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FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

“Monitorizar Processo de Produção”

Daniel Eduardo Miranda dos Santos

Aluno da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

De Engenharia Electrotécnica e de Computadores

(Ramo APEL)

Relatório do Projecto Final de Curso

Projecto realizado sob a orientação de:

Professor Américo Lopes de Azevedo

do Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

e

Engenheiro António Carvalho

Water Engineering Manager

da Sociedade da Água de Luso S.A.

Porto, Junho de 2006

RELATÓRIO DO PROJECTO FINAL DE CURSO – MONITORIZAR PROCESSO DE PRODUÇÃO Página 2 de 106

Agradecimentos

Este trabalho não ficaria completo sem agradecer a todos os que me ajudaram a

concretizá-lo.

Em primeiro lugar, quero agradecer ao meu orientador Professor Américo Azevedo, pela

sua sempre disponível orientação, paciência e simpatia.

Ao Engenheiro Júlio Cabral (SAL) pela sua disponibilidade, ajuda e apoio na

concretização deste projecto, sem a qual este não seria possível.

Ao Engenheiro António Carvalho (SAL) pela ajuda, apoio e disponibilidade para

solucionar problemas encontrados ao longo da realização deste projecto.

Ao Carlos Midões, responsável pela Automação (SAL) pelo apoio dado e conhecimentos

transmitidos.

À SAL (Sociedade da Água de Luso, S.A.) pelas instalações e recursos disponibilizados e a

todos os seus membros pela simpatia e disponibilidade.

Uma palavra de agradecimento também ao POCI 2010 (Programa Operacional Ciência e

Inovação 2010), pela bolsa atribuída.

Os meus agradecimentos finais vão para a minha família e namorada pelo apoio

constante, pelos incentivos ao longo da realização deste trabalho e, sobretudo, pela

paciência.


Resumo

Este documento é um relatório final de um projecto que foi realizado no âmbito da

cadeira de PSTFC e tem por objectivo dar a conhecer o trabalho realizado e as

diferentes fases do seu desenvolvimento.

O título do projecto, Monitorizar Processo de Produção, dá alguma indicação do intuito

deste que, de facto, é a criação de uma interface gráfica com o utilizador, para a

monitorização de uma linha de enchimento de água.

O documento é constituído por nove capítulos nos quais se apresenta o trabalho

realizado no decorrer do estágio.

O II capítulo aborda, de uma forma geral, as funcionalidades que o sistema desenvolvido

apresenta, caracterizando o papel a desempenhar no seio da empresa. Foca-se ainda a

situação em que se encontrava a linha de produção antes da implementação do sistema.

No III e IV capítulo é apresentado um levantamento do material existente, descrevendo

a função de cada máquina na linha de produção, mostrando também o fluxo produtivo

do sistema. São indicadas quais as máquinas que integram o sistema, bem como os dados

que delas se podem tratar. É apresentado também o layout do local da implementação.

No V capítulo apresenta-se a solução desenvolvida, e as configurações dos componentes

constituintes do sistema.

No VI capítulo é feita uma apresentação do material necessário e o orçamento relativo

ao material adquirido.

O VII capítulo, conclusões, faz referência a outros trabalhos realizados na empresa, às

dificuldades encontradas na realização deste projecto, e a possíveis trabalhos a

desenvolver no futuro. Neste capítulo são também apresentadas as conclusões finais.

No VIII capítulo são apresentadas as referências utilizadas no decorrer do projecto.

Por fim, no IX capítulo, são apresentados os anexos, que são constituídos pelos data

sheet´s dos materiais implementados.


Prefácio

Hoje, as organizações industriais estão numa pressão constante para aumento de

produtividade e diminuição do custo por unidade produzida. A introdução e/ou

melhoramento das tecnologias de informação tem sido um método comum para

responder as estes desafios. A introdução de tecnologias de informação consegue um

acréscimo de benefícios quando existir uma integração total dos sistemas. Através da

integração de sistemas, teremos a possibilidade de coleccionar dados, visualizar

informação “real-time”, efectuar controlo de qualidade, analisar dados e efectuar

correlações que hoje são morosas e difíceis de efectuar.

A integração total de sistemas deve interligar os sistemas básicos de controlo, HMI

/SCADA, sistemas de execução de produção, bases de dados, sistemas de controlo

qualidade, LIMS, ERP e soluções web para visualização e operação remota.


Índice Geral

1 Glossário ................................................................................................................................. 8

2 Introdução............................................................................................................................... 9 2.1 Propósito do documento ...................................................................................................... 9

2.2 Local de estágio e responsáveis........................................................................................... 9

2.3 Âmbito do sistema ............................................................................................................... 9

2.4 Situação inicial .................................................................................................................. 10

3 Caracterização das máquinas e equipamentos existentes................................................... 11 3.1 Fluxo do processo. ............................................................................................................. 11

3.2 Layout. ............................................................................................................................... 12

3.3 Descrição de funcionamento das máquinas....................................................................... 13

3.4 Equipamento existente nas máquinas. ............................................................................... 19

4 Equipamentos a integrar o sistema a implementar ............................................................ 21 4.1 Máquinas a monitorizar. .................................................................................................... 21

4.2 Dados das máquinas a serem monitorizados pelo sistema. ............................................... 21

4.3 Dados a serem armazenados pelo sistema. ........................................................................ 23

4.4 Layout. ............................................................................................................................... 24

5 Solução Desenvolvida........................................................................................................... 25 5.1 Possíveis Soluções............................................................................................................. 25

5.1.1 Alternativa A: ............................................................................................................ 25 5.1.2 Alternativa B: ............................................................................................................ 26

5.2 Solução escolhida .............................................................................................................. 27 5.2.1 Descrição do sistema. ................................................................................................ 27 5.2.2 Configuração dos equipamentos implementados. ..................................................... 29

5.2.2.1 Atribuição de IP’s .................................................................................................. 29 5.2.2.2 Configuração do sistema de programação dos PLC’s ........................................... 30 5.2.2.3 Placa instalada no PC da sala de controlo ............................................................. 32 5.2.2.4 Placas instaladas nos PLC’s .................................................................................. 34

5.2.3 Sistema de supervisão................................................................................................ 36 5.2.3.1 Páginas iniciais ...................................................................................................... 36 5.2.3.2 Página Layout do sistema de produção ................................................................. 40 5.2.3.3 Página Ordenadora ................................................................................................ 41 5.2.3.4 Página Transportadores ......................................................................................... 43 5.2.3.5 Página Massblend .................................................................................................. 45 5.2.3.6 Página Enchedora .................................................................................................. 46 5.2.3.7 Página Agrupadora ................................................................................................ 48 5.2.3.8 Página Paletizadora................................................................................................ 50 5.2.3.9 Página Envolvedora de paletes .............................................................................. 52 5.2.3.10 Página Estatística ............................................................................................... 54 5.2.3.11 Página Histórico ................................................................................................ 55


5.2.3.12 Página Relatórios ............................................................................................... 56 5.2.3.13 Página Gráficos.................................................................................................. 57 5.2.3.14 Alarmes.............................................................................................................. 58

5.2.4 Sistema de Upload/Download de software................................................................ 59 5.2.5 Localização do caminho de cabos e da sala de controlo ........................................... 60 5.2.6 Caminho de cabos e distâncias .................................................................................. 61 5.2.7 Organização dos trabalhos realizados........................................................................ 62

5.2.7.1 Estrutura das actividades ....................................................................................... 62 5.2.7.2 Organização da equipa e função dos participantes ................................................ 64 5.2.7.3 Mecanismos de controlo........................................................................................ 64

5.2.7.3.1 Atribuição de recursos ..................................................................................... 65 5.2.7.3.2 Calendarização................................................................................................. 66

6 Equipamento necessário para implementar o sistema........................................................ 67 6.1 “Hardware”/”Software” para a rede “Ethernet” de PLC’s “Step 7”.................................. 67

6.1.1 Cartas “ethernet” a colocar nos PLC’s S7 ................................................................. 67 6.1.2 Sistema de supervisão................................................................................................ 67

6.1.2.1 Carta Ethernet/S7 a colocar no PC ........................................................................ 67 6.1.2.2 “Software” de supervisão ...................................................................................... 67

6.2 Diversos ............................................................................................................................. 68 6.2.1 Material existente em stock ....................................................................................... 68

6.3 Orçamento ......................................................................................................................... 69 6.3.1 “Hardware”/”Software” para a rede “Ethernet” de PLC’s “Step 7”.......................... 69 6.3.2 Diversos ..................................................................................................................... 69 6.3.3 Total........................................................................................................................... 69

7 Conclusões ............................................................................................................................ 70 7.1 Outros trabalhos realizados ............................................................................................... 70

7.2 Dificuldades encontradas................................................................................................... 71

7.3 Trabalho futuro .................................................................................................................. 72

7.4 Conclusões finais ............................................................................................................... 73

8 Referências............................................................................................................................ 74

9 Anexos ................................................................................................................................... 75 9.1 Anexo A – Carta ethernet CP-1613 A2 ............................................................................. 75

9.2 Anexo B – Carta ethernet CP-243 – 1 ............................................................................... 81

9.3 Anexo C – Carta ethernet CP-343 – 1 Lean ...................................................................... 85

9.4 Anexo D – Carta ethernet CP-443 – 1............................................................................... 90

9.5 Anexo E – Switch SCALANCE X-100 unmanaged ......................................................... 95

9.6 Anexo F – Cabo un_7002_4P_0606e.............................................................................. 102

9.7 Anexo G – Fichas RJ45 ................................................................................................... 105


Índice Figuras Figura 1. Diagrama de Fluxo Produtivo........................................................................................ 11 Figura 2. Layout Fábrica Cruzeiro................................................................................................. 12 Figura 3. Silo de garrafas vazias.................................................................................................... 13 Figura 4. Transportador de garrafas vazias................................................................................. 13 Figura 5. Ordenadora de garrafas. ................................................................................................ 14 Figura 6. Massblend Gaseificador/Misturadora de sabores. ..................................................... 14 Figura 7. Enchedora......................................................................................................................... 15 Figura 8. Transportador de garrafas cheias. ............................................................................... 15 Figura 9. Rotuladora........................................................................................................................ 16 Figura 10. Envolvedora de Pack’s. ................................................................................................ 16 Figura 11. Transportador de Pack’s.............................................................................................. 17 Figura 12. Agrupadora de Pack’s................................................................................................... 17 Figura 13. Paletizadora. .................................................................................................................. 18 Figura 14. Envolvedora de paletes................................................................................................ 18 Figura 15. Layout – Localização dos equipamentos a monitorizar. ......................................... 24 Figura 16. Alternativa de implementação A. .............................................................................. 25 Figura 17. Alternativa de implementação B. .............................................................................. 26 Figura 18. Diagrama de interligação do Sistema no Local........................................................ 27 Figura 19. Conexão via RS232 (MPI) .............................................................................................. 30 Figura 20. Conexão via Ethernet ................................................................................................... 31 Figura 21. CP1613 Station Configuration. .................................................................................... 32 Figura 22. CP1613 Ethernet Configuration. ................................................................................. 32 Figura 23. CP1613 Net Configuration. .......................................................................................... 33 Figura 24. CP1613 Station status. ................................................................................................. 33 Figura 25. CP-343-1 Lean Net Configuration............................................................................... 34 Figura 26. CP-343-1 Lean Station Configuration. ....................................................................... 34 Figura 27. CP-343-1 Lean Ethernet Properties. .......................................................................... 35 Figura 28. CP-343-1 Lean Ethernet Configuration. .................................................................... 35 Figura 29. Página Login. .................................................................................................................. 37 Figura 30. Página Login com janela pop up. ............................................................................... 37 Figura 31. Página de início “Dados de Produção”...................................................................... 39 Figura 32. Página Layout da linha de produção. ........................................................................ 40 Figura 33. Página da máquina Ordenadora. ................................................................................ 41 Figura 34. Página dos Transportadores. ....................................................................................... 43 Figura 35. Página da Massblend ..................................................................................................... 45 Figura 36. Página da Enchedora..................................................................................................... 46 Figura 37. Página da Agrupadora. ................................................................................................. 48 Figura 38. Página da Paletizadora. ............................................................................................... 50 Figura 39. Página da Envolvedora de Paletes. ............................................................................ 52 Figura 40. Página Estatística......................................................................................................... 54 Figura 41. Página Histórico. ........................................................................................................... 55 Figura 42. Página Relatório de estado. ........................................................................................ 56 Figura 43. Página de Gráficos. ....................................................................................................... 57 Figura 44. Exemplos de Alarmes do Sistema............................................................................... 58 Figura 45. Software de acesso aos PLC’s. .................................................................................... 59 Figura 46. Layout Fábrica Cruzeiro – Caminhos de cabos e das salas de controlo............... 60 Figura 47. Caminhos de cabos – Esquema representativo. ....................................................... 61


1 Glossário

Endereço IP – Endereço Usado na Internet para identificar máquinas de forma

inequívoca.

Ethernet – Tipo de comunicações de rede local muito usado hoje em dia. Está

em migração para o tipo “Giga Ethernet”, que permite ligações da

ordem de 1 Gbps.

ERP – Enterprise Resource Planning.

Hardware – Componente física dos equipamentos informáticos (electrónica,

placas, partes físicas).

HMI – Human Machine Interface.

Internet – O maior conjunto de redes de dados do mundo, tendo em comum

apenas a utilização do protocolo TCP/IP.

ISQ – Instituto Segurança e Qualidade.

LIMS – Laboratory Information Management Systems.

PC – Computador.

PLC – Programmable Logic Controller, autómato. SAL – Sociedade da Água de Luso.

SAP – Systems Applications and Products (software de gestão

empresarial).

SC – Sistema de Controlo.

SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition.

SCC – Sociedade Central de Cervejas.

SI – Sistema de Informação.

TCP/IP – Transmission Control Protocol /Internet Protocol, Protocolo para

comunicação na Internet.


2 Introdução

2.1 Propósito do documento

Este documento especifica o trabalho realizado no estágio, no âmbito do Projecto Final

de Curso, que decorreu na Sociedade Águas de Luso S.A.. Este trabalho permitiu a

construção de um sistema de Monitorização/Programação de um Processo de Produção,

que consiste numa interface com o utilizador de uma linha de enchimento de água para

apoio à monitorização/programação dos PLC’s.

2.2 Local de estágio e responsáveis

O estágio realizou-se na empresa Sociedade da Água de Luso, sedeada na Vila de Luso,

que faz parte do grupo Sociedade Central de Cervejas, S.A.

O estágio foi orientado pelo Eng. António Carvalho, Water Engineering Manager, e

auxiliado pelo responsável pela automação, o Sr. Carlos Midões.

2.3 Âmbito do sistema

O sistema de informação especificado neste documento permite monitorizar/programar

um sistema de enchimento de águas, que está implantado na Sociedade da Água de

Luso, fábrica do Cruzeiro, na linha n.º 3. Este sistema de informação permite a um

utilizador efectuar, remotamente, operações sobre determinados mecanismos da linha

de produção, tais como:

• Monitorizar os equipamentos existentes,

• Programar os PLC’s.

O sistema de informação não é o directo responsável pelo funcionamento dos diversos

mecanismos automatizados que constituem a linha de produção, existindo assim entre

este e o sistema de controlo verdadeiramente dito, uma interface de funcionamento

totalmente transparente para ambos os sistemas.


O sistema especificado é dotado de interfaces gráficas com o utilizador. Estas permitem

obter informação do estado actual dos diversos mecanismos presentes na linha de

produção, assim como actuar nestes, sendo indispensáveis para o objectivo deste

projecto.

2.4 Situação inicial

A linha de enchimento de água não possuía monitorização e tinha a maioria das

máquinas com sistemas de controlo baseado em PLC’s; estes sistemas têm a capacidade

de comunicar com outros PLC’s, utilizando ligações “pontuais”, consoante a necessidade

de informação a tratar. Em algumas máquinas, os dados relevantes para a operação da

máquina e/ou manutenção da mesma não se encontram historiados. Também contém

dados que podem ser valiosos para o controlo de produção, bem como controlo de

qualidade. O único método de coleccionar estes dados actualmente é de modo manual.

Por outro lado, verifica-se que só se pode programar os PLC’s localmente, o que se torna

incómodo quando se tem mais que uma situação simultaneamente.


3 Caracterização das máquinas e equipamentos existentes.

Nesta secção, mostrar-se-á um panorama geral das máquinas e equipamentos existentes

na linha de enchimento n.º3, da fábrica do Cruzeiro.

3.1 Fluxo do processo.

SILOS DEGARRAFAS

ORDENADORADE GARRAFAS

TRANSPORTADOR DE GARRAFAS

MASSBLEND

ROSCADOR

ROTULADORA ENVOLVEDORADE PACK’S

TRANSPORTADORDE PACK’S

AGRUPADORADE PACK’S

PALETIZADORA

ENVOLVEDORADE PALETES

INICIO DO PROCESSOFABRICANTE DE GARRAFAS

“LOGOPLASTE”

GASEIFICADOR/MISTURADOR DE

SABORES

PASSADEIRA

ENTRADA DE ÁGUA

ENTRADA DE PALETES DE

MADEIRA

ENTRADA DE FILME DE PLÁSTICO

ENTRADA DE RÓTULOS

PASSADEIRA

PASSADEIRA

PASSADEIRA

ENTRADA DE SACO DE PLÁSTICO

SOPRADORA

ENCHEDORA ENCHEDORA

ENTRADA DE CÁPSULAS

ENTRADA DE ÁGUA E AR

Figura 1. Diagrama de Fluxo Produtivo.


3.2 Layout.

A figura seguinte pretende mostrar o layout da linha de produção onde está

implementado o sistema, estando representado a azul a “linha” de produção.

Figura 2. Layout Fábrica Cruzeiro.


3.3 Descrição de funcionamento das máquinas.

Silos de garrafas vazias

Os silos são o local onde estão armazenadas as garrafas vazias, provenientes do

fabricante (Logoplast). A Logoplast tem as suas instalações na fábrica do Cruzeiro,

evitando, assim, que no transporte e na trasfega das garrafas, estas não estejam sujeitas

a impurezas, garantindo assim uma maior qualidade.

As garrafas, após serem produzidas, são colocadas de imediato nestes silos, sendo a

descarga de garrafas para os transportadores controlada manualmente por um operador,

consoante a necessidade de produto.

Figura 3. Silo de garrafas vazias.

Transportadores de garrafas vazias

Estes transportadores levam as garrafas vazias para a máquina ordenadora de garrafas.

São transportadores de tipo tela, que são ligados/desligados, através de um sinal

proveniente da ordenadora de garrafas, que indica quando é necessário mais garrafas.

Figura 4. Transportador de garrafas vazias.


Ordenadora de garrafas

Esta máquina tem uma função importante, na medida em que é esta que coloca as

garrafas na posição correcta, no transportador que as “conduz” para a máquina

enchedora. Este transportador não é mencionado anteriormente, pois só tem On e Off,

que é controlado pelo operador e está ligado durante o processo de enchimento. Estes

transportadores, “empurram” as garrafas através de um processo de sopro, se existirem

garrafas no transportador.

Figura 5. Ordenadora de garrafas.

Massblend – Gaseificador/Misturadora de sabores

Esta máquina tem a função de gaseificar a água, como também de lhe adicionar aromas

ou xaropes.

Caso se esteja a encher água lisa (água mineral natural ou água de nascente), esta

máquina não intervêm no processo.

Esta máquina é a responsável por adicionar o gás (CO2), nas quantidades adequadas,

quer se esteja a encher a Luso Fresh, ou Luso Fresh aromas.

Figura 6. Massblend Gaseificador/Misturadora de sabores.


Enchedora

Esta máquina é composta por 3 partes, todas num só “corpo”, tribloco:

• Sopradora.

Nesta parte, as garrafas passam por um processo de sopro com ar comprimido

para limpeza de possíveis vestígios de impurezas. É de salientar que estas garrafas

já vêm “limpas” (imposição feita à firma fornecedora de garrafas).

• Enchedora.

Aqui é feito o enchimento do produto final para consumo.

• Roscador.

O roscador é o mecanismo que aplica as cápsulas na garrafa, depois de cheia.

Figura 7. Enchedora.

Transportadores de garrafas cheias

Esta máquina encontra-se desde a saída da enchedora, até à entrada na rotuladora.

Tem como função o transporte de garrafas de um ponto ao outro, sendo controlada

autonomamente por um PLC (tendo velocidades diferentes, de acordo com os vários

tipos de garrafas), que lhe indica se é para ligar (On), ou para desligar (Off).

Figura 8. Transportador de garrafas cheias.


Rotuladora

A rotuladora é, como o próprio nome indica, responsável por colocar rótulos nas garrafas

cheias. Desta máquina, seguem numa passadeira, até à próxima máquina, a envolvedora

de pack’s. É depois desta máquina que também é marcado, na própria garrafa, o código

de lote, do turno, validade e data de produção da mesma. Este processo é feito através

de um lazer que “imprime” na garrafa.

Figura 9. Rotuladora.

Envolvedora de pack’s

Nesta fase as garrafas são agrupadas em pack’s (a quantidade depende do tipo de

garrafa a ser produzido), e são envolvidas num filme de plástico que será aquecido para

que fique firme, seguindo para a agrupadora de pack’s.

Figura 10. Envolvedora de Pack’s.


Transportador de pack’s

Este transportador encaminha os pack’s para o agrupador de pack’s.

Figura 11. Transportador de Pack’s.

Agrupadora de Pack’s

Esta máquina tem como função agrupar os pequenos pack’s anteriores, e formar pack’s

maiores. Estes serão envoltos em filme de plástico, seguindo um processo idêntico ao da

envolvedora anterior.

Figura 12. Agrupadora de Pack’s.


Paletizadora

Nesta máquina são formadas as paletes de diversas camadas. Estas camadas,

dependendo do tipo de garrafas, têm de ser dispostas de maneira a formar uma palete

“direita”, sem possibilidade de tombar. Sendo assim, é necessário efectuar um certo

mosaico, que na camada seguinte deverá ser o inverso, e assim sucessivamente. A

separação das camadas é feita através de um separador em cartão ou platex.

Figura 13. Paletizadora.

Envolvedora de paletes

Esta é a ultima máquina existente na linha, tem a função de envolver as paletes com um

saco próprio, que é “soldado” (retraído) para que a palete fique uniforme. Após esta

fase, existe uma máquina que imprime e coloca na palete uma etiqueta com o código de

barras, o qual permite identificar e diferenciar esta palete de qualquer outra. Esta

máquina está, de momento, a servir duas linhas distintas, tendo para isso dois tipos de

sacos que forma automaticamente.

Quando a palete se encontra pronta, é retirada por um empilhador para o armazém de

produto.

Figura 14. Envolvedora de paletes.


3.4 Equipamento existente nas máquinas.

Silos

- Não possui nenhum equipamento de controlo, sendo este feito por um operador que,

consoante a necessidade, abre ou fecha a saída do silo.

Transportadores de garrafas vazias

- PLC Siemens S5 com referência 6ES5-102-8MA02

Ordenadora de garrafas

- PLC Siemens S7-300 com referência 313-5BE01-0AB0

- Consola Siemens com referência 6AV6-545-0BB15-2AX

Massblend – Gaseificador/Misturadora de sabores


- Consola Siemens SIMATIC Touch Panel (TP170), com referência 6AV6-545-0CC10-0AX0

Enchedora


- Consola Siemens SIMATIC Touch Panel com referência 6AV6-545-0CC10-0AX0

Transportadores de garrafas cheias


Rotuladora

- Não possui nenhum PLC para o controlo, sendo este feito através um conjunto de

contactores.


Envolvedora de Pack’s


Transportador de Pack’s


Agrupadora de Pack’s

- PLC Siemens S7-200 com referência 216-2AD21-0XB

- Consola Siemens SIMATIC OP3 com referência 6AV35031DB10

Paletizadora


- Consola CIMEREX 20

Envolvedora de paletes

- PLC Siemens S7-400 com referência 412-1XF03-0AB0

- Consola LAUER PCS 095 PLUS

Nota:

Os PLC’s atrás referidos só possuíam comunicação via porta RS-232 e, pontualmente,

ligações RS485/MPI às consolas.

Dado este facto, só se irá proceder à monitorização de alguns equipamentos.


4 Equipamentos a integrar o sistema a implementar

4.1 Máquinas a monitorizar.

Os equipamentos a monitorizar têm, sobretudo, PLC’s da série S7,

1. Transportadores

2. Ordenadora de garrafas

3. Massblend – Gaseificador/Misturadora de sabores

4. Enchedora

5. Envolvedora de paletes

6. Paletizadora

7. Agrupadora de Pack’s

4.2 Dados das máquinas a serem monitorizados pelo sistema.

1. Transportadores

Formato produto Estado transportadores secção 1:

o Transportador 1; o Transportador 2; o Transportador 3; o Transportador 4; o Transportador 5; o Transportador 6.

Estado transportadores secção 2: o Transportador 1; o Transportador 2; o Transportador 3; o Transportador 4; o Transportador 5; o Transportador 6; o Transportador 7; o Transportador 8.



Estado Tipo produto Contador garrafas Produção real (grf/h) Produção máquina (grf/h) Rendimento (%)

3. Massblend – Gaseificador/Misturadora de sabores

Dados não disponíveis, pelo facto do programa se encontrar protegido com

password.

4. Enchedora

Estado Tipo produto Formato Modo Velocidade (grf/h) Nível depósito (%) Contador garrafas Pressão produto (bar) Temperatura produto


Estado Contador paletes p/ dia Contador paletes total Pressão gás Linha produção Máquina pronta a receber palete Máquina pronta a enviar palete

6. Paletizadora

Estado Tipo produto Contador embalagens Contador paletes Nº programa seleccionado Nº programa confirmado Tipo de produto



Estado Contador embalagens Tipo produto Temperatura barra de soldadura (ºC) Temperatura forno de retracção (ºC)

4.3 Dados a serem armazenados pelo sistema.

Os dados a serem armazenados, numa base de dados, serão:


Contador garrafas.

2. Enchedora

Contador garrafas; Formato; Tipo produto.


Contador de paletes;

Linha de produção.

4. Paletizadora

Contador embalagens; Contador de paletes.


Contador de paletes.

Comum a todos estes dados será a data e hora a que foram guardados, bem como o

operador de cada máquina.


4.4 Layout.

Figura 15. Layout – Localização dos equipamentos a monitorizar.


5 Solução Desenvolvida

5.1 Possíveis Soluções

De modo a efectuar uma integração total da informação na linha de enchimento, podemos ter algumas alternativas (consoante o grau de integração pretendido e os objectivos a alcançar). Nesta secção será feita uma breve apresentação de possíveis soluções, não pormenorizadas. De modo a simplificar consideram-se apenas duas possíveis:

A. Integração e aquisição de contagens para efeitos de controlo produção, dados processuais para controlo qualidade e registo de variáveis criticas dos processos.

B. Integração e aquisição de contagens para efeitos de controlo produção, dados processuais para controlo qualidade, registo de variáveis criticas dos processos e programação remota dos PLC’s.

Para as alternativas a seguir apresentadas, implicam a aquisição de cartas de comunicação para todos os PLC’s existentes nas máquinas da linha de enchimento, cablagem de toda a rede de comunicação, ligar todos os autómatos programáveis numa rede com uma topologia a definir e um PC para a supervisão.

5.1.1 Alternativa A:

Nesta alternativa seria necessário adquirir consolas Cimrex 41, visto que estas tem a particularidade de interligar até 5 PLC’s, que com software semelhante a um Scada, passariam a monitorizar 5 PLC’s a si interligados, e através da rede ethernet poderíamos monitorizar essas consolas individualmente. Com esta solução só poderíamos visualizar o que estivesse disponível nas consolas, sem possibilidade de programação remota.

Figura 16. Alternativa de implementação A.


5.1.2 Alternativa B:

Para esta alternativa é necessário efectuar aquisição de software para gestão da linha aos principais fornecedores de máquina para linhas de enchimento e desenvolvimento externo de todo este processo. Esta proposta difere da anterior, no aspecto que se pode fazer o “download” e o “upload” dos programas dos PLC’s e também “mexer” com as variáveis de cada PLC individualmente, pois estaríamos ligados directamente a cada PLC, através do Software WinnCC Flexible Advanced que é um Scada. Com este software é possível monitorar todo o “shop-floor”, que inclui as seguintes capacidades de gestão de informação:

• Armazenamento; • Relatórios; • Alarmes; • Contagens de produção;

E todo o tipo de informação disponível nos PLC’s.

Figura 17. Alternativa de implementação B.

Comum a ambas as soluções, implica a construção de uma sala de controlo, e a criação de uma rede ethernet dedicada ao sistema de supervisão das linhas de enchimento. A implementação da alternativa A tem um custo bastante mais reduzido que a alternativa B, mas não cumpria com os requisitos apresentados pela empresa. Considera-se que a implementação da alternativa B, é alternativa que mais interessa, dados as especificações requeridas pela empresa, portanto, propõe-se que se avance para a execução da alternativa B.


5.2 Solução escolhida

5.2.1 Descrição do sistema.

Tendo em consideração os requisitos impostos, optou-se pela alternativa B, que se

descreve de seguida.

O sistema implementado tem por base a comunicação via Ethernet, assentando em

TCP/IP (10BASE-T), numa topologia em estrela; para tal é necessário que os

equipamentos (PLC’s) tenham cartas de comunicação Ethernet.

Tendo em conta estes requisitos e analisando os equipamentos existentes, concluiu-se

ser necessário adquirir para os PLC’s cartas de “ethernet” para os S7-200,300,400.

Para interligar os equipamentos ao PC serão instalados 3 Switchs de 8 portas (cada) da

Siemens.

Estes Switchs vão ser interligados entre si, e um deles será ligado ao PC que tem

instalado o WinnCC Flexible Advanced 2005 (Scada), software este que vai permitir fazer

a monitorização da linha de enchimento, como mostra a figura seguinte.

Figura 18. Diagrama de interligação do Sistema no Local.

Criou-se uma sala onde foi instalado o PC e onde vão estar os chefes de linha; nesta sala

foi também instalado um quadro/bastidor para albergar o switch que vai interligar os


outros 2 que vão estar situados na linha de enchimento. Foi instalado também, neste

quadro, uma fonte de alimentação de 24V com protecção.

Os chefes de linha vão ser os utilizadores que interactuam com o software de

supervisão; observando o layout da linha podem visualizar o estado de cada máquina e

imprimir relatórios de paragens, valores dos contadores no início e no fim de cada turno,

entre outros dados que se mostrem relevantes ao processo.

Também na secção da manutenção será criado um segundo posto de controlo, em tudo

idêntico ao primeiro. O sistema encontra-se interligado à rede intranet da empresa,

possibilitando, assim, ao responsável pela automação, comunicar com os PLC’S sem ter

de se deslocar ao local.

As cablagens estão alojadas em caminhos de cabos existentes para transporte de cabos

de alimentação às máquinas. Como este cabo estará sujeito a interferências

electromagnéticas, optou-se por um, dotado de blindagem apropriada para este efeito.

Todos estes trabalhos foram executados por entidades internas da empresa e

supervisionadas pelo proponente do sistema, que também auxiliou nos trabalhos que

foram necessários.


5.2.2 Configuração dos equipamentos implementados.

5.2.2.1 Atribuição de IP’s

Para que uma rede ethernet funcione, é necessário que os equipamentos interligados a

esta estejam bem definidos, isto é, tem de ser atribuídos endereços que permitam

identificar os equipamentos.

Como o sistema de supervisão tem uma rede própria que está interligada à rede

Intranet, foi necessário requisitar uma gama de IP’s dessa rede. Associado a este

requisito foi essencial identificar os próprios equipamentos com os seus MAC-Address

para que lhes fosse dado permissão para entrar na rede. Juntamente a estes

equipamentos, não nos podíamos esquecer que a consola de programação existente na

fábrica (PC/PG portátil consola de programação) também tem de ter acesso a esta rede,

logo foi dado o seu IP e o seu MAC-Adress.

Para a rede do sistema de supervisão configurou-se o seu nome e IP’s como consta na

tabela seguinte:

Nome da rede: Cruzeiro – Linha 3

Gama de IP’s: 10.5.77.60/250

Mask: 255.255.255.0

GW: 10.5.77.254

MÁQ. DESCRIÇÃO/LOCAL IP Address GateWay PC PC SALA DE CONTROLO (Internet) 10.7.1.59 10.7.1.254 PC PC SALA DE CONTROLO (Rede PLC) 10.5.77.249 10.5.77.254 PC PG/PC CONSOLA PROGRAMAÇÃO (Internet) 10.7.1.74 10.7.1.254 PC PG/PC CONSOLA PROGRAMAÇÃO (Rede PLC) 10.5.77.250 10.5.77.254 1 ORDENADORA DE GARRAFAS 10.5.77.60 10.5.77.254 2 TRANSPORTADORES 10.5.77.61 10.5.77.254 3 MASSBLEND – PREMIX 10.5.77.62 10.5.77.254 4 ENCHEDORA 10.5.77.63 10.5.77.254 5 ENVOLVEDORA DE PALETES 10.5.77.64 10.5.77.254 6 PALETIZADORA 10.5.77.65 10.5.77.254 7 ENVOLVEDORA DE PACK'S 10.5.77.66 10.5.77.254


5.2.2.2 Configuração do sistema de programação dos PLC’s

Nesta parte das configurações temos de configurar o software de programação dos PLC’s

para que possa aceder aos equipamentos via web, isto é, em vez de fazer o upload e

download dos programas via porta RS-232, será pela porta de comunicação RJ-45.

Posto isto, será necessário proceder a uma dupla configuração, isto é, temos de ter uma

configuração para acesso via RS-232 e outra para acesso via web, pois poderá ser

necessário ter de se fazer alguma intervenção no local e, assim, ficam salvaguardadas as

duas situações.

Figura 19. Conexão via RS232 (MPI)


Figura 20. Conexão via Ethernet

Ficam assim os dois tipos de ligação configurados, podendo fazer a ligação do modo que

se entender.


5.2.2.3 Placa instalada no PC da sala de controlo

1º. Tem de se instalar como um componente, como se fosse um módulo para um PLC.

Figura 21. CP1613 Station Configuration.

2º Configurar o endereço de IP, subnet e Gateway.

Figura 22. CP1613 Ethernet Configuration.

3º Configurar a rede onde se encontram os restantes equipamentos.


Figura 23. CP1613 Net Configuration.

4º Verificar o estado em que se encontra.

Figura 24. CP1613 Station status.


5.2.2.4 Placas instaladas nos PLC’s

Exemplo da instalação da carta ethernet Siemens CP 343-1 Lean, visto que a

configuração das restante é análoga.

Figura 25. CP-343-1 Lean Net Configuration.

Figura 26. CP-343-1 Lean Station Configuration.


Figura 27. CP-343-1 Lean Ethernet Properties.

Figura 28. CP-343-1 Lean Ethernet Configuration.


5.2.3 Sistema de supervisão

O sistema de supervisão foi concebido no software SIMATIC WinCC Flexible 2005 da

Siemens. Este software (Scada) serve para criar as páginas pelas quais os utilizadores

podem aceder aos dados nelas contidos.

Para que o sistema funcione, juntamente com o software atrás referido teve de se

adquirir também outro software, o SIMATIC WinCC Flexible 2005 RunTime; este,

semelhante a um servidor de OPC, permite comunicar com os PLC’s contendo, para isso,

um conjunto de Tags com as quais podemos ir adquirir dados aos PLC’s. Foram

adquiridas 2048 Tags, apesar de, a sua maioria, não ser necessária para este projecto;

contudo tendo em conta que, no futuro, poderá surgir um projecto que envolva toda a

unidade fabril, já existirão as Tags necessárias para essa implementação.

5.2.3.1 Páginas iniciais

Para que o utilizador entre no sistema terá que efectuar o Login com Username e

Password. Para tal, tem, na página de entrada, um botão (“Entrar”) que, ao ser

pressionado, coloca uma janela (pop-up), onde terá de fazer a introdução do seu Login e

da sua Password, como mostram as figuras seguintes.

O Login e a Password são variáveis do tipo string que estão guardadas na base de dados

interna do software, estas variáveis só estão acessíveis ao administrador do sistema no

software de concepção.

Esta página tem também o intuito de ser a página com que os utilizadores se vão

deparar quando efectuarem o Logout (botão “Exit”), visto que, no PC onde o sistema vai

estar instalado, não vão ter acesso a mais nenhum programa.


Figura 29. Página Login.

Nesta página o utilizador tem disponível a hora e data no canto superior direito.

Figura 30. Página Login com janela pop up.

Se o utilizador não estiver registado como um utilizador válido para o sistema, não

conseguirá efectuar o login, pelo que permanecerá na mesma página (figura anterior);

caso seja um utilizador válido mas se tenha enganado, tanto no User ou na Password,

terá o mesmo tratamento descrito anteriormente.


Se o Login for executado com sucesso, o utilizador será redireccionado automaticamente

para a janela de Entrada (figura seguinte), onde visualizará, na parte central da página,

a informação do tipo:

• Produto que está a ser produzido;

• Formato do produto;

• Tempo total de produção;

• Tempo total de paragens;

Terá também uma caixa de texto para a introdução de dados relativos a previsões e

desperdícios de produção.

Continuando na parte central, mas em baixo, terá a informação de:

• O tipo de utilizador que efectuou o login;

• O seu nome;

• O número de empregado.

Na mesma página, mas no lado esquerdo, terá um conjunto de botões que o

redireccionam para os respectivos locais escritos. Estes botões estão presentes em todas

as páginas do sistema e permitem ir para as páginas:

• Layout linha – permite visualizar toda a linha de enchimento, e verificar se as

máquinas estão operacionais, bem como as contagens de cada uma

individualmente;

• Estatística – nesta página o utilizador terá acesso a um conjunto de dados

estatísticos que lhe permitem verificar o desempenho do sistema, bem como as

quebras de produção;

• Histórico – poderá visualizar dados, correspondentes às datas escolhidas, bem

como escolher o tipo de dados a pesquisar.

• Relatórios – aqui poderá verificar as ocorrências que se verificaram desde

alarmes, paragens, avarias, falhas de comunicação, etc;

• Gráficos – permite visualizar 3 gráficos da produção no momento;

• Inicio – este botão permite ao utilizador regressar à página de entrada;

Os botões seguintes têm a informação relativa a cada uma das máquinas


• Ordenadora;

• Transportadores;

• Massblend;

• Enchedora;

• Agrupadora;

• Paletizadora;

• Envolvedora.

Na parte inferior direita, o utilizador encontra um botão “Exit” com fundo encarnado,

que lhe permite sair do sistema e automaticamente efectuar o Logout. Este botão, tal

com os anteriores, está permanente em todas as páginas do sistema.

Tal como na página de Login, no canto superior direito, o utilizador poderá visualizar a

data e hora actual, que também se encontra em todas as páginas. De igual forma, no

topo da página ao centro está representado um “titulo” (“SISTEMA DE SUPERVISÃO”),

que indica que se encontra dentro do sistema e, de seguida, está representado o nome

da página em que se encontra, com a excepção da página de início que tem como titulo

”Dados de Produção”

Figura 31. Página de início “Dados de Produção”.


5.2.3.2 Página Layout do sistema de produção

Se o utilizador pretender ter uma visão geral de todo o sistema, basta seleccionar o

botão “Layout Linha” que o encaminha para uma página onde está representado um

esquemático da linha com a representação das máquinas e os contadores relativos à

produção de cada uma, podendo assim verificar, de uma forma rápida, a produção

efectuada por cada máquina. Pode visualizar também se as máquinas se encontram a

trabalhar ou se estão paradas, podendo assim agir mais eficazmente, reduzindo os

tempos de paragem.

Figura 32. Página Layout da linha de produção.

Nesta página apenas estão apresentados os dados mais relevantes do processo pois, para

ter uma informação mais detalhada de cada máquina, e dos dados relativos a todo o

processo, o utilizador tem, ao seu dispor, como referido anteriormente, as páginas de

cada máquina, a estatística, o histórico e os relatórios.

Mas para que possa aceder, com maior rapidez, aos dados sobre a produção, tem, no

canto inferior direito, dados como o tipo e o formato do produto e contagens da

produção que está a ser efectuada.


5.2.3.3 Página Ordenadora

Na figura podemos observar a imagem da máquina no lado esquerdo e, no lado direito, a informação disponível.

Figura 33. Página da máquina Ordenadora.

Nesta página o utilizador tem acesso aos dados que a seguir se apresentam e à sua localização em cada máquina; refere-se, também, ao bit, saída, Word ou DB (base dados interna do PLC) onde está localizado em cada máquina.

Estado O estado da máquina poderá ser;

o Desligada; o Ligada;

Para aceder a esta informação temos a saída Q124.0.


Tipo produto O tipo de produto que é indicado é o que está a ser produzido, ou a ser preparado para produzir, que poderá ser:

o 0 – 1,5 L o 1 – 1 L o 2 – 0,5 L o 3 – 0,33 L o 4 – 0,25 L

Esta informação é-nos dada através da DB91 DBW38 (Int), sendo posteriormente tratada no software WinCC, conforme a correspondência acima descrita.

Contador garrafas Este contador permitirá ao utilizador visualizar a quantidade de garrafas que a máquina posicionou e enviou através dos transportadores para a enchedora. Este contador está na DB90 DBD12 (DInt).

Produção real (grf/h) Este dado serve para o operador visualizar a taxa de produção/hora da máquina está acessível na DB90 DBD0 (DInt).

Produção máquina (grf/h) Este dado é análogo ao anterior, uma vez que mostra a produção que a máquina poderá efectuar por hora, que está na DB90 DBD4 (DInt).

Rendimento (%) O rendimento aqui apresentado é relativo ao que a máquina produz e que poderia produzir; esta informação é dada na DB90 DBD8 (DInt).


5.2.3.4 Página Transportadores

Nesta página o utilizador tem acesso aos dados que a seguir se apresentam e à sua localização em cada máquina; refere-se, também, ao bit, saída, Word ou DB (base dados interna do PLC) onde está localizado em cada máquina. Na figura podemos observar a imagem da máquina no lado esquerdo e, no lado direito, a informação disponível.

Figura 34. Página dos Transportadores.

Formato produto O formato do produto que é indicado é o que está a ser produzido, ou a ser preparado para produzir, que poderá ser:

o 0 – 1,5 L o 1 – 1 L o 2 – 0,5 L o 3 – 0,33 L o 4 – 0,25 L

Esta informação é-nos dada através da MB10 (Byte), sendo posteriormente tratada no software WinCC, conforme a correspondência acima descrita.


De seguida, é apresentado o estado em que se encontram os transportadores, visto que estes estão subdivididos em secções. O estado poderá ser:

o Ligado; o Desligado;

Consoante a informação contida nas saídas correspondentes. Proveniente da máquina Ordenadora (secção 1):

Estado transportador 1 Saída Q8.1






Proveniente da máquina Transportadores (secção 2):










5.2.3.5 Página Massblend

Não foi possível fazer qualquer tipo de trabalho de recolha de dados nesta máquina.

Esta máquina é nova, tendo sido instalada no final do mês de Março; como tal, os

programas estão protegidos com password e não foi possível obtê-la.

Esta máquina tem a placa ethernet que não está instalada, devido aos motivos

explicados anteriormente. Contudo, quando for possível obter a password, será possível

instalar e adquirir os dados.

Figura 35. Página da Massblend


5.2.3.6 Página Enchedora

Na figura podemos observar a imagem da máquina no lado esquerdo e, no lado direito a informação disponível.

Figura 36. Página da Enchedora

Nesta página o utilizador tem acesso aos dados que a seguir se apresentam e à sua localização em cada máquina; refere-se, também, ao bit, saída, Word ou DB (base dados interna do PLC) onde está localizado em cada máquina.


o Ligada; o Desligada.

Para saber esta informação temos a saída Q5.0.

Tipo produto Neste campo é feita a referência se o produto é Natural ou Com gás, e está na DB10 DBW24 (Int).


Formato DB10 DBW28 Int O formato do produto que é indicado é o que está a ser produzido, ou a ser preparado para produzir, que poderá ser:

o 0 – 1,5 L o 1 – 1 L o 2 – 0,5 L o 3 – 0,33 L o 4 – 0,25 L

Esta informação é-nos dada através da DB10 DBW28 (Int), sendo posteriormente tratada no software WinCC, conforme a correspondência acima descrita.

Modo Esta informação permite ao utilizador verificar se a linha se encontra em:

o 0 – Sanificação o 1 – Produção

Permite-nos saber o que a máquina se encontra a realizar; este dado está DB10 DBW20 (Int).

Velocidade (grf/h) Este campo informa o utilizador da velocidade a que a máquina está a operar e encontra-se na DB10 DBD320 (DInt)

Nível depósito (%) Aqui poderá visualizar o nível de água que se encontra no depósito da máquina. Esta informação é obtida através da DB10 DBW260 (Int)

Contador garrafas Este contador permitirá, ao utilizador, visualizar a quantidade de garrafas que a máquina produziu. Este contador está na DB10 DBD330 (DInt).

Pressão produto (bar) Neste campo pode-se observar a que pressão se encontra o produto (água) dentro da cuba; está na DB10 DBW226 (Int).

Temperatura produto Neste campo pode-se observar a que temperatura se encontra o produto (água) dentro da cuba; que está na DB10 DBW264 (Int).


5.2.3.7 Página Agrupadora

Nesta página o utilizador tem acesso aos dados que a seguir se apresentam e à sua localização em cada máquina; refere-se, também, ao bit, saída, Word ou DB (base dados interna do PLC) onde está localizado em cada máquina. Na figura podemos observar a imagem da máquina no lado esquerdo e, no lado direito, a informação disponível.

Figura 37. Página da Agrupadora.


o Ligada; o Desligada.

Para saber esta informação temos a saída Q3.0, Q3.1 e Q3.2.

Contador embalagens Este dado permite saber qual o número de embalagens que a máquina agrupou, estando disponível na MW22.


Tipo produto O tipo do produto que é indicado é o que está a ser produzido, ou a ser preparado para produzir, que poderá ser;

o 1 – 3 x 4 x 1,5 L o 2 – 2 x 2 x 1,5 L o 3 – 6 x 4 x 0,33 L o 4 – 6 x 4 x 0,5 L o 5 – 3 x 2 x 0,5 L o 6 – 6 x 4 x 0,25 L o 7 – 4 x 3 x 1 L o 8 - 3 x 4 x 0,75 L

Esta informação encontra-se na MW20.

Temperatura barra de soldadura (ºC) Este dado indica a temperatura a que se encontra a barra que faz a soldadura do filme de plástico que envolve a embalagem. Este dado é obtido através da MW50.

Temperatura forno de retracção (ºC) Este dado indica a temperatura a que se encontra o forno que faz a retracção do filme de plástico que envolve a embalagem. Este dado é obtido através da MW51.


5.2.3.8 Página Paletizadora

Nesta página o utilizador terá uma imagem real da máquina, na parte esquerda do ecrã.

Figura 38. Página da Paletizadora.

Terá também informações relativas à máquina em questão, tais como:

Contador de embalagens

Nesta variável será contabilizado o número total de embalagens que entraram na

máquina para paletizar; está na MW22;

Contador de paletes

Esta variável contabiliza o número total de paletes que a máquina produziu, e

está na MW24;


Nº do programa seleccionado

Nesta variável poderemos visualizar qual o programa escolhido pelo operador, que

pode não ser o que está a ser utilizado, isto porque dependerá de vários factores;

está na MW20;

Nº do programa confirmado

Aqui será mostrado qual o programa que a máquina está a executar; está na

MW10;

Estado da máquina

Pode-se observar se a máquina se encontra a produzir ou desligada; está na

MWord22.


5.2.3.9 Página Envolvedora de paletes

Nesta página o utilizador terá acesso a dados da máquina envolvedora de paletes que

está a trabalhar com duas linhas, sendo estas a linha 3 e a linha 4.

Figura 39. Página da Envolvedora de Paletes.

Assim o utilizador terá os seguintes dados:

Estado da máquina

Pode-se observar se a máquina se encontra ligada ou desligada, que está na

M140.7.

Contador de paletes dia

Esta variável contabiliza o número total de paletes que a máquina embalou no

dia, estando esta informação disponível na DB50 DBD356.


Contador de paletes total

Esta variável contabiliza o número total de paletes que a máquina embalou; este

é um contador residente, visto não se poder proceder ao reset, e está na DB50

DBD184.

Pressão gás (bar)

Esta variável indica se a pressão do gás que chega à máquina está correcta; é

indicada na I14.1.

Linha a produzir

Nesta variável o utilizador observa qual a linha de onde provem a palete que a máquina se encontra a envolver; esta informação está na DBW202.1.

Máquina pronta a receber palete

Este dado indica se a máquina se encontra disponível para receber outra palete

para paletizar, e está na Q26.0.

Máquina pronta a enviar palete

Este dado indica se a máquina se encontra pronta para enviar a palete para a

saída, e está na Q26.0.


5.2.3.10 Página Estatística

Esta página dá ao utilizador informações relativas ao processo de produção, tais como:

• Contagens individuais de cada máquina;

• Total de produção;

• Total de desperdícios;

• Previsão de produção;

• Rendimentos;

• Tempos de produção;

• Tempos de quebras;

Figura 40. Página Estatística.

Assim pode-se verificar em qualquer altura, os dados estatísticos relativos a cada

máquina e na linha em geral, como se pode observar na figura anterior.


5.2.3.11 Página Histórico

Nesta página o utilizador poderá pesquisar informações que foram guardadas em base de dados, relativamente a:

Produções; Logs; Alarmes.

O utilizador poderá efectuar pesquisas por datas e por tipo de informação. Assim, poderá obter a informação pretendida de modo mais rápido e eficaz, evitando percorrer todos os dados à procura de uma data específica. As informações são guardadas segundo tempos predefinidos, podendo ser alterados quando o administrador do sistema entender; esta base de dados faz parte do WinCC, e poderá ser exportada para outros formatos, por exemplo excel, permitindo assim uma consulta por parte de outros utilizadores sem terem de trabalhar no software de supervisão.

Figura 41. Página Histórico.


5.2.3.12 Página Relatórios

Esta página dá ao utilizador informações de todas as actividades, tais como falhas de

comunicação, ocorrência de alarmes e outros acontecimentos que sejam relevantes ao

processo. Pode-se considerar que é um relator de factos onde são registadas as várias

ocorrências.

Como ao utilizador não interessa que aqui surjam dados relativos a outros operadores,

sempre que se faz Login este relatório é iniciado e, quando o utilizador faz logout este

relatório é impresso e guardado simultaneamente num registo da base de dados, para

que se tenham os dados todos gravados, para posterior consulta.

A figura seguinte mostra como está representado este relatório.

Figura 42. Página Relatório de estado.


5.2.3.13 Página Gráficos

Nesta página o utilizador poderá visualizar 3 gráficos relativos à produção que está a ser

realizada, e que correspondem a:

Gráfico de garrafas produzidas;

Gráfico de embalagens produzidas;

Gráfico de paletes produzidas;

Figura 43. Página de Gráficos.

Nestes gráficos é possível observar o que as máquinas estão a produzir, sem ter em

conta as quebras; estes valores são retirados directamente, sem tratamento informático

das variáveis das máquinas.


5.2.3.14 Alarmes

Nesta secção falaremos sobre os alarmes que poderão ocorrer no sistema. Os alarmes

nem sempre se referem a situação graves uma vez que poderão meramente indicar o

estado de uma porta de uma máquina; se se encontrar aberta, por exemplo, a máquina

não funcionará.

Os alarmes não têm uma página exclusiva, visto que a página relatórios regista a

ocorrência dos mesmos; todavia, dependendo da situação, poderá surgir, em forma de

“pop-up”, na página em que o utilizador se encontrar, um aviso da ocorrência de uma

anomalia no sistema, podendo o operador visualizar a origem da mesma e, assim actuar

de tal forma que anule essa anomalia.

Descrição de alguns alarmes existentes:

Figura 44. Exemplos de Alarmes do Sistema.

Na figura estão representados 3 botões, que são respectivamente da esquerda para a

direita:

1 – Texto informativo com descrição do alarme;

2 – Filtro para ver o tipo de variável;

3 – Botão de confirmação de leitura


5.2.4 Sistema de Upload/Download de software

Este sistema tem como intuito, efectuar remotamente o download ou upload dos

programas contidos num PLC, possibilitando ao programador uma mobilidade maior e

podendo, remotamente, visualizar o funcionamento do PLC no modo on-line; desta

forma poderá proceder à alteração ou execução de um novo programa sem ter de se

deslocar ao local.

Como neste momento existem máquinas que têm sinais provenientes de outras

máquinas, ou seja, o seu funcionamento depende de outra máquina, se existir um

problema, ou mesmo a execução de novos programas, o programador poderá visualizar

rapidamente as duas máquinas; caso contrário, teria de programar/alterar um programa

numa máquina e, depois, passar para a outra tantas vezes quantas as necessárias.

Assim com o software SIMATIC Manager configurado, temos acesso directo aos PLC’s

podendo aceder a cada um individualmente. O acesso aos PLC’s é feito escolhendo o PLC

pretendido, como mostra a figura seguinte. Neste exemplo é mostrado o caso do PLC S7-

400.

Figura 45. Software de acesso aos PLC’s.


5.2.5 Localização do caminho de cabos e da sala de controlo

Figura 46. Layout Fábrica Cruzeiro – Caminhos de cabos e das salas de controlo.

O caminho de cabos está representado pela linha a cheio de cor vermelho.


5.2.6 Caminho de cabos e distâncias

Figura 47. Caminhos de cabos – Esquema representativo.

• Sala Controlo 1 – Ponto 1 – 80 m.

• Ponto 1 – Ponto 2 – 21 m.



• Sala Controlo 1 – Ponto 5 – 78 m.



• Ponto 5 – Bastidor – 150 m.

Na totalidade perfaz 505 m.


5.2.7 Organização dos trabalhos realizados

5.2.7.1 Estrutura das actividades

O projecto teve 3 fases mais relevantes, que estão subdivididas cada uma em várias

tarefas.

FASE 1 – Análise de requisitos

• 1.1. Reunião – Nesta fase é realizada uma reunião com o estagiário, director

fabril e o orientador do estágio, que apresenta o pretendido, bem como a

localização e todos os elementos relativos ao local onde irá ter lugar a

implantação do sistema.

• 1.2. Visita ao local – Nesta actividade estuda-se a área e o local de

implementação.

FASE 2 – Engenharia

No decorrer desta fase é concebido o projecto do sistema de acordo com o

pretendido: recolher os dados sobre os materiais a instalar, junto dos fornecedores, e

decidir qual a melhor proposta.

• 2.1. Concepção do sistema de monitorização.

• 2.2. Escolha de materiais – Esta escolha é baseada nos requisitos do proprietário.

• 2.3. Contacto com fornecedores – São efectuados contactos telefónicos e por fax

com as empresas fornecedoras de material, escolhe-se a empresa ou empresas

fornecedoras de material que melhor cumprem os requisitos.

Para esta actividade teremos um período de 5 dias, para que os contactos com os

fornecedores obtenham um “feed-back”, dando assim tempo para se poder escolher

a melhor proposta.

• 2.4. Reunião de Aprovação – Nesta fase é realizada uma reunião com o

estagiário, director fabril e o orientador do estágio, que apresenta o sistema


desenvolvido e os materiais escolhidos. Caso seja necessário fazer alterações, estas

serão feitas na hora, posto isto, o projecto irá começar de imediato.

Estas actividades têm como base a distribuição de tarefas pelas equipas de trabalho.

• 2.5. Reunião de coordenação – Será feito o escalonamento das actividades, bem

como definidos os trabalhos.

FASE 3 – Execução

• 3.1. Colocação dos materiais na obra.

• 3.2. Passagem de cabos ethernet.

• 3.3. Colocação das cartas de ethernet nos PLC’s.

• 3.4. Instalação das cartas de ethernet nos PLC’s.

• 3.5. Colocação dos switch’s.

• 3.6. Instalação dos switch’s.

• 3.7. Interligação do sistema.

Serão efectuados os testes necessários, antes de se proceder ao desenvolvimento do

software de monitorização.

• 3.8. Concepção do software de monitorização.

• 3.9. Testes do software desenvolvido.

• 3.10. Verificação do sistema implementado.

• 3.11. Validação do sistema.

• 3.12. Reunião final – Nesta reunião será feita a apresentação do projecto aos

responsáveis da SAL e aos orientadores do projecto.


5.2.7.2 Organização da equipa e função dos participantes

Equipa A

Tem como função, passar os cabos nas esteiras e interligar os equipamentos.

• João Duarte – Electricista.

• Rogério Almeida – Electricista.

Equipa B

Tem a função de instalar o software dos equipamentos nos PLC’s e fazer alterações de

programação.

• Carlos Midões – Responsável programação dos PLC’s.

• Daniel Santos – Aluno.

Equipa C

Tem como função validar o sistema implementado.

• Américo Azevedo – Orientador de estágio da FEUP.

• António Carvalho – Orientador de estágio da SAL.

Equipa D

Empresa ou empresas externas, fornecedoras de material.

5.2.7.3 Mecanismos de controlo

Será redigido um documento semanal (todas as sextas-feiras), do qual constam o

trabalho realizado e as possíveis situações anómalas.

Será entregue mensalmente um documento comprovativo de presenças, ao POCI,

entidade que coordena as bolsas de estudo.


5.2.7.3.1 Atribuição de recursos Fases Actividade Recursos Duração

(dias) 1

1.1. Reunião 1.2. Visita ao local

Equipa B Equipa C Equipa B

1 1 1

2

2.1. Concepção do sistema de monitorização 2.2. Escolha de materiais 2.3. Contacto com fornecedores 2.4. Reunião de Aprovação 2.5. Reunião de coordenação

Equipa B – Daniel Santos Equipa B – Daniel Santos Equipa C – António Carvalho Equipa B – Daniel Santos Equipa C – António Carvalho Equipa B Equipa C Equipa A Equipa B – Daniel Santos

20 4 4 5 5 1 1 1 1

3

3.1. Colocação dos materiais na obra. 3.2. Passagem de cabos ethernet. 3.3. Colocação das cartas de ethernet nos PLC’s. 3.4. Instalação das cartas de ethernet nos PLC’s. 3.5. Colocação dos switch’s. 3.6. Instalação dos switch’s. 3.7. Interligação do sistema. 3.8. Concepção do software de monitorização. 3.9. Testes do software desenvolvido. 3.10. Verificação do sistema implementado. 3.11. Validação do sistema. 3.12. Reunião final.

Equipa D Equipa A Equipa B – Daniel Santos Equipa B Equipa B Equipa B – Daniel Santos Equipa B – Daniel Santos Equipa B – Daniel Santos Equipa B – Daniel Santos Equipa B Equipa B Equipa C Equipa B Equipa C Equipa B Equipa C

1 4 4 2 2 2 1 1

60

1 1 1 1 1 1 1


5.2.7.3.2 Calendarização Data de início: 27 de Fevereiro de 2006

Data de fim: 30 de Junho de 2006


6 Equipamento necessário para implementar o sistema

6.1 “Hardware”/”Software” para a rede “Ethernet” de PLC’s “Step 7”

6.1.1 Cartas “ethernet” a colocar nos PLC’s S7

(1x) – CP243 para os S7-200;

(5x) – CP343 para os S7-300;

(1x) – CP443 para os S7-400;

(3x) – Switch de 8 portas Siemens;

6.1.2 Sistema de supervisão

Este sistema de supervisão, baseado no WinCC Flexible, foi “colocado” num PC

“desktop” com o sistema operativo Windows XP (não proposto, devido à existência do

mesmo).

6.1.2.1 Carta Ethernet/S7 a colocar no PC

(1x) – CP1613;

6.1.2.2 “Software” de supervisão

(1x) – “Software” de desenvolvimento da “interface gráfica”

WinCC Flexible Advanced 2005;

(1x) – “Run Time” da “interface gráfica”

WinCC Flexible Advanced de 2048 Tags.


6.2 Diversos

(600x) – Cabo SSTP 4x2x0,5 (m);

(30x) – Ficha PHOENIX VS-08-RJ45-5-Q/IP20;

(1X) – Quadro (Tipo Bastidor) CRN 33/200 KT;

6.2.1 Material existente em stock

(1x) – Fonte Alimentação SIEMENS 24V DC 1,5A;


6.3 Orçamento

6.3.1 “Hardware”/”Software” para a rede “Ethernet” de PLC’s “Step 7”

Para a aquisição dos equipamentos foram solicitados orçamentos a vários fornecedores,

sendo escolhido o que tinha preços mais baixos para o mesmo tipo de material; que

neste caso, foi a empresa BRESIMAR – Aveiro.

Descrição

Equipamento existente Equipamento adquirir

Quant. Preço Unitário Preço Total

PLC S7-200 CP243 1 450,00 € 450,00 €

PLC S7-300 CP343 5 715,00 € 3.575,00 €

PLC S7-400 CP443 1 1.939,00 € 1.939,00 €

- Switch de 8 portas Siemens Scalance X108 3 392,00 € 1.176,00 €

PC PCI Card (32 bits) PG/PC-IE CP1613 1 1.235,00 € 1.235,00 €

PC "Software" WinCC Flexible Advanced 2005 1 2.020,00 € 2.020,00 €

PC “Run Time” WinCC Flexible Advanced 2048 tags 1 2.305,00 € 2.305,00 €

Total 12.700,00 €

6.3.2 Diversos

Equipamento adquirir Quant. Preço Unitário

Preço Total

Cabo un_7002_4P (m) 600 1,60 € 960,00 €

Ficha PHOENIX VS-08-RJ45-5-Q/IP20(un.) 30 15,00 € 450,00 €

Quadro (Tipo Bastidor) CRN 33/200 KT + Platina 1 91,66 € 91,66 €

Total 1.501,66 €

6.3.3 Total

Material PLC 12.700,00 €

Material Diverso 1.501,66 €

Total s/ iva 14.201,66 €


7 Conclusões

7.1 Outros trabalhos realizados

O trabalho principal realizado durante o estágio foi o desenvolvimento e implementação

de um sistema de monitorização de um processo produtivo; todavia, em simultâneo,

foram realizados diversos trabalhos que não estavam relacionados com o estágio.

Como o sistema a desenvolver estava relacionado com a Siemens, surgiu o convite para a

participação numa apresentação de novos produtos, que teve lugar em Aveiro. Desta

participação, surgiram novas ideias, que foram aplicados no desenvolvimento do

projecto.

Visitei a Sociedade Central de Cervejas e Bebidas (Vialonga – Lisboa), com o intuito de

consultar os sistemas de monitorização lá implementados e para ter uma visão mais

ampla das aplicações industriais.

Realizei cadernos de encargos relacionados com trabalhos a efectuar por entidades

externas na empresa.

Realizei, mensalmente, mapas comparativos de custos relativos à manutenção e às

linhas de produção, bem como backup’s do material existente em stock através do SAP.

Realizei projectos em AutoCad, de diversos tipos, tais como peças para serem

maquinadas.

Colaborei na programação (ajustes aos programas existentes, devido a mudanças de

layout das linhas de produção) de PLC’s, juntamente com o responsável da automação

da empresa.

Colaborei na idealização e projecto de protecções de segurança para as máquinas

existentes, para posterior inspecção das entidades competentes (ISQ).


7.2 Dificuldades encontradas

As dificuldades sentidas ao longo deste projecto foram as normais associadas a um

projecto de final de curso. No entanto, creio que, a estas, há adicionar o facto de se

estar numa empresa onde existem normas bastante distintas das de uma faculdade.

Pelo facto de se tratar de um empresa de uma dimensão apreciável, verificou-se uma

maior demora de processos, tais como o de ter de fazer pedidos de orçamentos a várias

empresas, ter de analisar e optar pelo mais favorável, bem como o período de espera

para o fornecimento do material.

Relativamente ao projecto, as dificuldades que existiram não foram significativas,

apesar de ter sido todo desenvolvido sem recorrer a manuais. Há que referir que o

trabalho de implementação, tanto das cartas como do cabo, foi realizado na sua maior

parte por mim com a ajuda de colaboradores da própria empresa. Contudo, é de realçar

que sempre tive o apoio da empresa Bresimar, fornecedora do material.

O maior problema que surgiu esteve relacionado com o fornecedor do cabo ethernet e

das fichas RJ45, uma vez que não foram cumpridos os prazos de entrega. A acrescentar a

isto, o material não era apropriado (as fichas RJ45 fornecidas eram de categoria 5,

quando o cabo era de categoria 7).

O cabo já estava instalado e foi necessário demasiado tempo para que a empresa

solucionasse o problema. Como tal, “perderam-se” 5 semanas, prejudicando-se, assim, o

bom desenvolvimento do trabalho.


7.3 Trabalho futuro

Com o trabalho desenvolvido até este ponto, seria interessante estender este projecto,

de modo a que tenha mais utilidade a nível de dados estatísticos.

Assim poder-se-ia implementar um sistema em que o departamento de produção pudesse

adquirir os dados de produção directamente deste software, importando-o para uma

base de dados onde se pudesse efectuar todo o controlo estatístico necessário para a

correcta gestão de produção.

Seria também interessante importar os dados obtidos da produção do software

desenvolvido, para o software existente (SAP), onde actualmente se guardam os dados

de produção.

Este software permitiria, a todos os que a ele têm acesso, saber exactamente tudo o

que se passa no chão de fábrica, a nível de produção.


7.4 Conclusões finais

Este projecto foi bastante útil visto que me proporcionou tomar contacto com uma

realidade totalmente diferente daquela com que nos deparamos na faculdade. Num

ambiente empresarial tudo funciona de forma mais formal, mais impessoal, visto que

não estamos perante amigos, mas sim colegas de trabalho. Desta forma, este projecto

foi como que uma primeira abordagem para o futuro que se avizinha.

Permitiu-me crescer num aspecto que a faculdade não pode oferecer que é o contacto

pessoal e a capacidade de comunicar, quer com fornecedores, quer com clientes,

permitindo-me ganhar mais confiança para este tipo de relações. Isto porque, ao longo

deste período, tive que estar em contacto directo com as empresas fornecedoras de

material, pois era o responsável pelo projecto e, como tal, tinha de assumir todas as

responsabilidades.

Como foi a primeira vez que executei um projecto completo (projecto e implementação)

deste género, pude constatar todas as dificuldades inerentes, tais como situações

imprevistas, atrasos, modificações que é necessário implementar, etc.

Espero que todos os interessados na problemática da automação industrial, mais

concretamente na monitorização de processos produtivos, encontrem neste projecto um

bom exemplo de consulta.


8 Referências

• IEEE Std 982.1-1988, IEEE Standard Dictionary of Measures to Produce Reliable

Software.

• IEEE Std 982.2-1988, IEEE Guide for the Use of IEEE Standard Dictionary of Measures

to Produce Reliable Software.

• Manual da carta de comunicação CP-243-1.

• Manual da carta de comunicação CP-343-1 – Lean.

• Manual da carta de comunicação CP-443-1.

• Manual da carta de comunicação CP-1613.

• Manual do Switch Industrial Scalance X-100.

• Data sheet das fichas RJ45.

• Data sheet do cabo Ethernet.

• www.bresimar.pt – Empresa fornecedora de material para os PLC’s.

• www.siemens.pt – Consulta de material para desenvolvimento do projecto.

• www.sistcentro.got.to – Empresa fornecedora de material diverso.


9 Anexos

9.1 Anexo A – Carta ethernet CP-1613 A2

PG/PC CP 1613 A2

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©2001 - 2006 Siemens S.A., Automation & Drives Catálogo do visitante




9.2 Anexo B – Carta ethernet CP-243 – 1

SIMATIC S7 CP 243-1

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Visualização

Funcionalidades


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Funções



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9.3 Anexo C – Carta ethernet CP-343 – 1 Lean

SIMATIC S7 CP 343-1 Lean

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Visualização

Funcionalidades


Composição



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Funções



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Mais informação





9.4 Anexo D – Carta ethernet CP-443 – 1

SIMATIC S7 CP 443-1

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Visualização

Funcionalidades


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Funções



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Dados técnicos

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Mais informação





9.5 Anexo E – Switch SCALANCE X-100 unmanaged

Industrial Ethernet switches SCALANCE X-100 unmanaged

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Visualização

Funcionalidades


Composição



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Funções



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M^! 6

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9.6 Anexo F – Cabo un_7002_4P_0606e

Product information

Co

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un

ica

tio

n t

ech

no

log

y

Technical changes reserved. www.daetwyler.net

uninet® 7002 4P / 2x4P F8Data cable S/FTP for structured Cabling

unin

et® 7

002

4P/2

x4P

0606

/e

Outer sheathFRNC/LSOH orange RAL 2003

Inner conductorAWG23Bare Cu wire

Wire1.4 mm Ø

ScreenPairAlu PETP-Foil

ScreenTinnedbraided Cu

1) FRNC/LSOH = Flame Retardant Non Corrosive/Low Smoke Zero Halogen

Article No. Dimension Type Sheath Sheath Ø Weight CU weight Fire load PU

n x n x mm mm kg/km kg/km kWh/m MJ/m

177 388 4 x 2 x 0,57 (AWG23) HF-4944-U FRNC/LSOH 1) 7,4 60 31,1 0,165 0,60 1000m Drum

177 398 2 x (4 x 2 x 0,57 (AWG23)) HF-4948-U FRNC/LSOH 1) 7,4 x 15,6 120 62,2 0,33 1,20 500m Drum

Versions

Applications

Features Electrically and mechanically high-quality Cat. 7 data cable - satisfying the highest demands!Excellent screen effect due to individual foil screened pairs and overall copper braid.Compatible with all current connecting hardware to EN 50173 and ISO/IEC 11801.Guaranteed limit values according to Cat.7: ISO/IEC 11801:2002, EN 50173-1and EN 50288-4-1.

Data cable for structured premises cablingFor transmission of digital and analogue voice and data signals.Especially suitable for all Class E applications. Class F.ISDN, Ethernet 10 Base-T, Fast Ethernet 100 Base-T, Gigabit Ethernet 1000 Base-T,Token Ring 4/16 Mbit/s,TP-PMD/TP-DDI 125 Mbit/s, ATM 155 Mbit/s.There is a possibility, of transmitting two different communication services(e.g., EDP + telephony, Ethernet + Token Ring) simultaneously over one cable.(Cable sharing).

Co

mm

un

ica

tio

n t

ech

no

log

y

Technical changes reserved. www.daetwyler.net

uninet® 7002 4P / 2x4P F8Data cable S/FTP for structured Cabling

unin

et® 7

002

4P/2

x4P

0606

/e

Frequency [MHz] 1 4 10 16 20 31.25 62.5 100 155 300 600 900 1000

Attenuation [dB/100m] 1.9 3.7 5.6 7.0 7.8 9.7 14.0 17.9 23.6 31 46 55 57

NEXT [dB] 100 100 100 100 100 100 100 100 100 95 90 83 80

PS NEXT [dB] 97 97 97 97 97 97 97 97 97 92 87 80 77

ACR [dB] 98 96 94 93 92 90 86 82 76 64 44 29 23

PS ACR [dB] 95 93 91 90 89 87 83 79 73 61 41 26 20

ELFEXT [dB] 98 98 98 96 94 90 84 78 74 64 45 36 33

PS ELFEXT [dB] 96 96 96 94 92 88 82 76 72 62 43 34 31

Return loss [dB] 26 30 33 33 33 33 33 33 30 27 25 22 20

These performance data are typical measured values.

ElectricalCharacteristics

MechanicalCharacteristics

Loop resistanceat 20°C: 140 Ω/kmMutual capacitance: 42 pF/mImpedance at 100 MHz: 100 Ω ±5 ΩTransfer impedanceat 1/10/30 MHz < 6/6/10 mΩ/mNear end unbalance att.LCL at 1/10/100 MHz: > 40 dBDelay Skew: 2 ns/100mNVP: 81 %

Environmentalconditions

7002 4P 7002 2x4P F8Bending radius (flat side) - during draw-in ≥ 60 mm ≥ 60 mm

- permanently installed ≥ 30 mm ≥ 30 mmTensile strength ≤ 110 N ≤ 220 NCrush resistance ≥ 1000 N/10 cm ≥ 1000 N/10 cmImpact ≥ 10 Impacts ≥ 10 ImpactsTemperature range - during installation 0°C to + 50°C 0°C to + 50°C

- in operation -20°C to + 60°C -20°C to + 60°C

Zero halogen according to IEC 60754-2Smoke density according to IEC 61034Burning characteristics according to IEC 60332-1 and IEC 60332-3

Wire colour code white/bluewhite/orangewhite/greenwhite/brownaccording to IEC 189 and IEC 708

Printing DAETWYLER UNINET 7002 4P AWG 23 FRNC/LSOH resp.DAETWYLER UNINET 7002 2X4P AWG 23 FRNC/LSOH(+Batch number+metre marks)

Zero halogen,non-corrosive gasses (DIN VDE 0472-813) New: DIN VDE 0482-267,

EN 50267 (CENELEC HD 602), IEC 60754-2Self-extinguishing (DIN VDE 0472-804) New: DIN VDE 0482-265,

EN 50265 (CENELEC HD 405.1), IEC 60332-1Minimum fire propagation DIN VDE 0472-804/Part C,

CENELEC HD 405.3, IEC 60332-3 cat. CMinimal smoke (DIN VDE 0472-816) New: DIN VDE 0482-268,

EN 50268 (CENELEC HD 606), IEC 61034EMC screenedCat./Class better than Cat.7, Class F

GeneralCharacteristics

Technical data:

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1'000[MHz]

[dB]

NEXT 7002

NEXTEN 50288-4-1

AttenuationEN 50288-4-1

Attenuation 7002

1

2

3

4

2

3

1

4


9.7 Anexo G – Fichas RJ45

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