1                                                            SUMÁRIO1 INTRODUÇÃO ............................................
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11REFERÊNCIASBOYLESTAD, R. L. e Nashelsky, L. (1998). Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.Prentice-Hall do Bras...
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Projeto Interdisciplinar - Microcontroladores - Sistema de Controle Guindaste Eletroímã - (Pré-projeto)

  1. 1. 1 SUMÁRIO1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 22 JUSTIFICATIVA .................................................................................................................. 33 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 44 MÉTODO ............................................................................................................................... 5 4.1 Sensores e Atuadores ........................................................................................................ 6 4.1.1 O Guindaste Eletroímã ............................................................................................... 6 4.1.2 Sensor de metais ......................................................................................................... 7 4.2 Microcontrolador .............................................................................................................. 9REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 11
  2. 2. 21 INTRODUÇÃO O controle de um sistema de transporte de chapas, blocos, moldes e outras peçasferrosas é uma atividade corriqueira em metalúrgicas, siderúrgicas, depósitos, linhas demontagem e oficinas em geral. Leves e eficientes, os levantadores magnéticos trazem grandesbenefícios para alguns desses sistemas de controle, eles são fáceis de manipular, pois nãonecessitam de um elevado rigor de parametrização como nas garras e braços robóticos.Porém, são brutos, não trazendo nenhum cuidado especial com o material transportado e aomesmo tempo são sistemas menos inteligentes, dependente da composição do material(ferromagnéticos). Apesar de serem inferiormente hábeis, esses sistemas de controleapresentam igual ou superior eficácia quando se trata de grandes massas metálicas ou resíduos(sucata). Tornando o investimento mais lucrativo e mais simples de se programar e manobrar. Os levantadores magnéticos podem ter diversas configurações de acordo com suasfinalidades no processo. Podem ser Separadores Magnéticos, Tambores Magnéticos ousimplesmente Guindastes de Levantamento utilizando Eletroímãs poderosos. Figura 01 – Eletroímã aplicado a uma esteira com a finalidade de retirar materiais ferrosos indesejáveis ao processo.
  3. 3. 3 Figura 02 – Guindaste Eletroímã atraindo sucatas ferrosas.2 JUSTIFICATIVA Os processos envolvendo mecanismos eletromagnéticos ainda são amplamenteutilizados em alguns sistemas industriais. Porém, atualmente o controle é feitoeletronicamente através de microprocessadores e PLC’s (Programmable logic controller).Podendo ser programados para que atuem automaticamente ou podem ser operadoslocalmente. De tal modo que a lógica de programação estruturada terá que lidar com ainterconexão entre essas duas ocorrências: modo manual e modo automático. Assim, esse sistema mostrou-se adequado para integrar os conhecimentos teóricosabsorvidos no campo da instrumentação (sensores e atuadores), eletrônica e seguramente, nalógica de programação do microcontrolador. Aplicando os conceitos teóricos aprendidos emsala de aula e adquirindo experiência por constatação prática, fixando de forma sólida ecoerente o que foi apresentado nas aulas teóricas expositivas.
  4. 4. 43 OBJETIVOS Este projeto tem como primeiro objetivo arquitetar mecanismos de controle de umaesteira que vai conduzir diversos objetos. Em paralelo a esse aparato, um Eletroímã deslizarásobre um trilho de impressão de uma impressora, controlado pelo Arduino, utilizandotemporizadores. Assim, o Arduino fará aquisição do sinal vindo do sensor e acionará oEletroímã quando necessário, para atrair o objeto ferromagnético que será transportado paraoutro recipiente/compartimento da planta. Além disso, poderá ser empregada uma lógica para alternar entre o modo automático eo modo manual, operado por alguém como em guindastes de levantamento de sucatas. A Figura 03 apresenta um esboço da planta. Figura 03 – Esquemático da planta.
  5. 5. 54 MÉTODO Um sensor indutivo de metais ferrosos será instalado ao lado da esteira e fará o papelde deixar o microcontrolador informado sobre a propriedade magnética do material. Omicrocontrolador por sua vez, ao detectar o metal, mandará um sinal para cortar o circuito daesteira, fazendo-a parar logo após atingir a posição ideal de coleta. Ao parar, através de umcircuito de ponte H, o Arduino acionará o carro de impressão para trazer o Eletroímã ao eixoperpendicular ao objeto. Após essa fase, o Arduino acionará um circuito para energizar asbobinas do aparato, tornando-o um adequado Eletroímã que atrairá o objeto para seu núcleode ferro. Feita a atração magnética, o carro de impressão será novamente posicionado paraliberar a peça atraída em outro compartimento da planta, após o comando domicrocontrolador. A Figura 04 ilustra o trilho de impressão: Figura 04 – Trilho de impressão retirado de uma Impressora Multifuncional.
  6. 6. 64.1 Sensores e Atuadores4.1.1 O Guindaste Eletroímã O atuador do sistema é o Eletroímã móvel acoplado ao carro de impressão que atrai oobjeto sempre que receber um sinal do microcontrolador. É geralmente construído enrolando-se um condutor ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum materialferromagnético. Quando esse condutor é submetido a uma tensão, ocorre a condução de umacorrente elétrica, o que gerará um campo magnético, a Lei de Biot-Savart (Equação 01). Aintensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do Eletroímã dependerão domódulo da corrente e do número de voltas da espira. A circulação de corrente pelo fio produzcampos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no materialferromagnético envolto pelas espiras do condutor. A razão entre a intensidade do fluxomagnético concatenado pelas espiras e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância.Pedaço de ferro apresenta então, as características de um ímã permanente, enquanto acorrente for mantida circulando, e o campo magnético pode ser constante ou variável notempo dependendo da natureza da corrente (alternada ou contínua). (1) Ponderemos que possuímos diversas espiras circulares percorridas por uma correnteconstante. Podemos usar a Lei de Biot-Savart para calcular o campo magnético a umadistância perpendicular ao objeto. Lembrando que: Figura 05 – Campo magnético de uma espira circula.
  7. 7. 7 (2) Onde pode ser facilmente deduzido para: (3) Quando um campo magnético externo é aplicado a um ferromagnético como o ferro, osdipolos atômicos irão alinhar-se com ele. Mesmo quando o campo é removido, parte doalinhamento vai ser mantida: o material tornou-se magnetizado. Para desmagnetizar exige-seaplicação de calor ou de um campo magnético na direção oposta. Assim, terá que ser feitoalgum artifício para que o Eletroímã solte o objeto atraído. 4.1.2 Sensor de metais Um detector de metais consiste basicamente em uma bobina enrolada num núcleo deferro. Esse sensor indutivo usa o princípio de operação das correntes de Foucault. Um circuitooscilador produz uma tensão alternada que ao ser aplicada na bobina, produz um campoeletromagnético. Figura 06 – Circuito Oscilador utilizando Amplificadores Operacionais.
  8. 8. 8O Oscilador gera um sinal senoidal a uma freqüência: (4)Quando um objeto metálico entre no campo, as correntes de Foucault circulam, gerando umcampo magnético oposto ao gerado pelo oscilador. A diminuição do campo magnético reduz aindutância da bobina, abatendo levemente a freqüência das oscilações. A variação dessafreqüência, por sua vez, provoca uma alteração na impedância do indutor do circuito. Figura 07 – Comportamento da saída do sensor.Dessa forma, os componentes são montados numa configuração chamada Ponte deWheatstone, composta por quatro impedâncias, formando dois divisores de tensão emparalelo. É aplicada uma tensão alimentando esse circuito e mede-se a diferença da tensãoentre os dois divisores de tensão. Quando não houver nenhum material ferromagnéticopresente na linha de ação do sensor, todos os elementos apresentarão a mesma impedância.Porém, ao aparecer um metal ferroso, a impedância proveniente da bobina será modificada e aponte será desbalanceada. Apontando um potencial não nulo entre os terminais dos divisoresde tensão. Essa tensão será lida pelo microcontrolador para que o mesmo possa tomar asdecisões pré-estabelecidas via programação.
  9. 9. 94.2 Microcontrolador Microcontroladores consistem em circuitos integrados que possuem internamente ummicroprocessador e todos os seus periféricos fundamentais ao seu funcionamento, comoperiféricos de entrada/saída ,memória (geralmente do tipo EPROM – Erasable ProgramableRead-Only Memory, onde são armazenadas as informações de programa, a serem executadaspelo microprocessador), memória de dados (geralmente do tipo RAM, onde ficamarmazenadas as informações de dados utilizadas pelo programa), temporizadores, contadoresclock e pinos de interrupção e reset. Através da programação podemos controlar as saídas do microcontrolador, tendocomo referência as entradas ou um programa interno. O que diferencia os diversos tipos demicrocontroladores é a quantidade de memória interna, velocidade de processamento,quantidade de pinos de entrada e saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e alinguagem de programação. Para o controle desse sistema, escolheu-se o Arduino, por este possuir uma razoávelcapacidade de processamento e de memória, além de atender aos requisitos de entrada e saídade maneira prática e confiável. O Arduino é baseado em um microcontrolador (ATmega),utilizando uma linguagem própria baseada em C/C++. Seu hardware é constituído pelomicroncontrolador da ATmega e seus periféricos essenciais, como representado na Figura 7, epossui as seguintes características básicas:Tensão de operação 5VTensão de entrada (recomendada) 7-12 V – limites(6-20V)Pinos E/S digitais 14 ( 6 dos quais são saídas PWM)Pinos de entrada analógicos 6Corrente CC por pino E/S 40 mACorrente CC por pino 3.3 V 50 mAMemória Flash 32 KB, sendo 2 KB utilizados pelo bootloaderSRAM 2 KBEEPROM 1 KBVelocidade de Clock 16 MHz . Tabela 01 - Tabela com as características básicas do Arduino versão Duemilinove.
  10. 10. 10 Figura 08 – Microcontrolador Arduino. Os requisitos de desempenho do microcontrolador vão depender também da versãoempregada. O ATmega 328 tem 32kb de memória flash sendo 2kb utilizados pelo bootloaderdo Arduino restando 30kb para armazenamento de código. O ATmega 328 além dos 32kb dememória flash tem 2kb SRAM e 1kb de EEPROM que pode ser acedida através dabiblioteca EEPROM. O ATmega contido no Arduino já traz o bootloader gravado, assimbasta um cabo USB, um computador e a IDE do Arduino para começar a programar.
  11. 11. 11REFERÊNCIASBOYLESTAD, R. L. e Nashelsky, L. (1998). Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.Prentice-Hall do Brasil.CAMPOS, M. e TEIXEIRA, H., Controles Típicos de Equipamentos e Processos Industriais,Edgard Blücher, 2006.

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