UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA
CAMPUS DE JOAÇABA
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO
MONITORAMENTO DE IMPRESSORA
FLEXOGRÁFICA
ANDRÉ LUIZ SIMÃO
JOAÇABA – SC
2013
ANDRÉ LUIZ SIMÃO
MONITORAMENTO DE IMPRESSORA FLEXOGRÁFICA
Trabalho Acadêmico apresentado ao Colegiado do
Curso de Engenharia da Computação da
Universidade do Oeste de Santa Catarina como
requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro da
Computação.
Orientador: Prof. Dr. Geovani Rodrigo Scolaro
JOAÇABA – SC
2013
ANDRÉ LUIZ SIMÃO
MONITORAMENTO DE IMPRESSORA FLEXOGRÁFICA
Trabalho Acadêmico apresentado ao Colegiado do
Curso de Engenharia da Computação da
Universidade do Oeste de Santa Catarina como
requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro da
Computação.
Aprovado em ___/___/_______
BANCA EXAMINADORA
__________________________________________
Prof.: Lisandra Flores Martins
Empresa RGE, do Grupo CPFL
__________________________________________
Prof.: Geovani Rodrigo Scolaro
Universidade do Oeste de Santa Catarina – UNOESC
__________________________________________
Prof.: Vitor Fernando Couto
Universidade do Oeste de Santa Catarina – UNOESC
RESUMO
Este trabalho foi desenvolvido com bases nas atividades de estágio realizadas na empresa
Sopasta S/A Ind. Com, de Tangará/SC. O objetivo do trabalho foi estudar o processo de
produção de caixas de papelão ondulado em uma impressora flexográfica, a fim de monitorar e
controlar os tempos improdutivos da máquina. Para atingir o objetivo efetuou-se uma revisão
bibliográfica e um estudo do hardware a ser usado e da complexidade das integrações e
interações que o sistema exigirá. Durante o trabalho pode-se constatar que os fatores que mais
afetam o processo de produção foram: tempo de ajuste de máquina, tempo de parada por
manutenção, tempo de parada operacional, falta de matéria prima (chapas de papelão
ondulado), qualidade da matéria prima. Os resultados levaram à conclusão de um sistema para
monitoramento de tempos improdutivos é muito relevante e se bem aplicado servirá com um
instrumento da melhoria continua dos processos produtivos.
Palavras chave: flexografia, tempo improdutivo, monitoramento
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Imagem 1 Fluxograma Preparo de Massa..................................................................................09
Imagem 2 Fluxograma Máquina de Papel.................................................................................10
Imagem 3 Fluxograma Onduladeira..........................................................................................12
Imagem 4 Impressora Tomasoni Flexo Folder Gluer IPSDC....................................................13
Imagem 5 Impressora Tomasoni Flexo Folder Gluer IPSDC....................................................13
Imagem 6 Fluxograma Produção Impressora............................................................................14
Imagem 7 - Linguagem Ladder..................................................................................................17
Imagem 8 - Linguagem de Blocos............................................................................................18
Imagem 9 - Linguagem STL.....................................................................................................18
Imagem 10 - CLP Micro 830.....................................................................................................24
Imagem 11 - Arquitetura de Hardware......................................................................................25
Imagem 12 – Connect Components Workbench (CCW)...........................................................26
Imagem 13 - Sinal de Velocidade..............................................................................................26
Imagem 14 - Sinal de Parada......................................................................................................27
Imagem 15 - Sinal de Parada.....................................................................................................27
Imagem 16 - Contagem de Produção........................................................................................28
Imagem 17 - Fluxograma das Rotinas do Sistema.....................................................................30
Imagem 18 - Tela Principal do TRIMBOX..............................................................................31
Imagem 19 – Divisão de tarefas................................................................................................32
6
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABPO – Associação Brasileira de Papelão Ondulado
CLP - Controlador Lógico Programável
ERP - Enterprise Resource Planning
PCP - Programação e Controle de Produção
PIMS - Process Information Management Systems
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition
ERP – Enterprise Resource Planing
I/O – Input / Output
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 8
1.1 PREPARO DE MASSA .............................................................................................. 9
1.2 MÁQUINA DE PAPEL ............................................................................................. 10
1.3 ONDULADEIRA ...................................................................................................... 11
1.4 OBJETIVO GERAL .................................................................................................. 13
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................... 14
2.1 A Fabricação do Papel Ondulado .............................................................................. 14
2.2 A Fabricação da Embalagem ..................................................................................... 14
2.3 Controlador Lógico Programável – CLP ................................................................... 15
2.4 Comunicação Modbus ............................................................................................... 19
3 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................... 20
4 METODOLOGIA OU MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................... 20
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 21
5.1 Hardware .................................................................................................................... 23
5.2 Firmware .................................................................................................................... 25
5.3 Interface Gráfica - PointSW ...................................................................................... 28
5.4 Divisão das Tarefas .................................................................................................... 31
6 CONCLUSÕES ................................................................................................................ 32
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 34
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1 INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido na empresa Sopasta S/A Indústria e Comércio, no
período de 12 de agosto a 18 de Novembro de 2013, Empresa esta que atua no ramo de papel e
embalagens de papelão ondulado, com base nas atividades realizadas no estágio curricular
obrigatório I.
Para se produzir embalagens de papelão ondulado têm-se algumas etapas no processo
produtivo, são elas a produção do papel kraftliner (celulose fibra virgem) e testliner (aparas de
papel). A produção de papel é subdivida basicamente em dois grandes ciclos de produção
preparo de massa e máquina de papel, em sequência o papel passa por uma máquina chamada
onduladeira, que é responsável por ondular o papel miolo e colar o papel sob ele as outras faces
de papeis se tornando uma chapa de papelão ondulado já com algumas características da caixa
que será produzida posteriormente.
Na impressora flexográfica são impressas as caixas de papelão, são compostas por uma
unidade de introdução, algumas unidades tinteiro, unidades de perfuração, corte e vinco, e
unidades de colagem, quando se trata de caixas normais, caso seja caixas corte e vinco não
necessita de cola, pois simplesmente dobrando e encaixando as bordas já forma a caixas, e estas
normalmente são utilizadas pela indústria alimentícia.
O problema encontrado na produção das caixas é a deficiência de se monitorar e
controlas os tempos improdutivos pelos gestores da fábrica, pois são apontamentos manuais de
baixa credibilidade, a proposta apresentada é de uma integração software-hardware que
automatizará o sistema de apontamentos de produção e tempos improdutivos.
O sistema será composto por um controlador lógico programável (CLP), marca
Rockwell, modelo Micro 830, e uma interface gráfica denominada sistema de supervisão feita
em Java, este sistema deverá ter acesso ao banco de dados do sistema de programação de
produção para carregar os dados do pedido, após produzido será atualizado automaticamente.
O foco do estágio obrigatório I foi compreender e planificar o problema proposto pela
empresa, e estudar o hardware proposto pela empresa, pois a escolha do hardware foi definida
pela empresa, sendo assim temos algumas limitações no que diz respeito à comunicação entre
sistema supervisório e CLP, pois esta deverá ser implementada em modbus, que é uma
comunicação baseada em rede serial RS-485, um protocolo mestre-escravo com tabelas de
repasse entre os dispositivos conectados na rede.
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1.1 PREPARO DE MASSA
O Preparo de Massa é o local aonde a massa do papel é produzida, seja ela de celulose,
aparas ou mista, as etapas do Preparo de Massa usando aparas é composta por desagregação,
depuração grossa e depuração fina.
A desagregação tem por finalidade transformar aparas de papel (caixas usadas, papel
usado, e demais tipo de papeis para reciclagem), em uma massa, que tem muitas impurezas,
metais, plástico e isopor normalmente. Após passar pelo processo de desagregação a massa
entra no processo de depuração que tem por objetivo realizar uma limpeza gradativamente,
passando por vários depuradores, o depurador é um equipamento que possui uma peneira
interna com furos ou fendas muito pequenos normalmente entre 0,20mm a 0,50mm. A massa
entra por dentro da peneira saindo pela lateral, então só a fibra passa pela peneira as impurezas
saem pelo rejeito. O Descontaminex e o Tambor Classificador que aparecem na Imagem 1,
servem para realizar uma limpeza no Pulper, pois se acumulam metais e plásticos grandes acima
da peneira, a linha que vai direto para o tanque pré-depuração é coletada abaixo da peneira
existente no Pulper, essa peneira tem vários furos de 12mm de diâmetro, sendo assim, passam
poucas impurezas por ela, mas se não for realizada a limpeza do Pulper pelo Descontaminex e
Tambor Classificador a corrente do motor sobe muito ocasionando paradas por sobrecarga.
Imagem 20 Fluxograma Preparo de Massa
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1.2 MÁQUINA DE PAPEL
Na produção do papel a massa recém feita no Preparo de Massa, passa agora por
refinadores, além de homogeneizar a fibra, pois elas ficam do mesmo tamanho influência
diretamente em alguns testes físicos como Grau Schopper Riegler (ºSR, indica o quanto a fibra
é drenável) e também testes de porosidade, após ser refinada a massa é estocada nos Tanque da
Base e Capa, a Base corresponde por 70% do papel e a capa os outros 30%, a bomba de massa
tem a função de controlar o fluxo de massa para o silo de agua branca aonde será feita a diluição
a massa passa de 4,5% de consistência para 0,8% . Na bomba de mistura são adicionados alguns
aditivos químicos como RU (resistente a umidade) cola, Fixador (utilizado para auxiliar na
fixação dos produtos químicos), polímero. A linha capa possui alguns químicos a mais como
corante, que proporciona uma cor diferenciada no papel.
O papel passa pela mesa plana, o rolo de sucção ajuda a desaguar o papel que nas prensas
possui o desague quase que completo, o papel passar por sua vez em vários rolos secadores que
possuem internamente vapor e são divididos em grupos secadores. Em seguida o papel é
enrolado na enroladeira que formará o Jumbo (rolo de papel de aproximadamente 5 toneladas
que é enrolado em um eixo denominado estanga).
O Jumbo é o papel pronto, porém o processo finaliza na Rebobinadeira que é a máquina
responsável por enrolar o papel em tubetes de papelão, que proporciona maior acabamento e
tração adequada para ser utilizado na onduladeira.
Imagem 21 Fluxograma Máquina de Papel
11
1.3 ONDULADEIRA
Para se produzir a chapa de papelão é necessária uma máquina chamada onduladeira
que é composta por emendadores, corrugadores, forradeira, mesa quente, mesa fria, vincadeira,
facão, stacker (empilhador). Os emendadores são responsáveis por emendar automaticamente
as bobinas da capa e do miolo, assim não causa muitas paradas no processo de produção. O
processo se inicia inserção da bobina nos emendadores miolo e capa dos corrugadores, o miolo
passa pelo rolos corrugados que vão fornecer a onda desejada seja A, B, C, E, T por exemplo.
No emendador capa colocasse o papel que será utilizado na capa interna do papel, que passará
na prensa do corrugador que tem por objetivo colar o miolo ondulado com a capa.
Nesta etapa do processo se tem uma face ondulada e um capa, na Forradeira adiciona-
se a chapa a capa externa o qual é colada na Forradeira e se ontem a cura completa passando
pela mesa quente e mesa fria. Agora, a chapa já pronta irá passar pelo processo de corte
longitudinal e formação de vincos, os quais já terão de ser especificados de acordo com a chapa
que será produzida, O corte do facão também, é de acordo com o comprimento da futura caixa.
As chapas são empilhadas no Stacker em paletes para facilitar a armazenagem e manuseio na
conversão.
Imagem 22 Fluxograma Onduladeira
Produzida a chapa de papelão ondulado precisa-se ainda para se produzir a caixa
12
efetivamente passar pelas impressoras flexográficas que são compostas por três tipos
basicamente flexo folder, corte e vinco rotativa, miniline respectivamente o produtos final será
caixa normal tipo maleta, caixa tipo corte e vinco usada principalmente em frigoríficos, e caixas
pequenas estilo maleta, porém de um tamanho reduzido.
A impressora que será implantado o sistema proposto neste trabalho é da marca
Tomasoni, modelo Flexo Folder Gluer IPSDC, conforme Imagens 4 e 5:
Imagem 23 Impressora Tomasoni Flexo Folder Gluer IPSDC
Imagem 24 Impressora Tomasoni Flexo Folder Gluer IPSDC
13
Esta impressora é composta por uma unidade de introdução de chapas, três unidades
tinteiro, as quais imprimem os desenho e formas contidos nos clichês, uma unidade de
perfuração, corte e vincos, que fornecem a forma da caixa, uma unidade de colagem das abas,
um empilhador para padronizar os fardos automaticamente. Após os fardos de caixas serem
empilhados passam por uma amarradeira marca Mosca, então, um operador forma os paletes,
passa por uma máquina que plastificará os paletes de caixas que em uma próxima etapa será
encaminhado aos clientes.
Imagem 25 Fluxograma Produção Impressora
1.4 OBJETIVO GERAL
Realizar uma integração software-hardware, a fim de monitorar tempo improdutivo de
impressora flexográfica utilizada para produção de caixas a partir de papelão ondulado;
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Monitorar tempo de Set-UP (ajuste de máquina);
Monitorar tempo de parada de máquina;
a. Manutenção Preventiva;
b. Manutenção Corretiva;
c. Operacional;
d. Falta de pedido;
Monitorar velocidade média;
Atualizar o pedido de produção automaticamente via link de base de dados com o
sistema existente de programação de produção;
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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 A Fabricação do Papel Ondulado
O papelão ondulado é um produto do setor de base florestal que é produzido com pastas
celulósicas de fibras longas, oriundas tanto de fibras virgens como de fibras recicladas, sua
principal matéria-prima. As principais fibras usadas no hemisfério sul para a produção desses
papéis são aquelas individualizadas (e posteriormente recicladas) a partir das madeiras de Pinus.
O papelão ondulado também é comumente chamado de corrugado. A razão para ambas as
denominações é o fato de o miolo ter camadas de papel em ondas corrugadas (FOEKEL citado
por VIDAL, 2011).
De acordo com a terminologia da NBR 5985 utilizada pela Associação Brasileira de
Papelão Ondulado (ABPO), os papéis ondulados são classificados como:
Face simples: estrutura formada por um elemento ondulado (miolo) colado a um
elemento plano (capa).
Parede simples: estrutura formada por um elemento ondulado (miolo) colado, em ambos
os lados, a elementos planos (capas).
Parede dupla: estrutura formada por três elementos planos (capas) colados a dois
elementos ondulados (miolos) intercaladamente.
Parede tripla: estrutura formada por quatro elementos planos (capas) colados em três
elementos ondulados (miolos) intercaladamente.
Parede múltipla: estrutura formada por cinco ou mais elementos planos (capas) colados
a quatro ou mais elementos ondulados (miolos) intercaladamente.
2.2 A Fabricação da Embalagem
A embalagem de papelão ondulado pode ser pintada, tornando o pacote mais atrativo
aos olhos do consumidor. Grande parte das tintas, colas e materiais auxiliares de
empacotamento são atóxicos para permitir uma reciclagem mais sadia, o que constitui outra
vantagem ambiental dos papelões. Muitos dos produtos embalados pelo papelão ondulado têm
em suas caixas a única mídia de propaganda impressa de que dispõem.
PIMS ou Process Information Management Systems são sistemas que adquirem dados
de processo de diversas fontes, os armazenam num banco de dados históricos e os
disponibilizam através de diversas formas de representação. O PIMS nasceu na indústria de
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processos contínuos mais propriamente na indústria química e petroquímica para resolver o
problema da fragmentação de dados e proporcionar uma visão unificada do processo. Numa
primeira fase, o PIMS passa a se constituir na ferramenta fundamental para o engenheiro de
processos. A partir de uma estação ele pode visualizar tanto os dados de tempo real como
históricos da planta. Pode montar tabelas, gráficos de tendência e sinópticos e eliminar as ilhas
de informação, concentrando em uma única base de dados informação sobre todos os aspectos
de uma planta.
A implantação de um PIMS facilita a implantação de outros módulos de software como
reconciliador de dados, sistema especialista, Supply Chain Manager e facilita a integração de
sistemas ERP (Enterprise Resource Planing) com o chão de fábrica. A capacidade de gerar
outros dados através de cálculos e de armazená-los por longo períodos de tempo sem ter que
enviá-los a um mainframe constitui um grande ganho para o analista de processos. Ele deixa de
depender do pessoal do departamento de informática e passa a gerar relatórios sem ter que se
preocupar se o dado se origina num CLP, num sistema SCADA ou SDCD.
Existe uma grande confusão no mercado sobre o real papel dos PIMS. PIMS são, na
verdade, ferramentas de gerenciamento de informações. Embora seja possível definir gráficos
sinópticos e de tendência com uma ferramenta PIMs, PIMS não substituem sistemas SCADA,
isto é, podem desempenhar esta função na ausência de um supervisório, mas não foram
projetados com este propósito. Também não substituem um MES (Manufacturing Execution
System), já que não possuem as principais funções deste sistema. É normal que algumas funções
típicas de MES venham a ser incorporada a alguns sistemas PIMS dando-lhes maior
versatilidade, como tracking, genealogia, interfaceamento com sistemas de ERP e outras. Isto,
entretanto não torna estes sistemas, especialistas nestas atividades. A grande máxima do MES
e que vem dificultando a produção de ferramentas de alto grau de generalidade, é que MES é
específico para um tipo de processo.
2.3 Controlador Lógico Programável – CLP
Os controladores lógico programáveis (CLP) surgiram na década de 60 com o intuito de
substituir grandes painéis elétricos existentes até o momento, a grande sacada do CLP foi que
permitiu a programação dos controladores, diferentemente da lógica de relés de painéis, o que
se necessitassem de alguma modificação deveriam ser substituídos ou inseridos nova fiação.
Atualmente existem uma gama muito grande de CLP’s de vários fabricantes e porte do
16
equipamento, existem da mesma forma vários tipos de linguagem apesar de serem bem
parecidas há varias peculiariedades entre os fabricantes, as principais linguagem são, Ladder
que é uma lógica bem parecida com as de relés, porém reduzida a um hardware bem menor em
um CLP é como se fosse vários relés, a lógica de Blocos que é muito utilizada atualmente, no
interior de um bloco muitas vezes se programa em Ladder ou linguagem estruturada, a grande
vantagem de bloco é a organização da programação, pois cada bloco de programação se
comporta como se fosse um objeto da programação orientada a objeto, outra linguagem
utilizada em CLP é a STL (statement list language), que funciona como ponteiros, tem uma
estrutura bem peculiar, inventada por alemães, é uma linguagem que usa pouco processamento,
então em processos rápidos há uma grande vantagem em usá-la, porém é muito complexo seu
entendimento reduzindo a quantidade de profissionais que usam esse tipo de linguagem a não
ser em um caso muito especifico.
Imagem 26 - Linguagem Ladder
17
Imagem 27 - Linguagem de Blocos
Imagem 28 - Linguagem STL
Ponto de Entrada Considera-se cada sinal recebido pelo CLP a partir de dispositivos ou
componentes externos (sensores) como um ponto de entrada. Os pontos de entrada podem ser
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digitais ou analógicos. Os pontos de entrada digitais, obviamente, reconhecem apenas dois
estados: ligado ou desligado. Já os pontos de entrada analógicos reconhecem mais de dois
estados – normalmente um número múltiplo de dois (4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, ....). O número
de estados depende do número de bits usado pelo conversor A/D da entrada. Assim, um
conversor A/D de 12 bits permite 1024 estados de entrada (210).
Como exemplo de entradas digitais, pode-se citar sensores fim-de-curso (micro chaves
ou sensores indutivos), botoeiras, contatos secos (relés), etc.
Já entradas analógicas podem estar ligadas a termopares, sensores resistivos de posição,
sinais 4 a 20mA ou 0 a 10V, tensão, corrente, etc.
Ponto de Saída Cada sinal produzido pelo CLP para acionar dispositivos ou
componentes do sistema de controle (atuadores) constitui um ponto de saída. Novamente,
podemos separar em saídas digitais ou analógicas. As saídas digitais possuem apenas dois
estados, enquanto saídas analógicas possuem mais de dois estados (normalmente, o número de
estados é múltiplo de dois – 4, 8, 16, 32, 64,...). O número de estados depende do número de
bits usado pelo conversor D/A da saída. Assim, um conversor D/A de 8 bits permite 256 estados
de saída (28).
Pontos de saída digitais podem ser implementados por relés, transistores, ou ainda por
SCRs e TRIACs. São usados para acionar lâmpadas, motores, solenóides, válvulas, etc.
Já pontos de saída analógicos fornecem correntes de 4 a 20mA, ou tensões de 0 a 10V.
São usados para atuar válvulas proporcionais, controlar velocidade de motores (via Inversor de
Freqüência).
A conexão de sensores e sinais externos no controlador programável deve ser feita com
certo cuidado, em especial no que tange a interferência elétrica induzida por cabos de força ou
acionamento. Como os sinais de entrada, normalmente, têm níveis de tensão e corrente
pequenos (mV, no caso de termopares), eles se tornam susceptíveis a interferências de campos
elétricos e magnéticos a sua volta, ou ainda a induções provenientes de telefones celulares, rádio
transmissores, etc. Assim, cabos de entradas analógicas devem ter malha de blindagem, e os
cabos de entradas (tanto analógicas quanto digitais) devem ser conduzidos dos sensores ao CLP
via eletroduto ou calha específica, de metal e aterrada. Não deve-se misturar aos cabos de
entrada cabos de acionamento e, muito menos, cabos de força. No caso de cruzamento entre
cabos de entrada e cabos de força ou acionamento, fazer o cruzamento a 90°, de forma a
minimizar a possibilidade de interferências. Deve-se evitar colocar cabos de entrada e cabos de
força “correndo” em paralelo em um eletroduto ou calha, pois o acoplamento indutivo e
capacitivo entre eles será maximizado.
19
As entradas analógicas a corrente (4 a 20mA) costumam ser mais imunes a ruídos
elétricos do que entradas a tensão (0 a 10V), pois apresentam uma impedância menor. As
entradas digitais normalmente são dimensionadas para a tensão de alimentação do controlador
(12 ou 24 Vdc), e não devem ser ligadas diretamente a rede elétrica, a não ser que o manual do
equipamento indique que isso é permitido.
Conexão de Atuadores a Pontos de Saída As saídas analógicas (4 a 20mA, 0 a 10V) são
pontos de saída de baixa potência e, por isso, devem ser isoladas de cabos de força ou
acionamento. Podem ser incluídas no eletroduto ou calha com os cabos de entrada ao CLP.
Já as saídas digitais, que acionam lâmpadas, solenoides, contatores, etc., devem ser
isoladas das entradas do CLP, pelos motivos expostos no item anterior. No caso de atuação de
cargas indutivas, há de se considerar ainda a supressão da força contra-eletromotriz gerada na
bobina do atuador, ao desligá-lo.
2.4 Comunicação Modbus
Segundo Delgado (2000), desde os tempos mais remotos, o homem quer libertar-se do
trabalho muscular, animal e das tarefas pesadas. Para isso vem-se desenvolvendo estratégias e
mecanismos que permitam essa finalidade. Juntamente com essas estratégias, vem conseguindo
maior velocidade na execução das tarefas, menores tempos de paradas, menor número de
acidentes e a obtenção de produtos em quantidade maior e maior qualidade.
O protocolo MODBUS é uma estrutura de mensagem desenvolvida pela Modicon em
1979, usada para estabelecer comunicação entre os dispositivos mestre-escravo ou cliente-
servidor. Ele é de fato um padrão, muitos protocolos de rede industriais utilizam este protocolo
em seu ambiente.
Geralmente os controladores que utilizam o Modbus como protocolo de comunicação,
podem ou não permitir a utilização dos dois modos de transmissão: ASCII (American Standard
Code for Information Interchange) e/ou RTU (Remote Terminal Unit). Os usuários escolhem o
modo desejado, juntamente com os parâmetros de comunicação como, taxa de transmissão, bits
de paridade, etc. A seleção de ASCII ou RTU definem o número de bits em um campo de
mensagem transmitido serialmente na rede. Define também como serão empacotadas e
decodificadas as informações.
Quando os controladores são organizados para comunicar em uma rede Modbus que usa
o modo ASCII, cada um byte hexadecimal representa dois caracteres ASCII, ou seja, o número
05h é representado pelos caracteres 0 e 5 em ASCII, que em binário representam 0000000 e
20
00000101. A vantagem desse modo, é que permite um intervalo de até um segundo entre cada
caractere enviado, sem causar um erro.
Quando os controladores são organizados para comunicar em rede Modbus que usa o
modo RTU, cada byte, ou oito bits, representa dois números. Isso se deve ao fato do modo RTU
representar valores dentro do padrão BCD Packed. O primeiro número é representado pelos
quatro bits mais representativos e segundo pelos quatro bits menos representativos. Em resumo,
teremos os números 1 e 9 representados por 00011001 que é o hexadecimal 19. A vantagem
principal desse modo, é que sua maior densidade de caracteres, permite um melhor
processamento dos dados que o modo ASCII em uma mesma taxa de transmissão.
3 DESENVOLVIMENTO
Não é o objetivo deste trabalho desenvolver uma ferramenta complexa como um
software PIMS, pois os PIMS são sistemas destinados para fazer o gerenciamento de plantas
inteiras de processos contínuos, onde o são utilizados vários insumos, o qual o custo deste
materiais influenciam diretamente no preço do produto final. Como a implantação desses
sistemas são transações milionárias eles não estão acessíveis a empresas de pequeno e médio
porte somente as grandes tem a oportunidade de acessar tais ferramentas.
Este projeto em um primeiro momento não é tão audacioso, pretende apenas coletar
informações como tempo de set-up, tempo de parada, velocidade média, quantidade produzida,
e a cada pedido finalizado o software batizado por PointSW apontará os dados produzidos
automaticamente no sistema do setor de Programação e Controle de Produção (PCP). Ou seja,
o que se quer atingir com esse produto é transformar alguns dados que no momento são brutos,
não tendo nenhum tipo de tratativa automática, em dados gerenciais com gráficos, tendências
que ajudem os gestores de produção a gerir cada vez melhor seu processo produtivo.
4 METODOLOGIA OU MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia utilizada para o desenvolvimento do trabalho foi basicamente por
observação e pesquisa exploratória, devido à pouca literatura que se tem sobre o assunto, pois
é um problema bem específico para aplicação em estudo.
Foi realizado brainstorm com o supervisor de produção, o supervisor de manutenção, o
supervisor da TI e o diretor industrial para decidir quais seriam as prioridades do software e a
decisão tomada, foi que o software deveria automatizar os apontamentos de produção com a
21
mínima intervenção dos operadores. Na verdade a interação que os operadores terão será
somente em decidir qual pedido da fila é melhor produzir, iniciar a produção, inserir os códigos
de parada quando ocorrer, e justificar tempos improdutivos e falhas.
Realizado reuniões com a TI para definir o fluxograma do processo, quais seriam as
rotinas do sistema, os acessos aos bancos de dados já existentes, por exemplo o software qual
será coletado os dados de produção é o Trimbox da Simula, esse software é utilizado pelo setor
de Programação e Controle de Produção (PCP) para programar quais pedidos vão para a
produção, antes devido prazo de entrega, desde o papel, chapa de papelão e caixa. Esse software
tem um banco de dados no SQL Server 2012, que deverá ser acessado pelo sistema que está
sendo desenvolvido PointSW. Por questões de segurança da informação foi tratado qual o nível
de permissão que o PointSW teria ao acessar o banco de daos do Trimbox, e ficou definido que
o PointSW poderá fazer um “SELECT” (comando para selecionar dados do banco) nos pedidos
que estão com o estado pronto para ser produzido, e depois de produzi-los na impressora
flexográfica o mesmo deverá ser atualizado no banco do Trimbox com o comando “UPDATE”.
Usou-se muito nesse projeto a metodologia da observação, por se tratar de um produto
inovador, não se tem muita literatura direta sobre o assunto, então, foi muito importante
observar o funcionamento da máquina para entender seu princípio, para conseguir achar um
maneira simples e funcional para desenvolver tal sistema.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Atualmente a maioria das empresas de menor porte no ramo de papel e embalagem não
possui um sistema de monitoramento de sua planta fabril, pois são sistemas caríssimos
normalmente proprietários das grandes empresas fabricantes de SDCD , como Yokogawa,
ABB, Metso. Isso torna essa tecnologia pouco acessível para os pequenos, normalmente só as
petroquímicas, e as grandes do ramo de papel e celulose possuem o Process Information, por
exemplo, da OSI Soft, que é uma das grandes do segmento.
O objetivo deste trabalho é fazer uma pequenina parte do que estes grandes softwares
fazem, começar pelo controle de tempo improdutivo de impressoras de caixas de papelão, o
processo é de manufatura não é processo continuo, ou seja, se produz pedido a pedido, pois tem
que haver as trocas dos clichês, de tinta, de facas e vincos, conforme é a caixa a ser produzida
e o tempo que leva para ser feito isso chamamos de set-up ou em Tempo de ajuste de máquina.
Normalmente em produção normal o tempo de set-up varia de quinze a trinta minutos,
22
mas como não há controle sobre este tempo por parte dos gestores de produção, porque ele é
apontado manualmente é muito questionado eficácia da troca de pedido e ajuste de máquina,
por ter essa desconfiança surgiu-se a ideia de se ter um sistema que coletasse os pedidos do
sistema existente do PCP (Programação e Controle de Produção), e apontasse automaticamente
os tempos de set-up, e de paradas, com suas respectivas justificativas.
No Estágio Obrigatório I, foram setenta e cinco horas, essas horas foram utilizadas para
estudar um meio de tornar isso possível, chegamos a conclusão que a maneira mais correta de
se fazer o sistema era a integração entre um software e um hardware para torna isso possível,
todas as impressoras atualmente já são automatizadas, porém essas automações são de
propriedade do fabricante o qual não abre o software, então a alternativa plausível a isso é
colocar um CLP em paralelo coletando as informações pertinentes diretamente de campo, assim
não alteramos a composição existente da máquina.
A empresa no qual concedeu o estágio se propôs a fornecer um hardware utilizado por
eles de fácil programação e manutenção, esse hardware é um CLP de pequeno porte da
Rockwell o Micro 830, o hardware é composto por entradas digitais, entradas analógicas 4 ~
20 mA, comunicação serial Modbus RS-485, e uma porta USB para programação.
A impressora que terá o projeto piloto implantado será na Impressora Tomasoni Flexo
Folder Gluer IPDSC, este equipamento tem um bom nível de automação o que facilita a
implantação do sistema, porque podemos coletar todas as variáveis necessárias para o
gerenciamento dos tempos improdutivos, vamos coletar também variáveis adicionais como
velocidade e quantidade produzida, tais variáveis como os tempos improdutivos, velocidade e
quantidade serão atualizadas automaticamente ao término da produção.
O sistema de monitoramento em Java será utilizado para coletar a informação do pedido
diretamente do banco de dados do software de programação de produção, ao carregar o pedido
ele salvará as informações em seu banco de dados intermediário, em quanto estiver produzindo
esse software terá interatividade com o operador da máquina, porém o operador não poderá
alterar os tempos. Quando ocorrer uma parada de máquina, a mesma permanecerá parada até
que o operador justifique o motivo da parada após justificar o motivo a máquina será liberada
novamente para operação, assim amarração as funcionalidades do software com a operação da
máquina, fica um pouco mais burocrático o trabalho, mas precisa para garantirmos a eficácia e
o bom funcionamento do sistema.
Esse sistema será de grande utilidade para a empresa que solicitou sua confecção, que
está contido no planejamento estratégico da mesma, para ter sua implantação definitiva até o
final de 2014. A princípio o projeto piloto será implantado em uma impressora somente, mas
23
após a verificação de sua eficácia será implantado em mais cinco impressoras e uma onduladeira
monitorando assim todos os tempos improdutivos da planta de embalagem, funcionando bem
no monitoramento de tempos improdutivos com uma boa interatividade entre a operação, e bom
desempenho, com certeza pode-se expandir as variáveis monitoradas, como por exemplo,
monitorar os insumos utilizados na planta fabril.
O principal anseio de realizar este projeto é que para a real otimização da produção
precisa-se controlar se não tudo quase tudo, e para isso não se pode mais confiar no bom senso
do operador apontar os controles de produção manualmente, então, precisa-se de um sistema
confiável para que isso seja feito da maneira correta. O tempo de set-up é um dos tempos que
mais afetam o processo produtivo de caixas de papelão, ele é fator determinante para a entrega
do pedido em tempo hábil, os tempos de parada por manutenção corretiva influenciam muito
também, mas se tem um bom plano de manutenção preventiva esse tempo pode ser reduzido a
um número de horas admissível, já na questão do set-up depende muito da agilidade,
treinamento e bom senso do operador ao executar a tarefa com a maior eficiência possível. O
objetivo desse sistema é ajudar a quantificar para otimizar a produção, porém sabe-se que pode
ser utilizado como instrumento para se apertar metas de produção a níveis muitas vezes
inalcançáveis, então vale a pena ressaltar que servirá para auxiliar os gestores da produção a
visualizar os dados com mais clareza e maior precisão.
5.1 Hardware
O hardware escolhido para o desenvolvimento do sistema é o Controlador Lógico
Programável da Rockwell Micro 830 L2080 CPU 16QWB, de fácil programação, instalação, e
custo de aproximadamente dois mil reais, dependendo os opcionais e tipo de CPU, conforme
Imagem 7.
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Imagem 29 - CLP Micro 830
O Micro 830 possui oito entradas digitais e oito saída digitais, e aceita dois módulos de
extensão, então, tem-se também nele um modulo de extensão com duas entradas analógicas de
16 bits, ele tem também duas portas de comunicação serial uma USB (Universal Serial Buster),
e outra Mini DIN, que pode ser programada para comunicação RS232, RS485 (MODBUS),
tem outros drives destinados a IHMs (Interface Homem-Máquina) Rockwell.
Toda a instrumentação utilizada no sistema já está instalada na máquina, pois irão ser
interligados em série ou paralelo de acordo com o tipo de sinal desejado, por exemplo sinal de
tensão ligar-se-á em paralelo, sinais analógicos de corrente 4~20 mA, serão interligados em
série com os sensores já existentes na máquina.
Essa forma foi a melhor opção encontrada haja visto que essas impressoras
flexográficas, são normalmente automatizada com controladores de servos específicos nesse
caso o SIMOTION da Siemens, que não permite que seja feito upload do firmware programado,
a menos que o desenvolvedor permita que seja feito na hora de programa-lo. A questão é que
esses firmwares são de know-how da empresa que desenvolveu o produto. Coletando os sinais
dos sensores em paralelo ou em série resolve esta questão facilmente.
Quanto a arquitetura de montagem do hardware será da seguinte forma, o Micro 830
coletará os dados do SIMOTION via I/O (input-output serie ou paralelo como comentado),
estará conectado vis rede RS 485, com protocolo Modbus RTU entre a interface gráfica em
JAVA PointSW, conforme Imagem 8.
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Imagem 30 - Arquitetura de Hardware
5.2 Firmware
Silva (2002, p. 15) define firmware como rotinas de software armazenadas na memória
de leitura (ROM), isso significa dizer que, rotinas de partida e instruções de I/O de baixo nível
ficam armazenadas sob a forma de Firmware. A programação de um firmware sempre é não-
volátil (não perde seu conteúdo com o desligamento da eletricidade) e inalterável, entretanto,
quando presente na forma de PROM, EPROM, EEPROM, ou FLASH o firmware pode ser
atualizado.
O Firmware não foi totalmente desenvolvido faltando, para estar completo, a parte da
comunicação Modbus, mas, a aquisição da velocidade, contagem de Produção do pedido, tempo
improdutivo foram desenvolvidos e descarregados no CLP, o software utilizado para realizar a
programação foi o Connect Component Worchbench (CCW), da Rockwell, é um software livre
disponível para download no site do fabricante (http://ab.rockwellautomation.com).
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Imagem 31 – Connect Components Workbench (CCW)
A Aquisição da Velocidade será feita através de sinal analógico de 4~20 mA, que é um
sinal linear escalonado no software de acordo com a faixa de medição do sensor, basicamente
no software foi convertido o sinal da entrada analógica IO_P1_AI_00, que é a primeira entrada
do cartão de expansão analógico, de Inteiro para Real.
A entrada após ser convertida para real será escalonada para um valor conhecido e
desejado, como a resolução da entrada é 16 bits, em decimal isso representa 65535 inteiro, então
0 inteiro será 0 m/s, e 65535 inteiro será 3000m/s. Feito esse cálculo tem-se na saída do bloco
a velocidade real da máquina, que será utilizada para realizar os cálculos de velocidade média,
do pedido, do turno, do dia, na interface gráfica.
Imagem 32 - Sinal de Velocidade
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O sinal de parada será coletado da máquina através de uma entrada digital IO_E_DI_00,
quando essa entrada estiver em nível lógico alto que dizer que a máquina está parada, assim
começa a ser contabilizado o tempo em que essa entrada está ativa, e esse tempo se transformará
na interface o tempo improdutivo. A programação é Ladder (programação de lógica de
contatos) tem um contato aberto da entrada digital 0, que set um bit “MaquinaParada” e um
temporizador Off Delay (a saída do bloco muda de estado imediatamente quando comuta para
nível lógico alto e conta o tempo para inverter o bit para nível lógico baixo), esse temporizador
não serve para contabilizar o tempo de parada, mas serve como uma retenção do sensor caso
ele fique repicando e gerando paradas falsas.
Imagem 33 - Sinal de Parada
Para realizar a contagem de produção será utilizado um bloco de programação Contador
Up, conta somente positivamente nunca negativamente, ou seja, somente soma. O bloco tem
uma entrada de pulso, que é uma entrada digital que toda vez que for acionada acrescenta um a
contagem, o “PV” do é o Set Point de contagem, que vem do Trimbox juntamente com os dados
do pedido a ser produzido, o “Q” indica que a produção foi finalizada, e a saída “CV” do bloco
indica a quantidade atual do pedido. A Imagem 12 representa a programação acima descrita.
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Imagem 34 - Contagem de Produção
5.3 Interface Gráfica - PointSW
A responsabilidade de desenvolver a interface gráfica ficou a cargo de um colega, o qual
teve como objetivo de desenvolvimento neste Estágio Curricular Obrigatório I de desenvolver
a análise de requisitos funcionais e não funcionais do sistema.
A interface gráfica PointSW é a peça chave do sistema, pois é ela que solicita ao
Trimbox (Software de Programação e Controle de Produção), os dados do pedido a ser
produzido, os dados da do CLP transmitidos em Modbus.
O início da rotina de software é solicitar ao Trimbox os dados dos pedidos a serem
produzido como quantidade, cliente, a OP (número da Ordem de Produção), e gravar em seu
banco de dados local, quando é iniciada a produção de um pedido o PointSW fica todo tempo
monitorando os dados do CLP, se acontecer qualquer ocorrência quem “toma a atitude” é o
software PointSw. Então, quando ocorrer uma parada, abrirá um Pop-Up na tela para o operador
digitar o código de parada da máquina, nesse código conterá a descrição do tipo do tempo
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improdutivo por manutenção, operação, ou falta de pedido por exemplo.
Após a produção do referido pedido o Software PointSW atualizará automaticamente os
dados do pedido recém produzido no Software Trimbox, automatizando os apontamentos de
produção, precisando apenas pequenas contribuições dos operadores ao longo da produção,
assim o sistema proposto com certeza trará muita confiabilidade nos dados coletados na
produção. A imagem 13 representa o fluxograma do processo, e a Imagem 14 é uma
representação da tela principal do Trimbox.
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Imagem 35 - Fluxograma das Rotinas do Sistema
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Imagem 36 - Tela Principal do TRIMBOX
5.4 Divisão das Tarefas
Por se tratar de um sistema bem complexo o desenvolvimento do mesmo foi dividido
em tarefas ao longo das disciplinas do curso, no Estágio Curricular Obrigatório I, foi realizada
a elaboração da ideia do sistema, realizado o aprofundamento teórico e a elaboração do
fluxograma das rotinas de software, pois é de fundamental importância para o correto
desenvolvimento do projeto, nele está contido toda a sequência de execução das tarefas o
sistema.
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Imagem 37 – Divisão de tarefas
6 CONCLUSÕES
Um sistema de monitoramento de tempos improdutivos em uma empresa que deseja
controlar todas as etapas de seu processo fabril se faz muito importante, e o sistema que é
proposto neste relatório tem uma viabilidade enorme, pois serão utilizados hardwares existentes
no mercado este que será utilizado custa aproximadamente R$ 2.000,00 isso já incluso todos os
cabos necessários e módulos de expansão, a interface gráfica será desenvolvida na linguagem
de programação JAVA, que é gratuita e muito estável, como está sendo desenvolvido nas
disciplinas de Estágio do curso de Engenharia da Computação a Empresa concedente do estágio
não terá custo algum com Hora-Homem por se tratar de um trabalho acadêmico, até então foram
gastas 75 horas com o projeto.
A integração Software-Hardware não está totalmente completa, pois faltam ajustes na
programação do hardware e testes na máquina efetivamente, mas está muito próximo de ser
finalizado porque foram realizados alguns testes em bancados com o referido hardware Micro
830 L2080 16QWB.
Foram testados o monitoramento de um sensor de velocidade na entrada analógica 4 a
20mA com um calibrador Beamex MC2 gerando sinais de 4 a 20mA, usado um sensor laser
difuso para realizar a contagem de caixas produzidas, sensor indutivo para simular uma saída
digital do inversor de frequência da introdução da impressora, que irá indicar se a máquina está
parada ou rodando.
O tempo de Set-Up (ajuste de máquina) depende de alguns fatores que deverão ser
detectados e tratados na interface gráfica PointSW, pois deverá ser feito automaticamente,
•Elaboração e transcrição da ideia.
•Aprofundamento teórico.
•Elaboração do fluxograma.
Estágio I
•Programação do Hardware.
•Testes do hardware na máquina.
•Implantação.
Estágio II •Fundamentação Teórica.
•Transformar um projeto de estágio em um trabalho acadêmico
•Detalhamento descritivo do projeto
TCC
33
existem algumas maneiras de se detectar tais sinais, quando está se ajustando a máquina não se
fica introduzindo chapa constantemente mas uma de cada vez em espaços de tempo um tanto
quanto longo, porque o operador passa uma chapa e vai até o final da máquina conferir se todas
as medidas de corte, vinco e impressão estão corretas conforme a Ordem de Produção (OP). Os
outros dados mencionados acima velocidade, estado da máquina, e contagem de produção são
facilmente manipulados, pois são diretos não dependem da detecção deles, já o Set-up tem que
ser detectado já que a máquina está rodando e teoricamente produzindo.
Quanto ao desenvolvimento da interface gráfica do PointSW ficou a cargo de um colega
de disciplina, para que seja desenvolvida de acordo com os padrões, na próxima disciplina de
Estagio Curricular II será finalizado o projeto do hardware e do software para que o sistema
possa ser implantando, a interface gráfica priorizará a simplicidade, operabilidade e
funcionalidade seno totalmente transparente ao operador a parte do hardware, todo o
desenvolvimento do hardware servirá como um apoio fundamental e indispensável para o
funcionamento da interface.
Process Information Management Sytem (PIMS) é um complexo sistema de aquisição
e controle de dados produtivos de uma corporação, mas é um sistema extremamente caro que
não está acessível a grande parte da empresas nacoional, é claro que o projeto proposto não
chega nem perto de toda funcionalidade que um PIMS tem, mas sempre que tem começar um
grande projeto por uma pequena parte e a parte escolhida foi monitorar tempos improdutivos,
quantidade produzida e velocidade da máquina, começando por variáveis simples pode-se
futuramente nascer um dos primeiros PIMS nacionais.
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REFERÊNCIAS
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na indústria de papelão ondulado e caixas de papelão-ondulado. 2008. 12p.
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Acesso em: 30 Outubro 2013.
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em: <http://www.abpo.org.br/> Acesso em: 30 Outubro 2013.
BEM, Andre Nunes de, Implantação do conceito de troca rápida de ferramentas no setor de
impressão flexográfica em empresas produtoras de embalagens plásticas flexíveis. Dissertação
(Mestrado em Engenharia). UFSC – Florianópolis. 2002. 90p.
DELGADO, Joaquim Duarte Barroca. Automação industrial – Tecnologia CIM (fatores
críticos na sua implementação) 2000. Disponível em:
<http://www.ipv.pt/millenium/arq9_2.htm> . Acesso em: 14 Dezembro 2013.
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ambiental. Revista Gestão & Saúde. Curitiba, v. 1, n. 1, p. 24-35. 2009.
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<http://ab.rockwellautomation.com/pt/programmable-controllers/connected-components-
workbench-software> Acesso em: 14 Dezembro 2013.
SILVA, Juarez Bento da, Monitoramento, aquisição e controle de sinais elétricos, via Web,
utilizando microcontroladores. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) 2002.
Universidade Federal de Santa Catarina.
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VIDAL, Andre Carvalho Foster, O mercado de papelão ondulado e os desafios da
competitividade da indústria brasileira. BNDS Setorial 35, p. 5-46.