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0 UNIVERSIDADE PAULISTA ALEXANDRE N. MELKONIAN LUCAS PEREIRA DE OLVEIRA VINICIUS SANTANA G. FERREIRA DIOGENES ALENCAR MACHADO HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS SÃO PAULO 2012

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0

UNIVERSIDADE PAULISTA

ALEXANDRE N. MELKONIAN

LUCAS PEREIRA DE OLVEIRA

VINICIUS SANTANA G. FERREIRA

DIOGENES ALENCAR MACHADO

HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA

PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS

SÃO PAULO

2012

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1

ALEXANDRE N. MELKONIAN

LUCAS PEREIRA DE OLIVEIRA

VINICIUS SANTANA G. FERREIRA

DIOGENES ALENCAR MACHADO

HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA

PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS

Orientador: Prof. Alberto Palazzo, especialista

SÃO PAULO

2012

Projeto Integrado Multidisciplinar apresentado a Universidade Paulista-UNIP, como requisito parcial para conclusão do terceiro semestre do curso de Tecnologia de Automação Industrial

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2

ALEXANDRE N. MELKONIAN

LUCAS PEREIRA DE OLIVEIRA

VINICIUS SANTANA G. FERREIRA

DIOGENES ALENCAR MACHADO

HAENDEL FERREIRA DE OLIVEIRA

PROJETO DE AUTOMAÇÃO DE ENVASADORA DE LIQUIDOS

APROVADO EM:

_____________________________/__/__

Prof. Alberto Palazzo, especialista

Universidade Paulista

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RESUMO

Este trabalho tem como finalidade básica, a familiarização dos alunos do

curso de Tecnologia em Automação Industrial, com os vários tipos e métodos de

automação em linhas de produção industrial, componentes usados para execução

do projeto, e sistemas usados para lógica de funcionamento.

Por meio de pesquisas, conhecimentos teóricos e práticos adquiridos em

sala de aula, foi desenvolvido um sistema para automação e controle de uma

linha de envase de bebidas isotônicas

Palavras chave-Enchedoras, Envasadoras, Bebidas, Automação.

ABSTRACT

This work aims to basic familiarization of the students of Technology in Industrial

Automation, with various types and methods of automation in industrial production

lines, components used to project execution, and systems

used for operating logic.

Through research, theoretical and practical knowledge acquired in the

classroom, a system was developed for automation and control of a filling line of

sports drinks

Keywords-Fillers, fillers, Drinks, Automation.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 6

2 ELEMENTOS DE PROJETO ................................................................................................................ 7

2.1 Atuadores e sensores .................................................................................................................. 7

2.2 Terminologia .............................................................................................................................. 11

2.3 Sensores Fotoelétricos ............................................................................................................... 13

2.4 Termorresistores ........................................................................................................................ 14

2.5 Válvulas para controle de fluido ................................................................................................ 15

2.6 Chave de nível bóia .................................................................................................................... 17

2.7 Chave fim de curso ..................................................................................................................... 19

2.8 Cilindro pneumático ................................................................................................................... 20

2.9 Válvulas pneumáticas ................................................................................................................. 21

2.10 Inversor de frequência ............................................................................................................. 30

3.0 CADEIA DE COMANDO ............................................................................................................... 33

3.1 Sequencia lógica de trabalho-Envasadora ................................................................................. 33

3.2 Sequencia lógica de trabalho-Embaladora ................................................................................. 33

3.3 Diagrama trajeto passo .............................................................................................................. 34

3.4 Fluxograma do sistema de envasamento ................................................................................... 35

3.5 Fluxograma do sistema de embalagem ..................................................................................... 38

3.6 Esquema pneumático ................................................................................................................. 39

3.7 Comando elétrico pneumático – linha de envase ...................................................................... 40

3.8 Comando elétrico-embalagem ................................................................................................... 41

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3.9 Alocação de sensores ................................................................................................................. 42

3.10 Sensores, Atuadores, Funções e passos em que são usados ................................................... 46

3.11 Microprocessador PIC18F452 .................................................................................................. 48

3.11.1 Programa proposto ............................................................................................................... 50

4 CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 57

5 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 58

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1 INTRODUÇÃO

Foi proposto o desenvolvimento de um sistema de automação, em um

equipamento para envase de líquidos isotônicos.

Para a execução do projeto, além de conhecimentos adquiridos em sala de

aula nas disciplinas de Controle, Microprocessadores e Microcontroladores,

Pneumática e Hidráulica, Instrumentação e Desenho Assistido por Computador

foram feitas pesquisas sobre o tipo de equipamento industrial e seu

funcionamento, levantamento de dados junto a professores e profissionais da

área, e conhecimento prático de participantes do grupo.

Após o grupo tomar conhecimento da parte funcional mecânica do sistema,

foi feita a pesquisa sobre os componentes que foram usados no projeto, dando

assim, respaldo suficiente para o desenvolvimento da lógica de comandos para

automação do processo.

Através de breves descrições sobre os componentes, diagramas de

etapas, fluxogramas, esquemas elétricos, desenhos técnicos e ilustrativos,

apresentamos o projeto final para atender ao que nos foi proposto

.

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2 ELEMENTOS DE PROJETO

2.1 Atuadores e sensores

Atuador é um elemento que produz movimento, atendendo a comandos que

podem ser manuais, elétricos ou mecânicos. Como exemplo, pode-se citar

atuadores de movimento induzido por cilindros pneumáticos ou cilindros

hidráulicos e motores (dispositivos rotativos com acionamento de diversas

naturezas).

Tal como o nome sugere, deve obedecer comandos. Sendo geralmente

acoplados a um sistema conhecido como malha fechada, eles informam ao

sistema de comando se a tarefa solicitada foi executada. Uma das formas de

fazer isso é por meio de transdutores de posição como potenciometros e

encoder´s.

Também são atuadores dispositivos como válvulas,contatores, pás, cancelas ou

qualquer elemento que realize um comando recebido de outro dispositivo, com

base em uma entrada ou critério a ser seguido.

Hoje em dia é raro encontrar alguma máquina que não possua sensores, pois

estes são responsáveis por grande parte das informações que possibilitam o

funcionamento de uma máquina

Como o próprio nome sugere, sensores são dispositivos capazes de “sensorear”,

monitorar, detectar algo.

O sensor ideal depende basicamente do material a ser detectado, e para uma

especificação correta devem-se conhecer as principais famílias de sensores,

suas características e vantagens

Os sensores industriais (são como o próprio nome diz) são os sentidos de um

projeto automatizado. Eles são usados para identificação do estado de uma

variável, podendo ser esta variável uma grandeza física qualquer. Veja um

exemplo:

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FIGURA 1. Exemplo de sistema de envase

WWW.clubedaeletronica.com.br em 22/11/2012)

Um sistema bastante simples, onde um sensor é usado para detectar e contar

garrafas que passam por uma esteira. O funcionamento é bastante simples toda

vez que o sinal do sensor é interrompido, sua saída comuta de baixo para alto,

enviando um sinal a um dispositivo contador que incrementa “1” a cada

passagem de garrafa.

Analógicos ou digitais?

Figura 2. Sinal digital

Analógicos ou proporcionais:

São informações em forma de um sinal elétrico proporcional à grandeza medida.

Figura 3. Sinal analógico

Alimentação dos sensores

Um sensor, como qualquer outro dispositivo eletrônico, requer cuidado com a

alimentação, pois se feita de forma inadequada, poderá causar danos

irreparáveis ao sensor.

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Tensão Contínua ⇒ Os sensores encontrados no mercado operam em uma faixa de

10 a 30 VDC, então qualquer tensão entre 10 e 30 VDC é suficiente para o

correto funcionamento dos mesmos. Na automação é muito comum o uso de

alimentação de 24 VDC.

Tensão Alternada ⇒ Para máquinas que não tem disponibilidade de uma fonte de

alimentação DC, os fabricantes disponibilizam também, sensores com

alimentação alternada de 90 a 265 VAC, tornando-os compatíveis com os

padrões brasileiros.

Tensão Universal ⇒ O avanço da tecnologia proporcionou comodidade à

automação e os fabricantes disponibilizam capazes de operar em tensões de 12

a 250 V alternada ou continua. É obvio que toda comodidade tem um preço.

Saída dos sensores

Os sensores com saídas discretas possuem saídas com chaveamento eletrônico,

e estes podem ser NPN ou PNP.

Sensores com saída NPN ⇒ São utilizados para comutar a carga ao potencial

positivo. O módulo de saída possui um transistor NPN que conecta a carga à

terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de

funcionamento positiva (VDC).

Figura 4. Esquema eletrônico

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Figura 5. Esquema real

Sensores com saída PNP ⇒ São utilizados para comutar a carga ao potencial

negativo. O módulo de saída possui um transistor PNP que conecta a carga à

terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de

funcionamento negativo (0 v).

Figura 6. Esquema eletrônico

Figura 7. Esquema real

Sensores com saída a relé ⇒ As saídas não são eletrônicas e sim mecânicas. O

relê possui contatos, normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF), o

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que nos disponibiliza uma independência quanto ao potencial da carga. A

principal vantagem sobre os eletrônicos esta no chaveamento de correntes mais

altas.

Sensores com saída Analógica ⇒ São usados para monitoração das variáveis de

processo, são também chamados de transdutores, ou seja, convertem uma

grandeza física em uma grandeza elétrica normalmente de 4 à 20mA.

2.2 Terminologia

Distância e face sensora: A face sensora é lado do sensor que detecta o objeto e

a distância é a distância entre a face sensora e o objeto a ser detectado. Com

este parâmetro podemos definir a maior distância que podemos deixar o sensor

do objeto a ser detectado.

Figura 8. Distancia sensora

Histerese: A histerese pode ser traduzida como retardo que tem como objetivo

evitar falsas comutações na saída, este efeito propícia ao sensor uma banda de

segurança entre o ligar (ON point) e o desligar (OFF point). As ilustrações abaixo

são para um sensor com as seguintes características: distância sensora (SN) de

10 mm e histerese (H) de ± 20%.

Figura 9. Histerese

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Figura 10. Distancia de funcionamento do sensor.

Assim, se o objeto estiver se movendo em direção ao sensor, deve mover-se

para o ponto mais próximo para ligá-lo. Uma vez ligado (ON point), permanece

ligado até que o objeto se mova para o ponto mais distante (OFF point).

Tipos de sensores

• Para especificar um sensor deve-se conhecer o material do objeto a

detectar. Os tipos de sensores mais comuns são:

• Mecânicos ⇒ São sensores que operam de forma mecânica, ou seja,

necessita contato. Não importa o material.

• Magnéticos ⇒ São sensores que operam com campo magnético,

detectam apenas magnetos.

• Indutivos ⇒ São sensores que operam com campo eletro-magnético,

portanto detectam apenas materiais ferromagnéticos.

• Capacitivos ⇒ São sensores que operam com o principio de

capacitância, detectam todos os tipos de materiais.

• Ópticos ⇒ São sensores que operam com emissão de luz, estes

detectam todos os tipos de materiais.

• Ultra-sônicos ⇒ São sensores que operam com emissão e reflexão de

um feixe de ondas acústicas. A saída comuta quando este feixe é

refletido ou interrompido pelo material a ser detectado.

• Pressão (pressostato) ⇒ São sensores que operam comparando duas

pressões sendo uma pré-fixada e a outra é a pressão em um

determinado ponto da linha.

Um tipo de sensor encontrado em uma grande quantidade de aplicações é o

sensor fotoelétrico. Estes sensores utilizados numa infinidade de aplicações, indo

desde sistemas de segurança, controle, máquinas industriais, equipamento

médico e eletrônica embarcada. A finalidade de um sensor fotoelétrico é

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converter um sinal luminoso (luz ou sombra) num sinal elétrico que possa ser

processado por um circuito eletrônico.

2.3 Sensores Fotoelétricos

Figura 11. Sensor fotoelétrico.

Um sensor fotoelétrico pode ser tanto um transdutor como um sensor

propriamente dito.

Dizemos que um sensor fotoelétrico é um transdutor quando ele converte energia

luminosa (radiante) em energia elétrica. É o caso das fotocélulas que convertem

diretamente luz em energia elétrica.

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2.4 Termoresistores

Figura 12. Termoresistor

Os métodos de para medição de temperatura iniciaram-se em torno de 1835,

com Faraday, porém só houve condições de se elaborar os mesmos, para

utilização em processos industriais a partir de 1925.

Esses transdutores adquiriram espaço nos processos industriais por suas

condições de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação,

baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso.

Devido a essas características, o termorresistor é padrão internacional para a

medição de temperatura na faixa de (-270 a 660) °C em seu modelo de

laboratório.

Os termorresistores são transdutores de temperatura que apresentam uma

variação em sua resistência elétrica quando sofrem alguma variação de

temperatura. De um modo geral, os metais aumentam a resistência com a

temperatura, ao passo que os semicondutores (termistores NTC) diminuem a

resistência com o aumento da temperatura.

Vantagens:

• Possuem menor incerteza dentro da faixa de utilização do que outros tipos

de transdutores; Com ligação adequada não existe limitação para distância

de operação;

• Dispensa utilização de fiação especial para ligação;

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• Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente;

• Têm boas características de reprodutibilidade;

• Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem;

• São mais estáveis e exatos do que os termopares;

• h) Sua curva de resistência em função da temperatura é mais linear que a

dos termopares.

Desvantagens:

• São mais caros para mesma faixa de temperatura.

• Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua temperatura

máxima de utilização.

• Temperatura máxima de utilização 630 °C.

• É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura

equilibrada para indicar corretamente.

• Alto tempo de resposta.

2.5 Válvulas para controle de fluido

Figura 13. Valvula para controle de fluído.

Princípios de funcionamento

Os sensores podem ser classificados de acordo a saída do sinal, podendo esta

ser analógica ou digital.

Digitais ou discretos: São informações em forma de pulsos elétricos “0” ou “1”

não há um valor intermediário.

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Solenóides são dispositivos eletromecânicos baseados no deslocamento

solenóides compreendendo uma grande faixa de dimensões e capacidades para

controle desde pequenas vazões em equipamentos médicos e científicos até

grandes plantas industriais. Em particular, as válvulas para baixas vazões (da

ordem de mililitros por minutos) e baixas pressões têm sido amplamente

aplicadas em equipamentos e montagens para uso em laboratórios clínicos e

químicos. Elas são de pequenas dimensões e requerem baixa tensão e corrente

de acionamento.

A estratégia para fechamento e abertura dos canais fluídicos depende do

fabricante, mas o princípio de acionamento elétrico é basicamente o mesmo, isto

é, uma tensão de alguns volts é aplicada sobre um solenóide que faz com que um

núcleo metálico ferromagnético se desloque, causando a alteração do estado da

válvula. O núcleo ferromagnético comprime uma mola que é a responsável por

deslocar o núcleo para sua posição original quando a corrente elétrica é

interrompida.

Uma válvula solenóide e a combinação de dois elementos básicos: um solenóide

com o respectivo núcleo móvel (plunger) e seu obturador, e o corpo dotado de um

orifício, no qual e posicionado o obturador que permite ou impede a passagem de

fluxo em função da atração, ou não, do núcleo móvel (plunger) quando a bobina e

energizada.

Válvula de ação direta

Numa válvula solenóide de ação direta, o núcleo móvel (plunger) e

mecanicamente conectado com o obturador, portanto, abrira ou fechara

diretamente o orifício principal de passagem, dependendo unicamente de estar,

ou não, energizado o solenóide. A operação não depende da pressão da linha

nem da vazão, logo, as válvulas abrirão ou fecharão com valores de pressão

desde zero ate o máximo permitido.

Tipos de válvula solenóide

Válvulas de duas vias

Possuem uma conexão de entrada e uma de saída, abrindo ou fechando um

orifício principal em função de um comando elétrico

São disponíveis em duas versões:

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• - Normalmente fechadas - as válvulas permanecem fechadas quando

desenergizadas e se abrem quando energizadas.

• - Normalmente abertas - as válvulas permanecem abertas quando

desenergizadas e se fecham quando energizadas

2.6 Chave de nível bóia

Desenvolvida para controlar o nível de líquidos em tanques ou reservatórios,

sendo instalada sempre lateralmente.

Figura 14. Chave bóia

São extremamente fáceis de instalar, manusear e operar, não necessitando de

alimentação elétrica para sua operação, uma vez que utiliza um simples contato

seco.

Seu funcionamento não é afetado por determinadas características como

variações que possam ocorrer de pressão e temperatura (desde que dentro dos

limites especificados), condutividade ou a presença de espuma, gases/vapores

sobre o líquido.

• Características

• Baixo custo

• Fácil de instalar e ajustar

• Requer manutenção mínima

• Operação sem alimentação elétrica

• Versátil: utilizável em uma infinidade de aplicações

Princípio de funcionamento

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18

Uma bóia presa em uma de suas extremidades a uma haste transmite o

movimento do líquido no interior do tanque a um magneto preso à outra

extremidade desta mesma haste.

Por meio de acoplamento magnético, este movimento é transferido a outro

magneto existente no interior do invólucro (sem nenhum contato físico com o

magneto anterior), provocando a comutação de um contato elétrico.

Figura 15. Aplicação da chave bóia.

APLICAÇÃO

Alarme de nível alto/baixo, controle de nível através de dispositivos como bombas

ou válvulas envolvendo os mais diversos produtos como água, produtos químicos,

entre outros, seja em tanques ou reservatórios são algumas aplicações típicas

desta chave.

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2.7 Chave fim de curso

Figura 16. Interior de uma chave de fim de curso.

Uma chave fim de curso, ou do inglês microswitch, é um termo genérico usado

para referir-se a um comutador elétrico que é capaz de ser atuado por uma força

física muito pequena. Ela é muito comum devido ao seu pequeno custo e extrema

durabilidade, normalmente mais que 1 milhão de ciclos e acima de 10 milhões de

ciclos para modelos destinados a aplicações pesadas.

Chave fim de curso, é aquela onde, ao final do precesso, ela pode abrir ou fechar

o circuito, um exemplo muito utilizado, são os portões de garagem eletrônicos,

onde, quando o portão chega na rela final, ele aciona a chave limite que impede

que ele continue o processo.

Figura 17. Chaves fim de curso.

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2.8 Cilindro pneumático

Um cilindro pneumático é um tipo de dispositivo usado para gerar força a partir da

energia do gás sob pressão. O cilindro pneumático básico consiste de uma

câmara cilíndrica com um pistão móvel e de admissão e canais de escape.

Quando o ar comprimido ou outro gás é bombeado para o fundo do cilindro, o gás

se expande, empurrando para cima o pistão móvel e gerando força. Cilindros

pneumáticos, também conhecidos como cilindros de ar, têm vantagens sobre os

sistemas hidráulicos, em alguns casos e são usados em uma ampla variedade de

aplicações.

Figura 18. Cilindros Pneumáticos

Para operar o cilindro, um gás, como o ar, deve primeiro ser pressurizado. Isto

pode ser feito através de uma bomba. Desde que o ar existe normalmente na

pressão atmosférica, as bombas são usadas para forçar um determinado volume

de ar em um espaço menor, fazendo com que sua pressão aumente acima do

nível atmosférico. O ar pressurizado armazena a energia utilizada em comprimi-la.

Quando permitido a se expandir, este ar tende a despressurizar de volta à sua

pressão atmosférica original.

Um cilindro pneumático opera com base neste princípio. O ar é comprimido e

depois encaminhado para a câmara cilíndrica debaixo de um pistão móvel. O ar

pressurizado exerce força contra a base do pistão, fazendo com que o pistão se

mova para cima através do cilindro oco. A haste se estende da base do pistão

para cima através do topo do cilindro. Quando o ar comprimido se expande para o

espaço vazio e move o pistão para cima, esta vara também se move, fornecendo

uma maneira de mover outros elementos mecânicos.

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A posição do pistão em um cilindro pneumático é controlada por uma válvula que

distribui o ar comprimido na parte superior ou na parte inferior do cilindro. Quando

a extremidade da haste, ou a parte superior, do cilindro são cheias com o ar

pressurizado, o pistão move-se para baixo, e o ar abaixo do pistão é exalado para

fora através de uma tubulação de exaustão. O ar pressurizado que incorpora a

base move o pistão, e o ar acima do pistão é exalado para fora. Este sistema

permite que o cilindro seja operado repetidamente para gerar a força.

Sistemas pneumáticos têm várias vantagens sobre os sistemas hidráulicos, que

utilizam água ou outro fluido para gerar movimento mecânico. O ar de exaustão

de um cilindro pneumático pode ser liberado para o ar circundante, sem

preocupações ambientais. O ar é fácil de obter e pressionar. Além disso, os

vazamentos não são uma preocupação nos sistemas pneumáticos. As

desvantagens dos pneumáticos incluem a necessidade de operar tais sistemas

em alta pressão, que pode ser perigoso, bem como a necessidade de manter o ar

limpo e filtrado.

Vários dispositivos mecânicos familiares fazem uso da força pneumática. Pistolas

de pregos, usada na construção para fixar pregos na madeira ou concreto,

extraem sua força de um ou mais cilindros pneumáticos. Outros exemplos incluem

bombas de bicicleta e os freios de ar utilizados em ônibus e caminhões. Além de

aplicações de consumo, os cilindros pneumáticos também são amplamente

utilizados em ambientes industriais, como fábricas de embalagens e oficinas

mecânicas.

2.9 Válvulas pneumáticas

Os cilindros pneumáticos, componentes para máquinas de produção, para

desenvolverem suas ações produtivas, devem ser alimentados ou descarregados

convenientemente, no instante em que desejarmos, ou de conformidade com o

sistema programado.

Portanto, basicamente, de acordo com seu tipo, as válvulas servem para orientar

os fluxos de ar, impor bloqueios, controlar suas intensidades de vazão ou

pressão. Para facilidade de estudo, as válvulas pneumáticas foram classificadas

nos seguintes grupos:

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• - Válvulas de Controle Direcional

• - Válvulas de Bloqueio (Anti-Retorno)

• - Válvulas de Controle de Fluxo

• - Válvulas de Controle de Pressão

Cada grupo se refere ao tipo de trabalho a que se destina mais adequadamente.

VÁLVULAS DIRECIONAIS

São válvulas que interferem na trajetória do fluxo do ar, desviando-o para onde for

mais conveniente em um determinado momento por ação de um acionamento

externo. Têm por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de

realizar um trabalho proposto. Para um conhecimento perfeito de uma válvula

direcional, deve-se levar em conta os seguintes dados:

• - Posição Inicial

• - Número de Posições

• - Número de Vias

• - Tipo de Acionamento (Comando)

• - Tipo de Retorno

• - Vazão

Para a representação das válvulas direcionais nos circuitos pneumáticos

utilizamos simbologia normalizada conforme norma DIN ISSO 1219. Esta norma

nos dá a função da válvula e não considera a construção da mesma. O

desenvolvimento dos símbolos nos dá a noção exata de como compreender a

simbologia completa das válvulas.

DESENVOLVIMENTO DOS SÍMBOLOS

As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo. Este

retângulo é dividido em quadrados. O número de quadrados representados na

simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade

de movimentos que executa através de acionamentos. Número de posições é a

quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou

permanecer sob a ação de seu acionamento. Nestas condições, a torneira, que é

uma válvula, tem duas posições: ora permite passagem de água, ora não permite.

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O número de vias é o número de conexões de trabalho que a válvula possui.

São consideradas como vias a conexão de entrada de pressão, conexões de

utilização e as de escape. Para fácil compreensão do número de vias de uma

válvula de controle direcional podemos também considerar que:

Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar

um dos quadrados (posição) e verificar quantas vezes o(s) símbolo(s) interno(s)

oca(m) os lados do quadro, obtendo-se, assim, o número de orifícios e em

correspondência o número de vias. Preferencialmente, os pontos de conexão

deverão ser contados no quadro da posição inicial.

IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS DAS VÁLVULAS

As identificações dos orifícios de uma válvula pneumática, reguladores, filtros etc.,

têm apresentado uma grande diversificação de indústria para indústria, sendo que

cada produtor adota seu próprio método, não havendo a preocupação de utilizar

uma padronização universal. Em 1976, o CETOP – Comitê Europeu de

Transmissão Óleo-Hidráulica e Pneumática propôs um método universal para a

identificação dos orifícios aos fabricantes deste tipo de equipamento. O código,

apresentado pelo CETOP, vem sendo estudado para que se torne uma norma

universal através da Organização Internacional de Normalização - ISO. A

finalidade do código é fazer com que o usuário tenha uma fácil instalação dos

componentes, relacionando as marcas dos orifícios no circuito com as marcas

contidas nas válvulas, identificando claramente a função de cada orifício.

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24

Essa proposta é numérica, conforme mostra.

- IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS

• Nº 1 - alimentação: orifício de suprimento principal.

• Nº 2 - utilização, saída: orifício de aplicação em válvulas de 2/2, 3/2 e 3/3.

• Nºs 2 e 4 - utilização, saída: orifícios de aplicação em válvulas 4/2, 4/3, 5/2

e 5/3.

• Nº 3 - escape ou exaustão: orifícios de liberação do ar utilizado em válvulas

3/2, 3/3, 4/2 e 4/3.

• Nºs 3 e 5 - escape ou exaustão: orifício de liberação do ar utilizado em

válvulas 5/2 e 5/3. Orifício número 1 corresponde ao suprimento principal; 2

e 4 são aplicações; 3 e 5 escapes.

• Orifícios de pilotagem são identificados da seguinte forma: 10, 12 e 14.

• Estas referências baseiam-se na identificação do orifício de alimentação 1.

• Nº 10 - indica um orifício de pilotagem que, ao ser influenciado, isola,

bloqueia o orifício de alimentação.

• Nº 12 - liga a alimentação 1 com o orifício de utilização 2, quando ocorrer o

comando.

• Nº 14 - comunica a alimentação 1 com o orifício de utilização 4, quando

ocorrer a pilotagem.

Quando a válvula assume sua posição inicial automaticamente (retorno por mola,

pressão interna) não há identificação no símbolo. Em muitas válvulas, a função

dos orifícios é identificada literalmente. Isso se deve principalmente às normas

DIN (DEUTSCHE NORMEN), que desde março de 1996 vigoram na Bélgica,

Alemanha, França, Suécia, Dinamarca, Noruega e outros 24países. Segundo a

Norma DIN 24.300, Blatt 3, Seite 2, Nr. 0.4. de março de 1966, a identificação dos

orifícios é a seguinte:

• Linha de trabalho (utilização): A, B, C

• Conexão de pressão (alimentação): P

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• Escape ao exterior do ar comprimido utilizado pelos equipamentos

pneumáticos (escape, exaustão): R, S, T

• Drenagem de líquido: L

• Linha para transmissão da energia de comando (linhas de pilotagem):

X, Y, Z

Os escapes são representados também pela letra E, seguida da respectiva letra

que identifica a utilização (normas N.F.P.A.) Exemplo: EA - significa que o orifícios

em questão são a exaustão do ponto de utilização A. EB - escape do a utilizado

pelo orifício B. A letra D, quando utilizada, representa orifício de escape do ar de

comando interno.

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SIMBOLOGIA DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS

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CADEIA DE COMANDOS

Os circuitos pneumáticos são divididos em várias partes distintas e em cada uma

dessas divisões, elementos pneumáticos específicos estão posicionados. Esses

elementos estão agrupados conforme suas funções dentro dos sistemas

pneumáticos. As múltiplas funções quando devidamente posicionadas dentro de

uma hierarquia, formam o que chamamos de cadeia de comandos. A disposição

gráfica dos diferentes elementos é análoga a representação esquemática da

cadeia de comando, ou seja, o fluxo de sinais é de baixo para cima. A

alimentação é um fator muito importante e deve ser bem representada. É

recomendável representar elementos necessários a alimentação na parte inferior

e distribuir a energia, tal como mencioná-la de maneira ascendente. Para circuitos

relativamente volumosos pode-se simplificar desenhando numa parte do esquema

a fonte de energia assinalando os diferentes elementos por meio da simbologia

simplificada.

Figura 19. Cadeia de comandos

TIPOS DE ACIONAMENTOS

A comutação das válvulas direcionais dependem de acionamentos externos,

esses acionamentos podem ser: mecânicos, manuais, elétricos, pneumáticos ou

ainda combinados. O acionamento deve ser compatível com o momento do

acionamento. Por exemplo: para um sinal de início de ciclo normalmente se usa

um acionamento muscular (botão, pedal, alavanca). Quando o acionamento vai

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28

ser executado por um cilindro no meio do ciclo, um acionamento mecânico (rolete,

gatilho ou came) é o mais indicado.

Page 30: PIM TrabalhoPDF

29

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30

2.10 Inversor de frequência

Figura 20. Inversor de frequência

Os conversores de frequência , também conhecidos como inversores de

frequência , são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede

alternada senoidal, em tensão contínua e finalmente convertem esta última, em

uma tensão de amplitude e frequência variáveis.

A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo que alguns

fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. Inerentemente ao projeto básico

de um Conversor de Frequência, teremos na entrada o bloco retificador, o circuito

intermediário composto de um banco de capacitores eletrolíticos e circuitos de

filtragem de alta frequência e finalmente o bloco inversor, ou seja, o inversor na

verdade é um bloco composto de transistores IGBT, dentro do conversor. Na

indústria entretanto, ambos os termos são imediatamente reconhecidos, fazendo

alusão ao equipamento eletrônico de potência que controla a velocidade ou

torque de motores elétricos.

Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir os

rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e

variadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínua pelo

conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção mais simples e

reposição profusa.

Page 32: PIM TrabalhoPDF

31

Os conversores de frequência costumam também atuar como dispositivos de

proteção para os mais variados problemas de rede elétrica que se pode ocorrer,

como desbalanceamento entre fases, sobrecarga, queda de tensão, etc.

Normalmente, os conversores são montados em painéis elétricos, sendo um

dispositivo utilizado em larga escala na automação industrial. Podem trabalhar em

interfaces com computadores, centrais de comando, e conduzir, simultaneamente,

dezenas de motores, dependendo do porte e tecnologia do dispositivo.

Os conversores costumam ser dimensionados mais precisamente, pela corrente

do motor. O dimensionamento pela potência do motor pode também ser feita,

entretanto, a corrente é a principal grandeza elétrica limitante no

dimensionamento. Importante também notar outros aspectos da aplicação,

durante o dimensionamento, como por exemplo, demanda de torque (constante

ou quadrático), precisão de controle, partidas e frenagens bruscas ou em

intervalos curtos ou muito longos, regime de trabalho, e outros aspectos

particulares de cada aplicação. Dentre os diversos fabricantes deste produto,

temos uma vasta coleção de catálogos e normas, que devem sempre ser

consultados.

Quando o acionamento elétrico não exige variação da velocidade do motor,

querendo-se apenas uma partida mais suave, de forma que limite-se a corrente

de partida evitando assim quedas de tensão da rede de alimentação, costuma-se

utilizar soft-starters.

Os conversores de frequência tem uma vasta aplicação na indústria de máquinas

e processos em geral. Com a capacidade inerente de variar a velocidade de

motores elétricos trifásicos de Corrente Alternada, permitem a aos projetistas,

desenvolver máquinas que sem os mesmos, seriam praticamente impossíveis de

serem fabricadas.

Os conversores de frequência de última geração, não somente controlam a

velocidade do eixo de motores elétricos trifásicos de corrente alternada, como

também, controlam outros parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um

deles, é o controle de Torque.

Através da funcionalidade que os microprocessadores trouxeram, os conversores

de frequência hoje são dotados de poderosas CPUs ou placas de controle

microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade de métodos de

Page 33: PIM TrabalhoPDF

32

controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos. Cada fabricante

consegue implementar sua própria estratégia de controle, de modo a obter

domínio total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico, permitindo em

muitos casos que motores elétricos trifásicos de corrente alternada, substituírem

servo motores em muitas aplicações. Os benefícios são diversos, como redução

no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas de acionamento, custo de

manutenção.

Muitos conversores hoje, são dotados de opcionais que permitem implementar

técnicas de controle de movimento, manipulação de vários eixos de acionamento,

Posicionamento e Sincronismo de Velocidade ou Sincronismo de Posição.

Modernas técnicas de chaveamento da forma de onda de tensão e também da

frequência aplicada sobre o estator do motor elétrico, permitem o controle com

excelente precisão, sobre o eixo do motor. Uma das técnicas mais conhecidas é o

PWM ou "Pulse Width Modulation". Tais técnicas são sempre aliadas ao

modelamento matemático preciso do motor elétrico. Os conversores de última

geração, fazem medições precisas e estimativas dos parâmetros elétricos do

motor, de modo a obter os dados necessários para o modelamento e

consequente controle preciso do motor.

Os Conversores de Frequência, por serem dispositivos dotados comumente de

uma ponte retificadora trifásica a diodos, ou seja, trata-se de cargas não lineares,

geram harmônicas. Os fabricantes de conversores de frequência disponibilizam

filtros de harmônicas, alguns já integrados ao produto, outros opcionais. Existem

várias técnicas para filtragem de harmônicas, que vão desde as mais simples e

menos custosas, como indutores na barra DC ou indutores nas entradas do

conversor, antes da ponte retificadora, passando pelos retificadores de 12 ou 18

diodos ou pulsos, utilizando transformadores defasadores até chegar aos filtros

ativos ou retificadores a IGBT, para diminuição ou até mesmo eliminação das

harmônicas tanto de corrente quanto de tensão elétrica.

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33

3.0 CADEIA DE COMANDO

3.1 Sequencia lógica de trabalho-Envasadora

• 1º Passo: Verificação do nível de matéria prima dos tanques superiores

através das chaves bóia S6, S7, S8 e S9, se vazio acionar válvulas de

vazão A8 e A9.

• 2º Passo: Verificação da temperatura da matéria prima dos tanques

superiores, se fora da faixa de 20 à 23 graus acionar os circuladores de

água quente ou fria A10 e A11.

• 3º Passo: Verificação do nível da mistura do tanque inferior através das

chaves bóia S10 e S11, se vazio acionar as válvulas de vazão A6 e A7.

• 4º Passo: Acionar o motor do batedor

• 5º Passo: Acionar o motor da esteira que será controlado através do

inversor de freqüência CFW 09.

• 6º Passo: Sensor fotoelétrico S1 detecta três garrafas e avança cilindro A3.

• 7º Passo: Cilindro A3 aciona um fim curso S3 que avança cilindro A5.

• 8º Passo: Cilindro A5 aciona um fim curso S12 que liga a bomba A12 que

envia a mistura aos bicos envasadores.

• 9º Passo: Um sensor de vazão S13 detecta o refluxo da mistura no mesmo

nível de entrada que desliga a bomba e recua cilindro A5.

• 10º Passo: Cilindro A5 aciona um fim de curso S14 que recua cilindro A4.

• 11º Passo: Um sensor fotoelétrico S2 detecta três garrafas e avança

cilindro A4.

• 12º Passo: Cilindro A4 aciona um fim de curso S4 que recua cilindro A3.

3.2 Sequencia lógica de trabalho-Embaladora

• 1º Passo: Sensor fotoelétrico S1 detecta 3 garrafas e avança cilindro A1.

• 2º Passo: Cilindro A1 aciona fim de curso S4 que recua o próprio cilindro

A1.

• 3º Passo: Sensor fotoelétrico S2 detecta plataforma cheia e aciona motor

da esteira.

• 4º Passo: Sensor fotoelétrico S3 detecta embalagem de garrafas e desliga

motor da esteira.

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34

3.3 Diagrama trajeto passo

Page 36: PIM TrabalhoPDF

35

INÍCIO

NÍVEL DOS

TANQUES

SUPERIORES

CHEIO?

ABRE VÁLVULAS

DE VAZÃO A8 E A9

TEMPERATURA

DOS TANQUES

SUPERIORES 20°

A 23° CELSIUS?

LIGA CIRCULADOR DE

ÁGUA QUENTE OU

FRIA A10 E A11

NÍVEL DO

TANQUE

INFERIOR CHEIO?

ABRE VÁLVULAS DE

VAZÃO A6 E A7

3.4 Fluxograma do sistema de envasamento

Page 37: PIM TrabalhoPDF

36

INVERSOR ACIONA O

MOTOR DA ESTEIRA

SENSOR S1

PORTA 1 = 3

GARRAFAS

CILINDRO A3 AVANÇA

FIM DE CURSO S3

CILINDRO A5 AVANÇA

FIM DE CURSO S12

BOMBA A12 LIGA

MOTOR DO BATEDOR

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37

SENSOR DE

REFLUXO S13

BOMBA A12 DESLIGA

CILINDRO A5 RECUA

FIM DE CURSO S14

CILINDRO A4 RECUA

SENSOR S2

PORTA 2 = 3

GARRAFAS

CILINDRO A4 AVANÇA

FIM DE CURSO S4

CILINDRO A3 RECUA

FIM

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38

INÍCIO

S1=3

GARRAFAS

A1 AVANÇA

S2 IDENTIFICA GARRAFAS

MOTOR

S3 IDENTIFICA

EMBALAGEM

DESLIGA MOTOR ESTEIRA

FIM

3.5 Fluxograma do sistema de embalagem

Page 40: PIM TrabalhoPDF

39

[Digite uma citação do

documento ou o resumo de

uma questão interessante.

Você pode posicionar a caixa

de texto em qualquer lugar do

documento. Use a guia

Ferramentas de Caixa de Texto

para alterar a formatação da

caixa de texto da citação.]

3.6 Esquema pneumático

Page 41: PIM TrabalhoPDF

40

3.7 Comando elétrico pneumático – linha de envase

Page 42: PIM TrabalhoPDF

41

3.8 Comando elétrico -embalagem

Page 43: PIM TrabalhoPDF

42

3.9 Alocação de sensores

Page 44: PIM TrabalhoPDF

43

Page 45: PIM TrabalhoPDF

44

Page 46: PIM TrabalhoPDF

45

Page 47: PIM TrabalhoPDF

46

Page 48: PIM TrabalhoPDF

47

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48

3.11 Microprocessador PIC18F452

Figura 21 Microcontrolador

Page 50: PIM TrabalhoPDF

49

Um Microcontrolador é um sistema computacional completo inserido em um único

circuito integrado. Possui CPU, memória de dados RAM (Random Access

Memory) e programa ROM (Read Only Memory) para manipulação de dados e

armazenamento de instruções, sistema de clock para dar seqüência às atividades

da CPU, portas de I/O além de dois outros possíveis periféricos como, módulos

de temporização, conversores analógico digital e até mesmo nos mais avançados

conversores USB (Universal Serial Bus) ou ETHERNET.

Apesar de seu funcionamento exigir uma freqüência de clock de alguns MHz, o

que é pouco comparado aos microprocessadores modernos, sua utilização é

perfeitamente adequada para utilizações típicas. Consomem pouca energia, algo

em torno de miliwatts, possuem a capacidade de “hibernar” enquanto aguardam o

acontecimento de um evento que o colocará em funcionamento novamente, ideal

para circuitos alimentados a baterias químicas pois seu consumo reduz para algo

em torno de nanowatts. São componentes de baixo custo e compactos.

Para fazer uso do Microcontrolador é necessário desenvolver, além do programa

que controla determinado processo, um hardware responsável pela interface entre

o mundo externo e o Microcontrolador, adaptando os níveis de tensão e corrente.

Porém, para aplicações mais simples e de valores de tensão e corrente próximos

aos valores nominais do Microcontrolador pode-se utilizar seus pinos de I/O

diretamente interligados ao sistema.

Existe uma grande quantidade de Microcontroladores utilizados em projetos de

equipamentos eletroeletrônicos. O Microcontrolador que iremos utilizar será o

18F452 da Microchip. A grande vantagem é que possui memória Flash,

possibilitando assim escrever/apagar com grande rapidez.

Abaixo temos principais características do 18F452 utilizado em nosso projeto:

- 40 pinos podendo ter até 34 I/O (Input/Output digital);

- 8 canais A/D de 10 Bits;

- 02 Módulos CCP – capture, compare e PWM;

- Memória de Programa Flash – 32K

- Memória RAM – 1536 bytes;

- Memória EEPROM – 256 bytes;

Page 51: PIM TrabalhoPDF

50

- velocidade de processamento – até 10MIPS (milhões de instruções por

segundo);

- Módulo MSSP (Master Synchronous Serial Port);

- Módulo USART;

- Possibilita até 100.000 ciclos de escrita/leitura na memória de programa; 3

- Possibilita 1.000.000 de ciclos de escrita/leitura na EEPROM;

- Retenção dos dados na memória por até 40 anos;

- Possibilita habilitação do Watchdog Timer;

- Possibilita interrupção externa através de pinos do Microcontrolador;

- 4 Temporizadores/Contadores.

Em nosso projeto, o controle de temperatura dos tanques é feito através do

microprocessador, usando o sensor de temperatura PT100, e o programa foi

desenvolvido e adaptado com orientação do Prof Tiago Correale

3.11.1 Programa proposto

#include <p18F452.h> // Register definitions

#include <pwm.h> //PWM library functions

#include <adc.h> //ADC library functions

#include <timers.h> //Timer library functions

#include <delays.h> //Delay library functions

#include <i2c.h> //I2C library functions

#include <stdlib.h> //Library functions

#include <usart.h> //USART library functions

Page 52: PIM TrabalhoPDF

51

#pragma config OSC = XT

#pragma config WDT = ON

#pragma config WDTPS = 128

#pragma config LVP = OFF

#pragma config PWRT = ON

#pragma config BOR = ON

#pragma config BORV = 42

union bits

{

struct

{

unsigned BIT0:1;

unsigned BIT1:1;

unsigned BIT2:1;

unsigned BIT3:1;

unsigned BIT4:1;

unsigned BIT5:1;

unsigned BIT6:1;

unsigned BIT7:1;

} ;

struct

Page 53: PIM TrabalhoPDF

52

{

unsigned BITS:8;

} ;

};

// Exemplo de codigo que pode ser utilizado no controle de diversos dispositivos,

// inclusive no controle de temperatura...

void controlaLeds(unsigned int temp)

{

STATUS_LEDS = 0;

if(conversao >= 40)

{

STATUS_LEDSbits.BIT0 = 1;

STATUS_LEDSbits.BIT1 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;

}else if(conversao <= 20){

STATUS_LEDSbits.BIT0 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT1 = 1;

STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;

Page 54: PIM TrabalhoPDF

53

STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;

}else{

STATUS_LEDSbits.BIT0 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT1 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT2 = 0;

STATUS_LEDSbits.BIT3 = 0;

}

}

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* Configurações do Pic *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

void main()

{

PORTA = 0x00; //Limpa PORTA

PORTB = 0x00; //Limpa PORTB

PORTC = 0x00; //Limpa PORTC

PORTD = 0x00; //Limpa PORTD

Page 55: PIM TrabalhoPDF

54

PORTE = 0x00; //Limpa PORTE

LATA = 0x00; //Limpa PORTA

LATB = 0x00; //Limpa PORTB

LATC = 0x00; //Limpa PORTC

LATD = 0x00; //Limpa PORTD

LATE = 0x00; //Limpa PORTE

TRISA = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS

PORTA0

////TRISB = 0b00001111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS

PORTB

////TRISB = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS

PORTB

TRISB = 0;

TRISC = 0b11111111; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS

PORTC

TRISD = 0b00000000; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS PORTD

TRISE = 0b00000100; //CONFIG DIREÇÃO DOS PINOS PORTE

STATUS_LEDS = 0;

Page 56: PIM TrabalhoPDF

55

OpenADC(ADC_FOSC_8 & ADC_LEFT_JUST & ADC_3ANA_0REF,

ADC_CH1 & ADC_INT_OFF);

//CONFIGURAÇÃO DO AD

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* Inicialização do Sistema *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

while(RCONbits.NOT_TO);

inicializa_lcd(); // configura o lcd

tela_principal(); // imprime a tela principal no LCD

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* Rotina principal *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

while(1)

{

ClrWdt(); //Inicia o watch-dog

timer

ConvertADC(); //Inicia conversão AD

while (BusyADC()); //Aguarda fim da conversão AD

Page 57: PIM TrabalhoPDF

56

conversao = ADRESH; //lê resultado da

conversão AD

conversao = (conversao * 50); //faz regra de 3 para converter o

valor,

conversao = (conversao / 255); //das unidades de AD em Volts.

controlaLeds(conversao);

converte_bcd((unsigned char)conversao);

comando_lcd(0xC5); //posiciona o cursor na

linha 1, coluna 5

escreve_lcd (dezena + 0x30); //escreve no display de LCD

escreve_lcd (',');

escreve_lcd (unidade + 0x30); //escreve no display de LCD

escreve_lcd ('V');

PORTB = STATUS_LEDS;

}

}

Page 58: PIM TrabalhoPDF

57

4 CONCLUSÃO

Este trabalho teve por finalidade aprimorar as habilidades de pesquisa e

desenvolvimento de projetos com a criação de um sistema automatizado de

envase de líquidos isotônicos. Para tanto, diversos critérios foram utilizados, como

a analise de especificações técnicas dos componentes, seguindo parâmetros de

normas nacionais e internacionais, utilizando componentes com o melhor

custo/beneficio.

O projeto foi desenvolvido baseado em uma linha de produção real visando a

importância da automação industrial. Com base na pesquisa realizada

encontraram-se diversos benefícios, tais como, grandes ganhos em eficiência,

qualidade, precisão e produção, Os quais acarretam redução de custos e maior

lucratividade.

Page 59: PIM TrabalhoPDF

58

5 REFERÊNCIAS

-Escola Politécnica da USP-Dep. Eng. Mecatrônica e Sist.Mecânocos

-Inst. Federal de Educ.Ciencia e Tecnologia de Santa Catarina

-Siemens do Brasil

-Festo

-Parker Hannifin

-Sense Sensores e Instrumentos

-Ztech

-Centro Paula Souza – Fatec

-WWW.clubedaeletronica.com.br

-Weg Brasil