Embed Size (px)
Citation preview
AUTOMAÇÃO E CONTROLE
PROJETO DE AUTOMAÇÃO:
LINHA DE PRENSAS EXCÊNTRICAS
Prof. Dr. RODRIGO JULIANO
Graduandos:
ANTONIO MARCOS LINO DOS SANTOS - RA3800591
ISAC NEGREIROS DOS SANTOS JUNIOR - RA3800608
JOÃO PAULO FERREIRA - RA 3800605
GERSON ROBERTO DA SILVA - RA 3800701
TIAGO VALERIO FRANCO - RA 3800576
2
SUMARIO
LISTA DE ABREVIATURAS E, SIGLAS E
SIMBOLOS.........................................4
LISTA DE FLUXOGRAMAS E
GRÁFICOS.............................................................5
LISTA DE
FIGURAS....................................................................................................6
1.
INTRODUÇÃO..........................................................................................................8
1.1 –
Justificativa.................................................................................................9
1.2 – Necessidade vs.
Solução............................................................................11
2. REVISÃO
BIBLIOGRAFICA...............................................................................14
2.1 – Prensas
Hidraulicas..................................................................................14
2.2 – Robôs com 6
eixos.....................................................................................15
2.2.1 - Eixos de um
Robô........................................................................16
2.2.2 - Tipos de
Robôs.............................................................................17
2.3 – Sistemas de
segurança..............................................................................22
2.3.1 - Segurança no trabalho em máquinas e
equipamentos..............22
2.3.2 - Arranjo físico e
instalações.........................................................23
2.3.3 - Instalações e dispositivos
elétricos..............................................24
3
2.3.4 - NBR-14153 - A segurança de
máquinas.....................................25
3. DESENVOLVIMENTO DO
SISTEMA................................................................29
3.1 - Operações de transporte de
materiais.....................................................29
3.2 –
Programação.............................................................................................31
3.2 - Garras e
Ferramentas...............................................................................36
3.3 - Precisão e
Repetitividade..........................................................................39
3.4 – Controle do
processo................................................................................44
3.5 - Manutenções periódicas...........................................................................47
4. DICUSSÃO DOS
RESULTADOS..........................................................................48
5.
CONCLUSÃO..........................................................................................................49
5.1 - Perspectivas
Futuras............................................................................................49
5.2 - Formação de Profissionais no
Brasil...................................................................50
6. REFERÊNCIAS
BIBLIOGRAFICAS...................................................................51
ANEXO A.....................................................................................................................52
LISTA DE ABREVIATURAS E, SIGLAS E SIMBOLOS
EPC – Equipamento de proteção coletiva.
EPI – Equipamento de proteção individual.
NR - 10 – Norma regulamentadora 10.4
NR - 12 – Norma regulamentadora 12.
NBR 5410 – Manual técnico em instalações de baixa tensão.
NBR 14153- Segurança com maquinas
LISTA DE FLUXOGRAMAS E GRÁFICOS
Fluxograma 1- Rotina de funcionamento robô 1.
Fluxograma 2 – Rotina de funcionamento robô 2.
Fluxograma 3 – Rotina de funcionamento robô 3.
Gráfico 1 – Comparativo de produção entre as duas linhas de produção automática e manual
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Prensa n° 1 a primeira da linha de montagem. (Fonte próprios autores).
Figura 1.2 – Prensa n° 2 da linha. (Fonte próprios autores).
Figura 1.3 – É possível observar as demais prensas que compões a linha de produção.
(Fonte próprios autores).
6
Figura 1.4 – Imagem do robô número 1 e a mesa de centralização (Foto dos próprios autores).
Figura 1.5 - Robô 2 entre as prensas 1 e 2. (Fonte próprios autores).
Figura 1.6 - Robô 3 retira peças e as deposita em 2 esteiras. (Fonte próprios autores).
Figura 2.1 – Partes que compõe uma prensa excêntrica.
Figura 2.2.1 – Eixos de um robô
Figura 2.2.2 - Eixos de um robô cartesiano (Prismático-Prismático-Prismático, PPP).
Figura 2.2.3 - Eixos de um robô de coordenadas cilíndricas (RPP).
Figura 2.2.4 - Eixos de um robô de coordenadas polares ou esféricas (RRP).
Figura 2.2.5 - Eixos de um robô de coordenadas de revolução ou articulado (RRR).
Figura 2.2.6 – Robô scara.
Figura 2.3.1 – Comando de acionamento bi manual.
Figura 2.3.2 – Imagem de um scanner de área 3D (foto dos próprios autores).
Figura 2.3.3 – Ilustração do funcionamento de uma barreira de proteção ótica
Figura 2.3.4 – Enclausuramento de maquinas e travas de segurança.
Figura 3.1 – Foto controlador manual do robô da fabricante ABB. (Foto dos próprios autores).
Figura 3.2 – É possível ver alguns tipos de garras e ferramentas para robôs.
Figura 3.3 – esquema de funcionamento pneumático do robô 1.
Figura 3.4 – Esquema pneumático do robô 2.
Figura 3.5 – Esquema pneumático robô 3.
Figura 3.6 – Esquema pneumático da mesa centralizador localizada na célula 1.
Figura 3.7 – Ilustra um sistema de repetitividade e precisão de um robô.
Figura 3.8 – Layout da célula 1.
Figura 3.9 – Layout célula 2.
Figura 3.10 – Layout da célula 3.
Figura 3.11 – Layout das 3 células juntas.
Figura 3.12 – Vista de um painel de controle de robôs, fabricante ABB.
Figura 3.13 – CPU de controle do robô e seus periféricos
Figura 3.14 – Periféricos instalados para acionamentos externos e segurança
Figura 3.15 – Vista interna do painel de controle do robô.
Figura 7.1 – Lista de Materiais
Figura 7.2 – Lista 2 de materiais.
Figura 7.3 – Lista 3 de materiais.
7
1 - INTRODUÇÃO.
Com as novas exigências de qualidade, flexibilidade e produtividade, impostas pelo
mercado, toma-se necessário a utilização de máquinas automatizadas por parte das
indústrias que desejam ser competitivas. Toda indústria, almeja cada vez mais por
8
velocidade, controle dos processos, redução de custo, aumento de qualidade, entre
outros. Essa modificação na visão industrial teve início com a Revolução Industrial no
século XVIII (ARAÚJO, 2006). Dois séculos depois, Henry Ford mudou o mundo
com a produção em série nos Estados Unidos. Isso demonstra que a automação vem
aumentando a cada dia. Por meio da automação, a indústria reduz o custo com
empregados, aumenta a velocidade dos procedimentos, aumenta a segurança dos
operadores, melhora a qualidade dos produtos e torna o sistema eficaz e eficiente. O
sistema fica mais independente das variações da mão de obra, aperfeiçoando sua
capacidade.
Os benefícios teóricos de utilizar robôs em uma indústria são numerosos e vão desde o
aumento da produtividade, a melhoria e a consistência na qualidade final do produto (a
qual também minimiza a necessidade de operações adicionais), a menor demanda de
contratação de mão de obra especializada, que é difícil de encontrar, a confiabilidade
no processo, a facilidade na programação e uso dos robôs, a operação em ambientes
difíceis e perigosos ou em tarefas desagradáveis e repetitivas para o ser humano e,
finalmente, a capacidade de trabalho sem descanso por longos períodos.
Entretanto, na prática, a aplicação de robôs na indústria requer uma solução confiável
e robusta que desempenhe de forma consistente as funções predeterminadas. Ou seja,
ao existir um problema a resolver, este deveria ser resolvido com um êxito próximo a
100%, em 100% do tempo, de tal forma que se tenha a confiança que o sistema
robotizado realiza o trabalho para o qual foi designado. Qualquer porcentagem de
êxito menor que esta, frequentemente não é aceita.
1.1 – Justificativa.
É com base nesse contexto mundial que uma empresa montadora eletrodomésticos viu
a necessidade e a oportunidade de se automatizar uma linha de prensas excêntricas que
9
juntas formam uma linha de produção onde o produto final é conformação de chapas
de metal que formam o gabinete de uma lavadora de roupas da linha branca. O
processo era feito de forma manual, onde as prensas eram dispostas em linha de forma
que de uma lado entramos com a chapa “crua” e no final temos uma estrutura pronta
para formar um gabinete de lavadora de roupas.
Nas Figuras 1.1; 1.2; e 1.3 é possível ver o processo de produção manual, trata-se de
um sistema onde em cada prensa efetua uma parte do processo, existem em média dois
operadores em cada lado da prensa que correspondem a colocação e a retirada da peça
para próxima etapa do processo e cada prensa realiza um tipo trabalho seja furando ou
conformando a peça.
Figura 1.1 Prensa n° 1 a primeira da linha de montagem. (Fonte próprios autores)
Na figura 1.1 é possível observar o operador no momento em que ele aguarda a
abertura da Prensa n° 1 para retirar a peça e coloca-la sobre uma esteira que a leva até
o próximo operador que a coloca na Prensa n° 2.
10
Figura 1.2 – Prensa n° 2 da linha. (Fonte próprios autores)
Na Figura 1.2 é possível ver o colaborador pronto para realizar o procedimento de
execução de ciclo da prensa com a peça já posicionada em seu devido local.
Figura 1.3 – É possível observar as demais prensas que compões a linha de produção.
(Fonte próprios autores)
11
Na Figura 1.3 é possível observar as Prensas n° 2, n° 3 e a n° 3 ou seja existem quatro
prensas em uma linha de produção com 10 colaboradores envolvidos no processo de
produção.
Outro importante fator é a segurança envolvidas nesse tipo de trabalho uma vez que
estamos tratando com equipamentos de 250 a 400 toneladas de força de prensagem,
torna-se imprescindível a adoção de sistemas de segurança que venham a garantir a
integridade física de todos aqueles colaboradores envolvidos no processo de produção
dessa maquinas. Para isso são adotadas e seguidas normas nacionais e internacionais
que garantem a operação segura desses equipamentos, como a instalação de barreiras
de proteção, sistemas redundantes, equipamentos de proteção coletiva (EPC) entre
outros.
Cabe lembrar que por se tratar do corte, dobra e furação de chapas de aço, sempre
existe o risco de lesão corporais como cortes e arranhões, já com intuito de eliminar
tais riscos todos os colaboradores devem trabalhar com equipamentos de proteção
individuais (EPI) adequados para cada função.
1.2 - Necessidade vs. Solução
Com base na necessidade de se tornar competitiva e na complexidade desta linha de
produção, seja por fatores de segurança, velocidade de produção ou por custos
operacionais. A empresa em questão decidiu buscar formas de readequar o modelo
existente de produção, e a forma encontrada foi com a instalação de uma nova linha de
prensas que seriam operadas via sistemas automatizados (Robôs), visando uma maior
produção, a redução nos riscos de acidentes humanos, uma maior confiabilidade no
processo (repetitividade) e a redução de custos operacionais.
A ideia básica foi a de se elaborar um projeto de produção onde a atividade humana
seria substituída pela mecânica, as maquinas seriam responsáveis por colocar e retirar
as peças de uma prensa a outra, nas figuras a seguir é possível observar como ficou à
12
disposição dos novos equipamentos em uma nova linha de produção que serviu de
modelo para novos projetos do mesmo âmbito em toda linha fabril.
O projeto escolhido foi o de implementar três robôs da fabricante ABB entre 2 novas
prensas, onde o primeiro robô ficou responsável por colocar a chapa na primeira
prensa, o segundo robô fica responsável por retirar da primeira prensa e coloca-la na
segunda prensa e o terceiro robô fica responsável por retirar da prensa número 2 e
deposita-la em uma esteira que leva esta peça pronta a próxima etapa da linha de
produção. E possível ter uma visão na imagens que se seguem.
Na Figura 1.4 abaixo é possível ver o robô número 1 que responsável pela retirada das
chapas de aço de um ponto especifico, leva-la até uma mesa que garante o alinhamento
correto da chapa e logo após deposita-la dentro da prensa para seguir no processo.
A Figura 1.5 abaixo nos mostra o robô número 2 que é o responsável pela retirada de
peças da prensa 1 e a colocação na prensa 2.
E com a Figura 1.6 abaixo é possível observar o robô 3 que retira as peças da prensa 2
e deposita sobre a esteira que estiver vazia.
Figura 1.4 – Imagem do robô número 1 e a mesa de centralização (Foto dos próprios autores).
13
Figura 1.5 - Robô 2 entre as prensas 1 e 2. (Fonte próprios autores)
Figura 1.6 - Robô 3 retira peças e as deposita em 2 esteiras. (Fonte próprios autores)
14
Mesmo se tratando de maquinas realizando serviços de produção, toda a montagem
deste projeto seguiu as normas brasileiras de segurança NR-12 e NR10 assim como
NBR-5410, barreiras de proteção foram instaladas para evitar o acesso aos pontos de
movimentação dos robôs, barreiras para evitar danos as prensas e ao robôs.
Cabe lembrar que mesmo sendo instalados sistemas automáticos entre as prensas em
caso de falhas ou de outras necessidades tais maquinas ainda sim podem ser operadas
manualmente ou seja, as normas para proteção de colaboradores foram mantidas e em
muitos dos casos aprimoradas com a instalação de sistemas ainda mais modernos de
proteção.
2 – REVISÃO BIBLIOGRAFICA
2.1 – Prensas Hidráulicas.
Inventado em 1795 por Joseph Bramah, a prensa hidráulica é também conhecida como
a prensa Bramah. Ele usou seu conhecimento da mecânica dos fluidos e de movimento
para desenvolver este dispositivo. Esta invenção aumentou significativamente o poder
de compactação disponível, ampliando os grupos de produtos e opções disponíveis
para outros inventores. Ao aplicar a hidráulica para uma prensa, uma classe inteira de
máquinas foi inventada. Existe uma vasta gama de diferentes máquinas de prensa
hidráulica, que variam a partir de pequenas unidades de mesa para amadores até
máquinas enormes usadas para criar peças de metal.
As prensas são máquinas ferramentas em que o material placa ou chapa é trabalhado
sob operações de conformação ou corte e são utilizadas, principalmente, na metalurgia
básica e na fabricação de produtos de metal, máquinas e equipamentos, máquinas de
escritório e equipamentos de informática, móveis com predominância de metal,
veículos automotores, reboques e carrocerias.
Nesses processos existe sempre um martelo (punção) cujo movimento é proveniente
de um sistema hidráulico (cilindro hidráulico) ou de um sistema mecânico (em que o
15
movimento rotativo é transformado em linear através de um sistema de bielas,
manivelas ou fusos).
Há uma grande diversidade de prensas, que variam quanto ao tipo, modelo, tamanho e
capacidade de aplicação de força ou velocidade.
No mercado, encontramos prensas com capacidade de carga de poucos quilos até
prensas de mais de 50.000 toneladas de força. No parque industrial brasileiro a maioria
das prensas é do tipo excêntrica que é a mais perigosa. O acionamento das prensas
pode ser feito por pedais, botoeiras simples, por comando bi manual ou por
acionamento contínuo.
Quais os elementos básicos em uma prensa?
Figura 2.1 – Partes que compõe uma prensa excêntrica.
2.2 – Robôs com 6 eixos.
Os robôs, de acordo com a Associação de Indústrias de Robôs dos Estados Unidos
(Robot Industries Association - RIA), são "manipuladores reprogramáveis e
multifuncionais, projetados para manipular materiais, peças, ferramentas ou
16
dispositivos especializados, através de movimentos variáveis programados para a
realização de tarefas diversas".
Com respeito a sua estrutura, um robô é um sistema mecânico, de geometria variada,
formada por corpos rígidos, articulados entre si, destinado a sustentar e
posicionar/orientar o órgão terminal, que dotado de garra mecânica ou ferramenta
especializada, fica em contato direto com o processo. A mobilidade do manipulador é
o resultado de uma série de movimentos elementares, independentes entre si,
denominados graus de liberdade do robô (AMADA 1995).
2.2.1 - Eixos de um Robô
O braço manipulador de um robô é capaz de se mover para várias posições porque
possui uniões ou juntas, também denominadas eixos, que permitem ao manipulador
executar tarefas diversas. O movimento da junta de um robô pode ser linear ou
rotacional. O número de juntas de um robô determina seus graus de liberdade; a
maioria dos robôs possui de 3 a 6 eixos. Estes eixos podem ser divididos em duas
classes: eixo do corpo e eixo da extremidade do robô. Os eixos da base do corpo do
robô permitem mover seu órgão terminal para uma determinada posição no espaço.
Estes eixos são denominados cintura, ombro e cotovelo (waist, shoulder e elbow). Os
eixos da extremidade do robô permitem orientar seu órgão terminal e são denominados
roll, pitch e yaw Figura 2.2.1. Um robô com 6 eixos, sendo 3 para o posicionamento e
três para a orientação, é compatível com qualquer tarefa que seja realizada dentro de
seu volume de trabalho; com menos de 6 graus de liberdade não se alcançam todos os
pontos de um ambiente de trabalho. Um robô com mais de 6 eixos é denominado robô
redundante, ou seja, tem mais graus de liberdade do que o mínimo requerido para a
execução da tarefa.
17
Figura 2.2.1 – Eixos de um robô
2.2.2 - Tipos de Robôs
Os robôs são classificados de acordo com o número de eixos, tipo de controle, tipo de
acionamento, e geometria, tais características são descritas abaixo:
A - Geometria do Robô
Os eixos do corpo de um robô podem ser encontrados em várias combinações de
configurações rotacionais e lineares, dependendo da aplicação. Estas combinações são
denominadas geometria do robô. Existem cinco classes principais de robôs
manipuladores, segundo o tipo de juntas (de rotação ou de revolução -R-, ou de
translação ou prismáticas -P-), o que permite diferentes possibilidades de
posicionamento no volume de trabalho. As cinco classes ou geometrias principais de
um robô são: cartesiana, cilíndrica, polar (ou esférica), de revolução (ou articulada) e
SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly). Estes estiOs são
também denominados sistemas geométricos coordenados, posto que descrevem o tipo
de movimento que o robô executa.
18
B - Robô de Coordenadas Cartesianas
O robô de coordenadas cartesianas, ou robô cartesiano como pode ser viso na Figura
2.2.2 pode se mover em linhas retas, em deslocamentos horizontais e verticais. As
coordenadas cartesianas especificam um ponto do espaço em função de sus
coordenadas X, e y Z.
Figura 2.2.2 - Eixos de um robô cartesiano (Prismático-Prismático-Prismático, PPP).
C - Robô de Coordenadas Cilíndricas.
O robô de coordenadas cilíndricas combina movimentos lineares com movimentos
rotacionais. Normalmente, este tipo de robô possui um movimento rotacional na
cintura (waist) e dos movimentos lineares como pode ser visto na Figura 2.2.3; os
movimentos destes eixos descrevem um cilindro.
19
Figura 2.2.3 - Eixos de um robô de coordenadas cilíndricas (RPP).
D - Robô de Coordenadas Polares (Esféricas).
O robô de coordenadas polares ou esféricas possui dois movimentos que são
rotacionais na cintura e ombro (waist e shoulder) e um terceiro movimento que é
linear. Estes três eixos descrevem uma esfera (Figura 2.2.4).
E - Robô de Coordenadas de Revolução (Articulado).
O robô de coordenadas de revolução (ou articulado) possui juntas e movimentos que
se assemelham aos de um braço humano (Figura 2.2.5). O robô PUMA
(Programmable Universal Machine for Assembly) é um dos projetos mais populares
de robôs articulados e foi projetado inicialmente para cumprir com os requerimentos
da indústria automobilística.
20
Figura 2.2.4 - Eixos de um robô de coordenadas polares ou esféricas (RRP).
21
Figura 2.2.5 - Eixos de um robô de coordenadas de revolução ou articulado (RRR).
F - Robô SCARA.
O robô SCARA é uma configuração recente utilizada para tarefas de montagem, como
seu nome sugere. Embora tal configuração possua os mesmos tipos de juntas que uma
configuração esférica (Rotacional-Rotacional-Prismática, RRP), ela se diferencia da
esférica tanto pela sua aparência quanto pela sua faixa de aplicação. A figura 2.2.6
ilustra a estrutura de um robô SCARA.
Figura 2.2.6 – Robô scara.
22
2.3 – Sistemas de segurança
2.3.1 - NR - 12 Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos.
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios
fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos
trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças
do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos
os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a
qualquer título, em todas as atividades econômicas, sem prejuízo da observância do
disposto nas demais Normas Regulamentadoras - NR aprovadas pela Portaria n.º
3.214, de 8 de junho de 1978, nas normas técnicas oficiais e, na ausência ou omissão
destas, nas normas internacionais aplicáveis.
Entende-se como fase de utilização a construção, transporte, montagem, instalação,
ajuste, operação, limpeza, manutenção, inspeção, desativação e desmonte da máquina
ou equipamento. As disposições desta Norma referem-se a máquinas e equipamentos
novos e usados, exceto nos itens em que houver menção específica quanto à sua
aplicabilidade.
O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e
equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e
medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou
indiretamente no trabalho. São consideradas medidas de proteção, a ser adotadas nessa
ordem de prioridade:
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho; e
c) medidas de proteção individual.
A concepção de máquinas deve atender ao princípio da falha segura.
23
2.3.2 - Arranjo físico e instalações.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem
ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais.
As vias principais de circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas
devem ter, no mínimo, 1,20 m (um metro e vinte centímetros) de largura.
As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Os materiais em utilização no processo produtivo devem ser alocados em áreas
especificas de armazenamento, devidamente demarcadas com faixas na cor indicada
pelas normas técnicas oficiais ou sinalizadas quando se tratar de áreas externas. Os
espaços ao redor das máquinas e equipamentos devem ser adequados ao seu tipo e ao
tipo de operação, de forma a prevenir a ocorrência de acidentes e doenças relacionados
ao trabalho.
A distância mínima entre máquinas, em conformidade com suas características e
aplicações, deve garantir a segurança dos trabalhadores durante sua operação,
manutenção, ajuste, limpeza e inspeção, e permitir a movimentação dos segmentos
corporais, em face da natureza da tarefa.
As áreas de circulação e armazenamento de materiais e os espaços em torno de
máquinas devem ser projetados, dimensionados e mantidos de forma que os
trabalhadores e os transportadores de materiais, mecanizados e manuais, movimentem-
se com segurança. Os pisos dos locais de trabalho onde se instalam máquinas e
equipamentos e das áreas de circulação devem:
a) ser mantidos limpos e livres de objetos, ferramentas e quaisquer materiais que
ofereçam riscos de acidentes;
b) ter características de modo a prevenir riscos provenientes de graxas, óleos e outras
substâncias e materiais que os tornem escorregadios; e
c) ser nivelados e resistentes às cargas a que estão sujeitos. As ferramentas utilizadas
no processo produtivo devem ser organizadas e armazenadas ou dispostas em locais
específicos para essa finalidade. 24
As máquinas estacionárias devem possuir medidas preventivas quanto à sua
estabilidade, de modo que não basculem e não se desloquem intempestivamente por
vibrações, choques, forças externas previsíveis, forças dinâmicas internas ou qualquer
outro motivo acidental.
2.3.3 - Instalações e dispositivos elétricos.
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e
mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico,
incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR 10.
Devem ser aterrados, conforme as normas técnicas oficiais vigentes, as instalações,
carcaças, invólucros, blindagens ou partes condutoras das máquinas e equipamentos
que não façam parte dos circuitos elétricos, mas que possam ficar sob tensão.
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em
contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com
meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e
aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os condutores de alimentação elétrica das máquinas e equipamentos devem atender
aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) oferecer resistência mecânica compatível com a sua utilização;
b) possuir proteção contra a possibilidade de rompimento mecânico, de contatos
abrasivos e de contato com lubrificantes, combustíveis e calor;
c) localização de forma que nenhum segmento fique em contato com as partes móveis
ou cantos vivos;
d) facilitar e não impedir o trânsito de pessoas e materiais ou a operação das máquinas;
e) não oferecer quaisquer outros tipos de riscos na sua localização; e
f) ser constituídos de materiais que não propaguem o fogo, ou seja, auto extinguíveis, e
não emitirem substâncias tóxicas em caso de aquecimento.
25
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes
requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por
pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e
ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos.
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
As ligações e derivações dos condutores elétricos das máquinas e equipamentos
devem ser feitas mediante dispositivos apropriados e conforme as normas técnicas
oficiais vigentes, de modo a assegurar resistência mecânica e contato elétrico
adequado, com características equivalentes aos condutores elétricos utilizados e
proteção contra riscos
2.3.4 - NBR-14153 - A segurança de máquinas
Aplica-se a todas as partes de sistemas de comando relacionadas à segurança,
independentemente do tipo de energia aplicado, por exemplo, elétrica, hidráulica,
pneumática, mecânica. Não especifica quais são as funções de segurança e quais
categorias devem ser aplicadas em um caso particular. Abrange todas as aplicações de
máquinas, para uso profissional ou não profissional. Também, onde apropriado, pode
ser aplicada às partes de sistemas de comando relacionadas à segurança, utilizadas em
outras aplicações técnica.
Segundo a norma, as partes de sistemas de comando de máquinas têm,
frequentemente, a atribuição de prover segurança e são chamadas de partes
relacionadas à segurança. Estas partes podem consistir em hardware e software e
desempenham as funções de segurança de sistemas de comando. Podem ser parte
integrante ou separada do sistema de comando.
26
O desempenho, com relação à ocorrência de defeitos, de uma parte de um sistema de
comando, relacionada à segurança, é dividido, nessa norma, em cinco categorias (B, 1,
2, 3 e 4), que devem ser usadas como pontos de referência. Não é objetivo a utilização
dessas categorias, em qualquer ordem de hierarquia, com respeito a requisitos de
segurança.
As categorias podem ser aplicadas para: comandos para todo tipo de máquinas, desde
máquinas simples (por exemplo, pequenas máquinas para a cozinha) até complexas
instalações de manufatura (por exemplo, máquinas de embalagem, máquinas de
impressão, prensas etc.); sistemas de comando de equipamentos de proteção, por
exemplo, dispositivos de comando a duas mãos, dispositivos de Inter travamento,
dispositivos de proteção eletros sensitivos, por exemplo, barreiras fotoelétricas e
plataformas sensíveis à pressão. A categoria selecionada depende da máquina e da
extensão a que os meios de comando são utilizados para medidas de proteção.
Na seleção de uma categoria e no projeto de uma parte de um sistema de comando,
relacionada à segurança, o projetista deve declarar ao menos as seguintes informações,
relativas à parte relacionada à segurança: a(s) categoria(s) selecionada(s); a
característica funcional e a exata finalidade da parte na(s) medida(s) de segurança; os
limites exatos (ver 3.1); todos os defeitos relevantes à segurança considerados; aqueles
defeitos relevantes à segurança não considerados pela exclusão de defeitos e as
medidas empregadas para permitir sua exclusão; os parâmetros relevantes à
confiabilidade, como condições ambiente; e a(s) tecnologia(s) aplicada(s).
O uso das categorias como pontos de referência e a sua declaração nos princípios de
projeto visam permitir a utilização flexível dessa norma. O objetivo é proporcionar
uma base clara sobre a qual o projeto e as características funcionais das partes de um
sistema de comando (e a máquina) relacionados à segurança, em qualquer aplicação,
possam ser avaliados, por exemplo, por terceiros, em ensaios internos ou em
laboratórios independentes.
As partes de um sistema de comando relacionadas à segurança, que proporcionam as
funções de segurança, devem ser projetadas e construídas de tal forma que os
27
princípios da NBR 14009 sejam integralmente considerados: durante toda a utilização
prevista e utilização incorreta previsível; na ocorrência de defeitos; quando erros
humanos previsíveis forem cometidos durante a utilização planejada da máquina como
um todo
Nas figuras 2.3.1; 2.32, 2.3.3 e 2.3.4 é possível ver alguns dos principais itens de
segurança aplicados em sistemas de prensas.
Figura 2.3.1 – Comando de acionamento bi-manual.
28
Figura 2.3.2 – Imagem de um scanner de área 3D (foto dos próprios autores).
Figura 2.3.3 – Ilustração do funcionamento de uma barreira de proteção ótica
29
.
Figura 2.3.4 – Enclausuramento de maquinas e travas de segurança.
3 – DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA
3.1 - Operações de transporte de materiais
As operações de transporte e manipulação de materiais (“materials handling”) são
aquelas em que o robô move materiais ou componentes de uma posição e orientação
(localização) para outra localização.
O transporte de componentes ou materiais é uma aplicação ideal para um robô
industrial. É normalmente, uma tarefa repetitiva, muitas vezes realizada em condições
adversas ao ser humano e que normalmente requer pouca complexidade.
Para poder transportar os materiais ou componentes o robô é equipado com uma garra
na sua parte terminal. A garra deve ser projetada par a o ou os componentes a
30
transportar atendendo, entre outros fatores, à forma, peso e material do ou dos
referidos componentes.
As aplicações de transporte de materiais ou componentes são muito variadas podendo
ser consideradas, de acordo com a sua função principal, em dois grupos:
- transferência de matérias
- alimentação de máquinas
Nas aplicações de transferência de materiais o objetivo primário é mover componentes
de uma dada localização para uma outra localização. Uma aplicação básica deste tipo
de aplicações é um simples sistema de “pick and place” onde um robô pega num
componente e o deposita numa nova posição. Neste tipo de aplicação, as posições de
carga e descarga permanecem constantes ao longo de todo o ciclo de trabalho.
Normalmente os requisitos para este tipo de operação são modestos, sendo possível
utilizar um robô de baixo nível tecnológico. Há, no entanto, operações de transferência
de materiais que são mais complexas, como por exemplo paletizar/despaletizar,
empacotar/desempacotar e empilhar/desempilhar em que por vezes se torna necessário
reorientar o componente. Neste tipo de operações as posições de carga e descarga
variam ao longo de ciclo de trabalho, necessitando para isso de um robô mais
sofisticado quer em termos de controlo, quer em facilidades de programação, quer
ainda em termos de manobrabilidade.
Nas aplicações de alimentação de máquinas, o robô transfere componentes de ou para
determinado equipamento de produção. Podemos pois ter o robô só a carregar
determinada máquina, só a descarregar ou ainda a realizar as duas funções. As
aplicações são inúmeras, podendo ser utilizados em:
- equipamentos de fundição injetada
- equipamentos de injeção de plástico
- máquinas ferramentas
- equipamentos de prensagem
- equipamentos de tratamentos térmicos
31
3.2 – Programação
Para que os robôs possam realizar sua missão, é necessário
programá-los. O robô pode executar as tarefas por meio de
programas realizados diretamente no computador que controla o
robô, utilizando uma das várias linguagens de programação de
robôs, ou utilizar o modo "playback" para programá-lo, utilizando o
"comando manual" (Figura 3.1). Este método é utilizado para
simplificar a programação dos robôs, pois quando o robô está no
modo ensino ("teach"), pode-se mover o robô da forma desejada
através das teclas do comando manual. Pode-se também editar
programas, selecionar velocidades, mudar parâmetros da tarefa (por
exemplo, inserir e/ou apagar parâmetros de soldagem), etc. Uma
vez programado, o robô repetirá automaticamente os movimentos
entre os pontos gravados. Se um ponto necessita ser corrigido,
pode-se executar o programa para atrás passo a passo, alcançar o
ponto desejado e corrigi-lo. Assim, o resultado é uma importante
economia de tempo.
32
Figura 3.1 – Foto controlador manual do robô da fabricante ABB. (Foto dos próprios autores).
Nos últimos anos, a programação dos robôs industriais evolucionou evolucionado
bastante, e atualmente eles também podem ser programados por:
• Voz.
• Sistemas gráficos interativos.
• Geração de planos de ação.
• Realidade virtual, etc.
Com intuito de facilitar a compreensão de cada etapa do processo a implementação
desse sistema de automação foi dividido em 3 celulas distintas cada uma delas com
um robô que é responsável por uma etapa do processo, são elas:
Célula 1
Compreende a primeira etapa do processo, trata-se do ponto onde o primeiro robô
pega a chapa já cortada em um tamanho padrão com auxílio de ventosas levando-a
uma mesa centralizadora, que além de deixar a chapa na posição correta para ser
inserida dentro da ferramenta, é verificado se não existe a presença de 2 (duas) chapas,
33
uma vez que caso fosse inserida 2 chapas de aço dentro da ferramenta de corte
teríamos sérios problemas.
O robô sempre aguarda o sinal de prensa pronta para receber peça antes de inseri-la na
máquina. O fluxograma 1 abaixo nos dá uma melhor ideia do processo de
funcionamento da célula 1.
Fluxograma 1- Rotina de funcionamento robô 1.
Celula 2
Trata-se do segundo robo envolvido no processo, este robô esta posicionado entre as
duas prensas e é responsavel por retirar a peça da primeira prensa e deposita-la na
34
segunda prensa assim que a mesma esteja pronta para receber a chapa. O fluxogrma 2
que segue abaixo mostra as etapas deste processo.
Fluxograma 2 – Rotina de funcionamento robô 2.
Célula 3.
O robô localizado na terceira etapa do processo é responsável por retirar a peça já
pronta da prensa 2 e deposita-la sobre umas das duas esteiras de saída que estiverem
livres, estas esteiras são responsáveis por levar a chapa já conformada para as linhas
de solda onde o produto é montado para formar o gabinete da lavadora de roupas.
35
Fluxograma 3 – Rotina de funcionamento robô 3.
O layout das três células foi projetado de forma que os robôs possam trabalhar
livremente dentro da área, e também existe espaço para a entrada de empilhadeiras
entre as prensas que são responsáveis por executar o setup dos diferente tipos de
ferramentas.
Existe também a possibilidade de se operar manualmente as prensas em caso de falhas
em qualquer um dos robôs. Os comandos bi manuais foram preservados para poderem
ser utilizados nessas ocasiões.
36
3.2 - Garras e Ferramentas
Os robôs são projetados para atuar sobre seu ambiente, mas para isto devem ir dotado
em seu órgão terminal de:
a) Garras ou mãos mecânicas:
• Com sujeição por pressão.
• Com sujeição magnética.
• Com sujeição a vácuo.
• Com sujeição de peças a temperaturas elevadas.
• Resistentes a produtos corrosivos/perigosos.
• Dotadas de sensores, etc.
b) Ferramentas especializadas:
• Pistolas pulverizadoras (pintura, metalização).
• Soldagem por resistência por pontos.
• Soldagem por arco.
• Furadeiras
• Polidoras, etc.
A figura 3.2 mostra a enorme possibilidade de ferramentas e garras para robôs.
37
Figura 3.2 – É possível ver alguns tipos de garras e ferramentas para robôs.
O esquema de funcionamento da atuação pneumática do robô 1 pode ser vista na
figura 3.3. Trata-se de um sistema válvulas e geradores de vácuo, que com auxílio de
ventosas e um vacuostato, que é responsável por verificar e informar ao sistema
eletrônico de controle, se ouve a atuação de vácuo uma vez que, só existe sinal de
vácuo se todas as ventosas aderiram a peça a ser deslocada até o processo.
Figura 3.3 – esquema de funcionamento pneumático do robô 1.
O funcionamento pneumático dos robôs 2 e 3 assemelham-se ao do robô da célula 1
como pode ser visto nas Figuras 3.4 e 3.5 respectivamente.
38
Figura 3.4 – Esquema pneumático do robô 2.
Figura 3.5 – Esquema pneumático robô 3.
39
A Figura 3.6 abaixo nos mostra o diagrama pneumático da mesa centralizadora
localizada na célula 1, que é responsável por centralizar a chapa de aço antes da
colocação na prensa e a verificação da existência de mais de uma chapa. É possível
vermos o circuito centralizador e o circuito que faz a verificação da existência ou não
de chapas a mais depositadas sobre a mesa centralizadora.
Figura 3.6 – Esquema pneumático da mesa centralizador localizada na célula 1.
3.3 - Precisão e Repetitividade.
Dois importantes parâmetros característicos dos robôs são sua precisão e
repetitividade. Por precisão, entende-se a capacidade do robô de ir a uma posição
desejada, com respeito a um sistema de referência fixo (normalmente a base do robô),
com um erro determinado (por exemplo ± 1 mm). Trata-se de precisão em
posicionamento absoluto.
Por repetitividade, entende-se a capacidade do robô de, uma vez conhecida e alcançada
uma posição, e partindo-se da mesma condição inicial, voltar a ir ("repetir")
novamente a tal posição com um erro determinado. A maioria dos manuais dos robôs
40
informa sobre a repetitividade do robô e não a precisão absoluta, muito mais difícil de
obter. Ambos os parâmetros são mostrados na figura 3.3.
Figura 3.7 – Ilustra um sistema de repetitividade e precisão de um robô.
Como forma de garantir um trabalho preciso e seguro as células que contém os robôs
foram projetadas de forma a privilegiar a segurança e a manobrilidade dos robôs
dentro de uma área fechada. Na figuras que se seguem podemos ver qual foi a
disposição escolhida para cada célula e uma breve descrição de cada item que a
compõem.
Na figura 3.8 abaixo é possível ver a disposição dos equipamentos dentro da célula 1,
temos então:
- Robô 1.
- Mesa centralizadora.
- Mesas de material 1 e 2.
- Frente da prensa CHIN FONG GTX400 1.
41
- 4 portas de acesso de pessoas e materiais.
- Painel de programação e utilização do robô 1.
- Diversos sistemas de segurança.
Figura 3.8 – Layout da célula 1.
Na Figura 3.9 que se segue é possível vermos o layout da célula 2, que é responsável
por retirar a chapa da Prensa 1 e coloca-la na Prensa 2, dando assim continuidade ao
processo, temos então:
- Robô 2.
- Painel de controle do robô 2.
- 2 portas para acesso de pessoas e materiais.
- Sistemas de segurança diversos.
- Saída da prensa 1 e entrada para prensa 2
42
Figura 3.9 – Layout célula 2.
E com a Figura 3.10 é possível ver o layout da célula 3 que é a responsável por retirar
a chapa pronta da prensa 2 e deposita-lo sobre uma das esteiras que levam este
material até as linhas de solda, é possível ver:
- Robô 3.
- Painel de controle robô 3.
- Esteiras de saída 1 e 2.
- 2 portas de acesso de pessoas e materiais.
- sistemas de segurança diversos.
43
Figura 3.10 – Layout da célula 3.
E na Figura 3.11 é possível ver as 3 células juntas formando todo o layout de
automação desse sistema de prensas.
Figura 3.11 – Layout das 3 células juntas.
44
3.4 – Controle do processo.
A elaboração deste sistema de automação contou com a integração de diversas áreas
de conhecimento dentro e fora da empresa, empresas como a alemã ABB e a Chinesa
CHIN FONG, prestaram importantes esclarecimento de como poderia ser a integração
entre estes dois sistemas, Prensas Excêntricas e Robôs de 6 eixos.
A intercabialidade disponível em um robô desta categoria fornece uma incrível gama
de possibilidades de integração, foi graças a este fato que o controle do acionamento
das prensas e sistemas de segurança, são controlados dentro dos painéis de controle
dos próprios robôs ou seja, não existiu a necessidade de construírem novos painéis de
comando e controle. Todos os dispositivos eletroeletrônicos utilizados nessa
automação estão alocados dentro dos painéis da ABB como pode ser visto na Figura
3.12.
Na Figura 3.13 é possível a central de processamento do robô, responsável por todas as
funções de movimento e segurança, assim como os acionamento externos que foram
adicionados ao esquema como pode ser visto na Figuras 3.14 e 3.15.
45
Figura 3.12 – Vista de um painel de controle de robôs, fabricante ABB.
Figura 3.13 – CPU de controle do robô e seus periféricos.
Figura 3.14 – Periféricos instalados para acionamentos externos e segurança
46
Figura 3.15 – Vista interna do painel de controle do robô.
Para o controle e acionamento dos dispositivos externos, como o controle de prensas e
sistemas de segurança, foram instalados internamente ao painel de controle de cada
robô dispositivos específicos para controle de cada célula. Na sua maioria são:
- Relês de interface.
- Relês de segurança categoria 4.
- Contatores de potência.
- Bornes para interligações.
Cabe lembrar que este modelo de robô utilizado nesta automação possui um grande
número de entradas e saídas que podem ser programadas para as mais diversas
aplicações.
Uma lista detalhada de todos os itens utilizados nesta automação podem ser vistos no
Anexo A.
47
3.5 - Manutenções periódicas
INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO PERIÓDICA
A inspeção e a manutenção apropriadas ajudam a garantir a segurança e prolongar a
vida útil do equipamento. Dois intervalos de inspeção e manutenção são indicados:
- Um baseado no horrífero e outro baseado em meses corridos, realize as inspeções e
manutenções de acordo com o que ocorrer primeiro.
Os intervalos de inspeção são baseados no uso do equipamento em condições normais.
Se o equipamento for utilizado sob condições severas ou anormais, reduza o intervalo
das inspeções.
Manutenções mecânicas periódicas (seguem-se as verificações):
- Analise de vibração;
- Fixação da base do equipamento;
- Reaperto de parafusos de fixação de componentes mecânicos, hidráulicos e
pneumáticos;
- Lubrificação;
- Troca de rolamentos;
- Troca de mancais;
- Troca de correias de transmissão;
Manutenções elétricas periódicas (seguem-se as verificações):
- Analise termográfica;
- Fixação de sensores;
- Reaperto de bornes dos painéis elétricos;
- Limpeza dos painéis elétricos;
- Revisão das conexões elétricas dos motores;
- Testes do sistema de segurança.
48
4 – DISCUSÃO DOS RESULTADOS.
Com a aplicação de robôs na linha de corte e dobra foi possível eliminar alguns tipos
de trabalho insalubres como:
- Pesados;
- Desagradáveis,
- Monótonos; e repetitivos;
Alguns dos benefícios gerados, pela aplicação de robôs manipuladores industriais
nesta linha de produção foram:
- Redução de custos;
- Ganhos de produtividade;
- Aumento de competitividade;
- Controle eficaz de processos;
- Controle de qualidade mais eficiente;
- Eliminação de tempos mortos;
- Flexibilidade ao processo de fabricação, ou seja, permitiu que os produtos sejam
produzidos conforme as tendências do mercado, evitando que se produzam estoques de
produtos invendáveis.
O Gráfico 1 abaixo nos mostra um comparativo de produção entre as linhas manuais
que ainda existem na fábrica com a nova linha automatizada. Nele é possível observar
que existem um maior número de peças produzidas pela linha automática, além desta
linha poder trabalhar por períodos interruptos sem a necessidades de paradas para
descanso.
A comparação aconteceu dentro de um período normal de trabalho de 8 horas por
turno ou seja, se fizermos uma média para a produção dos 3 turnos podemos ter mais
um comparativo entre as duas formas de produção.
49
1 Hora 2 Horas 3 horas 4 Horas 5 Horas 6 Horas 7 Horas 8 Horas40
90
140
190
240
180190
200
180190 193
182 179
240 235242
230240 242 240 239
50 45 4250 50 49
58 59
Comparação entre a produção Manul vs. Automatica
Linha Manual Linha Automatica Diferença
Gráfico 1 – Comparativo de produção entre as duas linhas de produção automática e manual.
Desta forma fica evidente que a instalação desta linha automatizada de produção em
todos os aspectos supera as linhas manuais pela sua versatilidade e capacidade de
produção.
5 – CONCLUSÃO.
Perspectivas Futuras.
As aplicações dos robôs nas indústrias brasileiras são diversas. Em termos percentuais,
por exemplo, os robôs da ABB são utilizados para soldagem por resistência por pontos
(33%), manipulação de materiais/paletização (25%), soldagem por arco (18%), pintura
(10%) e outras aplicações tais como corte a jato de água, corte por gás, acabamento e
montagem (14%) (fonte ABB Internal Report).
Os principais fatores de crescimento do uso de robôs na indústria é motivada pelo
aumento do custo da mão de obra, pelo aumento da produtividade e qualidade, pela
melhoria das condições de segurança e qualidade de vida na realização de tarefas
perigosas, além da queda do custo dos robôs. Estudos da ABB Robotics, mostram que
em 1 ano pode-se obter o retorno do investimento realizado em robôs, já que o custo
da mão de obra cresce cerca de 5% ao ano, enquanto que o custo dos robôs decresce
mais que 5% ao ano. Um robô de soldagem utilizado na indústria automobilística que 50
em 1994 custava US$ 200.000,00 custa atualmente cerca de US$ 30.000,00. É
importante destacar que deve-se somar a isto cerca de US$ 12.000,00 relativos a
custos de instalação, configuração, treinamento e testes do robô. A robótica do futuro
constitui uma matéria multidisciplinar, que requer conhecimentos provenientes de
diversos campos: projeto mecânico, eletrônica de potência, e continuará sendo
influenciada pelos avanços em acionamentos, controle, mecanismos, programação e
sensores. De acordo com alguns pesquisadores, o desafio tecnológico está na
montagem de conjuntos de alto valor agregado, de uma forma econômica e mediante o
emprego de sensores diversos. Isto supõe resolver problemas que até hoje não estão
completamente resolvidos, como a integração multissensorial, a aprendizagem, o
emprego cooperativo de sistemas multirobôs, a adaptação às condições do ambiente,
etc.
Formação de Profissionais no Brasil
Com o propósito de criar mão de obra especializada em robótica,
existem vários grupos de pesquisa vinculados a Centros de Pesquisa
e Universidades brasileiras. Em termos de
preparação de mão de obra para atuar em sistemas robotizados,
existe o SENAI (Serviço
Nacional de Aprendizagem Industrial) que oferece cursos de
formação profissional na área de robótica. Estudantes de nível
básico de algumas escolas têm seu primeiro contato com robôs,
utilizando kits de robôs em cursos de robótica pedagógica.
A ABB, líder de robôs na Europa e EUA e com 60% do mercado de
robôs de Brasil, também contribui para a formação de profissionais
nesta área, pois criou o primeiro centro de treinamento em
automatização e robótica da América Latina, com aulas teóricas e
práticas.
51
6 - BIBLIOGRAFIA.
- ARAÚJO, Adriene Pereira de. Revolução Industrial. Julio Battisti, Santa Cruz do
Sul, jun. 2006. Seção História. Disponível em:
< http://www.juliobattisti.com.br/tutoriais/adrienearaujo/historia025.asp>.
- Armada, M.A., Control de Robots, XV Curso de Automática en la Industria,
Aguadulce (Almería), Junio de 1995.
- “Conceito Empresarial - ABB Robotics", ABINEE TEC'93, 1993.
- ABB Internal Report, 2000.
- Abackerli, A. J., 1992. Sistema de Rastreamento Interferométrico para Calibração
Volumétrica de Robôs Industriais, Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo,
EESC, São Carlos.
- Introducing Robotics, Technical Specifications of Pegasus II - Articulated Servo
Robot System, Edacom Tecnologia, São Caetano do Sul, Brasil
- Spong, M.W., Vidyasagar, M., Robot Dynamics and Control, John Wiley & Sons,
Inc., 1989.
52
7 – ANEXOS
ANEXO A
Neste anexo o possível ver a lista de materiais utilizados nesta automação.
Figura 7.1 – Lista de Materiais.
53
Figura 7.2 – Lista 2 de materiais.
Figura 7.3 – Lista 3 de materiais.
54
