os controladores lógicos

programáveis (CLP’s), porém, os mesmos possuíam funções simples como

execução de operações lógicas (sequenciamento e temporização).

Na década de 80, os CLP’s passaram por uma grande aperfeiçoamento, o

que permitiu a sua utilização nos processos industriais. Atualmente, são aplicados

nos processos industriais graças aos inúmeros benefícios que os CLP’s

proporcionam.

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Segundo Rosário (2009, p. 80),

“Um controlador lógico programável (CLP) é um dispositivo microprocessado que aliado a interface de entrada e de saída, é capaz de realizar operações dedicadas de automação, tais como controle e supervisão de processos específicos”. (ROSÁRIO – Ano 2009).

O CLP ganhou espaço na indústria por ser um equipamento facilmente

reprogramado, além de que resiste a condições adversas em um processo industrial,

como por exemplo ruídos eletromagnéticos, poeira, trepidação, temperatura, etc.

Para Rosário (2009, p. 81),

“Podemos dizer que o CLP é um microcomputador aplicado ao controle de um sistema ou de um processo; composto de módulos de entradas digitais ou analógicas.” (ROSÁRIO – Ano 2009).

O CLP possui entradas analógicas, porém os valores são convertidos em

números binários, para que a Unidade Central de Processamento (CPU) analise e

considere os valores.

Segundo Bolton (2010, p. 490),

“Ele consiste essencialmente de uma unidade central de processamento (CPU), memória e interfaces de entrada/saída. Todos os processos e controles da CPU são internos ao CLP. Ele possui um clock com uma frequência típica entre 1 e 8 MHz. Esta frequência determina a velocidade de operação de um CLP e fornece a temporização e sincronismo para todos os dispositivos do sistema. Um sistema de barramento transporta informações e dados que entram e saem da CPU, memória e unidades de entrada/saída. Existe mais de um tipo de memória: um sistema de ROM para armazenamento permanente do sistema de operação e dados fixos, RAM para o programa do usuário, e buffers temporários para armazenar os canais de entrada/saída” (BOLTON – Ano 2010).

As saídas podem ser digitais ou analógicas, como as entradas as saídas

digitais são tratadas em um conjunto de 8 bytes, já as saídas analógicas são

resultados da conversão de um valor digital gerados pela CPU.

Para Bolton (2010, p. 495),

“O tipo de programação normalmente usada nos CLP’s é a ladder. Cada tarefa (lógica de controle) do programa é especificada como os degraus de uma escada, ou seja, os ramos. Portanto, este ramo pode especificar o estado das chaves A e B, as entradas, a serem examinadas, e se A e B estiverem fechadas, um solenóide, a saída, é energizado” (BOLTON – Ano 2010).

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Geralmente, os profissionais que lidam com programação de CLP, preferem

pela linguagem de programação ladder, que é um tipo de linguagem que se utiliza

de contatos semelhantes aos contatos elétricos, contatos de selo, onde é possível

comandar através de set e reset os contatos. Contamos com muitos outros recursos

como contadores, temporizadores e memórias. Outro tipo de linguagem utilizada é o

statement list, porém esse tipo de linguagem é mais utilizada por profissionais mais

ligados à programação, pois essa linguagem é utilizada com linhas escritas de

comando, semelhantes à linguagem C de informática. Devido a este fato, como os

profissionais ligados a elétrica domina a parte de contatos elétricos, eles optam mais

pelo diagrama ladder.

Segundo Bolton (2010, p. 496),

“A programação de um CLP baseada no uso de diagrama ladder envolve a escrita de um programa de forma similar ao desenho de um circuito de comutação. O diagrama consiste de duas linhas verticais representando os trilhos, ou as linhas, de alimentação. Os circuitos são conectados como linhas horizontais, ou seja, os ramos (lógica de controle) do ladder, entre estas duas linhas verticais. Ao desenhar uma linha de circuito para um ramo, as entradas sempre têm que preceder as saídas e tem que existir pelo menos uma saída em cada linha. Cada ramo tem que iniciar com uma entrada ou uma série de entradas e terminar com uma saída” (BOLTON – Ano 2010).

O uso de CLP na indústria se tornou recorrente devido ao sua alta praticidade

e robustez, pois além de ter uma blindagem em relação a ruídos eletromagnéticos,

resiste a condições adversas de uso como variações de temperatura, poeira,

umidade, entre outros fatores que influenciam no pleno funcionamento do

equipamento.

O CLP se destaca não só devido a sua robustez, mais ele é muito importante

em sistemas de manufatura flexível, pois sua reprogramação é bem simples e

rápida, podendo fazer isso por diversas vezes. O CLP pode acionar cargas maiores

diretamente em suas saídas, já que estas são acionadas por relés que se encontram

dentro do equipamento.

Dentre as várias marcas pesquisadas, foi escolhido para o protótipo o CLP da

marca WEG, modelo CLIC02 10 HR/A, conforme figura 01. A Weg é uma empresa

atuante nos mais diversificados ramos da elétrica, fabricando desde motores

elétricos, até componentes de comandos elétricos como contatores e relés de baixa

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e alta potência, inversores de frequência e componentes de automação, como os

CLP’S.

Figura 01 – CLP WEG

Fonte: http://www.preciolandia.com/br/clp-clic-clw-02-10hr-a-7b6s4m-a.html

A escolha do CLP Weg está ligada a relação de custo-benefício que o

equipamento oferece, além do software de programação, o CLIC02 EDIT, ser

disponibilizado gratuitamente pela Weg, o idioma é todo em português, e também

oferece a opção de simulação do circuito tanto no próprio diagrama ladder, quanto

numa interface onde aparece o aparelho virtualmente e o usuário pode simular todas

as ações, conforme figura 02 e figura 03. Outra vantagem deste equipamento é que

ele possui uma interface com usuário no próprio aparelho, com visor em LCD e

teclado, onde é possível interagir diretamente com a programação e até fazer

algumas alterações sem a necessidade de comunicação com computador.

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Figura 02 – Ambiente de Programação

Fonte: Os Autores (2014). Figura 03 – Simulação Virtual

Fonte: Os Autores (2014).

O CLP da Weg é um equipamento projetado para atuar em sistemas

industriais de pequeno e médio porte, o mesmo possui uma alta tecnologia e

qualidade para executar tarefas de temporização, contagem e intertravamento.

Desenvolvido com uma velocidade e capacidade de memória aliada a um

processador de alta tecnologia, ele oferece diversas soluções para o dia a dia nos

processos industriais, e com isso facilita a redução de espaços ocupados por outros

equipamentos, como por exemplo, contadores e temporizadores eletromecânicos, e

proporciona uma manutenção mais rápida em máquinas quando ocorre algum tipo

de defeito.

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Podemos citar como principais vantagens:

• Software gratuito em português;

• Programação em Ladder (diagrama de contatos) ou em Blocos Lógicos

(FBD);

• Armazenamento dos programas em arquivos;

• Documentação impressa do programa com comentários das linhas e

das variáveis de endereçamento;

• Simulação total do funcionamento do programa sem precisar ter um

CLIC02 conectado em um computador pessoal (PC);

• Monitoração on-line dos parâmetros e da lógica do programa;

• Edição e visualização de mensagens;

• Alteração on-line de parâmetros (temporizadores, contadores, entre

outros);

• Comunicação através de porta USB do computador pessoal (PC).

3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 3.1 Desenvolvimento Do Protótipo

O protótipo consiste num equipamento que terá uma furadeira com motor

elétrico e o avanço da broca será através de um pistão pneumático controlado por

válvulas direcionais e também válvulas para controle de vazão, onde será possível

controlar a velocidade em que a furadeira avança sobre o material. Após o material

ser perfurado com diâmetro próprio, o segundo pistão insere um pino de aço sob

pressão no pacote de laminados, que seria de três a cinco painéis um sobre o outro,

fazendo com que eles formem o pacote e não se movam na mesa da furadeira CNC.

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Figura 04 – Protótipo


A mesa da pinadeira conta com guias ajustáveis para o tamanho de cada

painel, já que serão pinados diversos tamanhos. O controle do equipamento será

realizado por meio de CLP, onde a ação dos atuadores pneumáticos, sensor de

segurança e botão de emergência serão todas processadas no CLP.

Figura 05 – CLP WEG


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3.2 Estrutura Mecânica

A estrutura do equipamento será feita com aço carbono perfil tubular 30x30

mm parede do tubo de 2 mm. Toda a estrutura será pintada para proteção, evitando

a oxidação e degradação em curto prazo. A base de apoio para a pinagem dos

painéis será em chapa de aço de 6 mm de espessura, com guias e fusos de rosca

para o ajuste de tamanho de cada painel, fazendo de modo a conseguir o melhor

ajuste possível para não comprometer a precisão no processo.

Para a furação dos painéis, terá uma furadeira que funcionará de baixo para

cima, onde o acionamento desta furadeira será feito por meio de um motor elétrico

de ¼ HP e 1750 RPM, serão feitos suportes para fixação dos atuadores

pneumáticos, e mancais para sustentação do eixo árvore da furadeira.

O pistão de pinagem terá em seu êmbolo uma bucha para segurar o pino até

que ele seja inserido sob pressão no pacote de painéis.

Figura 06 – Estrutura Mecânica


3.3 Pneumática

Os acionamentos serão feitos por meio da pneumática. A opção de utilizar à

pneumática foi escolhida devido à alta eficiência dos dispositivos pneumáticos e a

baixa frequência de manutenção que eles apresentam. O projeto pneumático do

protótipo utilizará dois pistões, conforme figura 07, um para o avanço da furadeira na

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parte de furação e o outro para impulsionar o pino sob pressão no furo, que será

justo para que fixe o pino que posteriormente será retirado quando a furação CNC

acabar.

O pistão de avanço de furação, conforme figura 05, e o de pinagem será

controlado com válvulas direcionais, e com válvulas de controle de vazão para o

ajuste de velocidade, já que esta deverá ser regulada para que não danifique o

material na furação e na pinagem. O equipamento necessita ser ligado na rede de ar

comprimido com pressão de 5 a 6 bar. As ações das válvulas direcionais serão

gerenciadas pelo CLP. As válvulas direcionais serão pilotadas eletricamente,

utilizando bobinas 220 Vac.

Figura 07 – Pistão Pneumático

Fonte:http://www.cadiriri.net.br/sobras-industriais/produto/cilindros-pneumaticos

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Figura 08 – Válvula Direcional

Fonte: http://automafer.com.br

O circuito pneumático será projetado no software Fluidsim e posteriormente

montado no laboratório de eletropneumática, antes de montar o protótipo, para que

possamos corrigir algum tipo de erro ou maiores ajustes para não precisar fazer

maiores correções no próprio protótipo.

3.4 Controlador Lógico Programável

O CLP será responsável por todo o controle e processamento das variáveis

do equipamento. Ele será programado em ladder de modo a controlar todas as

variáveis do processo e mandar as atuações de forma correta, precisa e segura.

Além de controlar sensores e atuadores, irá controlar botão de emergência e sensor

de segurança, para que o operador não sofra nenhum tipo de dano em meio ao

processo.

O CLP será responsável pelo ciclo automático do equipamento, onde o

operador pressionará um botão quando o pacote e o pino estiverem devidamente

posicionados. No ciclo, já com a furadeira funcionando, após o botão pressionado,

será mandando um pulso para a entrada do CLP, onde ele aciona o avanço da

furadeira. Após o retorno da furadeira, ele aciona o pistão de pinagem, inserindo o

pino e retornado na sua posição. No ciclo, o CLP será responsável pela seqüência

de acionamento, onde nunca poderá ocorrer o acionamento simultâneo do avanço

da furadeira com o pistão de pinagem, pois se isso ocorrer certamente à broca

quebra entre outros danos, até mesmo nos atuadores pode ocorrer. Este ciclo

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poderá ser interrompido se caso o botão de emergência ou o sensor de segurança

for acionado.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Tabela 01 – Custo do Projeto Estrutura Metálica R$ 320,00

Motor Elétrico R$ 85,00

Eixo Usinado R$ 120,00

Mandril R$ 35,00

Pneumática R$ 735,00

CLP R$ 680,00

Elétrica R$ 80,00

TOTAL R$ 2.055,00

Fonte: Os Autores (2014)

O protótipo desenvolvido foi à metodologia utilizada para a comprovação da

proposta do trabalho. Apesar de se encontrar este equipamento disponível para

venda no mercado, a ideia do trabalho foi automatizar o processo de pinagem na

empresa fabricante de PCI’s com custo reduzido, mantendo a eficiência do

equipamento. Utilizando os recursos que a mecatrônica oferece, juntamente com

atividades desenvolvidas no decorrer do curso como CLP, pneumática e mecânica,

proporcionou o emprego dessas tecnologias para o desenvolvimento do projeto.

Analisando os resultados práticos que o protótipo apresentou, foi notável a

redução de tempo que o equipamento consegue em relação ao processo manual,

além da significativa diminuição de trincas nos painéis, podendo ocasionar na

maioria das vezes a quebra dos painéis nos processos seguintes devido ao

manuseio. A vantagem de o processo ser mais rápido é importante na empresa, pois

se o mesmo é concluído com antecedência, é possível a liberação do operador para

exercer outras tarefas.

A segurança foi outro fator importante na elaboração do projeto, pois no

processo manual, o operador realizava a furação em uma furadeira de bancada e

posteriormente pinava inserindo o pino sob pressão com o martelo. A automatização

proporcionou ao operador mais segurança, pois com o processo automático não há

contato direto com as mãos perto de situações de risco.

O desenvolvimento do projeto foi de ideia própria, apesar de encontrarmos

equipamentos similares, o projeto teve que ser construído de forma a garantir a

21

eficiência do processo juntamente com custo reduzido. A tabela 01 mostrada acima

comprova o objetivo do trabalho que foi a redução do custo, já que encontramos no

mercado equipamentos similares no valor de R$ 18.000,00.

Na montagem do equipamento, tivemos que ter uma atenção maior em

relação aos acionamentos de furação e pinagem, já que estes devem estar bem

alinhados, senão compromete totalmente a pinagem dos painéis, podendo ocorrer

até a quebra dos painéis se o pino for inserido de forma deslocada do furo.

No decorrer da nossa pesquisa em relação à automação podemos afirmar

que atualmente, dificilmente uma empresa consegue operar sem a presença da

mecatrônica com a automação industrial. Se analisarmos empresas do passado, que

tinham suas linhas de montagem praticamente toda manual, processos demorados e

imperfeitos, hoje temos uma realidade bem diferente. Atualmente as empresas

operam com robôs e processos de manufatura completamente automatizados, e

desde que estejam bem programados e ajustados, operam com a mínima

intervenção humana. Com a globalização, as empresas praticamente se nivelaram

em tecnologia, sendo impossível hoje uma organização iniciar alguma atividade com

processos rústicos e artesanais como antigamente, pois certamente uma empresa

operando desta forma não conseguirá concorrência com as demais. Com a

tecnologia, qualidade e rapidez que as organizações alcançaram, a automação vem

sendo cada vez mais presente no dia-a-dia, e não podemos encarar isso como uma

drástica diminuição no emprego de pessoas. Podemos analisar pelo lado de que

hoje, as organizações necessitam de profissionais mais qualificados do que

antigamente, e ainda podemos citar que para toda essa automação funcionar, é

necessário que muitas outras pessoas, direta ou indiretamente, estejam presentes

na questão de fabricação dos robôs/máquinas, a manutenção e instalação disso

tudo. Podemos dizer que o mundo avança em tecnologia e vai sofrendo

transformações, onde profissionais envolvidos devem acompanhar isso a todo o

momento.

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5 REFERÊNCIAS ROSÁRIO, João Maurício. Automação Industrial. São Paulo: Baraúna, 2009. BOLTON, William. Mecatrônica: uma Abordagem Multidisciplinar. 4.ed. Porto

Alegre: Bookman, 2010. CARAVANTES, G; PANNO, C; KLOECKNER, M. Administração: Teorias e Processo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

WEG. Produtos e Serviços. Disponível em: <http://www.weg.net/br/Produtos-e-

Servicos/Drives/CLPs-e-Controle-de-Processos/CLIC02>. Acesso em 17 Abril 2014.

TECMUNDO. Placas de Circuito Impresso. <http://www.tecmundo.com.br/como-e-

feito/18501-como-as-placas-de-circuito-impresso-sao-produzidas.htm>. Acesso em 16 Set de 2014.

PINADEIRA AUTOMÁTICA DE BAIXO CUSTO PARA CIRCUITO … · desenvolvimento de um protótipo,...

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