Desenvolvimento de salas de testes para oficinas de engenharia Continental - CST

Hélder Miguel Paiva Cruz Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Dissertação de Mestrado Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores Trabalho efetuado sob a orientação de Professor Doutor Agostinho Gil Teixeira Lopes Engenheiro Hélder Carlos Azevedo Ribeiro julho de 2019 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Despacho RT - 31 /2019 - Anexo 3 DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho ii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Agradecimentos A presente dissertação contou com importantes apoios e contribuições de algumas pessoas sem as quais este não teria sido possível e aos quais transmito desde já o mais sincero dos agradecimentos. Ao meu orientador na Universidade do Minho, Professor Doutor Gil Lopes pelo aconselhamento sobre as melhores decisões a tomar, pelo excelente apoio prestado e por toda a disponibilidade ao longo do projeto. Ao meu orientador na empresa, Engenheiro Hélder Ribeiro, pelo excelente apoio, empenho, disponibilidade, interesse e pela capacidade de incentivo que transmitiu durante todo o projeto. A todos os elementos da direção de Engenharia que sempre estiveram presentes para ajudar: Engenheiro Fábio Silva, Engenheiro João Novais, Engenheiro Luís Cruz, Engenheiro Moritz Buehmann, Engenheiro Paulo Carneiro e um especial obrigado ao Engenheiro João Lopes. Também aos técnicos de manutenção da Engenharia 7: Bruno Couto,Diogo Sousa,Jorge Silva, Luís Machado,Márcio Cristovão,Pedro Barbosa,Pedro Carneiro,Pedro Tavares,Ricardo Lopes, Sérgio Ribeiro eVítor Salgado; e da Engenharia 8: Alexandre Silva,Bruno Neves,Luís Veloso,Nuno Barbosa,Ricardo Sousa,Tiago Ramos,Válter Pereira eVítor Correia, pelos conselhos e ajuda que sempre prestaram ao longo da dissertação, um sincero obrigado! À minha namorada, por toda a dedicação e paciência, por me incentivar a alcançar os meus objetivos e por me presentear sempre com um sorriso. Um enorme agradecimento aos meus pais que proporcionaram todo o meu percurso académico, estando presentes em todos os momentos e transmitindo-me os valores que fazem de mim a pessoa que sou hoje. À minha irmã, um agradecimento especial, por todo o apoio e paciência, por estar sempre comigo! Também à minha família por todo o interesse e incentivo, fazendo com que esta caminhada fosse mais fácil de percorrer. iii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Despacho RT - 31 /2019 - Anexo 4 DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. iv Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Resumo Os testes desempenham um papel fundamental na descoberta de diversos problemas e, na indústria, são imprescindíveis. A Continental não é exceção e, por isso, implementa em cada área uma sala que disponibiliza equipamentos e ferramentas dedicadas aos testes dos componentes presentes nas máquinas de produção de pneus desse setor. A multinacional alemã regressou ao negócio dos pneus agrícolas e dos pneus OTR (Off the Road) em 2017 e o local de produção escolhido foi a fábrica de Lousado, em Vila Nova de Famalicão. Para isso, foi criada uma nova unidade de produção, denominada CST (Continental Specialty Tires), dividida em duas áreas de engenharia (Engenharia 7 e 8). As salas de testes destas duas áreas já se encontram definidas, mas sem conteúdo, pelo que o objetivo desta dissertação é o seu desenvolvimento. O ponto de partida foi a análise das necessidades particulares de cada uma das oficinas, tendo sido feita uma investigação pormenorizada de modo a perceber quais os principais testes nesta indústria e quais os componentes que esta sala deve conter. Para isso, foi fundamental o estudo das diferentes máquinas na unidade CST e das salas de testes que existem na unidade de produção de pneus ligeiros. De seguida, foi desenvolvida uma proposta dos equipamentos, que foi apresentada aos engenheiros e técnicos da área, para proceder à compra dos componentes. O passo seguinte passou por instalar todo ohardware esoftware destas salas, incluindo as utilidades necessárias ao teste de equipamentos, tais como ar comprimido e energia elétrica. Por fim, foram realizados ensaios a todos os componentes instalados para verificação do bom funcionamento de modo a responder às necessidades deste setor da empresa. Palavras-Chave: Automação Industrial, Oficinas de Manutenção, Produção de Pneus, Salas de Testes v Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Abstract Testing plays a key role in finding many problems, and in industry, they are essential. Continental is no exception and therefore it implements in each area, a room that offers equipment and tools dedicated to the testing of the components present in the tire production machines of this sector. The german multinational has returned to the agricultural tire and OTR (Off the Road) tire business in 2017 and the production site chosen was the Lousado plant in Vila Nova de Famalicão. For this, a new production unit, called CST (Continental Specialty Tires) was created, divided into two engineering areas (Engineering 7 and 8). The test rooms of these two areas are already defined, but without content and the purpose of this dissertation is its development. The starting point was the analysis of the particular needs of each of the workshops, and a detailed investigation was carried out in order to understand the main tests in this industry and what components this room should contain. For this, it was fundamental to study the different machines in the CST unit and the test rooms that exist in the light tire production unit. Subsequently, a proposal of the equipment was developed, which was presented to the engineers and technicians of the area, in order to purchase the components. The next step was to install all the hardware and software in these rooms, including the utilities needed to test equipment, such as compressed air and electric power. Finally, tests were carried out on all the installed components to verify the good functioning in order to respond to the needs of this sector of the company. Keywords: Industrial Automation, Maintenance Workshops, Tire Production, Test Rooms vi Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Conteúdo Agradecimentos ....................................... iii Resumo ............................................ v Abstract ........................................... vi Lista de Figuras ....................................... x Lista de Tabelas ....................................... xv Lista de Acrónimos .....................................xvii 1 Introdução ........................................ 1 1.1 Motivação e Enquadramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Objetivos....................................... 2 1.3 Método Seguido no Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 Organização e Estrutura da Dissertação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Apresentação da Empresa ............................... 5 2.1 GrupoContinental .................................. 5 2.2 ContinentalMabor .................................. 6 2.3 PneusAgrícolaseOTR ................................ 7 2.3.1 Constituição................................. 7 2.3.2 ProcessoProdutivo.............................. 9 3 Revisão Bibliográfica .................................. 11 3.1 AutomaçãoIndustrial................................. 11 3.1.1 Industrial PC ................................ 12 3.1.2 Módulos de Entrada/Saída . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1.3 Software naautomação ........................... 15 3.1.4 Human Machine Interface ......................... 16 3.2 Servo-Motores .................................... 16 3.3 Protocolos de Comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3.1 EtherNet/IP ................................. 17 vii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.3.2 PROFINET ................................. 19 3.3.3 EtherCAT .................................. 20 3.4 Pneumática...................................... 21 3.4.1 Produção de Ar Comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.4.2 Atuadores Pneumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.4.3 Válvulas Pneumáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.5 Hidráulica ...................................... 26 3.5.1 BombasHidráulicas ............................. 26 3.5.2 Válvulas Hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.3 UnidadeHidráulica.............................. 30 4 Estudo Prévio ...................................... 31 4.1 AnálisedasAvarias.................................. 31 4.2 Salas de Testes da Unidade PLT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.3 Sistemas nas Máquinas do CST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.3.1 SistemasdeControlo............................. 34 4.3.2 SistemaPneumático............................. 35 4.3.3 SistemaHidráulico.............................. 35 4.3.4 Sistemas de Segurança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5 Metodologia ....................................... 39 5.1 SistemasInstalados.................................. 39 5.1.1 Sistema de Controlo Beckhoff ........................ 39 5.1.2 Sistema de Controlo Siemens ........................ 40 5.1.3 ServoMotores................................ 41 5.1.4 SistemaPneumático............................. 42 5.1.5 SistemaHidráulico.............................. 45 5.1.6 Fontes de Alimentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.7 Bancada Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.1.8 SoldaaEstanho ............................... 54 5.1.9 Disjuntor Eletronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.2 Layout dasSalas................................... 55 5.3 Organização dos Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 viii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 5.4 Orçamento...................................... 64 5.5 Implementação.................................... 67 5.5.1 Instalação .................................. 67 5.5.2 Configuração................................. 70 6 Resultados ........................................ 74 7 Conclusão e Trabalhos Futuros ............................ 80 7.1 Conclusão ...................................... 80 7.2 TrabalhosFuturos .................................. 80 8 Referências ....................................... 81 9 Apêndices ........................................ 88 10 Anexos ..........................................178 ix Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Tabela 9.12 Características do módulo de saídas digitais KL2904 [67]. . . . . . . . . . . . 96 Tabela 9.13 Características do EtherCAT Coupler EK1100 [68]. . . . . . . . . . . . . . . 97 Tabela 9.14 Características do módulo de entradas digitais EL1004 [69]. . . . . . . . . . . 98 Tabela 9.15 Características do módulo de saídas digitais EL2004 [70]. . . . . . . . . . . . 98 Tabela 9.16 Características do módulo de entradas analógicas EL3052 [71]. . . . . . . . . 99 Tabela 9.17 Características do módulo de saídas analógicas EL4022 [72]. . . . . . . . . . 99 Tabela 9.18 Características do módulo de entradas analógicas EL3102 [73]. . . . . . . . . 100 Tabela 9.19 Características do módulo de saídas analógicas EL4132 [74]. . . . . . . . . . 100 Tabela 9.20 Características do módulo de entradas digitais EL1904 [75]. . . . . . . . . . . 101 Tabela 9.21 Características do módulo de saídas digitais EL2904 [76]. . . . . . . . . . . . 101 Tabela 9.22 Interfaces presentes no Siemens IP8627D [77]. . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Tabela 9.23 Características do módulo de comunicação 6ES7151-3BA23-0AB0 [79]. . . . . 104 Tabela 9.24 Características do módulo de entradas digitais 6ES7131-4BD01-0AA0 [82]. . . . 105 Tabela 9.25 Características do módulo de saídas digitais 6ES7132-4BD02-0AA0 [83]. . . . . 105 Tabela 9.26 Características do módulo de entradas analógicas 6ES7134-4GB01-0AB0 [86]. . 106 Tabela 9.27 Características do módulo de saídas analógicas 6ES7135-4GB01-0AB0 [87]. . . 106 Tabela 9.28 Características do módulo de comunicação 6ES7155-6AU01-0BN0 [89]. . . . . 107 Tabela 9.29 Características do módulo de entrada digital 6ES7131-6BF01-0BA0 [92]. . . . . 108 Tabela 9.30 Características do módulo de saídas digitais 6ES7132-6BF01-0BA0 [93]. . . . . 108 Tabela 9.31 Características do módulo de entradas analógicas 6ES7134-6HD01-0BA1 [96]. . 109 Tabela 9.32 Características do módulo de saídas analógicas 6ES7135-6HD00-0BA1 [97]. . . 109 Tabela 9.33 Características do módulo de entradas digitais 6ES7136-6BA00-0CA0 [100]. . . 110 Tabela 9.34 Características do módulo de saídas digitais 6ES7136-6DB00-0CA0 [101]. . . . 110 xvi Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Lista de Acrónimos • CBA - Component Based Automation • CETOP - Comitê Europeu de Transmissão Óleo-Hidráulica e Pneumática • CIP - Common Industrial Protocol • CST - Continental Specialty Tires • CPU - Central Processing Unit • ETG - EtherCAT Technology Group • EtherCAT - Ethernet for Control Automation Technology • FBD - Function Block Diagram • HMI - Human Machine Interface • IL - Instruction List • I/O - Input/Output • IP - Internet Protocol • IPC - Industrial PC • IRT - Isochronous Real Time • LD - Ladder Diagram • LED - Light Emitting Diode • Non-RT - Non real time • ODVA - Open DeviceNet Vendors Association • OEM - Original Equipment Manufacturer • OSI - Open Systems Interconnection • OTR - Off the Road • PLC - Programmable Logic Controller • PLT - Passenger and Light Truck Tires xvii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST • SCL - Structured Control Language • SFC - Sequential Function Chart • SRT - Soft Real Time • ST - Structured Text • TCP - Transmission Control Protocol • UDP - User Datagram Protocol xviii Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 1 Introdução O presente projeto foi desenvolvido na empresa Continental Mabor - Indústria de Pneus S.A., no âmbito da Unidade Curricular Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores, da especialização de Automação, Controlo e Robótica. Neste capítulo é introduzido o tema da dissertação e apresentada a motivação para o desenvolvimento deste projeto. São ainda descritos os objetivos a atingir e o método seguido. De forma a permitir uma melhor compreensão do documento, este capítulo termina com a estrutura da dissertação. 1.1 Motivação e Enquadramento A Continental Mabor produz o pneu na totalidade, ou seja, desde as matérias primas para o fabrico da borracha, até estar pronto a ser vendido ao consumidor. São várias as fases associadas a este processo e, portanto, existe uma grande diversidade de máquinas. Na unidade PLT (Passenger and Light Truck Tires), estas fases estão distribuídas em áreas de engenharia da seguinte forma: • Engenharia 1 - Misturação; • Engenharia 2 - Extrusão e Calandragem; • Engenharia 3 - Produção de Talões e Cap-ply; • Engenharia 4 - Construção e Pintura; • Engenharia 5 - Vulcanização; • Engenharia 6 - Inspeção Final. Em cada uma destas áreas, junto das oficinas de engenharia, existe uma sala que disponibiliza os componentes fundamentais para o teste dos equipamentos presentes nas máquinas. Estas têm diversas aplicações, nomeadamente: i) teste de resolução de avarias, sem necessidade de parar as máquinas; ii) alterações do software que poderão ser feitas nas salas, evitando ter que o fazer diretamente nas máquinas; iii) teste de equipamentos possivelmente avariados e iv) teste de componentes, quanto à sua performance, antes da sua implementação. É de salientar também a possibilidade de formação aos técnicos da área, nestas salas, pois estão em contacto direto com os equipamentos. 1 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Até 2017, na Continental Mabor, produziam-se exclusivamente pneus para veículos ligeiros. Atualmente, são produzidos pneus agrícolas e pneus OTR no novo setor fabril denominado CST, dividido em duas áreas de engenharia: • Engenharia 7 - Extrusão, Preparação a Frio e Construção ; • Engenharia 8 - Pintura, Vulcanização e Inspeção Final. As novas máquinas instaladas para a produção deste tipo de pneus diferem das que são utilizadas no fabrico de pneus ligeiros e, por isso, torna-se necessário ter diferentes equipamentos nas salas de testes. Para o desenvolvimento destas salas é necessário um estudo cuidadoso das possíveis soluções, o que o torna incompatível com as disponibilidades temporais dos técnicos envolvidos. 1.2 Objetivos O principal objetivo deste projeto é equipar as salas de Testes das Engenharias 7 e 8 com base nos equipamentos instalados nas máquinas de fabrico de pneus na unidade CST. As salas devem ser completas e bem estruturadas de modo a permitir testar grande parte dos equipamentos. De modo a atingir este propósito, é imprescindível perceber quais os principais testes nesta indústria para proceder à escolha dos possíveis componentes que as salas devem conter, a fim de optar pela implementação da melhor solução, do ponto de vista custo-benefício. Para tal, é efetuada uma análise detalhada às máquinas presentes nesta unidade de modo a identificar os principais componentes que a integram. São também mais-valias as discussões com os técnicos das áreas de engenharia e o estudo das salas já desenvolvidas na unidade de produção de pneus ligeiros, de forma a recolher toda a informação necessária. O objetivo final passará por implementar o hardware e o software que permita realizar os testes aos diversos componentes das máquinas. 1.3 Método Seguido no Projeto A primeira fase passou pelo reconhecimento das instalações da Continental-Mabor, nomeadamente as infraestruturas onde seriam desenvolvidas as salas de testes. 2 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Nesta fase foi também feito o enquadramento do projeto, em particular os objetivos das salas de testes e o processo produtivo dos pneus agrícolas e dos pneus OTR. De seguida, foi realizado o estudo das máquinas presentes na unidade CST de modo a perceber o seu funcionamento e identificar os principais sensores, controladores e atuadores existentes. Em paralelo, foi feito o estudo das salas desenvolvidas na unidade de produção de pneus ligeiros. A análise dos componentes presentes em cada uma, somada à opinião dos técnicos dessa área, permitiu identificar os pontos fortes e os pontos fracos de cada sala. A fase seguinte consistiu na identificação dos principais testes nesta indústria e na discussão com os técnicos do CST. Estes lidam diariamente com os diferentes problemas das máquinas de produção de pneus agrícolas e OTR, o que permite perceber quais os componentes indispensáveis nestas salas. Posteriormente, com base nos resultados obtidos nas etapas anteriores, procedeu-se a uma consulta de mercado para encontrar as soluções mais viáveis para equipar as salas. Estas soluções foram apresentadas aos engenheiros da área e aos técnicos de manutenção para que cada um deles pudesse expor a sua visão sobre o tema em estudo. Após a escolha da solução, procedeu-se ao desenvolvimento do layout das salas para que estas ficassem bem organizadas e funcionais. De seguida, foram adquiridos os componentes necessários para se proceder à instalação e programação da solução final. Por fim, foram realizados ensaios a todos os componentes instalados para verificar o seu comportamento quando sujeitos a situações reais de funcionamento. 1.4 Organização e Estrutura da Dissertação A presente dissertação está dividida em sete capítulos, os quais estão descritos a seguir. No primeiro capítulo, intitulado ”Introdução”, é feito um enquadramento geral do projeto. São apresentados os objetivos que foram delineados e o método adotado para o desenvolvimento deste trabalho. No segundo capítulo, denominado ”Apresentação da Empresa”, é realizada uma breve apresentação da empresa onde se insere o projeto. É também feita uma descrição dos produtos fabricados e do processo produtivo. O terceiro capítulo, designado por ”Revisão Bibliográfica”, diz respeito à contextualização teórica e apresentação de todos os conceitos que fundamentam a dissertação. 3 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST No quarto capítulo, com o nome ”Estudo Prévio”, é documentado o estudo que serviu de base ao desenvolvimento do projeto. No quinto capítulo, intitulado ”Metodologia”, é apresentada a evolução do trabalho desenvolvido na empresa, assim como todo o raciocínio lógico que foi levado a cabo. No sexto capítulo, designado por ”Resultados”, são descritos os ensaios experimentais realizados aos equipamentos instalados. No sétimo capítulo, denominado ”Conclusões”, é efetuada uma última análise ao trabalho desenvolvido, sintetizam-se as principais conclusões e apresentam-se sugestões para trabalhos futuros. Por último, são apresentados as referências bibliográficas, os apêndices e os anexos. 4 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 2 Apresentação da Empresa Neste capítulo, é apresentada a empresa, dando a conhecer as suas divisões e alguns pontos marcantes da sua história. São também descritos os principais constituintes dos pneus e todo o seu processo de fabrico. A complexidade deste processo justifica a aplicabilidade das salas de testes nas ações de manutenção e de melhoria. 2.1 Grupo Continental A Continental foi fundada a 8 de outubro de 1871, em Hanôver, na Alemanha. A produção incluía produtos de borracha suave, tecidos revestidos de borracha e pneus maciços para carruagens e bicicletas [1]. A figura 2.1 ilustra algumas das datas que marcaram a história da empresa. Figura 2.1: Marcos importantes na história da Continental (adaptado de [1]). Desde o século passado, a empresa entrou numa notável expansão, por um lado, através da fusão com outras empresas e, por outro, pela criação de novas fábricas. A marca Continental é, nos dias de hoje, um dos maiores fornecedores, a nível mundial, para a indústria automóvel. Atualmente, a Continental está em 427 locais diferentes, distribuídos por 56 países. Esta empresa conta com cerca de 220 mil colaboradores divididos pelas cinco divisões: • A Chassis e Segurança desenvolve e produz tecnologias integradas de segurança ativa e passiva, bem como produtos que apoiam a dinâmica do veículo; 5 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST • A Powertrain desenvolve e produz soluções de sistemas eficientes para motores de veículos, de forma a otimizar o consumo de combustível; • A Interior é responsável pela gestão de informações dentro e para além do veículo; • A ContiTech é um dos principais fornecedores de produtos técnicos de borracha e trata-se de um especialista em tecnologia de plásticos; • A Pneus produz pneus para todo o tipo de veículos. A Continental Mabor integra esta divisão [2]. 2.2 Continental Mabor Em 1938, o Dr. Júlio Anahori De Quental Calheiros - Conde da Covilhã estabelece a ”Mabor - Manufactura Nacional de Borracha” e constrói uma fábrica de pneus em Lousado, com o apoio do Banco do Porto e da General Tire/EUA. Devido a atrasos na construção e na obtenção das matérias primas, a fábrica só foi inaugurada em 1946 [3]. Em dezembro de 1989, foi criada uma joint venture entre a Continental AG e a empresa Mabor. Em julho de 1990, iniciou-se o grande programa de reestruturação que transformou as antigas instalações da Mabor na mais moderna das, então, 21 unidades da Continental. Partindo de uma produção média diária de 5000 pneus/dia em 1990, foram atingidos os 21 000 pneus/dia em 1996, ou seja, a produção quadruplicou. Foi em 1993 que a multinacional alemã adquiriu as restantes ações, ficando a Continental Mabor a pertencer, na totalidade, ao grupo Continental [1]. Hoje, é uma empresa especializada na produção de pneus, tanto para OEM (Original Equipment Manufacturer) como para o mercado de substituição, sendo líder na qualidade. Na figura 2.2 é apresentada uma vista da fábrica em 2017. Figura 2.2: Vista exterior da Continental Mabor [4]. 6 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 2.3 Pneus Agrícolas e OTR Os pneus agrícolas são especialmente desenvolvidos para tratores e outras máquinas agrícolas. Na Continental Mabor são produzidos dois modelos de pneus agrícolas: o Tractor70 - um pneu largo com uma maior superfície de contacto e máxima tração; e o Tractor85 - pneu robusto para várias utilizações, que se movimenta de forma harmoniosa e é confortável tanto na terra como na estrada. Os pneus OTR, tal como o próprio nome indica, são pneus para fora de estrada. Neste setor fabril, são produzidos pneus OTR radiais que possuem paredes laterais flexíveis e baixa resistência ao rolamento. Estes são os mais adequados para aplicações exteriores e de longas distâncias. São utilizados principalmente em empilhadores, veículos de transporte pesado e reboques ou plataformas de serviço interior. 2.3.1 Constituição Os pneus são constituídos essencialmente por borracha, componentes têxteis e componentes metálicos. Cada camada de componentes possui uma composição diferente e um nome que a identifica. Na figura 2.3 estão ilustrados os principais componentes de um pneu agrícola, seguidos de uma breve explicação. Figura 2.3: Constituição de um pneu agrícola [4]. 7 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST O encapsulamento dos terminais EtherCAT apresenta uma organização clara, com LEDs para monitorizar o estado dos canais que estão claramente identificados através de labels. Os terminais de segurança são identificados pela cor amarela [17]. •Bloco SIMATIC Os blocos SIMATIC são sistemas de I/O modulares, desenvolvidos pela Siemens. Cada bloco é, geralmente, composto pelo módulo de interface, pelos módulos de entrada/saída e pelo módulo que termina a estação. Cada módulo pode ser facilmente trocado, não interferindo com os restantes do sistema. Estes são rotulados para serem identificados mais facilmente e possuem LEDs para verificação do estado dos canais. Nas versões mais recentes, como a representada na figura 3.3, os módulos são rotulados com diferentes quadrados coloridos para serem identificados mais facilmente. Os módulos de entrada digital (DI) têm um quadrado de cor branca e os de saída digital (DQ) são identificados pela cor preta. Quanto aos módulos analógicos, os de entrada (AI) têm um quadrado de cor azul claro e os de saída (AQ) são de cor azul escuro. Os módulos de segurança são de cor amarela [18]. Figura 3.3: Bloco SIMATIC ET200SP [19]. Os módulos de entrada digital podem ter 8/16 canais e os de saída digital podem ter 4/8/16 canais. Quanto aos módulos analógicos, os de entrada têm 4 canais e os de saída podem ter 2/4 canais. Os módulos analógicos apresentam sinais padrão de -10 V até 10 V, 0 até 10 V, 1 V até 5, -5 V até 5 V, -20 mA até 20 mA, 0 até 20 mA e 4 mA até 20 mA [20]. 14 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.1.3 Software na automação •TwinCAT Software System OTwinCAT 2.1 é um software que foi construído pela Beckhoff, tendo como base o CoDeSys. OCoDeSys é um software desenvolvido pela 3S-Smart Software GmBH para aplicações de controlo para automação e engenharia. A Beckhoff, devido à grande variedade de produtos e soluções, optou por adaptar o seu IDE (Integrated Development Environment) às suas necessidades, surgindo assim o TwinCAT [21]. Osoftware TwinCAT está dividido em diferentes módulos, sendo que os mais utilizados são o TwinCAT PLC Control e o System Manager. OTwinCAT PLC Control é o módulo utilizado para o desenvolvimento dos programas, possibilitando assim a sua edição e compilação. O código elaborado neste módulo pode ser classificado em três tipos (programa, bloco funcional ou função), sendo suportadas as cinco linguagens de programação descritas pela norma IEC 61131-3. OTwinCAT System Manager é o módulo responsável por todo o tipo de configurações. São, portanto, aqui indicadas as cartas de entrada/saída utilizadas, estabelecidos os endereços definidos como aleatórios aquando da edição do programa, definido o tipo de barramento ao qual o sistema se encontra ligado e o tempo de ciclo das tarefas, entre outros. Podem, igualmente, especificar-se alarmes que notifiquem os utilizadores da ultrapassagem do tempo de ciclo [22]. OTwinCAT é o IDE de programação para todos os autómatos da marca Beckhoff. •SIMATIC STEP 7 O STEP 7 é um sistema de automação, fabricado pela SIEMENS AG, que veio substituir o anterior sistema STEP 5. Este software, para além de permitir a criação de projetos, também permite a total configuração, programação, controlo e monitorização de vários PLC, quando ligados em rede. As linguagens de programação do software STEP 7, padronizadas de acordo com a norma IEC 61131-3, incluem a FBD, LD e IL. Outras opções disponibilizadas, compatíveis com esta norma, são a S7 -SCL (Structured Control Language) e a S7-Graph. Este software é aplicado a diversos controladores da SIEMENS. 15 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.1.4 Human Machine Interface A HMI (Human Machine Interface) consiste na conjugação de hardware esoftware que permite a interação entre o utilizador e a máquina. As HMIs comunicam com os IPCs, centralizando todos os dados importantes num visualizador, proporcionando maior conforto ao utilizador, redução de erros e aumento da eficiência e produtividade [23]. Esta interface possibilita ao utilizador controlar, monitorizar e recolher dados e também pode ser usado para fornecer inputs ao sistema. Na figura 3.4 é apresentada uma HMI da Beckhoff em que saída de dados é feita pelo ecrã e a entrada por botoneiras ou pelo ecrã touch. Figura 3.4: HMI Beckhoff com botoneiras [24]. 3.2 Servo-Motores Os servo-motores são considerados motores de precisão e são aplicados nas mais diversas atividades, nomeadamente, em sistemas de posicionamento, na robótica industrial e em linhas de transporte. Estes motores são capazes de funcionar a várias velocidades com binário constante. Possuem um rigoroso controlo de binário, podendo ser facilmente aumentado ou diminuído sem prejudicar o motor. Além disso, os servo-motores apresentam uma enorme precisão na sua velocidade e na posição do rotor. Para esta precisão, é necessário um controlo em malha fechada e geralmente são utilizados encoders para deteção da posição e os drives para modulação do sinal de alimentação [25]. 16 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.3 Protocolos de Comunicação O padrão TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) é uma das arquiteturas mais difundidas para comunicação a longa distância envolvendo computadores. Assim, de modo a uniformizar as redes industriais, foi adotado este padrão no meio industrial, dando origem às redes Ethernet Industriais. Vários fabricantes criaram os seus próprios padrões de redes Ethernet industriais, diferindo, por exemplo, na utilização de determinadas camadas do TCP/IP. Alguns dos protocolos para Ethernet industrial mais usados são: Ethernet/IP,PROFINET eEtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) [26]. 3.3.1 EtherNet/IP OEtherNet/IP foi introduzido em 2001 e hoje é a solução de rede Ethernet industrial mais desenvolvida e comprovada para automação industrial. EtherNet/IP é membro da família de redes que implementam o CIP (Common Industrial Protocol) nas camadas superiores. Neste caso, o termo IP significa ”Industrial Protocol” e não deve ser confundido com o protocolo sob o qual assenta a infraestrutura da Internet IP (Internet Protocol). EtherNet/IP pertence à classe de protocolos de Ethernet Industrial que fazem uso de hardware Ethernet padrão e das camadas TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol) para a comunicação. Abaixo da camada CIP, a comunicação entre os nós usa um modelo de produtorconsumidor, ilustrado na figura 3.5. Uma mensagem destinada a um nó é transmitida para todos os nós. Apesar disso, quando a mensagem é recebida pelos nós, é filtrada e só chega ao nó a que se destina [27]. Figura 3.5: Comunicação entre os nós Ethernet/IP. 17 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Apesar do Ethernet/IP seguir exatamente o modelo TCP/IP, é valido assumir que existem dois modos distintos de operação. O primeiro utiliza o modo TCP e o segundo o modo UDP para o transporte até ao CIP. O facto de Ethernet/IP usar o standard Ethernet e tecnologia TCP/IP confere-lhe compatibilidade com outras aplicações e protocolos. O Ethernet/IP, tal como qualquer outra rede CIP, segue o modelo OSI (Open Systems Interconnection) que define a estrutura para implementar protocolos de comunicação em sete camadas. A figura 3.6 ilustra a divisão em camadas da rede Ethernet/IP. Figura 3.6: Divisão em camadas da rede Ethernet/IP [28]. O recurso a comunicação TCP ou a UDP depende da solução a ser implementada. Tendo em conta o recurso a TCP ou UDP, as transmissões podem ser: Explícitas: utiliza o TCP e a camada CIP da ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) . Este é aplicado na troca de informações entre PLCs e HMIs (tempo de ciclo de 100 ms ou maior) ou para configuração de elementos da rede à longa distância. Tais tarefas não são críticas, ou seja, não requerem um baixo tempo de processamento. Implícitas: utiliza o UDP e a camada CIP da ODVA. O UDP é um protocolo mais simples e por si só não fornece garantia na entrega dos pacotes. Este é aplicado nas comunicações entre I/O’s (tempo de ciclo em torno de 10ms), quando o tempo de resposta deve ser o menor possível. Essa tarefa deve ser cíclica, requerendo um baixo tempo de processamento. OEtherNet/IP pode ser configurado para operar tanto como mestre / escravo como arquitetura de controlo distribuído, usando comunicação ponto a ponto. O EtherNet/IP suporta transmissão de mensagens cíclicas e não-cíclicas e foi originalmente desenvolvido para ligar controladores. Atualmente, está cada vez mais a ser utilizado no nível de chão-de-fábrica abaixo dos controladores (PLC). As estruturas mais típicas são as topologias em estrela, em anel e linear. 18 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.3.2 PROFINET OPROFINET é uma rede padronizada pela Associação PI - ”PROFIBUS & PROFINET International” como uma das redes de Ethernet Industrial. O PROFINET é totalmente compatível com os padrões Ethernet TCP/IP existentes, o que significa que ele pode ser facilmente integrado em sistemas e ferramentas de comunicações de alto nível. OPROFINET pode ter três formas distintas de operação, representadas na figura 3.7, sendo duas delas para real time e uma para non-real time. Em aplicações em tempo real (rápidas) é utilizado o PROFINET IO (Input Output) e em aplicações onde o tempo não é crítico, é utilizado PROFINET CBA (Component Based Automation) . Figura 3.7: Camadas utilizadas nas formas de operação PROFINET [29]. A primeira forma baseia-se na arquitetura TCP/IP pura, utilizando Ethernet na camada um e dois, o IP na camada três e o TCP ou UDP na camada quatro. Essa arquitetura é chamada de Non-real time (Non-RT), pois o tempo de processamento aproxima-se dos 100 ms. A aplicação deste tipo de comunicação faz-se na configuração da rede ou na comunicação com os Proxis, utilizando o PROFINET CBA. A segunda forma baseia-se no chamado (SRT) Soft Real Time, caracterizando-se por um canal que interliga diretamente a camada da Ethernet à aplicação. Com a eliminação de vários níveis de protocolo, há uma redução no comprimento das mensagens transmitidas, necessitando de menos tempo para transmitir os dados na rede. Neste caso, podem ser utilizados os dois tipos de PROFINET:CBA eIO. A terceira maneira baseia-se no conceito de (IRT) Isochronous Real Time, para aplicações em que o tempo de resposta é crítico e deve ser menor do que 1 ms. Uma aplicação típica deste conceito é o controle de movimento de robôs, quando o tempo de atualização dos dados deve ser pequeno. Utiliza-se apenas o PROFINET IO para esse caso. 19 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.3.3 EtherCAT OEtherCAT é uma tecnologia para comunicação em tempo real baseada em Ethernet. Foi introduzida em 2003 pela Beckhoff e em 2007, foi integrada na norma IEC 61158. O EtherCAT Technology Group (ETG), formado por 168 empresas, promove a tecnologia EtherCAT e é responsável pelo seu desenvolvimento contínuo. A tecnologia EtherCAT visa superar as limitações verificadas em outras soluções Ethernet. O processo não apresenta etapas consecutivas para receber e interpretar mensagens e copiar os dados do processo, melhorando significativamente o desempenho da rede. A rede EtherCAT funciona de forma diferente e, em vez de enviar uma mensagem Ethernet para cada nó, utiliza um princípio de funcionamento chamado Ethernet On-the-fly, ilustrado na figura 3.8. A mensagem, que contém dados de diversos escravos, é enviada pelo mestre para o primeiro escravo na rede. O escravo processa a mensagem Ethernet diretamente, extrai e/ou insere os dados relevantes para ele e transfere a mensagem para o próximo escravo EtherCAT, sem a necessidade de esperar que todo o telegrama seja recebido. Figura 3.8: EtherCAT On-the-fly [30]. O processo está implementado por hardware no controlador escravo e é, portanto, independente dos tempos de execução do software da pilha de protocolos ou do poder do processador. O último escravo do barramento retorna a mensagem já processada para o mestre, contendo os dados enviados por cada escravo, fazendo uso da comunicação Ethernet full-duplex. Este sistema faz com que a atualização de dados entre mestre e escravos seja feita de maneira rápida e determinística, adequada para aplicações como o controlo de máquinas. De um ponto de vista Ethernet, um segmento de bus EtherCAT é simplesmente um único dispositivo Ethernet grande que recebe e envia tramas Ethernet. No entanto, este não contém um controlador Ethernet único, mas sim um grande número de escravos EtherCAT. Tal como para qualquer outro dispositivo Ethernet, pode ser estabelecida uma comunicação direta sem um interruptor, criando assim um sistema EtherCAT puro. 20 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.4 Pneumática A energia pneumática resulta da compressão do ar atmosférico, ou seja, do aumento da quantidade de ar no mesmo volume, transformando-o em ar comprimido. Este ar, devido à pressão a que é armazenado, está em condições de realizar trabalho. Atualmente, a pneumática tem diversas aplicações no meio industrial e mesmo no quotidiano. São exemplos de aplicação os sistemas automatizados para movimentação de cargas, os travões dos camiões e as brocas de dentista. As principais vantagens da utilização do ar comprimido são a facilidade de obtenção (volume ilimitado), o facto de não apresentar riscos de faísca em atmosfera explosiva e de não necessitar de linhas de retorno, pois o escape é feito para a atmosfera. No entanto, este também tem algumas desvantagens nomeadamente a baixa viscosidade e compressibilidade. Os fluídos de baixa viscosidade podem escapar por pequenos orifícios e, portanto, a hipótese de ocorrerem fugas em linhas pneumáticas é muito grande. A compressibilidade é uma propriedade do ar que consiste na alteração do seu volume quando sujeito a uma força externa. Isto impossibilita os atuadores de atingirem posições intermédias com precisão, sendo possíveis apenas duas posições, limitadas por batentes mecânicos. 3.4.1 Produção de Ar Comprimido O ar comprimido, geralmente, é produzido de forma centralizada e, de modo a poder ser utilizado numa instalação pneumática, tem que ser preparado. Dependendo da exigência do utilizador final, este processo é mais ou menos rigoroso e complexo. Depois é distribuído e, na entrada da máquina, passa numa estação de tratamento. As fases necessárias para o ar estar pronto a ser utilizado estão descritas na figura 3.9. Figura 3.9: Fases do ar comprimido [31]. 21 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Compressão O compressor é uma máquina responsável por transformar energia mecânica em energia pneumática (ar comprimido), através da compressão do ar atmosférico. O compressor deve conter um filtro, no lado da aspiração, para evitar a entrada de impurezas. •Preparação O ar comprimido tem de ser preparado de modo a poder ser utilizado numa instalação pneumática. A preparação pode ser dividida em três fases: arrefecimento, filtração e secagem. O ar, ao ser comprimido, aquece e, por isso, é necessário arrefecê-lo. A elevada temperatura pode danificar os tubos de distribuição. Após o arrefecimento, o ar sofre uma filtração para eliminar partículas sólidas e líquidas que possam existir com o ar. Além disso, o ar passa por um processo de secagem na tentativa de remover a água do ar que está sob a forma de vapor. •Armazenamento O armazenado do ar comprimido num reservatório que tem duas funções. A primeira prede-se com o facto de garantir uma reserva de ar, de maneira que a pressão da linha se mantenha constante, evitando que o compressor tenha que ser ligado e desligado várias vezes. A segunda está relacionada com os pulsos de pressão. Alguns compressores, como o compressor de êmbolo, geram pulsos na compressão do ar. O reservatório evita que esses pulsos de pressão sejam transmitidos para a linha pneumática da fábrica. •Distribuição As tubulações pneumáticas não devem, dentro do possível, ser mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a manutenção e a deteção de fugas de ar. As redes de distribuição de pressão podem ser classificadas como rede em circuito aberto, rede em circuito fechado e rede combinada que junta os dois circuitos anteriores. A rede de circuito aberto é indicada quando se pretende abastecer pontos isolados ou distantes. Neste tipo de rede o ar flui numa única direção, impossibilitando com isso uma alimentação uniforme em todos os pontos. 22 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Nas redes de circuito fechado, o ar é distribuído por toda a extensão do edifício facilitando a inserção de novos pontos ainda não previstos, bem como possibilita que todos esses pontos sejam abastecidos de uma forma uniforme (o ar flui nos dois sentidos). As linhas principais são feitas de tubos de cobre, latão ou liga de aço. Conectadas às linhas principais estão as linhas secundárias, em geral, mangueiras de borracha ou material sintético. •Tratamento Antes de entrar em cada máquina pneumática o ar deve passar por uma unidade de tratamento composta, pelo menos, por um filtro e uma válvula reguladora de pressão. Essa unidade tem por objetivo ajustar as caraterísticas do ar de forma específica para cada máquina. 3.4.2 Atuadores Pneumáticos Os atuadores pneumáticos são elementos mecânicos que, por meio de movimentos lineares ou rotativos, transformam a energia do ar pressurizado e em expansão em energia mecânica, produzindo trabalho. Os cilindros pneumáticos realizam movimentos lineares e são os atuadores mais usados na indústria. Os atuadores pneumáticos lineares são constituídos por pistão e uma haste que se movem dentro de uma câmara fechada. Quando o ar comprimido entra no cilindro, provoca o movimento de subida do pistão. A força exercida pelos atuadores pneumáticos lineares depende da pressão de ar da área de superfície do pistão. Os cilindros de simples efeito realizam trabalho apenas num sentido do movimento do êmbolo. Geralmente o retorno é feito por ação de uma mola ou de uma força externa. Nos cilindros de duplo efeito, a pressão do ar atua nos dois sentidos do movimento do êmbolo, podendo produzir trabalho útil no seu avanço e/ou no seu recuo. 3.4.3 Válvulas Pneumáticas •Válvulas Direcionais A função das válvulas direcionais é orientar, permitir ou interromper um fluxo de ar. Estas válvulas são instrumentos de comando de circuitos pneumáticos. 23 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 3.5.3 Unidade Hidráulica As unidades hidráulicas são essencialmente constituídas por um reservatório e um conjunto motor/bomba. Geralmente, o reservatório possui um indicador de nível e da temperatura do óleo e um dreno para esvaziamento total. Para remover as partículas no óleo, são utilizados filtros hidráulicos na linha de sucção, na linha de pressão e na linha de retorno. Na figura 3.21, é apresentado um esquema geral de uma unidade hidráulica. Figura 3.21: Unidade Hidráulica (adaptado de [36]). 30 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 4 Estudo Prévio Neste capítulo, é documentado o estudo que foi levado a cabo antes do desenvolvimento das salas. Primeiramente, é sintetizada a análise realizada acerca das manutenções e o impacto que estas têm no tempo de resolução das avarias. De seguida, são apresentadas as salas de testes já desenvolvidas na Continental Mabor, na unidade de produção de pneus ligeiros. Por fim, é apresentado o estudo dos equipamentos que integram as máquinas do CST. 4.1 Análise das Avarias O registo de manutenção das máquinas, nesta empresa, é efetuado usando o software de gestão ”SAP”. De modo a analisar as manutenções ocorridas durante o ano 2018, foram extraídos os dados e, posteriormente, analisados, recorrendo a um software de cálculo. As manutenções são classificadas usando um código específico correspondente ao tipo de manutenção e podem ser classificadas em dois grandes grupos: Manutenção Não Planeada e Manutenção Planeada. A Manutenção Planeada engloba cinco tipos de manutenção: Preventiva e Calibração, Corretiva Planeada e Preditiva, Inspeção, Projetos e Não Operacional. Os gráficos 4.1 e 4.2 dão a perceção da distribuição do número de manutenções em cada uma das áreas de Engenharia. É de salientar o facto da Manutenção Não Planeada ter um peso elevado em ambas as Engenharias. Figura 4.1: Manutenção da Engenharia 7 em 2018. 31 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Figura 4.2: Manutenção da Engenharia 8 em 2018. A Manutenção Não Planeada é realizada após a ocorrência de uma avaria/falha e visa restaurar a capacidade produtiva de um equipamento que não esteja apto para exercer as suas funções. Para a análise deste tipo de manutenção, foram registados, nas tabelas 4.1 e 4.2, o número de casos em que a máquina esteve parada devido a este tipo de manutenção e o tempo utilizado na resolução da avaria. Tabela 4.1: Análise das Avarias da Engenharia 7. Mês Número de avarias Tempo utilizado na resolução das avarias [hh:mm:ss] Tempo médio utilizado na resolução de cada avaria [hh:mm:ss / avaria] janeiro 171 50:13:38 0:17:37 fevereiro 196 68:16:11 0:20:54 março 181 52:39:08 0:17:27 abril 186 60:08:31 0:19:24 maio 174 41:21:05 0:14:16 junho 154 37:18:11 0:14:32 julho 174 144:59:12 0:50:00 agosto 57 14:13:19 0:14:58 setembro 169 8 3:05:10 0:29:30 outubro 132 26:54:55 0:12:14 novembro 120 45:18:07 0:22:39 dezembro 48 36:05:55 0:45:07 2018 1762 660:33:220 0:22:30 32 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Tabela 4.2: Análise das Avarias da Engenharia 8. Mês Número de avarias Tempo utilizado na resolução das avarias [hh:mm:ss] Tempo médio utilizado na resolução de cada avaria [hh:mm:ss / avaria] janeiro 51 56:30:00 1:06:28 fevereiro 87 77:40:10 0:53:34 março 79 55:28:00 0:42:08 abril 47 42:30:00 0:54:15 maio 61 46:35:00 0:45:49 junho 43 48:48:00 1:08:06 julho 61 71:13:03 1:10:03 agosto 26 20:21:46 0:46:59 setembro 52 90:04:33 1:43:56 outubro 35 31:30:29 0:54:01 novembro 51 28:04:50 0:33:02 dezembro 14 6:27:27 0:27:40 2018 607 575:13:18 0:56:52 Após a análise dos dados, verifica-se que, na área da Engenharia 7, existiram 1762 avarias e que o tempo médio de resolução foi cerca de 22 minutos. Na Engenharia 8, ocorreram 607 avarias, mas o tempo médio de resolução é superior, aproximadamente 57 minutos. Quando ocorrem avarias, o tempo de resolução é crucial porque a máquina parada causa quebras significativas na produção. Os técnicos responsáveis pela manutenção precisam de identificar rapidamente o componente que está a afetar o funcionamento da máquina, para que o mesmo seja substituído. O que acontece, frequentemente, é que essa identificação é difícil e são substituídos componentes que não são responsáveis pelo problema. Assim, além do processo de compra que foi necessário efetuar, tem de ser feita a devolução e a avaria persiste. As salas de testes permitem mitigar estes problemas, na medida em que é possível testar facilmente um componente. Caso este funcione dentro das condições expectáveis, é reposto no local de funcionamento e, caso tenha algum defeito, é substituído por um novo ou encaminhado para ser reparado. 33 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 4.2 Salas de Testes da Unidade PLT As estruturas das salas de testes da unidade de produção de pneus ligeiros são semelhantes às do CST. Estas têm forma retangular com aproximadamente 15 metros quadrados. Neste sub-capítulo são apresentadas as descrições das três salas que estão mais de acordo com o pretendido para as salas da unidade CST. A sala de testes da Engenharia 2 é composta quase integralmente por produtos do fabricante Siemens. Este facto indica que se trata de uma área em que as máquinas utilizam a automação deste fabricante. Nesta sala estão presentes dois controladores: um IPC e uma Microbox da Siemens. Como output de imagem são utilizados um monitor e uma HMI Siemens. Para a ligação de entradas/saídas são utilizados módulos I/O Siemens ET200S. Existem também dois drives para motores, alguns contactores e disjuntores e uma fonte 24 V DC para alimentação dos componentes. Na Engenharias 4 e 5, a Beckhoff é dominante, visto que os IPCs, as HMIs e as cartas I/O são deste fabricante. Tal como a sala de testes da Engenharia 2, a da Engenharia 4 tem dois drives, uma fonte 24 V, alguns contactores e disjuntores, mas esta tem ainda um pequeno canto de pneumática com um cilindro de duplo efeito e dois blocos para válvulas. Na sala da Engenharia 5, existem três drives para motores, dois blocos de disjuntores eletrónicos e também uma fonte 24 V. Através da análise do conteúdo destas salas, e somando o testemunho dos técnicos de cada área, é possível ter uma perceção de quais os componentes realmente úteis numa sala de testes e quais os que não são viáveis, tendo em conta o custo/benefício. 4.3 Sistemas nas Máquinas do CST Nas máquinas do CST, foram analisados os principais sistemas que compõe as máquinas. Foram estudados os sistemas de controlo, os sistemas hidráulicos e pneumáticos e os sistemas de segurança, dentro de cada área de engenharia. 4.3.1 Sistemas de Controlo Neste setor fabril, o controlo dos processos é efetuado com recurso a IPCs e a ligação aos periféricos com módulos I/O. 34 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST ABeckhoff, na Engenharia 7, é o fornecedor dos sistemas de controlo de cerca de metade das máquinas. Estas recorrem ao modelo C6650 e a comunicação entre o EtherCAT Coupler e os módulos I/O é feita por K-bus. Na Engenharia 8, a Beckhoff equipa a máquina de pintura e as prensas de vulcanização. O IPC que é mais utilizado é o C6920. Neste caso, a comunicação entre o EtherCAT Coupler e os módulos I/O é feita por E-bus. ASiemens é o fabricante dos restantes sistemas de controlo. Na Engenharia 7, a extrusora está equipada com IPCs do modelo SIMATIC IPC627C com módulos I/O do modelo ET200S. Na Innerliner, o modelo do controlador é Microbox IPC427E e o sistema de terminais utilizado é o ET200SP. Na Engenharia 8, são as máquinas de inspeção que utilizam sistemas de controlo da SIEMENS. Na máquina de inspeção radial está instalado o IPC do modelo IPC627C e na Raio-X está instalado um IPC827D, ambas com módulos I/O do modelo ET200S com módulos I/O. Na máquina de inspeção visual, o sistema é semelhante ao da Innerliner. 4.3.2 Sistema Pneumático A energia pneumática é utilizada em praticamente todas as máquinas destes setor. Em cada uma delas, existe uma unidade de tratamento de ar, um conjunto de válvulas e atuadores lineares. As válvulas serão o elemento de maior destaque nesta análise porque, para a realização de testes, é necessário ter bases de assento compatíveis com a válvula. No departamento de Engenharia 7, existem equipamentos da SMC e da FESTO. Nas máquinas de construção, todos os equipamentos pneumáticos são SMC e são utilizados blocos de válvulas eletrónicos. Nas restantes máquinas, os equipamentos são FESTO e são encontradas válvulas de tamanho 1 do tipo MN1H, MDH e JMFH e de tamanho 3 do tipo MDH. No departamento de Engenharia 8, apenas existem equipamentos pneumáticos FESTO. Nas prensas de vulcanização, são utilizados blocos de válvulas eletrónicos e válvulas do tipo JMFH. Nas restantes máquinas, são utilizadas válvulas do tipo MN1H. 4.3.3 Sistema Hidráulico A hidráulica está essencialmente presente na Engenharia 8, nas prensas de vulcanização. Em cada prensa existe uma unidade hidráulica com um reservatório de 400 litros e uma bomba de pistões de axiais de cilindrada variável, acionada por um motor elétrico de 30 kW. A unidade hidráulica alimenta quatro atuadores lineares assimétricos de duplo efeito. 35 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Na tabela 4.3 são apresentadas as dimensões, a pressão operacional e a velocidade máxima de cada um dos atuadores. Tabela 4.3: Características dos atuadores hidráulicos. Designação Características Atuador 1 Diâmetro do êmbolo 125mm Diâmetro da haste 90 mm Curso 1500 mm Pressão operacional 125 bar Velocidade máxima 50 mm/s Atuador 2 Diâmetro do êmbolo 125mm Diâmetro da haste 90 mm Curso 900 mm Pressão operacional 100 bar Velocidade máxima 50 mm/s Atuador 3 Diâmetro do êmbolo 100mm Diâmetro da haste 70 mm Curso 3600 mm Pressão operacional 100 bar Velocidade máxima 100 mm/s Atuador 4 Diâmetro do êmbolo 100mm Diâmetro da haste 45 mm Curso 1270 mm Pressão operacional 100 bar Velocidade máxima 50 mm/s 4.3.4 Sistemas de Segurança •Scanner Laser de Segurança Os Scanners Laser de Segurança têm como finalidade a proteção do operador durante os movimentos da máquina ou veículo. O SICK S3000, apresentado na figura 4.3, funciona com base na medição do ”tempo de voo”. Este envia pulsos de luz muito curtos e, ao mesmo tempo, um ”cronómetro eletrónico” é iniciado. Quando a luz atinge um objeto, ela é refletida e recebida pelo scanner de segurança e, a partir do tempo entre o envio e a receção, é calculada a sua distância até ao objeto. 36 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Figura 4.3: Scanner Laser de Segurança SICK S3000 [41]. No SICK S3000, há também um espelho que gira em velocidade constante desviando os pulsos de luz, representados na figura 4.4, de tal forma que eles cobrem um arco de 190 °. Assim, um objeto pode ser detetado num campo de 190 °, começando a - 5 ° em relação à parte de trás do scanner. Os pulsos de luz são enviados com uma resolução angular de 0.25° ou 0.5°. Figura 4.4: Resolução do scanner SICK S3000 [41]. As áreas de atuação podem ser circulares, retangulares ou de forma arbitrária e podem ser configuradas como proteção ou aviso. A área de aviso pode ser usada para disparar um sinal de aviso ou para retardar lentamente o movimento do veículo quando deteta um objeto de modo a que a travagem não seja brusca. A área de proteção define a área de perigo da máquina ou do veículo. Assim que o scanner deteta um objeto na área de proteção, o S3000 desliga a máquina ou imobiliza o veículo [41]. •Botoneira de Emergência O botão de emergência é um botão de encravamento de cor vermelha, semelhante ao da figura 4.5. Quando premido, ativa as funções de paragem de emergência, parando de imediato todos os movimentos de processos da máquina. 37 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Figura 4.5: Botão de emergência [42]. Para voltar a pôr a máquina em funcionamento, basta rodar o botão para este desencravar e premir o botão luminoso ”RESET”, que se encontra no painel de comando. Este sistema permite a paragem em segurança da máquina, impedindo um arranque inadvertido. 38 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 5 Metodologia Neste capítulo é apresentado todo o trabalho desenvolvido no âmbito desta dissertação. São apresentados os sistemas instalados e o layout definido para as salas. Por fim, é descrita toda implementação e o software desenvolvido. 5.1 Sistemas Instalados Na seleção dos sistemas para a sala de testes, o principal foco foi a semelhança com os equipamentos presentes nas máquinas de cada área de Engenharia. Outros critérios de seleção foram a simplicidade e rapidez na realização dos ensaios aos equipamentos. 5.1.1 Sistema de Controlo Beckhoff Para ambas as salas de testes, foram selecionados um IPC, uma HMI e um conjunto de módulos I/O da Beckhoff. O IPC possibilita o desenvolvimento de melhorias nos programas de controlo das máquinas e, aliando os respetivos módulos de entrada e saída, é possível simular sistemas com diversos tipos de sensores e atuadores. A HMI proporciona uma interface utilizador-controlador intuitiva e semelhante ao ambiente fabril. O modelo do IPC Beckhoff escolhido para o departamento de Engenharia 7 foi o C6650 que possui um processador Intel Core i7 e uma frequência de processamento de 2.1 GHz. Na Engenharia 8, o IPC instalado foi o C6920 com um processador Celeron de 1.2 GHz. Em relação aos módulos de Entradas/Saídas, na Engenharia 7, foram selecionados os seguintes módulos do tipo KLxxxx: • KL1104 (Entradas Digitais); • KL2134 (Saídas Digitais); • KL3052 (Entradas Analógicas 4 ... 20 mA); • KL4022 (Saídas Analógicas 4 ... 20 mA); • KL3002 (Entradas Analógicas -10 ... +10 V); • KL4132 (Saídas Analógicas -10 ... +10 V); • KL1904 (Entradas Digitais de Segurança); • KL2904 (Saídas Digitais de Segurança). 39 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Caudal da bomba O caudal é o volume de fluído que passa por uma determinada secção por unidade de tempo. A equação 5.1 permite calcular o caudal consumido por cada atuador em função da velocidade e da área do êmbolo. Q=v∗Aˆembolo (5.1) Onde: Q= Caudal [m3/s]; v= Velocidade do atuador hidráulico [m/s]; Aˆembolo = Área do êmbolo do atuador hidráulico [m2]. Para que seja possível aplicar os valores nas unidades da tabela 4.3 e obter o resultado em l/min, reescreve-se a equação 5.1 e resulta a equação 5.2. Q= v∗Aˆembolo ∗60 1000000 (5.2) Onde: Q= Caudal [l/min]; v= Velocidade do atuador hidráulico [mm/s]; Aˆembolo = Área do êmbolo do atuador hidráulico [mm2]. Para o cálculo do caudal para cada atuador, foram utilizados os dados da tabela 5.1. Nas máquinas, para a resolução de problemas no sistema hidráulico, é ativado o modo slow que reduz a velocidade dos atuadores para cerca de 1/4. A velocidade reduzida permite uma melhor perceção dos problemas e maior segurança. É de salientar também que, para este cálculo, se considera a área associada à câmara principal do atuador hidráulico, ou seja, a câmara que necessita de maior volume de óleo. Tabela 5.1: Dados para o cálculo do caudal. Designação Características Atuador 1 Diâmetro do êmbolo 125 mm Velocidade em modo slow 12,5 mm/s Atuador 2 Diâmetro do êmbolo 125 mm Velocidade em modo slow 12,5 mm/s Atuador 3 Diâmetro do êmbolo 100 mm Velocidade em modo slow 25 mm/s Atuador 4 Diâmetro do êmbolo 100 mm Velocidade em modo slow 12,5 mm/s 46 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Após a substituição dos valores da tabela 5.1 na equação 5.2, resultou o caudal máximo para cada atuador apresentado na tabela 5.2. Tabela 5.2: Caudal consumido por cada atuador. Designação Caudal Atuador 1 9,205 l/min Atuador 2 9,205 l/min Atuador 3 11,78 l/min Atuador 4 5,89 l/min •Potência do motor ◦Pressão A pressão num fluído é definida como a razão entre o módulo da força perpendicular à superfície e a área sobre a qual a força é aplicada, tal com demonstra a equação 5.3. Esta equação, escrita em função da força, origina a equação 5.4. p= F A(5.3) F=p∗A(5.4) Onde: p= Pressão operacional [N/m2] F= Força [N] A= Área [m2] ◦Velocidade Reescrevendo a equação 5.1 em função da velocidade, resulta a equação 5.5. v= Q A(5.5) Onde: Q= Caudal [m3/s] v= Velocidade [m/s] A= Área [m2] 47 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST ◦Potência útil Para o cálculo da potência útil, ou seja, a potência que efetivamente realiza trabalho, é utilizada a equação 5.6. Pu=F∗v(5.6) Onde: Pu= Potência útil [Nm/s] F= Força [N] v= Velocidade [m/s] Substituindo as equações 5.4 e 5.5 na equação 5.6, resulta a equação 5.7. Pu=p∗Q(5.7) Onde: Pu= Potência útil [Nm/s] p= Pressão operacional [N/m2] Q= Caudal [m3/s] ◦Potência de acionamento A potência necessária para o acionamento da bomba é sempre superior à potência útil porque o sistema tem perdas. Assim, a potência de acionamento é dada pela equação 5.8. Pac = Pu η (5.8) Onde: Pac = Potência de acionamento [Nm/s] Pu= Potência útil [Nm/s] η = Rendimento total Assim, da conjugação das equações 5.7 e 5.8 resulta a equação 5.9. Pac = p∗Q η (5.9) Onde: Pac = Potência de acionamento [Nm/s] p= Pressão operacional [N/m2] 48 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Q= Caudal [m3/s] η = Rendimento total Convertendo a equação 5.9 para as unidades mais usuais na mecânica, recorrendo às conversões abaixo, resulta a equação 5.10. •1Nm/s=1W=1∗10−3kW •1N/m2=1∗10−5bar •1m3/s= 1∗103 60 l/min Pac = p∗Q 600 ∗ η (5.10) Onde: Pac = Potência de acionamento [kW] p= Pressão operacional [bar] Q= Caudal [l/min] η = Rendimento total Como para o teste de fugas é frequente utilizar pressões muito superiores à pressão operacional, a potência de acionamento foi calculada com o dobro da pressão operacional. Assim, para este cálculo foram utilizados os dados da tabela 5.5. Tabela 5.3: Dados para o cálculo da potência de acionamento. Designação Características Atuador 1 Pressão 250 bar Caudal 9,205 l/min Atuador 2 Pressão 200 bar Caudal 9,205 l/min Atuador 3 Pressão 200 bar Caudal 11,78 l/min Atuador 4 Pressão 200 bar Caudal 5,89 l/min Na tabela 5.4, é apresentada a potência de acionamento para cada atuador resultante da substituição dos dados das tabelas 4.3 e 5.2 na equação 5.8 e considerando um rendimento de 75% [50]. 49 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Tabela 5.4: Potência de acionamento para cada atuador. Designação Potência de Acionamento Atuador 1 5,11 kW Atuador 2 4,09 kW Atuador 3 5,23 kW Atuador 4 2,61 kW •Volume do reservatório Para proceder à escolha do reservatório, é fundamental calcular o volume de cada um dos atuadores, pela equação 5.11. V=Aˆembolo ∗h(5.11) Onde: V= Volume de curso [dm3]; Aˆembolo = Área do êmbolo do atuador hidráulico [dm2]; h= Curso [dm]. Após a substituição dos valores da tabela 5.5 na equação 5.11, resultaram os volumes apresentados na tabela 5.6. Tabela 5.5: Dados para o cálculo do volume do reservatório. Designação Características Atuador 1 Diâmetro do êmbolo 125mm Diâmetro da haste 90 mm Atuador 2 Diâmetro do êmbolo 125mm Diâmetro da haste 90 mm Atuador 3 Diâmetro do êmbolo 100mm Diâmetro da haste 70 mm Atuador 4 Diâmetro do êmbolo 100mm Diâmetro da haste 45 mm Tabela 5.6: Volume de óleo para cada atuador. Designação Volume de Óleo Atuador 1 18,41 litros Atuador 2 11,04 litros Atuador 3 28,27 litros Atuador 4 9,97 litros 50 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Banca dimensionada Depois de calculado o caudal, a potência de acionamento e o volume de cada atuador, procedeu-se à escolha da bomba, do motor e do reservatório. O valor do caudal mais elevado foi 11,78 l/min e, por isso, foi selecionada uma bomba com caudal de 12 l/min. O atuador 3 é o que exige maior potência com 5,23 kW, sendo selecionado um motor com 5,5 kW. Segundo os volumes calculados, o reservatório tinha que ser superior a 28,27 litros. O escolhido tem um volume útil de 63 litros com mostrador visual do nível e termómetro para verificação da temperatura do óleo. Este conta também com um filtro de retorno e um filtro de ar. Na figura 5.8 são apresentados os principais constituintes desta banca hidráulica. Figura 5.8: Bancada Hidráulica. No painel, estão colocadas duas placas base (TN6 e TN10), 12 acoplamentos rápidos fêmea de face plana para mangueiras e manómetros para verificação da pressão, tal como representado na figura 5.9. 51 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Figura 5.9: Painel da bancada hidráulica. Associado à banca, no lado direito, está o quadro elétrico. Este possui um botão de emergência, uma lâmpada indicadora de tensão e botões On/Off para arranque/paragem do motor elétrico. Possui ainda seletores e botoneiras para controlo da válvulas, que pode ser feito em modo manual ou em modo automático. Na figura 5.10 é demonstrada a distribuição destes elementos no quadro elétrico. Figura 5.10: Quadro elétrico da bancada hidráulica. O modo automático possibilita a comutação automática das válvulas com intervalo de tempo ajustável. Isto permite verificar o comportamento de uma válvula após diversas comutações, nomeadamente fugas que possam ocorrer com o aumento da temperatura. A alimentação dos solenoides das válvulas é 24V DC e a ligação ao quadro é feita através de cabos helicoidais extensíveis com conectores DIN 43650. 52 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 5.1.6 Fontes de Alimentação •Fonte de Alimentação 24V Na indústria, praticamente todos os circuitos de comando funcionam com a tensão de 24 V DC e, por isso, uma fonte que produza esta tensão é um componente obrigatório numa sala de testes. Foram instaladas duas fontes SITOP PSU100S em cada sala, semelhantes à representada na figura 5.11. A tensão de entrada na fonte é de 120/230 V AC e produz uma corrente máxima de saída de 10 A. Esta é responsável pela alimentação dos controladores e de todos os módulos I/O. Figura 5.11: Fonte Siemens PSU100S [51]. •Fonte Regulável As fontes reguláveis permitem a regulação da tensão e da corrente. Neste setor fabril, existem sistemas de controlo que funcionam a 48 V e, por isso, a fonte teria que permitir, pelo menos, regular a tensão até este valor. Assim, na escolha da fonte, o primeiro fator a ter em conta foi a tensão máxima que esta produzia na saída. Uma das fontes encontradas que respeita este critério foi a CPX200D, do fabricante TTi (Thurlby Thandar Instruments). Esta fonte tem dois canais, com uma potência máxima de 180W por canal. De acordo com o gráfico 5.12, a 60 V, é possível obter uma corrente de 3 A e a 16 V, uma corrente de 10A. Como as fontes são independentes, podem ser ligadas em série ou paralelo para obter valores de tensão e/ou corrente superiores. Figura 5.12: Gráfico tensão/corrente da fonte regulável CPX200D [52]. 53 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 5.1.7 Bancada Experimental A bancada experimental projetada possibilita ligações rápidas às tensões: 400V AC (3ph), 230V AC (1ph), 24V DC, 12V DC e 5V DC. As saídas 400V AC e 230V AC estão protegidas por disjuntores 3P+N C32 e 1P+N C16, respetivamente. A ligação pode ser efetuada por bornes ou tomada CEE. Nas saídas DC, por cada nível de tensão, existem 3 conjuntos de bornes com switchs ON-OFF e LEDs sinalizadores. Para proteção, foram colocados porta fusíveis na entrada e na saída das fontes. De modo a evitar que as fontes estivessem constantemente ligadas desnecessariamente, foi adicionada um seletor de duas posições para ligar/desligar a fonte. Para possibilitar outros níveis de tensão, existe um entrada por bornes para ligação a fonte regulável e novamente três conjuntos de bornes com switchs ON-OFF e LEDs sinalizadores. Na figura 5.13 é apresentada uma ilustração da bancada experimental. Figura 5.13: Bancada Experimental. 5.1.8 Solda a Estanho A existência de equipamentos para solda a estanho nas salas de testes, possibilita a realização de pequenas reparações em equipamentos eletrónicos. Por este motivo, foi criada uma zona com uma estação de solda, um torno com rótula e um candeeiro LED com lupa. Para evitar danos na bancada, foi também adicionado um tapete para solda. 54 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST A estação escolhida foi a JBC CD-2BQE, representada na figura 5.14, com duas ponteiras de 0,6 mm e 1 mm. Figura 5.14: Estação de Solda JBC CD-2BQE [53]. 5.1.9 Disjuntor Eletronico Os disjuntores eletrónicos do fabricante Murrelektronik são módulos de distribuição de energia inteligente para aplicações de 24 V DC. Esse componente monitoriza as correntes até um máximo de quatro canais. Ele indica quando se aproxima da carga máxima e desliga o canal se houver um curtocircuito ou sobrecarga [54]. Na figura 5.15 é ilustrado um disjuntor eletrónico Murrelektronik . Figura 5.15: Disjuntor eletrónico Mico Classic [54]. 5.2 Layout das Salas O primeiro passo consistiu na medição local das salas e, com os resultados obtidos, recorrendo ao software AutoCAD, foram desenhadas as plantas. Posteriormente, foi adicionado às plantas o mobiliário existente: uma mesa, uma bancada de trabalho e um armário. Foram também incluídos elementos que pudessem influenciar o layout, tais como as calhas de passagem de cabos, o quadro elétrico e a saída de energia pneumática, resultando os desenhos presentes na figura 5.16. É notório que estas salas são exatamente simétricas. 55 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST De seguida, para a zona central da bancada 1, foi selecionado o sistema de controlo Siemens. No caso da engenharia 7, este conta ainda com o servo-motor e os respetivos drives. Na parte final, na grelha foi colocada a bancada experimental e na bancada a estação de solda com o tapete, com o torno e a lâmpada LED fixos na parte lateral do tampo. Nas figuras 5.27 e 5.28 é demonstrada a distribuição dos componentes nestas bancadas. Figura 5.27: Distribuição dos componentes na bancada 1 na sala de testes DE7. Figura 5.28: Distribuição dos componentes na bancada 1 na sala de testes DE8. 62 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST O resultado da junção das duas bancadas de cada departamento é apresentado nas figuras 5.29 e 5.30. Figura 5.29: Sala do departamento de engenharia 7. Figura 5.30: Sala do departamento de engenharia 8. 63 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 5.4 Orçamento O orçamento para o material abordado neste capítulo foi analisado e submetido a aprovação da empresa. A tabela 5.7 contém os preços para os equipamentos, componentes mecânicos e acessórios da sala de testes do departamento de engenharia 7 e a tabela 5.8 do departamento de engenharia 8. •Departamento de Engenharia 7 Tabela 5.7: Orçamento do Departamento de Engenharia 7. Grupo Descrição Referência Quantidade Preço Total Sistema de controlo Beckhoff IPC Beckhoff C6650 1 2 707,50 HMI Beckhoff CP2919-0000 1 973,50 EtherCAT Coupler BK1120 1 127,89 Digital Input KL1104 1 6,37 Digital Output KL2134 1 6,32 Analog Input 4 - 20 mA KL3052 1 94,46 Analog Output 4-20 mA KL4022 1 100,12 Analog Input -10 - +10 V KL3002 1 118,25 Analog Output -10 - +10 V KL4132 1 150,81 Digital Input SAFE KL1904 1 121,37 Digital output SAFE KL2904 1 82,20 Terminal KL9010 1 5,90 Sistema de controlo Siemens SIMATIC IPC IPC827D 1 2 245,00 Módulo Profinet ET200S 6ES7151-3BA23-0AB0 1 171,23 Digital Input 6ES7131-4BD01-0AA0 1 62,10 Digital Output 6ES7132-4BD02-0AA0 1 95,83 Analog Input 6ES7134-4GB01-0AB0 1 77,04 Analog Output 6ES7135-4GB01-0AB0 1 41,69 Power Module 6ES7138-4CA01-0AA0 1 34,25 Base para cartas 6ES7193-4CA20-0AA0 5 109,65 Base para cartas 6ES7193-4CC20-0AA0 1 21,93 Módulo Profinet ET200SP 6ES7155-6AU01-0BN0 1 139,32 ET200SP Bus Adapter 6ES7193-6AR00-0AA0 1 31,60 Digital Input 6ES7131-6BF01-0BA0 1 27,15 Digital Output 6ES7132-6BF01-0BA0 1 35,67 Analog Input 6ES7134-6HD01-0BA1 1 98,68 Analog Output 6ES7135-6HD00-0BA1 1 125,13 Digital Input SAFE 6ES7136-6BA00-0CA0 1 124,80 Digital Output SAFE 6ES7136-6DB00-0CA0 1 144,56 Base para cartas 6ES7193-6BP20-0BA0 5 57,55 Base para cartas 6ES7193-6BP20-0DA0 2 36,18 64 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Servo-Motor Control Unit 6SL3040-1MA01-0AA0 1 356,29 Compact Flash Card 6SL3054-0FB10-1BA0 1 50,76 Signal cable 6FX2002-1DC00-1AB0 1 33,27 Basic Operator Panel 6SL3055-0AA00-4BA0 1 21,59 Circuit breaker 3RV2031-4UA10 1 62,28 Active Line Module 6SL3130-7TE21-6AA4 1 899,97 Basic Line Filter 6SL3000-0BE21-6DA0 1 107,30 Active Interface Module 6SL3100-0BE21-6AB0 1 475,89 Single Motor Module Input 6SL3120-1TE21-0AD0 1 473,47 Power cable 6FX5002-5CN06-1AD0 1 62,31 Signal cable 6FX5002-2DC10-1AD0 1 39,56 Motor Síncrono 1FK7061-4CH71-1RA0 1 679,20 Pneumática Unidade de tratamento de ar MSB6 1 150,62 Válvula de alavanca VHER-H-B43E-G12 1 72,23 Fixação por pés HNC-40 1 3,97 Placa de conexão angular NAVW-1/4-1-ISO 3 22,53 Placa cega NDV-1-ISO 1 5,11 Conector fêmea MSSD-F 5 3,95 Indicador luminoso MFLZ-24DC/AC 5 51,70 Placa de conexão angular NAVW-1/2-3-ISO 2 30,52 Placa cega NDV-3-ISO 1 9,68 Válvula solenoide MN1H-5/2-D-1-S-C 1 30,25 Bobina eletromagnética MD-2-24VDC-PA 1 6,98 Conector fêmea MSSD-N 2 1,34 Indicador luminoso MCLZ-24DC/AC 2 21,16 Niple de redução NPFC-R-G1-G12-MF 10 21,10 Conexão rápida roscada QS-1/2-10 10 11,20 Conexão rápida roscada QS-1/4-10 10 7,10 Soldadura Estação de solda JBC 1 486,90 Ponteira 1mm JBC C245-001 1 28,90 Ponteira 6mm JBC C245-403 1 36,90 Rolo de solda 1mm (250g) JBC 1 12,60 Candeeiro com lupa Velleman 1 118,60 Torno com rótula Velleman 1 128,00 Tapete de solda Velleman 1 19,80 Fontes Fonte 24V 10A 6EP1336-2BA10 2 226,92 Fonte Regulável Aim TTI 1 721,60 Disjuntor Eletrónico 9000-41034-0401000 2 225,20 Bancada Experimental 1 1 150,00 Bancadas Bancada 1 (Alteração) 1 346,00 Bancada 2 1 396,00 Grelha 1 1 746,00 Grelha 2 1 375,00 Componentes para quadro elétrico 1 430,00 TOTAL 17 783,96 65 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Departamento de Engenharia 8 Tabela 5.8: Orçamento do Departamento de Engenharia 8. Grupo Descrição Referência Quantidade Preço Total Sistema de controlo Beckhoff IPC Beckhoff C6920-1114-0050 1 2 090,00 HMI Beckhoff CP2919-0000 1 973,50 EtherCAT Coupler EK1100 1 30,90 Digital Input EL1004 1 21,72 Digital Output EL2004 1 20,37 Analog Input 4-20mA EL3052 1 61,25 Analog Output 4-20mA EL4022 1 40,25 Analog Input -10 - +10V EL3102 1 90,90 Analog Output -10 - +10V El4132 1 101,50 Digital Input SAFE EL1904 1 105,00 Digital output SAFE EL2904 1 118,30 Terminal EL9011 1 1,96 Sistema de controlo Siemens SIMATIC IPC IPC827D 1 2 245,00 Módulo Profinet ET200S 6ES7151-3BA23-0AB0 1 171,23 Digital Input 6ES7131-4BD01-0AA0 1 62,10 Digital Output 6ES7132-4BD02-0AA0 1 95,83 Analog Input 6ES7134-4GB01-0AB0 1 77,04 Analog Output 6ES7135-4GB01-0AB0 1 41,69 Power Module 6ES7138-4CA01-0AA0 1 34,25 Base para cartas 6ES7193-4CA20-0AA0 5 109,65 Base para cartas 6ES7193-4CC20-0AA0 1 21,93 Módulo Profinet ET200SP 6ES7155-6AU01-0BN0 1 139,32 ET200SP Bus Adapter 6ES7193-6AR00-0AA0 1 31,60 Digital Input 6ES7131-6BF01-0BA0 1 27,15 Digital Output 6ES7132-6BF01-0BA0 1 35,67 Analog Input 6ES7134-6HD01-0BA1 1 98,68 Analog Output 6ES7135-6HD00-0BA1 1 125,13 Digital Input SAFE 6ES7136-6BA00-0CA0 1 124,80 Digital Output SAFE 6ES7136-6DB00-0CA0 1 144,56 Base para cartas 6ES7193-6BP20-0BA0 5 57,55 Base para cartas 6ES7193-6BP20-0DA0 2 36,18 Pneumática Unidade de tratamento de ar MSB6 1 150,62 Terminal de válvulas 50E-F37GCQS-S+N 1 417,48 Válvula de alavanca VHER-H-B43E-G12 1 72,23 Fixação por pés HNC-40 1 3,97 Placa de conexão angular NAVW-1/4-1-ISO 3 22,53 Placa cega NDV-1-ISO 1 5,11 Válvula solenoide MN1H-5/2-D-1-S-C 1 30,25 Bobina eletromagnética MSN1G-24DC-OD 6 23,46 66 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Pneumática Conector fêmea MSSD-C 4 3,16 Cabo de conexão KMC-1-24DC-2,5-LED 2 9,56 Indicador luminoso MC-LD-12-24DC 4 18,00 Niple de redução NPFC-R-G12-G38-FM 10 7,30 Bancada Hidráulica 1 4 900,00 Soldadura Estação de solda JBC 1 486,90 Ponteira 1mm JBC C245-001 1 28,90 Ponteira 6mm JBC C245-403 1 36,90 Rolo de solda 1mm (250g) JBC 1 12,60 Candeeiro com lupa Velleman 1 118,60 Torno com rótula Velleman 1 128,00 Tapete de solda Velleman 1 19,80 Fontes Fonte 24V 10A 6EP1336-2BA10 2 226,92 Fonte Regulável Aim TTI 1 721,60 Disjuntor Eletrónico 9000-41034-0401000 2 225,20 Bancada Experimental 1 1 150,00 Bancadas Bancada 1 (Alteração) 1 346,00 Bancada 2 1 396,00 Grelha 1 1 746,00 Grelha 2 1 375,00 Componentes para quadro elétrico 1 430,00 TOTAL 18 577,10 5.5 Implementação A implementação contempla o processo de instalação dos componentes e as configurações para estabelecer a comunicação entre os dispositivos. 5.5.1 Instalação Primeiramente, foram colocadas as calhas plásticas para passagem dos cabos e as calhas DIN. De seguida, foram posicionados os componentes nas calhas DIN e os que não possuem este tipo de fixação foram instalados diretamente nas grelhas com clips e parafusos. Na figura 5.31 é apresentada uma fotografia da instalação do servo-motor e dos respetivos drives e outra dos componentes pneumáticos na sala de testes do departamento de engenharia 7. 67 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST (a) Instalação do servo-motor e dos respetivos drives.(b) Instalação pneumática. Figura 5.31: Instalação dos componentes na sala de testes DE7. Depois, foi montado o quadro elétrico, representado na figura 5.32. O primeiro passo foi a colocação das calhas plásticas para os cabos e as calhas DIN. De seguida, foram colocados os dispositivos: o interruptor de corte geral, os disjuntores diferenciais, os porta-fusíveis e os disjuntores de proteção dos componentes. Por fim, foram colocados os bornes de entrada e os bornes para efetuar a ligação às saídas. Figura 5.32: Quadro elétrico na sala de testes DE7. 68 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Na figura 5.33 são apresentadas novamente duas fotografias do servo-motor e dos respetivos drives e dos componentes pneumáticos, mas já com as conexões elétricas e pneumáticas. (a) Instalação do servo-motor e dos respetivos drives.(b) Instalação pneumática. Figura 5.33: Instalação das conexões entre os componentes na sala de testes DE7. Por fim, foram identificados os grupos de componentes e colocado um armário Facom com as fichas técnicas dos equipamentos e acessórios pneumáticos e elétricos. Nas figuras 5.34 e 5.35 são apresentadas as salas de testes dos dois departamentos com todos os componentes, exceto as bancadas experimentais e o IPC Beckhoff da Engenharia 7. Figura 5.34: Resultado final da sala de testes DE7. 69 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Figura 5.35: Resultado final da sala de testes DE8. 5.5.2 Configuração Para efetuar a ligação entre o IPC Beckhoff e os módulos I/O, primeiramente, foi criado um projeto no TwinCAT PLC Control. O Target System Type selecionado foi ”PC or CX (x86)” e a linguagem de programação o Ladder. O programa desenvolvido consistiu num contacto aberto (In1), ligado à saída Out1, tal como demonstra a figura 5.36. Figura 5.36: Programa desenvolvido no TwinCAT PLC Control. 70 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST De seguida, foi criado o projeto no TwinCAT System Manager. No ”PLC - Configuration” >”Append PLC Project...” foi adicionado o projeto anteriormente realizado no TwinCAT PLC Control. O passo seguinte passou por adicionar os dispositivos da rede EtherCAT. Para isso, foi necessário ir a ”I/O - Configuration” >”I/O - Devices”, selecionar ”Append Device...” e depois escolher a opção ”EtherCAT”, tal como demonstra a figura 5.37. Figura 5.37: Selecionar o tipo de comunicação do dispositivo. Depois, em ”Device 1 (EtherCAT)” selecionar ”Scan Boxes...”. Desta ação, resulta a janela da figura 5.38 onde deve ser selecionada a opção com ”TwinCAT”. Figura 5.38: Selecionar a localização do dispositivo EtherCAT. 71 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST A seguir, para provocar movimentos no cilindro, recorreu-se à alavanca do distribuidor manual e foi verificado que o movimento do cilindro estava dentro do expectável. Por fim, para deteção de possíveis fugas, o cilindro foi atuado com pressão aproximada de 180 bar e neste teste também não foi verificada qualquer anomalia. •Teste de válvulas hidráulicas A válvula hidráulica testada foi uma direcional do tipo TN10. O primeiro passo foi a sua colocação na respetiva base e fixação com os parafusos. De seguida, efetuou-se a ligação de uma mangueira entre a linha de pressão do distribuidor e a linha de pressão do bloco onde está colocada a válvula e a ligação de outra mangueira entre a linha de tanque do distribuidor e a linha de tanque do bloco. As linhas A e B do bloco foram ligadas ao cilindro hidráulico anteriormente testado. Depois, foram ligados os solenoides das válvulas ao quadro, através dos cabos helicoidais extensíveis. Para ser visível a pressão em A e em B, foram conectadas as saídas A e B aos manómetros, tal como demonstra a figura 6.8. Figura 6.8: Conexões para o teste de válvula TN10. 78 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST A seguir, por questões de segurança, a pressão foi regulada para o mínimo e, só depois, efetuado o arranque do motor elétrico. Começou-se por realizar o teste em ”Modo Manual”. O seletor foi colocado em ”M” e depois, com os seletores dos solenoides, foi atuada a válvula. A pressão foi sendo gradualmente aumentada até aos 180 bar. Depois, foi realizado um teste em ”Modo Automático”. Para isso, foi definido um intervalo de comutação de aproximadamente 5 segundos e colocado o seletor em ”A”. A válvula ficou a comutar cerca de 20 minutos e o comportamento dela foi sempre o expectável. 79 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 7 Conclusão e Trabalhos Futuros Este capítulo inclui as conclusões acerca do projeto desenvolvido, salientando o que foi criado e quais as características mais vantajosas das salas de teste. São ainda enumeradas algumas propostas para trabalhos futuros que podem trazer melhorias ao projeto realizado. 7.1 Conclusão A presente dissertação teve como objetivo desenvolver as salas de testes dos departamentos de engenharia 7 e 8 com base nas máquinas do CST. Inicialmente, foi fundamental o estudo e compreensão das características das máquinas e as discussões com os técnicos de manutenção para definir os componentes para as salas de testes. Depois, foi necessário consultar o mercado para procurar as soluções mais viáveis e pedir cotações de modo a ser submetido para aprovação da empresa. De seguida, foi definido o layout e procedeu-se à instalação dos componentes, à instalação elétrica e à instalação pneumática. Por fim, foram desenvolvidas algumas configurações para a comunicação entre os componentes e realizados ensaios para verificação do correto funcionamento. Com este projeto, foram equipadas duas salas que permitem testar o desempenho dos equipamentos ou a criação de software, antes da instalação nas máquinas. Agora, os técnicos têm também a possibilidade de testar equipamentos possivelmente avariados e adquirirem mais conhecimento acerca do funcionamento dos componentes. Por fim, pode afirmar-se que todos os objetivos propostos nesta dissertação foram alcançados com sucesso e que a Continental-CST está agora dotada de duas salas que permitem a realização de diversos tipos de testes. 7.2 Trabalhos Futuros Concluída esta dissertação, são apresentadas, de seguida, algumas propostas de trabalhos futuros que poderão complementar o trabalho realizado: i) identificar todos os cabos de modo a tornar as ligações entre os componentes mais percetíveis; ii) melhorar a identificação dos grupos de componentes nas salas de testes; iii) desenvolver novos programas para que os testes possam ser realizados mais rapidamente e iv) adquirir cabos de conexão para todos os equipamentos. 80 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST 8 Referências [1] Continental AG, “História,” 2018. [Online]. Disponível em: https://www.continentalcorporation.com/pt-pt/empresa/história [Acedido em 11/2018]. 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KL3052 | Módulo de entradas analógicas Tensão de alimentação 24 V DC Número de entradas 2 Sinal de Entrada 4 ... 20 mA Tecnologia Single-ended Resolução 12 bit Tempo de conversão ∼2 ms Erros absolutos <±0.3% (em relação ao valor máximo da escala) Tabela 9.8: Características do módulo de saídas analógicas KL4022 [63]. KL4022 | Módulo de saídas analógicas Tensão de alimentação 24 V DC Número de saídas 2 Tipo de sinal na saída 4 ... 20 mA Tecnologia Single-ended Resolução 12 bit Tempo de conversão ∼1,5 ms Erros absolutos <±0.1% (em relação ao valor final) 94 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de entradas e saídas analógicas KLxxxx (-10 ... +10 V) Os módulos módulos KL3002 (Analog Input) e KL4132 (Analog Output) são apresentados na figura 9.7 e nas tabelas 9.9 e 9.10 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas analógicas KL3002 [64]. (b) Módulo de saídas analógicas KL4132 [65]. Figura 9.7: Módulos de entradas e saídas analógicas KLxxxx (-10 ... +10 V). Tabela 9.9: Características do módulo de entradas analógicas KL3002 [64]. KL3002 | Módulo de entradas analógicas Tensão de alimentação 24 V DC Número de entradas 2 Sinal de Entrada -10 ... +10 V Tecnologia Differential input Resolução 12 bit Tempo de conversão ∼2 ms Erros absolutos <±0.3% (em relação ao valor máximo da escala) Tabela 9.10: Características do módulo de saídas analógicas KL4132 [65]. KL4132 | Módulo de saídas analógicas Tensão de alimentação 24 V DC Número de saídas 2 Tipo de sinal na saída -10 ... +10 V Tecnologia Single-ended Resolução 16 bit Tempo de conversão ∼1,5 ms Erros absolutos <±0.1% (em relação ao valor final) 95 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de segurança KLxxxx Na figura 9.8 são apresentados os módulos KL1904 (Digital Input) e KL2904 (Digital Output) e nas tabelas 9.11 e 9.12 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas digitais KL1904 [66]. (b) Módulo de saídas digitais KL2904 [67]. Figura 9.8: Módulos de segurança KLxxxx. Tabela 9.11: Características do módulo de entradas digitais KL1904 [66]. KL1904 | Módulo de entradas digitais Tensão de alimentação 24 V DC Número de saídas 4 Tempo de resposta 4 ms Tecnologia de conexão 2-wire Protocolo TwinSAFE/Safety over EtherCAT Tabela 9.12: Características do módulo de saídas digitais KL2904 [67]. KL2904 | Módulo de entradas digitais Tensão de alimentação 24 VDC Número de saídas 4 Máxima corrente na saída 0,5 A Tempo de resposta ≤watchdog time (parametrizável) Tecnologia de conexão 2-wire Protocolo TwinSAFE/Safety over EtherCAT 96 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •EtherCAT Coupler EK1100 Na figura 9.9 é apresentado o EtherCAT Coupler EK1100 e na tabela 9.13 são indicadas as principais caraterísticas. Figura 9.9: EtherCAT Coupler EK1100 [68]. Tabela 9.13: Características do EtherCAT Coupler EK1100 [68]. EK1100 | EtherCAT Coupler Meio de transferência de dados Ethernet/EtherCAT Distância entre estações máx. 100m (100BASE-TX) Número de terminais até 65534 Protocolo EtherCAT Máximo atraso na resposta 1s Velocidade de transferência de dados 100Mbaud Interface 2 x RJ45 Alimentação 24 V DC 97 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de entradas e saídas digitais ELxxxx Na figura 9.10 são apresentados os módulos EL1004 (Digital Input) e EL2004 (Digital Output) e nas tabelas 9.14 e 9.15 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas digitais EL1004 [69]. (b) Módulo de saídas digitais EL2004 [70]. Figura 9.10: Módulos de entradas e saídas digitais ELxxxx. Tabela 9.14: Características do módulo de entradas digitais EL1004 [69]. EL1004 | Módulo de entradas digitais Tensão de alimentação 24 V DC (-15% / +20%) Número de entradas 4 Entrada - Estado 0 -3 ... +5 V Entrada - Estado 1 11 ... 30 V Corrente de entrada 3 mA Tecnologia de conexão 2-wire Tabela 9.15: Características do módulo de saídas digitais EL2004 [70]. EL2004 | Módulo de saídas digitais Tensão de alimentação 24 V DC (-15% / +20%) Número de saídas 4 Máxima corrente na saída 500 mA Tecnologia de conexão 2-wire Tempo de comutação Ton = 60 µs e To f f = 300 µs 98 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de entradas e saídas analógicas ELxxxx (4 ... 20 mA) Os módulos EL3052 (Analog Input) e EL4022 (Analog Output) são apresentados na figura 9.11 e nas tabelas 9.16 e 9.17 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas analógicas EL3052 [71]. (b) Módulo de saídas analógicas EL4022 [72]. Figura 9.11: Módulos de entradas e saídas analógicas ELxxxx (4 ... 20 mA). Tabela 9.16: Características do módulo de entradas analógicas EL3052 [71]. EL3052 | Módulo de entradas analógicas 4 … 20 mA Tensão de alimentação 24 VDC Número de entradas 2 Sinal de Entrada 4 ... 20 mA Tecnologia Single-ended Resolução 12 bit Tempo de conversão 0,625 ms (valor por defeito, configurável) Erros absolutos <±0,3% (em relação ao valor máximo da escala) Tabela 9.17: Características do módulo de saídas analógicas EL4022 [72]. EL4022 | Módulo de saídas analógicas 4 … 20 mA Tensão de alimentação 24 V DC Número de saídas 2 Tipo de sinal na saída 4 ... 20 mA Tecnologia 3-wire, single-ended Resolução 12 bit Tempo de conversão ∼0,150 ms Erros absolutos <0,1% (em relação ao valor final) 99 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de entradas e saídas analógicas ELxxxx (-10 ... +10 V) Os módulos EL3102 (Analog Input) e EL4132 (Analog Output) são apresentados na figura 9.12 e nas tabelas 9.18 e 9.19 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas analógicas EL3102 [73]. (b) Módulo de saídas analógicas EL4132 [74]. Figura 9.12: Módulos de entradas e saídas analógicas ELxxxx (-10 ... +10 V). Tabela 9.18: Características do módulo de entradas analógicas EL3102 [73]. EL3102 | Módulo de entradas analógicas -10 ... +10 V Tensão de alimentação 24 V DC Número de entradas 2 Sinal de Entrada -10 ... +10 V Tecnologia Differential input Resolução 16 bit Tempo de conversão ∼0,060 ms (fast mode ∼0,040 ms) Erros absolutos <±0,3% (em relação ao valor máximo da escala) Tabela 9.19: Características do módulo de saídas analógicas EL4132 [74]. EL4132 | Módulo de saídas analógicas -10 ... +10 V Tensão de alimentação 24 V DC Número de saídas 2 Tipo de sinal na saída -10 ... +10 V Tecnologia 2-wire, single-ended Resolução 16 bit Tempo de conversão ∼0,040 ms Erros absolutos <0,1% (em relação ao valor final) 100 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de segurança ELxxxx Na figura 9.13 são apresentados os módulos EL1904 (Digital Input) e EL2904 (Digital Output) e nas tabelas 9.20 e 9.21 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas digitais EL1904 [75]. (b) Módulo de saídas digitais EL2904 [76]. Figura 9.13: Módulos de segurança ELxxxx. Tabela 9.20: Características do módulo de entradas digitais EL1904 [75]. EL1904 | Módulo de entradas digitais SAFE Tensão de alimentação 24 V DC (-15% / +20%) Número de entradas 4 Tempo de resposta 4 ms Tecnologia de conexão 1-/2-wire Protocolo TwinSAFE/Safety over EtherCAT Tabela 9.21: Características do módulo de saídas digitais EL2904 [76]. EL2904 | Módulo de saídas digitais SAFE Tensão de alimentação 24 V DC (-15% / +20%) Número de saídas 4 Máxima corrente na saída 0,5 A Tempo de resposta ≤watchdog time (parametrizável) Tecnologia de conexão 1-/2-wire Protocolo TwinSAFE/Safety over EtherCAT 101 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Apêndice B - Sistema de Controlo Siemens 102 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •IPC 827D O IPC827D disponibiliza as interfaces identificadas na figura 9.14. Na tabela 9.22, é descrita cada uma delas. Figura 9.14: Interfaces presentes no Siemens IPC827D (adaptado de [77]). Tabela 9.22: Interfaces presentes no Siemens IP8627D [77]. Posição Designação Descrição 1 Botão ON/OFF Ligar/desligar a alimentação 2 Alimentação Ligação a AC 220 V/ DC 24 V 3 5x PCI(e) Slots para expansão PCI-Express 4 LEDs LEDs de sinalização de operação/alarme 5 Botão de alarme Reset ao alarme 6 DVI-I Ficha DVI para transferir sinais de vídeo 7DisplayPort Ficha DisplayPort para transferir sinais de vídeo 8 COM1 Ficha D-Sub-9 para comunicação série RS 232 9 USB 4 x USB 3.0 para ligação a dispositivos periféricos 10 2 x Gigabit Ethernet Fichas RJ45 para ligação a Ethernet (IE/PN) 11 3 x PROFINET IRT Fichas RJ45 para comunicação PROFIBUS 12 Slot de bateria Slot para colocação de bateria 103 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST •Módulos de segurança ET200SP Na figura 9.21 são apresentados os módulos 6ES7136-6BA00-0CA0 (Digital Input) e 6ES71366DB00-0CA0 (Digital Output) e nas tabelas 9.33 e 9.34 são indicadas as principais caraterísticas. (a) Módulo de entradas digitais 6ES7136-6BA00-0CA0 [98]. (b) Módulo de saídas digitais 6ES7136-6DB00-0CA0 [99]. Figura 9.21: Módulos de segurança ET200SP. Tabela 9.33: Características do módulo de entradas digitais 6ES7136-6BA00-0CA0 [100]. 6ES7136-6BA00-0CA0 | Módulo de entradas digitais SAFE Tensão de alimentação 24 V Número de entradas 8 Entrada - Estado 0 -30 ... +5 V Entrada - Estado 1 15 ... 30 V Corrente de entrada 3,7 mA Tabela 9.34: Características do módulo de saídas digitais 6ES7136-6DB00-0CA0 [101]. 6ES7136-6DB00-0CA0 | Módulo de saídas digitais SAFE Tensão de alimentação 24 V Número de saídas 4 Máxima corrente na saída 2 A 110 Desenvolvimento de Salas de Testes para Oficinas de Engenharia Continental - CST Apêndice C - Circuitos Elétricos DE7 111 Folha Página Editor Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Quadro Elétrico 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 2 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 1 2 = Nome 5 1 / 2A 2A Line Filter C6 C6 C32 C16C16C16C16 Bancada Experiemental Interruptor Diferencial 4P 40A 300mA Interruptor Diferencial 4P 40A 30mA Disjuntor Diferencial 4P C40 30mA Interruptor Geral 4P 63A Monitor Fonte 2 IPC BeckhoffFonte 1Grupo de Tomadas 1 Grupo de Tomadas 2 Grupo de Tomadas 3 Grupo de Tomadas 4 L1 L2 L3 N L N L N L N L N NL Reserva 1 2 3 4 5 6 7 8 Id 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 4 L 2.2 L 600.2 L 2.6 L 900.2 L1 10.4 L2 10.4 L3 10.5 N 10.5 L1 101.4 L3 101.4 L2 101.4 / / / / N 2.2 N 2.7 N 600.2 N 900.2 Folha Página Editor 1 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Fonte 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 3 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 2 2 = Nome 5 2 / 1+ 2+ 12L1 N PE 1413 24V O.K. ADJUST 22.8...28V DEFAULT VALUE 24V 1+ 2+ 12L1 N PE 1413 24V O.K. ADJUST 22.8...28V DEFAULT VALUE 24V 1 -U5 2 L 1.5 L 1.6 0Vdc 4.4 24Vdc 3.1 0Vdc 4.6 24Vdc 3.6 N 1.5 N 1.6 Folha Página Editor 2 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por MURR 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 4 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 3 2 = Nome 5 3 / I OFF 90% I 14 OUT1´ OUT2´ OUT3´ I OUT4´ I 4 A 4 A 4 A 4 A T10A T10A T10A T10A Input Output OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 +24V GND +24V GND ON Logic bridging contact ON OFF +24V GND/0V I OFF 90% I 14 OUT1´ OUT2´ OUT3´ I OUT4´ I 4 A 4 A 4 A 4 A T10A T10A T10A T10A Input Output OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 +24V GND +24V GND ON Logic bridging contact ON OFF +24V GND/0V IPC Siemens Cartas ET200SP Cartas ET200S Active Interface Module HMI Beckhoff EK1100 Bornes Control Unit Active Line Module BK1120 24Vdc 500.2 24Vdc 800.2 24Vdc 102.5 24Vdc 2.2 24Vdc 2.6 0Vdc 4.4 0Vdc 4.5 24Vdc 400.2 24Vdc 103.4 24Vdc 200.3 24Vdc 700.2 24Vdc 300.3 24Vdc 9.2 24Vdc 9.6 24Vdc 100.2 Folha Página Editor 3 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Terminal 0V 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 5 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 4 2 = Nome 5 4 / 0Vdc 400.3 0Vdc 500.3 0Vdc 800.2 0Vdc 2.2 0Vdc 3.1 0Vdc 3.5 0Vdc 2.7 0Vdc 102.5 0Vdc 103.4 0Vdc 100.2 0Vdc 700.2 0Vdc 200.3 0Vdc 300.3 0Vdc 9.3 0Vdc 9.7 Folha Página Editor 4 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Bloco EK 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 6 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 5 2 = Nome 5 5 / \250.4 \251.4 \200.3 \201.3 Folha Página Editor 5 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Bloco BK 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 7 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 6 2 = Nome 5 6 / \350.4 \300.3 Folha Página Editor 6 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Bloco ET200S 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 8 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 7 2 = Nome 5 7 / \450.4 Folha Página Editor 7 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Bloco ET200SP 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 9 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 8 2 = Nome 5 8 / \550.4 Folha Página Editor 103 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Single Motor Module 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 105 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 104 2 = Nome 5 15 / X21 1 +TEMP 2 -TEMP 3 EP +24 V 4 EP M1 3 +(1) +(2) M(1) M(2) DCP(1) DCP(2) DCN(1) DCN(2) X200 DRIVE-CLiQ 18 B A X201 DRIVE-CLiQ 18 B A X202 DRIVE-CLiQ 18 B A PEX1 BRBR+ PEU2 V2 W2 PE U BUS PW /103.6 BUS PW /103.6 BUS LOG+ /103.6 BUS LOG- /103.6 U 105.2 V 105.2 W 105.2 GNYE 105.2 Drive Cliq 100.5 Drive Cliq 103.5 Drive Cliq 105.5 Folha Página Editor 104 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por Servo Motor 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 200 4 16/07/2019 Autor: Hélder Cruz 105 2 = Nome 5 16 / FEEDBACK CONNECTOR POWER CONNECTOR 3~ M U V W GND BRBR+ U 104.4 V 104.4 W 104.4 GNYE 104.5 Drive Cliq 104.6 Folha Página Editor 105 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por EK1100 I/O 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 201 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 200 2 = Nome 5 17 / B A 8 1 BECKHOFF B A 8 1 EK1100 EtherCAT Coupler EtherCAT Supply basic module BECKHOFF EK1100 \5.3 \250.4 X1 IN 1 1 2 3 45 6 7 8 1 EtherCAT 300.5 0Vdc 4.5 24Vdc 3.7 EtherCAT 600.5 Folha Página Editor 200 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por EL6632 I/O 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 250 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 201 2 = Nome 5 18 / B A 8 1 BECKHOFF B A 8 1 EL6632 PROFINET IRT controler \5.5 \251.4 X1 X2 Profinet 100.2 Folha Página Editor 201 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por EK1100 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 251 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 250 2 = Nome 5 19 / \5.3 \200.3 Folha Página Editor 250 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por EL6632 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 300 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 251 2 = Nome 5 20 / \5.5 \201.3 Folha Página Editor 251 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por BK1120 I/O 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 350 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 300 2 = Nome 5 21 / B A 8 1 BECKHOFF B A 8 1 BK1120 K-bus coupling EtherCAT Supply basic module BECKHOFF BK1120 \6.2 \350.4 X1 IN X2 OUT 1 2 3 45 6 7 8 1 EtherCAT 200.6 24Vdc 3.7 0Vdc 4.5 Folha Página Editor 300 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por BK1120 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 400 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 350 2 = Nome 5 22 / \6.2 \300.3 Folha Página Editor 350 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por 6ES7151-3BA23-0AB0 I/O 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 450 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 400 2 = Nome 5 23 / B A 8 1 B A 8 1 EtherCAT ET200S SIEMENS 6ES7 151-3BA23-0AB0 SIEMENS 6ES7 151-3BA23-0AB0 \7.3 \450.4 P1 R P2 R 1L+ 1M2L+ 2M 0Vdc 4.4 24Vdc 3.2 Profinet 500.5 Folha Página Editor 400 Orig IEC_tpl001 EPLAN USER + Data Data Substituído por 6ES7151-3BA23-0AB0 1 Alteração 0 76 Verif Em substituição de 8 93 33 500 4 17/07/2019 Autor: Hélder Cruz 450 2 = Nome 5 24 / \7.3 \400.3