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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
FLÁVIO LUIS PEREIRA
MARCEL JOSÉ TAMADA DA SILVA CAMPOS PEREIRA
PROJETO DE UM ELEVADOR PARA TRANSPORTE DE CARGAS NA INDÚSTRIA
GARÇA
2018
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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
FLÁVIO LUIS PEREIRA
MARCEL JOSÉ TAMADA DA SILVA CAMPOS PEREIRA
PROJETO DE UM ELEVADOR PARA TRANSPORTE DE CARGAS NA INDÚSTRIA
Trabalho de conclusão de curso como requisito para graduação de tecnológo em Mecatrônica Industrial da Faculdade de Tecnologia “Dep. Julio Julinho Marcondes de Moura”.
Orientador: Prof.Dr.: Edson Detregiachi Filho
GARÇA 2018
PROJETO DE UM ELEVADOR PARA TRANSPORTE DE CARGAS NA
INDÚSTRIA
Marcel Tamada¹ [email protected]
Flávio Pereira¹ [email protected]
Edson Detregiachi² [email protected]
Resumo – Este trabalho apresenta o projeto e a execução de um protótipo de
um elevador industrial controlado por um Software Supervisório Factory Talk.
Tal protótipo é constituído por uma estrutura de madeira composta por placas
de madeira, que servem de apoio para o elevador e simulam três andares. O
habitáculo do elevador é constituído por uma caixa de madeira e é tracionado
por um motor de 5W de potência com saída de 83RPM e torque de 11,1kgf.cm.
Cada andar possui três botões que são utilizados para possibilitar a chamada
do elevador. Para a identificação da posição do elevador, foram utilizados
sensores indutivos de modelo Metaltex. Para o controle do elevador foi utilizado
o CLP da Micrologix do modelo 1100/1763, que possui dez entradas digitais,
duas entradas analógicas, seis saídas digitais em cada controlador. O protótipo
mostrou-se eficiente, pois possibilita a aplicação de várias lógicas de controle.
Palavras-chave: Elevador, CLP, protótipo, sensores, software supervisório.
Abstract – This paper presents the design and execution of a prototype of an
industrial elevator controlled by a Supervisory Software Factory Talk. The
prototype consists of a wooden structure made up of wooden boards that serve
as support for the elevator and simulate three floors. The Interior of the elevator
consists of a wooden box and is powered by a motor with 5Watts with 83RPM
output and torque 11,1kgf.cm. Each floor has three buttons that are used to
enable the elevator call. For the identification of the position of the elevator,
were used inductive sensor Metaltex. For the control of the elevator was used
the PLC Micrologix model 1100/1763, It has ten digital inputs, two analog and
six digital outputs in each controller. The prototype is efficient because it allows
the implementation of various control logic.
Keywords: Elevator, PLC, prototype, sensor, supervisory software.
1. INTRODUÇÃO
1.1 Elevadores
A necessidade de locomover objetos e pessoas estiveram presentes no
desenvolvimento da humanidade. Um exemplo seria alimentos que se
carregavam em cavalos. Outro seria como os egípcios faziam para retirar água
do rio Nilo. Desciam um recipiente suspenso por uma corda, controlada
manualmente. Com a Revolução Industrial, continuou-se tendo esses
transportes, porém com a inovação da eletricidade. Facilitando e modernizando
os processos (Santos, E. R.; Maschio, E. C.; Anunciação, E. O.; Silva, E. S.;
Oliveira, L. C. Elevador de Carga três andares. Trabalho de Conclusão do
Curso Técnico em Eletroeletrônica – Etec “Jorge Street” – São Caetano do Sul,
2014).
Grandes pensadores, como por exemplo, Philon e Aristóteles,
descrevem diferentes maneiras de transporte com o uso de manivelas,
roldanas sem mesmo saber o valor exato da carga a ser transportada.
Em 110 a.C., Heron de Alexandria listou cinco tipos de objetos utilizáveis
para mover cargas; guincho, alavanca, polia cunha e rosca-sem-fim. E nesta
mesma época, Vitrúvio criou o primeiro guincho manual, considerado o
“primeiro” elevador de cargas (CLARO, 2002 apud Santos; Maschio;
Anunciação; Silva; Oliveira, 2014).
Nos dias de hoje, as pessoas procuram maneiras de otimizar o
transporte de produtos e materiais pesados dentro da indústria com velocidade
e segurança. Com esse objetivo, elaborou-se um protótipo de um elevador
vertical para a movimentação de cargas em uma indústria de três andares,
onde o problema se encontra a necessidade dos funcionários deslocarem
materiais pela indústria utilizando escadas e rampas. Além disso, as escadas
ocupam mais espaços físicos que um elevador.
Por isso, este projeto justifica-se pela necessidade de velocidade e
segurança que os funcionários e os donos de empresas desejam para
transportar materiais entre os andares da indústria.
1.2 Características do projeto
Este Trabalho de Conclusão de Curso propõe apresentar uma pesquisa
sobre mecatrônica aplicada em equipamentos do tipo elevador de carga
industrial com o uso de CLP, por meio do desenvolvimento de um protótipo. O
trabalho consiste na execução do protótipo e no projeto propriamente dito que
é formado basicamente por uma estrutura de madeira de 0.37m de
comprimento por 0.32m de largura, com 1.3m de altura que simula um elevador
de carga industrial. A forma de envio de sinal do elevador para o CLP foi
desenvolvida com o auxílio de três botões em cada andar, que quando
acionados deslocam o receptáculo do elevador para o andar desejado.
Foram utilizados sensores indutivos metaltex para identificação dos
andares e portas de cada andar do elevador.
O protótipo está devidamente pintado com as cores da NR-26
(Sinalização de Segurança), sendo portas amarelas, receptáculo interno laranja
e partes imóveis cinzas.
1.3 Elevadores de Carga
Em 1918, iniciou-se a construção elevadores no Brasil. Os primeiros
foram movidos a “cabineiros”, que giravam uma manivela para fazer subir e
descer o elevador. Com a construção de edifícios mais altos, o sistema a
manivela foi substituído por sistemas elétricos, com a utilização de botões para
acionar o elevador. Depois dos botões vieram os relés, os circuitos elétricos e
finalmente os Controladores Lógicos Programáveis.
Com a associação da informática, a satisfação dos usuários aumentou.
O atendimento aos andares passou a ser controlado de forma lógica,
priorizando certas atividades. (Weiss, C.; Gasparin, D. D.; Schling, P. E.
Automação de um Protótipo de Elevador Industrial Didático. Trabalho de
Conclusão de Curso – Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR
– Câmpus Medianeira, 2011).
1.4 NR-12
Criada em 8 de junho de 1978 pelo Ministério do Trabalho e Emprego
(MTE), a Norma Regulamentadora número 12, ou NR 12, tem como objetivo
garantir que máquinas e equipamentos sejam seguros para o uso do
trabalhador.
Por isso, a NR 12 exige informações completas sobre todo o ciclo de
vida de máquinas e equipamentos, incluindo transporte, instalação, utilização,
manutenção e até mesmo sua eliminação ao final da vida útil. (Lima, Tomás. O
que é a NR 12 – Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos
(atualizado). Blog – SIENGE – Florianópolis, 2018).
1.5 Controlador Lógico Programável (CLP)
Os controladores lógicos programáveis são equipamentos eletrônicos
bastante utilizados em automação, formado por circuitos capazes de realizar
funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada, gerando sinais de
saídas, de acordo com a lógica pré-definida. O princípio de funcionamento dos
CLP´s baseia-se na sua programação, uma sequência de comandos
organizada de forma lógica que define as ações a serem realizadas conforme o
algoritmo criado previamente. Ao se mudar ou incrementar a programação,
obtém-se novas respostas (saídas) às entradas aplicadas (NATALE, 1998 apud
Weiss; Gasparin; Schling, 2011).
Pode-se dividir o ciclo de funcionamento de um CLP em três partes:
entradas, programa e saídas. Segundo Natale, as entradas de um CLP são as
que levarão sinais do sistema a qual se deseja controlar. As informações
destas variáveis são levadas através de sensores: indutivos, fotoelétrico,
mecânicos, que fornecem dois níveis lógicos: um ou zero, que corresponde a
+Vcc e zero Volts respectivamente e níveis analógicos de tensão (0 a 10 Vcc)
ou corrente (4 a 20 mA). As saídas apresentam as mesmas características
apresentadas pelas entradas, enviando sinais para o sistema a ser controlado.
(NATALE, 1998 apud Weiss; Gasparin; Schling, 2011).
1.6 Sistemas Supervisórios
Atualmente, os sistemas supervisórios estão presentes nas mais
diversas áreas da automação, pois com ele é possível medir e controlar vários
processos industriais de diferentes complexidades ao mesmo tempo, sem estar
presente do local e de fácil visualização.
Basicamente, um sistema supervisório destina-se a capturar e
armazenar em um banco de dados, informações sobre um processo de
produção. As informações vêm de sensores que capturam dados específicos
(conhecidos como variáveis de processo) da planta industrial (MOTT, 2012).
Para exemplificar, pense em uma usina de açúcar e álcool. Um
equipamento essencial da usina para o processo de produção do álcool é o
gerador de vapor (popularmente conhecido como caldeira). A caldeira pode ser
comparada a uma “enorme panela de pressão” e por isso mesmo requer um
cuidado todo especial. A caldeira possui pelo menos duas variáveis de
processo importantes: pressão e temperatura (MOTT, 2012).
A caldeira por si só não fornece os dados de pressão e temperatura para
o sistema supervisório. É necessário acoplar sensores inteligentes ao
processo, que monitoram e fornecem os dados para o sistema. O sistema
analisa e armazena as informações em um banco de dados e em seguida
mostra o resultado em telas customizadas no computador do usuário. Os
sistemas supervisórios são conhecidos como IHM/SCADA (MOTT, 2012).
1.7 Rockwell Automation
Rockwell Automation é um fornecedor global de soluções em automação
industrial, energia, controle e informação. Sua história começou em 1900 com
um investimento inicial de $1000 e um protótipo de um controlador. Suas
marcas em automação industrial incluem Allen-Bradley e Rockwell Software.
Com sede na cidade de Milwaukee, Wisconsin foi fundada em 2001 com cisão
da Rockwell International e Allen-Bradley nos EUA. (ROCKWELL
AUTOMATION, 2018)
Nos dias de hoje a Rockwell Automation se tornou a maior empresa do
mundo dedicada à automação industrial e à informação. (ROCKWELL
AUTOMATION, 2018)
2. OBJETIVOS
2.1 Geral
O objetivo desse projeto é criar um elevador para demonstrar seu
funcionamento e aplicações, visando qualidade teórica e prática no
desenvolvimento do projeto, aplicação de grande número de matérias
relacionadas ao curso para criação de um elevador, como: elétrica, mecânica,
programação, eletrônica entre outras. Usando exemplo prático para
demonstração do funcionamento do projeto, como a elevação de carga na
vertical. O elevador de carga tem como objetivo oferecer para o funcionário
segurança e praticidade com ganho de tempo, qualidade no trabalho e na sua
ergonomia.
Na locomoção por escadas ou rampas exige-se um tempo maior com
um esforço que ao se repetir muitas vezes pode ocasionar LER (lesão por
esforço repetitivo) com o projeto citado acima, além do ganho de tempo e
ergonomia se ganha em qualidade, diminuindo a possibilidade de quedas,
tempo e a distância percorrida para transportar o produto até o local desejado.
2.2 Específicos
O objetivo desse trabalho é demonstrar de forma prática os
conhecimentos adquiridos em sala de aula utilizando um Software Supervisório
Factory Talk da Rockwell para mostrar o funcionamento de um elevador de três
andares controlado por um CLP (Micrologix 1100/1763) que recebe sinal de
três sensores indutivos.
Melhorar o transporte de materiais de alta e baixa carga, com velocidade
e segurança, dentro da indústria, ocupando menos espaços que escadas ou
rampas interligadas nos andares da indústria.
Desenvolver um dispositivo robótico, com uso dos recursos da
mecatrônica (mecânica, eletrônica e informática), para diminuir o tempo de
movimentação de materiais por andares da indústria.
3. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Segundo Rodrigues (2007), a metodologia é um conjunto de
abordagens, técnicas e procedimentos que são utilizados pela ciência para
fazer e solucionar problemas de aquisição objetiva do saber, de uma maneira
sistemática.
Este trabalho caracteriza-se por uma pesquisa exploratória, pois tem-se
uma caracterização inicial do problema, sua classificação e suas definições.
Portanto constitui o primeiro passo de toda pesquisa científica.
A metodologia está dividida nas etapas do projeto de produto, sendo que
é o desenvolvimento das etapas, que levarão ao alcance dos resultados finais.
As Etapas são: Pesquisa de informações sobre o tema do projeto,
Identificação das necessidades dos clientes do projeto, Estabelecimento dos
requisitos do cliente, Estabelecimento dos requisitos do projeto, Hierarquização
dos requisitos do projeto, Verificação do Escopo do problema, Estabelecimento
da estrutura funcional, Pesquisa por princípios de solução, Combinação de
soluções, Seleção de combinações, Elaboração de Layouts preliminares e
desenho de forma e por ultimo a Revisão do Projeto.
A fundamentação esta na construção de um projeto protótipo utilizando
um CLP Micrologix 1100 e o Software Supervisório Factory Talk, ambos
utilizando a linguagem de programação Ladder da Rockwell Automation.
4. DESENVOLVIMENTO
Foi desenvolvida uma lógica de funcionamento para a execução do
processo de um elevador industrial no transporte de cargas controlado por um
CLP Micrologix 1100, Software Supervisório Factory Talk da Rockwell e o
RSLogix 500 programados em Ladder.
Usou-se uma IHM (Interface Human Machine) Panel View Plus 400 da
Allen Bradley para a demonstração em tempo real da localização dos andares
do elevador.
Para a comunicação foram utilizados cabos RJ-45 padrão Ethernet,
Switch RJ-45, programa RS-Linx (Allen Bradley) instalado no notebook.
O sistema elétrico do projeto está alimentado por duas fontes:
Weidmuller 24V e Fonte Chaveada ANDELI Bivolt 12V para o Micro Motor DC
83rpm Akiyama.
O sistema eletrônico é composto de sensores indutivos e capacitivos,
relés, botões de acionamento.
E por fim para a construção da estrutura do elevador de carga foram
necessários placas de madeira 0.37m de comprimento por 0.32m de largura,
com 1.3m de altura.
Figura 1 - Elevador de Carga
Fonte: Autores (2018)
Figura 2 – CLP Micrologix 1100, IHM e Potenciômetro
Fonte: Autores (2018)
5. CONCLUSÃO
Foi possível concluir que o projeto é viável pela análise do
funcionamento do protótipo. Os testes efetuados, como: sinalização de
temperatura alta do motor, o atraso de comunicação entre o CLP e a IHM,
alarmes de portas abertas, entre outras, comprovam a eficiência e eficácia do
projeto. O link a seguir mostra a demonstração prática e explicação do projeto:
https://youtu.be/qtwPE9NkbHg.
Houve um grande aprendizado na realização e construção do projeto,
tais como a ampliação de conhecimento em outros programas de controle e
programação não apresentados na faculdade, aplicação prática das aulas em
redes industriais na utilização da rede Ethernet para a comunicação dos
sistemas de controle e o alcance dos objetivos propostos.
Este projeto apresenta uma excelente demonstração dos conhecimentos
adquiridos no decorrer do curso de Mecatrônica Industrial. Vem sendo
implementadas atualizações no sistema de controle e visualização dos andares
do elevador, detecção de falhas, tais como: Temperatura do motor, portas-
abertas, emergência acionada.
6. REFERÊNCIAS
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São Paulo. Editora Érica Ltda. 1998. Aceso em 20 de fevereiro de 2018.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR
16083:2012: Manutenção de elevadores, escadas rolantes e esteiras rolantes -
Requisitos para instruções de manutenção. São Paulo, 2012. Acesso em 2 de
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DE PARIS, ALEIR. Máquinas de elevação e Transporte. Caderno
Didático. UFSM. 2004. Acesso 20 de fevereiro de 2018.
EMPRESA MET@ALICA. Tabelas de Tubos e Cantoneiras. Disponível
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IIDA I. Ergonomia Projeto e Produção. 2 ed. São Paulo. Edgard Blucher.
2005. Acesso em 20 de fevereiro de 2018.
CLARO, Anderson. Transportes Verticais, 2002. Disponível em
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AMERICO, Marcio - EFICICIÊNCIA ENERGÉTICA INDUSTRIAL.
Disponível em:
<http://www.mme.gov.br/documents/10584/1985241/Acionamento%20Eletronic
o%20-%20Eletrobras_PROCEL%20-%202004.pdf>. Acesso em 2 de junho de
2018.
MOTT, ANDERSON. O que são Sistemas Supervisórios. Controle de
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<https://www.automacaoindustrial.info/o-que-sao-sistemas-supervisorios/>.
Acesso em 2 de junho de 2018.
LIMA, TOMÁS. O que é a NR 12 – Segurança no trabalho em máquinas
e equipamentos (atualizado). Blog – SIENGE – Florianópolis, 2018. Disponível
em: <https://www.sienge.com.br/blog/o-que-e-nr-12/>. Acesso em 8 de junho
de 2018.
ROCKWELL AUTOMATION. Our Company. Wisconsin. 2018. Disponível
em:<https://www.rockwellautomation.com/global/aboutus/overview.page?pageti
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