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GRUPO EDUCACIONAL DRUMMOND
Área de Ciências Exatas e Tecnologia
TRABALHO CONCLUSAO DE CURSO Curso Engenharia Eletrônica com Ênfase em Automação Industrial 19/06 /15 1° Semestre de 2015 Alunos Anderson Estevam Zanoni 10° Semestre RA 29843 Emanuella Gomes Vaz 10° Semestre RA 30237 Thiago Henrique Paderes 10° Semestre RA 30634
Orientadores Prof. Avanir Carlos Lessa
Título: CLP X ARDUINO Resumo : Projeto desenvolvido dentre o menor custo possível visando colocar em prática parte do conteúdo apresentado neste curso atribuído a experiências de semestres passados de forma simples e clara, visando a demanda de custo versos benefício dentre as principais áreas de desenvolvimento deste projeto encontram-se práticas de linguagem de programação Ladder e C ++ comunicando diretamente com um Controlador Lógico Programável (CLP) e ou plataforma microcontrolada Arduino, interpretado por interface homem máquina (IHM), além de parte do aprendizado de robótica atribuída a toda parte mecânica do projeto e parte dos componentes tais como sensores tendo comunicação entre estes equipamentos e componentes sendo estes atribuídos a comparação entre as plataformas .De forma geral agregamos um pouco de cada uma das matérias do semestre para breve apresentação em sucinto projeto. Hoje em um mercado altamente tecnológico o tempo é algo muito estimado em uma linha de produção, este projeto propõe a ideia de seleção automática por parâmetro de altura de objetos, minimizando o tempo que seria gasto com uma analise feita por um ser humano além de diminuir a probabilidade de erros.
Abstract : Project developed among the lowest cost possible in order to put into practice some of the content featured in this semester assigned to semesters past experiences simply and clearly, among the main areas of development of this project are practical programming language Ladder communicating directly with a Programmable Logic Controller (PLC) played by human machine interface (HMI), and part of learning robotics assigned to every mechanical part design and part of the components such as sensors and communication between these components and equipment being assigned to these matters networks industrial. Generally we add a bit of each of the materials for the semester succinct brief presentation on the project. Today in a highly technological time is something very dear in a production line, this project proposes the idea of automatic parameter selection for tall objects, minimizing the time that would be spent on an analysis done by a human being besides decreasing the likelihood of errors.
Banca 1 Prof. Avanir Carlos Lessa Banca 2 Prof. Marcel Tavares Coelho Banca 3 Prof. Luis Fernando Quintino Data 19/06 /15 Horário 19:30 às 20:45 Sala/Lab / Avaliação Nota Final = Rubrica (Banca): Coordenador Prof. Luis Fernando
Vice-Diretor Prof. Renato Casal
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ORIENTADOR: Prof. Avanir Carlos Lessa
GRUPO EDUCACIONAL DRUMMOND
SÃO PAULO
Esta publicação foi aceita como Relatório Final de Trabalho de Conclusão de Curso.
São Paulo, 19 de Junho de 2015
Alunos: ANDERSON ESTEVAM ZANONI RA: 29843 EMANUELLA GOMES VAZ RA: 30237 THIAGO HENRIQUE PADERES RA:
Orientador (a) Prof.: Avanir Carlos Lessa
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado a Faculdade de Tecnologia Carlos Drummond de Andrade como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Eletrônica sob
orientação do Prof. Avanir Carlos Lessa
São Paulo 2015
AGRADECIMENTOS Agradecemos a todos envolvidos em nossa jornada no decorrer do curso, primeiramente aos nossos pais e aos nossos próprios sacrifícios cometidos neste período, neste mesmo contexto aproveitamos para agradecer os envolvidos diretamente com este trabalho e estes são Professor Avanir Carlos Lessa orientador deste trabalho, aos professores envolvidos em trabalhos anteriores estes são Janderson Rodrigues e Jose Marcos, Luis Fernando anteriormente como nosso professor e hoje como nosso coordenador, Vagner Morrone com auxilio a interpretação das normas ABNT que se referem a escrita de trabalhos de forma geral, Mauricio Ortega que nos ensinou muito sobre programação e sobre Arduino. Além de todos nossos professores gostaríamos de agradecer aos nossos colegas de classe, e também a força, dedicação e paciência das explicações de Roberto Maia, José Gervan Cardoso, Wagner Antonio Silva, Gildemar da Mota Lima, Helio Zanoni, Adriano Gomes de Souza, Raimundo Inácio da Silva, Renato Teixeira das Santos.
Perder tempo em aprender coisas que não interessam, priva- nos de descobrir coisas interessantes.” Carlos Drummond de Andrade
“O futuro tem muitos nomes. Para os fracos é o inalcançável. para os temerosos, o desconhecido. Para os valentes é a oportunidade.” Victor Hugo
RESUMO Projeto desenvolvido dentre o menor custo possível visando colocar em prática parte do conteúdo apresentado neste curso atribuído a experiências de semestres passados de forma simples e clara, visando a demanda de custo versos benefício dentre as principais áreas de desenvolvimento deste projeto encontram-se práticas de linguagem de programação Ladder e C ++ comunicando diretamente com um Controlador Lógico Programável (CLP) e ou plataforma microcontrolada Arduino, interpretado por interface homem máquina (IHM), além de parte do aprendizado de robótica atribuída a toda parte mecânica do projeto e parte dos componentes tais como sensores tendo comunicação entre estes equipamentos e componentes sendo estes atribuídos a comparação entre as plataformas .De forma geral agregamos um
KEY WORDS:
MAT SELECTOR, PLC, ARDUINO
LISTA DE SIGLAS
I/O’s - Inputs e Outputs, ou seja, entradas e saídas, que no caso se referem a entradas e saídas de sinais a serem empregados com alguma funcionalidade no circuito, para sensores, chaveamentos, acionamentos e afins; CLP – Controlador Lógico Programável; PLC - Programmable Logic Controller; BCD – Binary Coded Decimal (decimal codificado em binário) LSB – Least Significant Bit (bit menos significativo) MSB – Most Significant Bit (bit mais significativo) DTMF – Dual Tone Mult Frequency ( Tom duplo de Multi-Frequência)...
LISTA DE FIGURAS FIGURA 01 PRIMEIRO CLP MODICON 084............................................................. FIGURA 02 MODELOS DE CLP................................................................................ FIGURA 03 DIAGRAMA DE BLOCOS....................................................................... FIGURA 04 MOTOR DE VIDRO DE CARRO............................................................ FIGURA 05 ABRAÇADEIRA...................................................................................... FIGURA 06 EIXO DE MOTO...................................................................................... FIGURA 07 SERVO MOTOR..................................................................................... FIGURA 08 BOTÃO DE EMERGÊNCIA.................................................................... FIGURA 09 BOTÃO DE DOIS ESTÁGIOS................................................................ FIGURA 10 BOTÃO PULSADOR............................................................................... FIGURA 11 CLP KOYO DL 105................................................................................. FIGURA 12 SENSOR OPTICO FESTO SOEG-RTH-Q30-PS-S-2L.......................... FIGURA 13 PINHÃO DE MOTO................................................................................ FIGURA 14 PLACA UNO........................................................................................... FIGURA 15 MONTANDO PROTÓTIPO..................................................................... FIGURA 16 TESTES COM SENSOR ÓPTICO.......................................................... FIGURA 17 MADEIRAS DA BASE CORTADAS........................................................ FIGURA 18 MONTANDO BASE DA ESTEIRA.......................................................... FIGURA 19 BASE DA ESTEIRA MONTADA............................................................. FIGURA 20 BASE DA ESTEIRA MONTADA COM EIXOS ACOPLADOS................ FIGURA 21 PAINEL DE COMANDO COM BOTÕES ACOPLADOS ........................
FIGURA 25 TESTE DA ESTEIRA OBJETOS A SEREM AVALIADOS OU
- FIGURA 22 ESTEIRA COM PAINEL DE COMADO E EIXOS...................................
- FIGURA 23 ESTEIRA SELETORA COM CLP ACOPLADO......................................
- FIGURA 24 ESTEIRA COM PROTEÇÃO NOS EIXOS.............................................
- EXPULSOS................................................................................................................
- FIGURA 26 LUSTRAÇÃO DE PAINEL DE IHM DA ESTEIRA.................................
- FIGURA 27 PROGRAMAÇÃO EM LADDER.............................................................
- FIGURA 28 DIAGRAMA ELÉTRICO..........................................................................
- FIGURA 29 DIAGRAMA COMANDO.........................................................................
- FIGURA 30 ESQUEMA DE MONTAGEM PLATAFORMA ARDUINO.......................
- FIGURA 31 CENTRO DE SEPARAÇÃO DA TRANSPORTADORA BRASPRESS..
- FIGURA 32 CENTRO DE SEPARAÇÃO E ARMAZENAGEM DOS CORREIOS.....
- FIGURA 33 - MODELO DE COMPARAÇÃO.............................................................
- TABELA 01 CUSTOS COM CLP............................................................................... LISTA DE TABELAS
- TABELA 02 CUSTOS COM ARDUINO......................................................................
- TABELA 03 COMPARAÇÃO......................................................................................
- CAPITULO
- 1.1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................
- 1.2 JUSTIFICATIVA................................................................................................................
- 1.3 OBJETIVO..........................................................................................................................
- 2.1 o primeiro clp............................................................................................................. CAPITULO 2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA
- 2.2 HISTÓRIA DO CLP...........................................................................................................
- 2.3 CLP hoje...........................................................................................................................
- 2.4 BASES LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LADDER...............................................
- 2.5 plataforma microcontrolada Arduino....................................................
- 2.6 BASES LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO (ARDUINO)..........................................
- CAPITULO
- 3.1 PROJETO ESTEIRA SELETORA....................................................................................
- 3.2 MATERIAIS UTILIZADOS..............................................................................................
- 3.2.1 MOTOR DE VIDRO DE CARRO..................................................................................
- 3.2.2 ABRAÇADEIRAS DE ANTENA...................................................................................
- 3.2.3 EIXO DE MOTO.............................................................................................................
- 3.2.4 SERVO MOTOR.............................................................................................................
- 3.2.5 BOTÃO DE EMERGÊNCIA..........................................................................................
- 3.2.6 BOTÃO DE DOIS ESTÁGIOS.......................................................................................
- 3.2.7 BOTÃO PULSADOR.....................................................................................................
- 3.2.8 CLP KOYO DL 105........................................................................................................
- 3.2.8.1 CONFIGURAÇÃO MODELO KOYO DL 105...........................................................
- 3.2.9 SENSOR OPTICO Festo SOEG-RTH-Q30-PS-S-2L.................................................
- 3.2.9.1 CONFIGURAÇÃO MODELO FESTO SOEG-RTH-Q30-PS-S-2L...........................
- 3.2.10 PINHÃO DE MOTO....................................................................................................
- 3.2.11 PLATAFORMA ARDUINO MODELO UNO............................................................
- 3.2.11.1 CONFIGURAÇÃO MODELO UNO........................................................................
- 3.3 MONTANDO A ESTEIRA PROTÓTIPO........................................................................
- 3.4 MONTAGENS DE ESTEIRA APÓS AJUSTES E TESTES...........................................
- 3.5 IHM....................................................................................................................................
- 3.6 PROGRAMA COMENTADO EM LADDER..................................................................
- 3.7 DIAGRAMA ELETRICO.................................................................................................
- 3.8 DIAGRAMA DE COMANDO.........................................................................................
- 3.9 PROGRAMA COMENTADO EM C++..........................................................................
- 3.10 ESQUEMAS ELÉTRICOS ARDUINO..........................................................................
- 11 APLICAÇÕES DO PROJETO.......................................................................................
- capitulo
- 4.1 COMPARAÇÕES...............................................................................................................
- 4.2 CUSTOS.............................................................................................................................
- 4.3 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO............................................................................
- 4.4 ENTRADAS E SAÍDAS....................................................................................................
- 4.5 MEMÓRIA.........................................................................................................................
- 4.6 COnCLUSÕES FINAIS....................................................................................................
- CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................................
- BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................
- SITES........................................................................................................................................
- ANEXO 1 DATASHEET PARCIAL DE SOEG-RTH-Q30-PS-S-2L.....................................
- ANEXO 2 DATASHEET PARCIAL KOYO DL 105.............................................................
- ANEXO 03 – ESQUEMA ELETRICO PLATAFORMA ARDUINO UNO...........................
- ANEXO 04 DATASHEET PARCIAL ATMEGA...................................................................
- ANEXO 05 NBR 7195 - CORES PARA SEGURANÇA........................................................
CAPITULo 1 1.1 INTRODUÇÃO Dentre muitas ações necessárias para desenvolvimento de uma indústria precisa-se de agilidade, qualidade, eficiência em seus processos, sendo a união destes benefícios alvo viável a se implantar dentro de menores custos. Por volta do fim da década de 60 criou-se o CLP 1 para aperfeiçoar cada vez mais estes quesitos requeridos como em qualquer seguimento, porém voltado a fábrica automobilística sendo esta a MODICON084 primeiro modelo comercial. Após a implantação com a GM (General Motors) na década de 60 atribui-se o CLP a determinado processo sendo este após devidamente programado capaz de repetir por diversas vezes com a mesma eficiência processos, estabelecendo a necessidade de atribuir ao ser humano não a função de repetidor de processos, mas sim de supervisão. Em 2005 através da necessidade de ensino de eletrônica para alunos de um curso de Desing visando aprimorar as aplicações com robótica e eletrônica em geral um grupo de estudantes incluindo Massimo Banzi, criaram uma plataforma chamada Arduino, virando mais tarde uma plataforma open-source 2 , deixando em aberto um canal para surgimento de novos produtos e aplicações.
2. JUSTIFICATIVA
Justifica-se a elaboração deste trabalho visando em processos fabris agilidades bem como redução de custos, esse tipo de tecnologia é utilizada em larga escala em sistemas internos de transportadoras, e empresas tais como os correios, para facilitar a separação de objetos por dimensões de altura, largura e ou comprimento. Tendo como foco o aprimoramento de trabalhos apresentados anteriormente a esta instituição atribuindo ao mesmo processo duas plataformas diferentes para mera comparação de custo beneficio para suas aplicações dentre interaão com Hardware 3 e Software 4 esclarecendo aplicações em específico de Microcontroladores e Microprocessadores,
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1 Controlador Lógico Programável 2 Modo aberto de trabalho, ou seja, podendo ser modificado aprimorado e ou redefinido sem problemas autorais. 3 Placa para desenvolvimento de Software. 4 Programa voltado a desenvolvimento junto ao Hardware.
Capitulo 2 bases teóricas 2.1 o primeiro clp conforme dados históricos o CLP é um equipamento que vem a se desenvolver a pouco mais 50 anos, sendo desde sua primeira aplicação voltada a indústria e a facilitar processos que por hora poderiam ser muito complexos ou de obtenção de dados duvidosos por plena intervenção humana. Conforme trecho de texto extraído da apostila do professor Anderson Rodrigo Rossi a General Motors foi a empresa expiradora do primeiro serviço direto de um CLP. O primeiro CLP foi desenvolvido no final de 1960. Foi desenvolvido para atender a flexibilidade das indústrias, no caso a automobilística onde a linha de montagem é dinâmica em relação ao modelo do carro a ser produzido. Foi então que a Bedford Associates ofereceu a General Motors uma solução. Tratava-se de um dispositivo que poderia funcionar em várias operações distintas e facilmente programáveis. Esse equipamento era o Modular Digital Controller (MODICON), sendo o MODICON 084 o primeiro modelo comercial, Trecho de texto extraído de Apostila CLP LOGO! – Professor Anderson Rodrigo Rossi – 2008 - Colégio Tecnico Industrial de Piracicaba.
FIGURA 01 – PRIMEIRO CLP MODICON 084 – Imagem extraída de Apostila CLP LOGO! – Professor Anderson Rodrigo Rossi – 2008 - Colégio Tecnico Industrial de Piracicaba.
2.2 HISTÓRIA DO CLP
Conforme Prof. Msc. Marcelo Eurípedes da Silva a história do CLP se divide em 5 (cinco) gerações descritas em trecho de texto extraído de sua apostila a seguir: 1° Geração: Programação em Assembly. Era necessário conhecer o hardware do equipamento, ou seja, a eletrônica do projeto do CLP.
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2° Geração: Apareceram as linguagens de programação de nível médio. Foi desenvolvido o “Programa monitor” que transformava para linguagem de máquina o programa inserido pelo usuário. 3° Geração: Os CLPs passam a ter uma entrada de programação que era feita através de um teclado, ou programador portátil, conectado ao mesmo. 4° Geração: É introduzida uma entrada para comunicação serial, e a programação passa a ser feita através de micro-computadores. Com este advento surgiu a possibilidade de testar o programa antes do mesmo ser transferido ao módulo do CLP, propriamente dito. 5° Geração: Os CLPs de quinta geração vem com padrões de protocolo de comunicação para facilitar a interface com equipamentos de outros fabricantes, e também com Sistemas Supervisórios e Redes Internas de comunicação. Trecho de texto extraído de Apostila de Controle Lógicos Programáveis Ladder - Escola de Engenharia de Piracicaba - Prof. Msc. Marcelo Eurípedes da Silva.
2.3 CLP hoje De forma rápida e objetiva podemos fazer uma breve análise sobre o CLP, que assim como toda invenção vem sendo lapidado ao decorrer de sua existência visando que sua primeira aplicação foi um sistema completamente dedicado ao setor automotivo um vez que o CLP deu inicio como projeto na General Motors por volta do fim da década de 60. Hoje é encontrado com facilidade no mercado em diversos setores e em diversos formatos e ou configurações conforme ilustrado na figura 02, configurações estas que se tornam decisões cruciais para quem irá projetar algo para ter o melhor do seu desempenho.
FIGURA 02 - MODELOS DE CLP – Imagem extraída de http://www.glbtech.com.br/Site/index.php? option=com_content&view=article&id=48&Itemid=11 em acesso 30/10/12 as 18:57. Para existir uma comunicação com o “mundo real” precisamos de uma linguagem de máquina no caso deste projeto foi utilizado linguagem Ladder.
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média $ 100 (dólares), por tanto era muito cara e nada acessível a estudantes de eletrônica, conforme abordado em Arduino The Documentary 6_._ As plataformas Arduino são placas “semi-prontas” de desenvolvimento dotadas de hardware e programadas com software que utiliza linguagem C para a modelagem e criação de diversos segmentos, estas são feitas de forma a interagir com o meio exterior através de outras placas chamadas de Shilds 7 que se encaixam de forma direta na plataforma, neste trabalho será abordado o modelo Uno, porém existem diversos outros modelos Duamilanove, Micro Arduino e etc. O Arduino pode ser utilizado para desenvolver objetos interativos, permitindo a entrada de sensores ou chaves, controlando uma variedade de luzes, motores ou saídas físicas. Com ele podemos manipular o hardware (sensores, portas, alarmes) através do software por manterem contatos de simples acesso para pinos analógicos e digitais. A plataforma de desenvolvimento Arduino é composta de:
- Um microcontrolador Atmel; -Um cristal ou oscilador; -Um regulador de tensão de 5V; -Algumas são dotadas de saída USB; -Além de bornes, e I/O’s 8 demarcados;
2.6 BASES LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO (ARDUINO)
O Arduino tem uma linguagem própria para programação que utiliza os mesmos princípios da linguagem C. Conforme podemos observar em trecho de texto extraído de TCC – Curso de Informática- projeto de desenvolvimento de um gerenciador de temperatura para Datacenter utilizando Arduino - Autor Iserhardt R. Michel. O processing é uma linguagem de programação open-source que foi projetada em 2001 no Grupo de Estética e Computação do Massachusetts Institute of Technology (MIT) Media Lab por Casey Reas e Benjamin Fry, sob orientação de John Maeda. Porém a versão 1.0, considerada estável, só veio a ser lançada em novembro de 2008 (processing.org 2010). Hoje a linguagem caracteriza-se também por ser interpretada e rodar sobre uma plataforma Java. Segundo Bem Fry (2009), o objetivo inicial era desenvolver uma linguagem focada na criação de imagens, animações e interações. A facilidade na interação com equipamento eletrônicos fez com que a linguagem ganhasse um amplo espaço na área de sistemas embarcados. Hoje ela é comumente utilizada por cientistas e profissionais da área de eletrônica no
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6 Filme que aborda a criação do Arduino. 7 Placa de encaixe direto no Hardware para aplicações específicas com Arduino. 8 I/O’s vem de Input e Output, ou seja entradas e saída.
desenvolvimento de suas atividades. O código fonte desenvolvido em Processing é claro e objetivo. Divide-se em três funções principais: Setup Loop, Draw.
A aparência do código é dividida conforme podemos ver no trecho de texto acima em três partes, sendo estas Setup, Loop e Draw. Setup : é executada apenas uma vez, nela é onde determinamos as funções os I/O’s as bibliotecas e as variáveis. Loop : é executada diversas vezes em um laça eterno, atuando enquanto existir alimentação de tensão na placa. Draw : é utilizada para execução de projetos gráficos imagens.
CAPITULO 3
3.1 PROJETO ESTEIRA SELETORA
Este projeto segue padrões de cores da NBR 7195 contida em anexo 03 para maiores informações de cores de segurança, além de critérios de redundância para maior eficiência em ocorrências tais como emergência, e modo automático e manual quando necessário para retirada de peças da esteira.
A esteira tem como principio de funcionamento a seleção de peças, e estas são expulsas da esteira quando não estão dentro do padrão estabelecidos por altura. Esta expulsão é feita através da detecção do feixe de luz de um sensor óptico colocado no inicio da esteira, semelhante ao da figura 12 este emite um sinal ao CLP que em seguida para o motor da esteira que é semelhante ao da figura 04 e aciona o motor do expulsador que é semelhante a
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FIGURA 05 - ABRAÇADEIRA – Imagem extraída de http://www.lojastamoyo.com.br/loja/produtos/detalhes/ 155518/abracadeira-p-antena em acesso 15/11/12 as 22:47. 3.2.3 EIXO DE MOTO Foram utilizados dois eixos semelhantes a este da figura 06 na esteira.
FIGURA 06 – EIXO DE MOTO - Imagem extraída de http://www.sourcingmap.com.br/quotcomprimento- bicicleta-substituicao-hub-moto-pecas-reparo-eixo-traseiro-p-137075.html em acesso 16/11/12 as 12: 13 3.2.4 SERVO MOTOR Foi utilizado um servo semelhante a este da figura 07, no expulsador só que modificado, pois todo servo tem um limitador para se posicionar em graus, no caso do projeto este dá um giro continuo.
FIGURA 07 – SERVO MOTOR - Imagem extraída de http://campogrande.olx.com.br/micro-servo-motor-9g- iid-79439176 em acesso 16/11/12 as 12:
3.2.5 BOTÃO DE EMERGÊNCIA
Utilizado semelhante a este da figura 08 no projeto para eventuais paradas de emergência.
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FIGURA 8 – BOTÃO DE EMERGÊNCIA - Imagem extraída de http://loja.multitecservice.com.br/bot-o- emergencia-22mm.html em acesso 16/11/12 as 12: 3.2.6 BOTÃO DE DOIS ESTÁGIOS Utilizado para definir no projeto modo automático e manual.
FIGURA 9 - BOTÃO DE DOIS ESTÁGIOS - Imagem extraída de http://www.maqgutierrez.com.br/produto/ 568/0/0/11/488/Chave+comutadora+22,5+mm+-+2+posi%C3%A7%C3%B5es+fixas+contato+NA+-+LAY5- BD21 em acesso 16/11/12 as 12:
3.2.7 BOTÃO PULSADOR Utilizado um de semelhança ao ilustrado na figura 10, no projeto para modo manual visando alguma necessidade de manutenção para que a peça não fique parada na esteira locomovendo esta até o final da esteira até que se reestabeleça o processo.
FIGURA 10 – BOTÃO PULSADOR - Imagem extraída de http://www.gigawattsistemas.com.br/index.php? pg=produtos_detalhes&id=4616&categoria=362 em acesso 16/11/12 as 12:
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