Troca de carros de grelha em fornos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP
ESCOLA DE MINAS – EM
COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE
CONTROLE E AUTOMAÇÃO – CECAU
Igor Farias de Almeida
TROCA DE CARROS DE GRELHA EM FORNOS DE
PELOTIZAÇÃO TIPO CARRO DE GRELHA MÓVEL
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO
Ouro Preto, Agosto 2007

Igor Farias de Almeida
Monografia apresentada como um dos
requisitos para a obtenção do título de
Bacharel em Engenharia de Controle e
Automação.
Orientador:
Luiz Joaquim Cardoso Rocha
Ouro Preto, Abril 2006

RESUMO
O processo de aquecimento de pelotas de minério de ferro em fornos de pelotização faz
parte de uma das etapas do processo produtivo da Samarco Mineração. Esses fornos
possuem grandes comboios de carros constituídos por grelhas chamados Carros de
Grelha que conduzem as pelotas por toda extensão do forno para sua “queima”. Devido
ao grande desgaste que estes carros sofrem existe a necessidade de trocá-los com muita
freqüência, fazendo com que a produção fique parada por um período de tempo
considerável, provocando uma redução acentuada na produção. A fim de reduzir ao
máximo o tempo do processo de substituição desses carros, a empresa desenvolveu um
sistema automático para realizar essa troca, constituído de dois elevadores verticais e
um trilho horizontal, controlado via PLC. Nessa monografia são apresentadas duas
programações, uma capaz de simular o sistema mecânico de troca e outra, capaz de
controlar toda a seqüência necessária à realização deste processo. A linguagem de
programação escolhida é o Ladder e o ambiente de desenvolvimento o XSoft. Os
resultados obtidos podem ser utilizados para controlar, via PLC, o sistema mecânico de
troca dos carros de grelha.

ABSTRACT
The process of iron oer heating in furnaces is a part of the productive process of
Samarco Mineração. These furnaces have big convoys of cars consisting by grates that
drive the pellets through all the furnace extension, for the pellets burning. These cars are
named grate cars. Because the extreme consuming, these cars need to be changed very
frequently, stopping the production process for a considerable time, reducing the
production. In order to reduce this cars exchange time, the company developed an
automatic system to do this changing, consisting by two vertical elevators and a
horizontal rail, controlled by PLC. In this monograph are presented two programmings,
one is able to simulate the mechanic system of changing and the other is able to control
all the sequence to the process. The chosen programming language was the Ladder and
the environment of development was the XSoft. The results can be used to control the
mechanic system of exchange by PLC.

VI
SUMÁRIO
RESUMO.......................................................................................................................IV
ABSTRACT.................................................................................................................... V
SUMÁRIO .....................................................................................................................VI
LISTA DE FIGURAS................................................................................................. VII
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS................................................................................ X
1. INTRODUÇÃO........................................................................................................... 1
1.1.PROCESSO PRODUTIVO .................................................................................... 1
1.2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 7
1.3. METODOLOGIA .................................................................................................. 7
2. ALGORÍTIMO E PROGRAMAÇÃO DE CONTROLE ..................................... 11
2.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS............................................................................ 11
2.2. ALGORÍTIMO .................................................................................................... 11
2.3. SENSORIAMENTO............................................................................................ 17
2.4. LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LADDER ............................................... 19
2.5. PROGRAMAÇÃO DE CONTROLE .................................................................. 22
3. ALGORÍTMO E PROGRAMÇÃO DO SISTEMA MECÂNICO ...................... 38
3.1. CONSIDERAÇOES INICIAS ............................................................................. 38
3.2. PROGRAMAÇÃO DO SISTEMA MECÂNICO................................................ 39
4. CONCLUSÃO........................................................................................................... 54
4.1. CONCLUSÕES ................................................................................................... 54
4.2. SUGESTÕES....................................................................................................... 54
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 55

VII
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Esquema lateral do forno de pelotização.............................................. 2
Figura 1.2 – Vista lateral do comboio de carros sendo carregado............................ 3
Figura 1.3 – Zona de secagem ascendente I do forno de pelotização....................... 4
Figura 1.4 – Zona de secagem ascendente II do forno de pelotização ..................... 4
Figura 1.5 – Zona de secagem descendente do forno de pelotização ....................... 5
Figura 1.6 – Zona de pré-queima do forno de pelotização ....................................... 5
Figura 1.7 – Zona de queima do forno de pelotização.............................................. 6
Figura 1.8 – Zona de resfriamento do forno de pelotização .................................... 6
Figura 1.9 – Sistema de troca.................................................................................... 8
Figura 1.10 – Parte gráfica da simulação................................................................ 10
Figura 2.1 – Posição 1 (Inicial) do sistema de troca............................................... 11
Figura 2.2 – Posição 2 do sistema de troca............................................................. 12
Figura 2.10 – Posição 10 do sistema de troca......................................................... 16
Figura 2.13 – Posição 13 (Final) do sistema de troca............................................. 17
Figura 2.14 – Chave NA 5900P Switron ................................................................ 18
Figura 2.15 – Sensoriamento .................................................................................. 19
Figura 2.16 – Contatos do Ladder........................................................................... 19
Figura 2.17 – Estrutura Ladder............................................................................... 20
Figura 2.18 – Corrente Lógica Fictícia................................................................... 21
Figura 2.19 – Tabela de estados lógicos dos contatos ............................................ 21
Figura 2.20 – Bobina LIGADO .............................................................................. 23

VIII
Figura 2.21 – Bobina PARAR ................................................................................ 23
Figura 2.22 – Bobina ON........................................................................................ 24
Figura 2.23 – Bobina PEMER ................................................................................ 24
Figura 2.24 – Bobina EMERON............................................................................. 25
Figura 2.25 – Bobina LIBON ................................................................................. 25
Figura 2.26 – Bobina V1A...................................................................................... 26
Figura 2.27 – Bobina M1D..................................................................................... 26
Figura 2.28 – Bobina V2F ...................................................................................... 27
Figura 2.29 – Bobina RSCONT.............................................................................. 27
Figura 2.30 – Comparador RUCP........................................................................... 28
Figura 2.31 – Bobina CTM2E ................................................................................ 28
Figura 2.32 – Bobina RDCP................................................................................... 29
Figura 2.33 – Comparador COMPOK.................................................................... 29
Figura 2.34 – Bobina M2........................................................................................ 30
Figura 2.35 – Botoeira RM2................................................................................... 31
Figura 2.36 – Bobina M2E...................................................................................... 31
Figura 2.37 – Bobina SM2D................................................................................... 32
Figura 2.38 – Bobina M2........................................................................................ 32
Figura 2.39 – Comparador CPINTOK.................................................................... 33
Figura 2.40 – Bobina CP......................................................................................... 33
Figura 2.41 – Comandos Liga/Desliga CP ............................................................. 33
Figura 2.42 – Rungs para resetar CONTSEC......................................................... 34
Figura 2.43 – Bobina DC........................................................................................ 35
Figura 2.44 – Processo de permissão...................................................................... 35
Figura 2.45 – Bobina M1E...................................................................................... 36
Figura 2.46 – Bobina V1F ...................................................................................... 36
Figura 2.47 – Bobina V2A...................................................................................... 37
Figura 2.48 – Bobina SC......................................................................................... 37
Figura 3.1 – Comprimentos dos equipamentos....................................................... 38
Figura 3.2 – Bobinas AE1U e AE1D...................................................................... 39
Figura 3.3 – Contador CTE1................................................................................... 40
Figura 3.4 – Bobinas RCTE1 e LCTE1.................................................................. 40
Figura 3.5 – Bobinas AE2D e AE2U...................................................................... 41

IX
Figura 3.6 – Contador CTE2 e boinas RCTE2 e LCTE2 ....................................... 41
Figura 3.7 – Bobinas ADC e ASC.......................................................................... 42
Figura 3.8 – Contador CTC e bobinas LCTC e RCTC........................................... 42
Figura 3.9 – Bobinas AM1U e AM1D.................................................................... 43
Figura 3.10 – Contador CTM1 e bobinas RCTM1 e LCTM1 ................................ 43
Figura 3.11 – Sensores S1 e S3............................................................................... 44
Figura 3.12 – Sensores S8 e S7............................................................................... 45
Figura 3.13 – Sensores S14 e S15........................................................................... 45
Figura 3.14 – Sensores S5 e S11 e seus auxiliares S5A e S11A ............................ 46
Figura 3.15 – Sensores S6 e S12............................................................................. 46
Figura 3.16 – Sensor S10 e seus auxiliares S10A e S10B...................................... 47
Figura 3.17 – Sensor S2.......................................................................................... 48
Figura 3.18 – Auxiliar S2A3................................................................................... 48
Figura 3.19 - Auxiliar S2A1 ................................................................................... 48
Figura 3.20 – Auxiliar QS....................................................................................... 49
Figura 3.23 – Auxiliares S4A1 e S4A2 .................................................................. 50
Figura 3.24 - Auxiliares S4A5 e S4A6................................................................... 50
Figura 3.26 – Sensor S4.......................................................................................... 51
Figura 3.28 – Sensor S9.......................................................................................... 52
Figura 3.31 – Sensor S13........................................................................................ 53

X
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ADC Variável auxiliar desce carro.
AE1D Variável auxiliar para descer o elevador 1.
AE1U Variável auxiliar para subir o elevador 1.
AE2D Variável auxiliar para descer o elevador 2.
AE2U Variável auxiliar para subir o elevador 2.
AM1D Variável auxiliar para acionar o motor do carro horizontal para
esquerda.
AM1U Variável auxiliar para acionar o motor do carro horizontal para
direita.
ASC Variável auxiliar sobe carro.
AUXRCP Variável auxiliar para reinicia o carregamento da produção.
BDC Botoeira para descer o carro de grelha no sistema de baixa.
BDCP Botoeira para desligar o carregamento da produção.
BLCP Botoeira para ligar o carregamento da produção.
BM1D Botoeira de acionamento do motor 1 para direita.
BM1E Botoeira de acionamento do motor 1 para esquerda.
BM2D Botoeira de acionamento do motor 2 para o sentido horário.
BM2E Botoeira de acionamento do motor 2 para o sentido anti-horário.
BOTD Botoeira para tirar o sistema do modo manual.
BOTL Botoeira para colocar o sistema em modo manual.
BOTOFF Auxiliar para tirar o sistema do modo manual.
BOTON Auxiliar para colocar o sistema em modo manual.
BSC Botoeira para subir o carro de grelha no sistema de baixa.
BV1A Botoeira para descer o elevador 1.
BV1F Botoeira para subir o elevador 1.
BV2A: Botoeira para descer o elevador 2.
BV2F Botoeira para subir o elevador 2.
C Carro horizontal
CC Variável inteira que indica a posição do sistema de baixa.
CE1 Variável inteira que indica a posição do elevador 1.

XI
CE2 Variável inteira que indica a posição do elevador 2.
CGN Carro de grelha novo.
CGU Carro de grelha usado.
CLDC Bloco lógico para dar pulsos para descer o carro de grelha do
comboio
CLE1D Bloco lógico para dar pulsos para descer o elevador 1.
CLE1U Bloco lógico para dar pulsos para subir o elevador 1.
CLE2D Bloco lógico para dar pulsos para descer o elevador 2.
CLE2U Bloco lógico para dar pulsos para subir o elevador 2.
CLK Bloco lógico para dar pulsos simulando a passagem de um carro
de grelha pelo sensor 13.
CLM1D Bloco lógico para dar pulsos para levar o carro horizontal para
esquerda.
CLM1U Bloco lógico para dar pulsos para levar o carro horizontal para
direita.
CLSC Bloco lógico para dar pulsos para subir o carro de grelha do
comboio
CM1 Variável inteira que mostra a posição do carro horizontal no
trilho.
COMPOK Variável que indica que o carro selecionado para ser trocado está
passando pelo ponto de troca.
CONPRIM Contador primário
CONT1 Variável inteira que indica em qual valor o contador primário se
encontra.
CONT2 Contador 2.
CONT2D Contador 2 para o desligamento do motor do comboio.
CONTRSCP Contador para restaurar o contador primário.
CONTSEC Contador secundário
CP Carregamento da produção.
CPINT Variável inteira que mostra o valor do contador 2.
CPINTOK Variável que indica que o valor do contador 2 é igual a 1.
CS2 Variável de entrada para simular a colocação de um carro de
grelha novo sobre o sensor 2.

XII
CTC Contador que simula o comprimento do sistema de baixa.
CTE1 Contador que simula o comprimento do elevador 1.
CTE2 Contador que simula o comprimento do elevador 2.
CTM1 Contador que simula o comprimento do trilho do carro horizontal.
CTM2E Variável que atua sobre o contador primário, tornando sua
contagem regressiva, caso o motor do comboio esteja em
movimento anti-horário.
DC Desce carro.
DM2 Variável de entrada para o desligamento manual do motor do
comboio.
E1 Elevador 1.
E2 Elevador 2.
EMER Variável de entrada para ativar uma parada de emergência.
EMERON Variável auxiliar para parada de emergência.
FS12 Variável de entrada para forçar o sensor 12.
FS6 Variável de entrada para forçar o sensor 6.
LCTC Variável que restaura o valor 60 ao contador que simula o
comprimento do sistema de baixa.
LCTE1 Variável que restaura o valor 100 ao contador que simula o
comprimento do elevador 1.
LCTE2 Variável que restaura o valor 100 ao contador que simula o
LCTM1 Variável que restaura o valor 200 ao contador que simula o
comprimento do trilho do carro horizontal.
LDCP Variável auxiliar para ligar ou desligar manualmente o
carregamento da produção.
LIB Variável de entrada para retirar o sistema do modo de emergência.
LIBON Variável auxiliar para liberação da parada de emergência.
LIGADO Variável que indica que o sistema está no automático.
LIGAR Variável de entrada para colocar o sistema no automático.
LM2 Variável de entrada para ligar manualmente o motor do comboio.
M1 Motor que impulsiona o carro horizontal.

XIII
M1D Bobina que comanda o acionamento do motor do carro horizontal
para a direita.
M1E Bobina que comanda o acionamento do motor do carro horizontal
para a esquerda.
M2 Motor do comboio.
M2D Bobina que comanda o acionamento do motor do comboio para o
sentido horário.
M2E Bobina que comanda o acionamento do motor do comboio para o
sentido anti–horário.
ON Variável auxiliar para ligar o sistema em automático.
PARAR Variável auxiliar para desligar o sistema.
PCOMP Variável auxiliar para indicar a posição relativa do carro
horizontal.
PEMER Variável que indica que o sistema está em parada de emergência.
PERBOT Variável que indica que o sistema está em modo manual.
PERM Contador auxiliar para o posicionamento do carro horizontal.
PERM1 Variável auxiliar para definição do posicionamento relativo do
carro horizontal.
PERM2 Variável auxiliar para definição do posicionamento relativo do
carro horizontal.
PT Ponto de troca.
QDCP Variável auxiliar para restaurar o valor 30 ao contador primário.
QS Variável auxiliar para identificar a preseça de algum carro de
grelha sobre um dos elevadores.
RCP Variável auxiliar para restaurar o contador secundário.
RCTC Variável auxiliar para restaurar o contador que simula o
RCTE1 Variável auxiliar para restaurar o contador que simula o
RCTE2 Variável auxiliar para restaurar o contador que simula o
RCTM1 Variável auxiliar para restaurar o contador que simula o

XIV
RDCP Variável auxiliar para restaurar o contador primário.
RESCONTSEC Variável auxiliar para restaurar o contador secundário.
RM2 Variável auxiliar para restaurar o contador 2.
RUCP Variável auxiliar para restaurar o contador primário.
S1 Sensor 1.
S10 Sensor 10.
S10A Auxiliar A do sensor 10.
S10B Auxiliar B do sensor 10.
S11 Sensor 11.
S12 Sensor 12.
S13 Sensor 13.
S14 Sensor 14.
S15 Sensor 15.
S2 Sensor 2.
S2A1 Primeiro auxiliar A do sensor 2.
S2A2 Segundo auxiliar A do sensor 2.
S2A3 Terceiro auxiliar A do sensor 2.
S2A4 Quarto auxiliar A do sensor 2.
S3 Sensor S3.
S4 Sensor S4.
S4A5 Quinto auxiliar A do sensor 4.
S4A6 Sexto auxiliar A do sensor 4.
S4A7 Sétimo auxiliar A do sensor 4.
S4A8 Oitavo auxiliar A do sensor 4.
S5 Sensor 5.
S6 Sensor 6.
S7 Sensor 7.

XV
S8 Sensor 8.
S9 Sensor 9.
SC Sobe Carro.
SETPOINT Valor relativo da posição do carro a ser trocado.
SLCP Variável auxiliar para religar manualmente o carregamento da
produção.
SM2D Variável auxiliar para acionamento manual do motor do comboio
em sentido horário.
SR Set/Reset
SRBOT Bloco lógico set/reset para acionamento do sistema em modo
manual.
SRCP Bloco lógico set/reset para reiniciar o carregamento da produção.
SRS2 Bloco lógico set/reset para acionamento do sensor 2.
TONS12 Temporizador para acionamento do sensor 12.
TONS6 Temporizador para acionamento do sensor 6.
TPBOTD Temporizador para desligar o modo manual.
TPBOTL Temporizador para ligar o modo manual.
TPEMER Temporizador para acionar a parada de emergência.
TPLCTC Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPLCTE1 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPLCTE2 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPLCTM1 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o

XVI
TPLIB Temporizador auxiliar para a retirada do sistema de uma parada
de emergência.
TPON Temporizador auxiliar para colocar o sistema em modo
automático.
TPRCTC Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPRCTE1 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPRCTE2 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
TPRCTM1 Temporizador auxiliar para restaurar o contador que simula o
V1 Válvula que aciona o elevador 1.
V1A Bobina que comanda a abertura da válvula de comando do
elevador 1.
V1F Bobina que comanda a fechamento da válvula de comando do
elevador 1.
V2 Válvula que aciona o elevador 2.
V2A Bobina que comanda a abertura da válvula de comando do
elevador 2.
V2F Bobina que comanda a fechamento da válvula de comando do
elevador 2.

1
CAPÍTULO I
1. INTRODUÇÃO
1.1. PROCESSO PRODUTIVO
O processo de aquecimento de pelotas de minério de ferro faz parte de uma
das etapas do processo produtivo da Samarco Mineração. O processo tem início com a
chegada do minério de ferro, via mineroduto, em forma de polpa (mistura de minério e
água) que ao chegar é conduzido a uma pré-seleção feita por ciclones. Nestes ciclones o
minério selecionado já está pronto para a venda, enquanto que, a parte não selecionada
continua na linha de produção. A polpa de minério descartada nesta seleção é
constituída, basicamente, por um minério mais fino que, juntamente com a água, é
encaminhado para os espessadores onde ocorre a etapa do desaguamento da polpa. O
material sedimentado segue para os homogeneizadores, que são tanques onde ocorre o
armazenamento do minério para a fase seguinte do processo que é a filtragem.
Na filtragem, que recebe material dos tanques homogeneizadores, ocorre a
separação quase total entre a água e o minério. O produto dessa operação recebe, então,
insumos (calcário, carvão mineral e bentonita) que melhoram as características físicas e
químicas das futuras pelotas. A seguir, o minério tratado passa por discos onde ocorre a
formação de pelotas cruas que são encaminhadas ao forno de pelotização por meio de
uma esteira. No final da esteira as pelotas são depositadas no carro de grelha.
Os carros de grelha estão arrumados em comboios, guiados por trilhos e são
responsáveis pela condução das pelotas por toda extensão do forno, onde são secadas,
queimadas e resfriadas (processo denominado de queima), para posterior transporte,
estocagem e embarque.
Devido ao grande desgaste que estes carros sofrem (grande variação de
temperatura num ambiente hostil) existe a necessidade de trocá-los com muita
freqüência. A troca do carro de grelha envolve a parada do comboio, a retirada do carro
em questão e sua substituição por um novo carro. Este procedimento, quando realizado

2
por um operador, faz com que a produção fique parada por um período de tempo
considerável, o que provoca uma redução acentuada na produção.
Visando reduzir ao máximo o tempo do processo de substituição destes
carros, a empresa desenvolveu um sistema automático para realizar essa troca,
constituído de dois elevadores verticais e um trilho horizontal, controlados via PLC.
A Figura 1.1 apresenta o esquema completo, em vista lateral, de um forno
de pelotização, e em destaque, parte do comboio de carros de grelha. No forno de
pelotização as pelotas cruas passam por seis processos, que tem por objetivo o
endurecimento da pelota, que são denominados: Secagem ascendente I; Secagem
ascendente II; Secagem descendente; Pré-queima; Queima e Resfriamento (Todas as
figuras relativas aos estágios do forno são apresentadas em corte frontal, tendo como
parte central o carro de grelha carregado e o sentido do ar passante em cada subdivisão
do forno).
Alimentação
Descarga
Secagem
Ascendente
Sec.
Desc.
Pré-
Queima
Queima Resfriamento
Entrada
de
Ar
Figura 1.1 – Esquema lateral do forno de pelotização
A Figura 1.2 nos mostra detalhes dos carros sendo carregados com pelotas
cruas antes da entrada do forno.

3
Figura 1.2 – Vista lateral do comboio de carros sendo carregado
Antes do carregamento dos carros com as pelotas cruas de minério de ferro,
eles precisam ser cobertos com algumas camadas de pelotas já cozidas (que já passaram
pelo forno) que são colocadas no fundo e nas paredes dos carros. Esse processo
possibilita um melhor resultado no cozimento das pelotas.
As pelotas cruas passam por uma pré-seleção em mesas de rolos. As que
possuem tamanho ideal vão para o forno e as rejeitadas voltam ao processo de
pelotização nos discos a fim de adquirirem um tamanho aceitável. A velocidade da
grelha (5,8 m/min) possibilita uma estadia adequada das pelotas em cada parte do forno,
fornecendo às mesmas, a possibilidade de adquirirem características físico-químicas
necessárias para as fases seguintes do processo.
As secagens ascendentes I e II recebem esse nome devido ao fato do fluxo
gasoso estar no sentido ascendente, portanto, são mais eficiente nas pelotas localizadas
na parte inferior do leito. A diferença essencial entre essas duas secagens está na origem
dos gases utilizados. Na primeira, os gases são provenientes da zona de resfriamento, e
na segunda, são oriundos da zona de queima, conseqüentemente os gases atuantes na
secagem ascendente II são mais quentes (Figuras 1.3 e 1.4). Na secagem descendente os
gases também são vindos da zona de queima, mas sua característica principal não é essa,

4
e sim, o sentido que eles passam pelo leito de pelotas, descendente, como mostrado na
Figura 1.5 tornando essa secagem mais eficiente nas pelotas que se encontram no leito
superior.
Figura 1.3 – Zona de secagem ascendente I do forno de pelotização
Figura 1.4 – Zona de secagem ascendente II do forno de pelotização
.

5
Figura 1.5 – Zona de secagem descendente do forno de pelotização
Na pré-queima, apresentada pelo esquema da Figura 1.6, as pelotas são
expostas a um fluxo descendente de gases à temperatura da ordem de 500 a 900°C.
Nestas condições, estas sofrem um aquecimento adequado antes de serem submetidas a
rigorosas temperaturas na zona de queima.
Figura 1.6 – Zona de pré-queima do forno de pelotização

6
A queima, Figura 1.7, é a fase na qual as pelotas são submetidas as mais
rigorosas temperaturas, da ordem de 1000 a 1380°C, que são alcançadas através da
queima de óleo combustível, realizada nos queimadores. Ao saírem da zona de queima é
necessário efetuar o resfriamento a seco do leito de pelotas até uma temperatura que seja
possível o seu transporte para o pátio de estocagem. Este resfriamento se dá através de
um fluxo ascendente intenso de ar atmosférico à temperatura ambiente, Figura 1.8.
Figura 1.7 – Zona de queima do forno de pelotização
Figura 1.8 – Zona de resfriamento do forno de pelotização

7
Como podemos observar, as pelotas cruas são despejadas nos carros de
grelha, que serão conduzidos por toda extensão do forno. Estes são submetidos a
grandes variações de temperatura constantemente, isso, somado a outros fatores,
promove o seu desgaste, fazendo com que exista a necessidade de repará-los.
O processo de troca para manutenção desses equipamentos deve ser feito
com agilidade e precisão para que não haja uma pausa muito prolongada na produção da
empresa, evitando prejuízos. Para que isso ocorra é imprescindível uma programação de
controle adequada do sistema de troca.
O fato de não termos contato com o sistema real explica a necessidade de
uma programação que imite as reações desse sistema, com a finalidade de efetuarmos
testes e melhorarmos o desempenho de nosso controle. Por esse motivo é apresentada
também uma programação que simula o acionamento dos atuadores e as reações que
eles provocam.
1.2. OBJETIVOS
O presente trabalho apresenta uma programação capaz de controlar e
simular um sistema mecânico que realiza troca dos carros de grelha do sistema de
fornos tipo grelha móvel utilizado pela Samarco em seu processo produtivo de pelotas
de minério de ferro na usina localizada em Ponta de Ubu, Anchieta, E.S. A essência do
projeto é o seqüenciamento de ações controladas via PLC’s (Controladores Lógico
Programáveis) que serão programados utilizando uma linguagem de programação
denominada Ladder.
1.3. METODOLOGIA
O sistema que é simulado e controlado é um conjunto de dois elevadores,
um sistema de baixa e um trilho horizontal que conduzem os carros durante o processo
de troca, mostrado na Figura 1.9.

8
Posição de substituição Elevadores
Trilho horizontal
Posição de troca Carro usado
Carro novo
Sistema de
baixa
Figura 1.9 – Sistema de troca
O processo de troca é iniciado com a escolha do carro usado a ser trocado,
feito isso, o sistema espera a confirmação do carro novo na posição de substituição.
Quando o carro usado passar pela segunda vez pelo ponto de troca (isso
evita que o sistema seja iniciado com o carro a ser trocado em uma posição não
desejável), o comboio pára e o sistema de elevadores é acionado, a troca então é
realizada, após isso o comboio volta ao movimento e o sistema de troca à posição
inicial.
A programação é feita em um ambiente de programação denominado XSoft
onde aparece o posicionamento de todos os sensores assim como a seqüência de
movimentos efetuados pelos carros.
O XSoft é uma ferramenta fabricada pela Moeller (Moeller Electric Ltd) que
permite a programação, visualização gráfica e respostas dos atuadores a estímulos nos
sensores.
Primeiramente é determinada a seqüência que esse sistema de troca tem que
seguir para que ocorra a troca dos carros em tempo aceitável. O passo seguinte é
sensoriar adequadamente o sistema para termos uma visão exata de onde se encontram
seus componentes e os carros de grelha.
Com o sensoriamento e o senquenciamento em mãos é possível a
implementação do programa que controla o sistema. Por fim é implementada a
visualização do sistema (graficamente) de forma a proporcionar um melhor

9
entendimento. A simulação, seus passos e componentes são mais bem explicados nos
capítulos seguintes.
A lógica de monitoramento dos sensores e dos movimentos ao longo do
processo é controlada por um Controlador Lógico Programável (PLC) que é
programado utilizando a linguagem Ladder.
Um Controlador Lógico Programável, conhecido também por sua sigla CLP
ou PLC (Programmable Logic Controller) é um computador especializado, baseado
num microprocessador que desempenha funções de controle de diversos tipos e níveis
de complexidade. Os PLC’s são definidos pela capacidade de processamento de um
determinado numero de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S).
De acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), o
PLC “é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais”. Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures
Association), “é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável
para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais
como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por
meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou
processos”.(pt.wikipedia.org)
A linguagem de programação Ladder foi a primeira linguagem destinada
especificamente à programação de PLC’s e está sendo aqui utilizada por ser uma
linguagem gráfica, baseada em símbolos semelhantes aos encontrados em esquemas
elétricos (contatos e bobinas) de fácil compreensão e utilização, e pode ser utilizada
para programação da maioria dos PLC’s do mercado. (www.engprod.ufjf.br).
Os sensores utilizados são contatos NA (Normalmente Abertas) que, quando
são acionados, permitem a passagem de corrente para os cartões de entrada do PLC
acusando a presença do carro no local. A escolha destes sensores é explicada pela
robustez e fácil funcionamento.
As programações são simuladas no XSoft em um ambiente gráfico que o
programa oferece.

10
Na Figura 1.10 é mostrada uma visão da parte gráfica da simulação
Figura 1.10 – Parte gráfica da simulação
Quando executamos a simulação podemos acompanhar a movimentação dos
carros e atuadores, assim como a do comboio, numa visão do que seria o
comportamento do sistema mecânico real.
No canto superior direito observa-se o comportamento do sistema mecânico
através da movimentação de todos os seus atuadores. Na parte inferior temos a
apresentação da atuação dos sensores e dos atuadores representados, respectivamente,
pelas elipses (em cinza quando não atuados ou em amarelo quando atuados) e pelos
quadrados (em vermelho quando estão desativados ou em verde quando estão atuando).
Em cinza mais claro temos as botoeiras de comando e em cinza mais escuro, na
parte central superior, temos um painel que indica algumas situações do sistema, por
exemplo, quando ele está em modo manual ou quando o comboio está aberto.

11
CAPÍTULO II
2. ALGORÍTIMO E PROGRAMAÇÃO DE CONTROLE
2.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Antes de mostrarmos a programação do sistema mecânico vamos apresentar
a programação de controle.
A automação do processo de troca dos carros de grelha se resume ao
sensoriamento da posição dos carros feita através de sensores de presença e a ativação
de motores e válvulas em uma determinada ordem. Esse seqüenciamento é promovido
pela programação Controlador Lógico Programável.
2.2. ALGORÍTIMO
A seqüência proposta para a execução da troca começa com o carro de
grelha novo (CGN) sobre o elevador 1 (E1) posicionado na coordenada 0,1 (Figura 2.1),
constatada a presença do CGN no E1 são acionadas as válvula pneumáticas de E1 (V1)
baixando o CGN até a posição 0,0 sobre o carrinho (C) (Figura 2.2)..
CGN
E1
C
E2
0
0
1
V1 V2
M1
1
CGU
M2
PT
2
Figura 2.1 – Posição 1 (Inicial) do sistema de troca

12
É acionado então o motor da corrente de C (M1) conduzindo-o para a
posição 1,0 (Figura 2.3) onde são acionadas as válvulas pneumáticas (V2) do elevador 2
(E2) conduzindo o CGN para a posição 1,1 (Figura 2.4).
E2
CGN
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
CGU
M2
PT
2
Figura 2.2 – Posição 2 do sistema de troca
CGN
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
CGU
M2
PT
2

13
C é conduzido até a posição 2,0 (Figura 2.5) e então é inicia a espera pela
chegada do carro de grelha usado (CGU) a ser trocado na posição de troca
CGN
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
CGU
M2
PT
2
CGN
E2
E1
C
CGU
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
O motor do comboio de carros (M2) pára quando o CGU passa pelo ponto
de troca (PT), localizado próximo ao ponto 3,0, e este é baixado até C (Figura 2.6).

14
CGN
E2
E1
C
CGU
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
Após o processo de baixa do CGU, C é conduzido para o ponto 0,0 (Figura
2.7) onde V1 é acionado elevando o CGU para a posição 0,1 onde é retirado (Figura
2.8).
CGN
E2
E1
C
CGU
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2

15
CGU CGN
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
C então translada para 1,0 (Figura 2.9) onde CGN é baixado pelo
acionamento de V2 até alcançar C em 1,0 (Figura 2.10) sendo conduzido ao ponto 3,0
onde começará o processo de recolocação do CGN ao comboio de carros (Figura 2.11).
CGU CGN
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2

16
CGU
CGN
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
Terminado o processo de recolocação (Figura 2.12) M2 é acionado -
colocando o comboio em movimento – e C volta para sua posição inicial (Figura 2.13).
CGN
CGU
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2

17
CGU
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
CGU
E2
E1
C
0
0
1
V1 V2
M1
1
M2
PT
2
Figura 2.13 – Posição 13 (Final) do sistema de troca
2.3. SENSORIAMENTO
Sensores de presença são chaves NA – normalmente abertas – que foram
selecionadas devido ao seu fácil funcionamento e resistência a lugares mais adversos.
Um exemplo dessas chaves é apresentado na Figura 2.14, ela é uma chave modelo
5900P produzida Switron (Switron Indústria Eletromecânica Ltda, 1993) que possui

18
corrente máxima de operação de 15 A e trabalha em uma faixa de temperatura de -20°C
a +80°C.
Figura 2.14 – Chave NA 5900P Switron
Uma proposta de sensoriamento é apresentada na Figura 2.15. Os sensores
S1, S3, S7 e S8 são utilizados para a localização da posição dos elevadores, os S2, S4 e
S9 são para localizar onde se encontram os carros de grelha que estão sendo trocados
(CGN e CGU). S5, S10 e S11 informam a posição do carrinho C. Os sensores S14 e S15
indicam a posição do carro que está saindo ou sendo colocado do/no comboio. S13
enxerga a passagem de algum carro do comboio pelo ponto de troca, tornando possível
o registro de qual posição se encontra presente nesse ponto. As chaves S6 e S7 são
sensores de segurança, a qualquer momento que uma delas for acionada todo o sistema
é travado evitando maiores danos ao equipamento. Não existe a necessidade de chaves
elétricas para a proteção dos elevadores (em seu nível mais alto ou mais baixo), pois os
sistemas hidráulicos já possuem suas proteções e estas impossibilitam a extrapolação
dos atuadores em seus cursos.

19
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10 S11S12
S13
S14
S15
Figura 2.15 – Sensoriamento
2.4. LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LADDER
A programação que rege o algoritmo (que é explicada mais a frente) é feita
em uma linguagem de programação definida como Ladder. Esta foi a primeira
linguagem de programação destinada especificamente para a programação de PLC’s.
O Ladder é baseado em símbolos semelhantes aos encontrados nos
esquemas elétricos (contatos e bobinas). Na Figura 2.16 é mostrada a representação dos
contatos normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF) utilizados para
compor as seqüências da programação.
Figura 2.16 – Contatos do Ladder
A estrutura do programa se parece com uma escada (ladder), de onde vem o
nome dessa linguagem. Duas barras verticais são interligadas pela Lógica de Controle,
os “degraus” (rungs) da escada. Os rungs são constituídos por linhas e colunas. Esta
estrutura é apresentada na Figura 2.17.
Um programa em Ladder, portanto, é constituído por vários rungs e estes
contêm uma ou mais linhas de comando.

20
Figura 2.17 – Estrutura Ladder
Para que um elemento de saída (bobina, contador, temporizador, etc.) seja
ativado existe a necessidade de “energizá-lo logicamente”. Imaginemos que entre as
barras verticais exista uma diferença de potencial (a barra da esquerda positiva e a da
direita negativa) e que entre elas existam contatos que formam a Lógica de Controle.
Quando o programa em ladder é executado uma corrente tentará ser formada através das
linhas e de seus contatos. Caso os contatos em uma linha permitam a formação e
passagem dessa corrente o elemento de saída desse rung é acionado (ativado), essa
corrente é definida como Corrente Lógica Fictícia.
Na Figura 2.18 pode-se observar que o acionamento do contato X1 permite
a passagem da corrente na linha 1 do rung 1 sendo Y1 energizado, mas no rung 2, Y2 só
será energizado se X2 for acionado. Como X3 é um contato normalmente fechado,
enquanto não for atuado, ele permitirá que Y2 continue ativo enquanto X1 e X2
estiverem ativos, caso X3 seja acionado, Y2 será desativado e os contatos X1 e X2 não
terão mais influência sobre o estado de Y2, pois X3 manterá a linha aberta não
permitindo a passagem da corrente.

21
X1 Y1
Y2
(+) (-)
Figura 2.18 – Corrente Lógica Fictícia
Para usuários novatos em Ladder a relação entre o chaveamento dos
contatos e a ativação das bobinas pode ficar um pouco confusa, para melhor a
compreensão dessa relação é apresentada na Figura 2.19 um uma tabela com as
associações entre elemento de entrada, os contatos lógicos e o fluxo de corrente.
Figura 2.19 – Tabela de estados lógicos dos contatos

22
Maiores detalhes sobre a programação Ladder podem ser encontrados no
sítio www.engprod.ufjf.br.
2.5. PROGRAMAÇÃO DE CONTROLE
Conhecida a estrutura básica do Ladder apresenta-se e descreve-se a
programação e o algoritmo que controla o seqüenciamento necessário para efetuar a
Inicialmente o sistema estará em estado de espera, com a posição dos
elevadores e do carro em sua localização inicial como visto na Figura 2.1. Neste instante
o operador tem as opções de iniciar a troca automaticamente ou de colocar o sistema em
modo manual. No modo automático todas as ações são realizadas pelo PLC, já no modo
manual, o operador libera o acionamento das botoeiras de campo, onde os operadores de
campo podem acionar livremente os comandos dos elevadores (V1 e V2), do carro (C),
atuar sobre o sistema de baixa e comandar o comboio de carros (M2) para o sentido
horário ou anti-horário. Essas botoeiras, tanto a de Emergência, de controle dos
equipamentos e a de liberação de controle manual, podem ser acionadas pelo
computador (na sala de operação) ou manualmente no local (pelos operadores de
campo).
O sistema só aceitará a entrada em automático se todo o conjunto de
atuadores e sensores estiver em sua posição inicial, ou seja, S1 ativado, o que garante
que o elevador 1 esteja levantado, S2 acionado, informando a existência do carro de
grelha novo (CGN) pronto para a troca. O carro C, que vai receber o CGN, tem que
estar na posição de S5 e o elevador 2 baixo, que pode ser constatado pelo acionamento
de S8 e o motor do comboio (M2) ligado. Estando estes pré-requisitos de acordo, o
sistema esperará o acionamento do contato ON para energizar a bobina LIGADO, o que
indica que o sistema entrou em automático. O sistema estando em automático só sairá
deste se o contato PARAR for ativado, Figura 2.20. O contado PARAR será energizado
caso a seqüência de troca chegue ao fim ou se for constatada alguma parada de
emergência – PEMER ativado- (Figura 2.21).

23
Todos os sensores são chamados de Sn, onde “n” é o número do sensor
(rever Figura 2.15). A variável M2 comanda o acionamento do motor do comboio (M2)
e M1E é a variável que comanda o motor que impulsiona o carro (C) para a esquerda.
Figura 2.20 – Bobina LIGADO
Figura 2.21 – Bobina PARAR
Na Figura 2.21 o contato M1E possibilita a programação perceber que o
sequenciamento não está em seu inicio, mas sim, em seu fim, pois as posições inicial e
final dos atuadores são as mesmas. Este detalhe é muito importante para que o PLC
possa tomar sua próxima decisão corretamente.
O contato LIGAR, que ativa o bobina ON (Figura 2.22), só tem influência
sobre o sistema se este estiver desligado e fora do modo manual (representado pela
variável PERBOT). O temporizador, neste caso chamado de TPON, garante que o
contato LIGAR fique ativo no mínimo por meio segundo, isso porque, a programação
feita, exige a garantia de que o contato esteja acionado. Esse recurso é utilizado nos
contatos LIGAR, EMER (que ativa a parada de emergência), LIB (que libera o sistema
após uma parada de emergência) BOTL e BOTD (que liberam e bloqueiam as botoeiras
de campo respectivamente).

24
Figura 2.22 – Bobina ON
As paradas de emergência podem acontecer por três fatores (Figura 2.23):
Acionamento do sensor S6; acionamento do sensor S12 ou pelo acionamento do contato
de emergência (EMERON).
Figura 2.23 – Bobina PEMER
O acionamento do sensor S6 significa que o carro (C) chegou ao final do
trilho horizontal em sua parte esquerda, o que leva a crer que ocorreu uma falha do
sensor S5, então, para evitar maiores danos, todo o sistema é travado.
Do mesmo modo se S12 acionar quer dizer que houve uma falha em S11 e
que C chegou ao final do curso à direita, assim o sistema também é travado.
Se o contato EMERON é atuado significa que aconteceu algum problema no
sistema só percebido pelos operadores (algum acidente ou algum comportamento
imprevisto). Essa variável é energizada pela ação de um contato chamado de EMER que
pode ser acionado tanta da sala de operações quanto do campo (Figura 2.24). Este
contato tem prioridade alta significando que a qualquer momento que ele for acionado
toda a seqüência é paralisada. Note também nesta Figura a presença do temporizador
TPEMER.

25
Figura 2.24 – Bobina EMERON
O sistema continua em parada de emergência até que LIBON seja
energizada. Esta variável é atuada se, e somente se, o sistema estiver em estado de
emergência, na posição inicial e o contato LIB (que é ativado manualmente) for
acionado (Figura 2.25). Liberado o sistema ele volta ao seu funcionamento normal.
Figura 2.25 – Bobina LIBON
O sistema entrando em modo automático a primeira atitude do PLC é baixar
o elevador 1, representado na programação pela bobina V1A, essa operação dura até que
o sensor S3 seja acionado. Outro modo de se operar a baixa de V1 é de modo manual
pelo acionamento do contato BV1A quando o sistema se encontrar em modo manual
(Figura 2.26).
De acordo com a configuração mecânica do equipamento o primeiro sensor
a ser desativado é o sensor S1, seguido pelo acionamento do sensor S4. Após a abertura
de S2, que implica o total desacoplamento do carro de grelha novo (CGN) do elevador
V1, o sistema autoriza o deslocamento do carro C para a direita até o acionamento do
sensor S10, esse acionamento é gerenciado pela primeira e quinta linhas do rung
apresentado na Figura 2.27.

26
Figura 2.26 – Bobina V1A
Figura 2.27 – Bobina M1D
A ordem de acionamento dos equipamentos é baseada na posição dos
elevadores e do carro C, por isso, toda programação para ordenar o acionamento ou
parada de qualquer atuador é dependente do conjunto de sensores, que estão ativos ou
não, e algumas vezes, da percepção do estado de funcionamento de algum equipamento.
Alem, é claro, das permissões LIGADO (modo automático) ou PERBOT (modo
manual).
O carro C pára ao chegar em S10 e começa então o processo de subida do
elevador V2 (acionamento da bobina V2F) que será paralisado ao acionamento do
sensor S7 (comando representado na programação pelas linhas 1 e 2 do rung da Figura
2.28. Com S4 liberado o carro C é comandado pela segunda vez a se deslocar à direita.
Esse processo é cessado quando C encontra o sensor S11 ( linhas 2 e 5 Figura 2.27).
M1D também pode ser energizado quando em modo manual e acionada a botoeira
BM1D.

27
Figura 2.28 – Bobina V2F
Constatada a presença de C sobre o sensor S11 o sistema então espera a
chegada do carro de grelha usado (CGU) na posição de troca. O carro a ser trocado é
definido pelo local que ele ocupa no comboio em relação aos outros, essas posições são
pré-definidas. Para se escolher o carro a ser trocado é necessário informarmos ao
sistema qual o número correspondente a sua posição (nesse trabalho a tomada desse
valor é feita através de um teclado numérico no simulador) que é armazenado na
variável SETPOINT.
Toda vez que o motor 2 está em sentido horário (contato M2D) e o sensor
S13 é acionado, a saída inteira (variável CONT1) do contador CONPRIM é
incrementada de 1, dessa forma conseguimos saber qual carro de grelha se encontra na
posição de troca (Figura 2.29). A programação que está sendo apresentada possibilita a
contagem de até trinta posições distintas no comboio, mas esse valor é facilmente
modificado para atender uma necessidade maior de carros. Toda vez que o contato M2D
(comboio em sentido horário) está energizado e CONT1 atinge o valor 30 é energizada
a saída RUCP (Figura 2.30) que reseta CONPRIM (CONT1 retorna zero) isso
possibilita uma contagem cíclica de zero a vinte e nove seja realizada.
Figura 2.29 – Bobina RSCONT

28
Figura 2.30 – Comparador RUCP
Caso o motor M2 esteja em rotação contrária ao seu sentido normal
(contato M2E acionado) existe a necessidade do decremento de 1 do valor da variável
CONT1 após o acionamento do sensor S13, essa situação energiza a bobina CTM2E
(Figura 2.31) que atua no contador CONTPRIM de forma que este realize o decremento
em CONT1. Quando CONT1 está em zero e o sistema ainda está forçando que o
contador seja decrementado é necessário que voltemos CONTPRIM a 29.
Figura 2.31 – Bobina CTM2E
A saída QD do contador da Figura 2.29 energiza a variável QDCP quando o
seu valor atinge zero possibilitando a passagem de corrente para um novo contador
(CONTRSCP) quando S13 for acionado, e, por conseqüência, ativa a bobina RDCP que
faz com que CONT1 retorne o valor 29 (Figura 2.32). Esse novo contador tem o papel
de garantir que o valor zero apareça na tela do controlador, caso ele não estivesse
presente o contador CONTPRIM seria colocado no valor 29 instantaneamente após sua
contagem atingir zero. Como conseqüência, para o operador, a contagem regressiva
seria apenas até o valor 1 e não até o zero, resultando perda uma posição na contagem e
fazendo com que a programação saia de sintonia com a real posição dos carros de grelha
no comboio.

29
Figura 2.32 – Bobina RDCP
Na Figura 2.33 é apresentado um bloco lógico que funciona como um
comparador de números inteiro (que também já foi usado na Figura 2.30), suas entradas
são o SETPOINT (posição do carro que vai ser trocado) e o CONT1 (posição que se
encontra no ponto de troca) e sua saída é uma variável definida como COMPOK. A
saída é energizada se, e somente se, os valores de SETPOINT e CONT1 forem iguais,
identificado que a posição que contem o carro a ser trocado passou pela posição de
troca.
Figura 2.33 – Comparador COMPOK
No rung apresentado pela Figura 2.34 é mostrada uma bobina diferente das
que já foram vistas. Essa, representada pela variável M2D, está “cortada” por uma barra,
o que significa que em seu estado natural (não acionada) ela se encontra energizada.
Toda vez que COMPOK ativa a entrada de CONT2, a variável CPINT é
incrementada de 1 e quando seu valor for igual ou maior que 2 a saída do contador
permite a passagem da corrente lógica à bobina M2D. Como M2D (bobina que controla
o Liga/Desliga do motor do comboio em sentido horário) é iniciada ligada, quando
CONT2 libera a passagem de corrente o motor do comboio é desligado e a bobina M2D
é vista como desenergizada.

30
M2D ainda pode ser desligado quando o sistema estiver em manual pelo
acionamento da botoeira DM2 e quando o comboio não estiver se movendo em sentido
anti-horário e nem sendo carregado de pelotas (contato CP). Segunda linha do rung da
Figura 2.34.
Figura 2.34 – Bobina M2
A função de CONT2 é garantir que o motor do comboio só seja desligado na
segunda vez que o carro de grelha selecionado passar pelo ponto de troca, isso evita o
problema do CGU parar em um lugar que impossibilite sua retirada do comboio.
Vamos supor que foi selecionado pelo operador, para ser trocado, o carro da
posição 12 e, no momento do acionamento do sistema no modo automático, o carro da
12° posição esta passando pelo ponto de troca (PT). Por conseqüência, o sensor S13
estará acionado e percebendo a presença do carro, mas, provavelmente, é o meio deste
que estará passando pelo ponto ideal e não seu começo, ocasionado assim, um “erro” de
posição que inviabiliza a troca e leva a uma situação que pode danificar o equipamento.
Assim, forçando que o comboio só pare quando a posição selecionada passar pela
segunda vez pelo PT esse problema é sanado.
Neste rung, na terceira linha, percebemos também a presença de S14, que
aqui força que o motor M2 continue parado enquanto o comboio estiver aberto para a
retirada do carro de grelha usado.

31
Os contadores CONT2 e CONT2D são resetados quando, em modo
automático, o sensor S15 é acionado (o CGU termina de ser baixado) ou quando em
manual, a botoeira LM2 é acionado e M2 não estiver sendo acionado em sentido anti-
horário, representado pelo contato M2E (Figura 2.35).
Figura 2.35 – Botoeira RM2
Em modo manual existe a possibilidade de acionarmos o comboio em
sentido oposto ao seu normal (horário) para alguma correção de posição. A Figura 2.36
apresenta a programação que rege esse comando e nos possibilita a observação da
dependência dele de que motor esteja parado e de que o contato BM2E esteja acionado.
Figura 2.36 – Bobina M2E
Existe também o acionamento do comboio em sentido horário através de
uma botoeira específica. Essa é chamada de BM2D e só apresenta efeito sobre o sistema
se o conjunto se encontrar em modo manual e o motor M2 não estiver em movimento
anti-horário. Com todos esses requisitos atendidos é fornecido o direito de passagem à
corrente lógica que energiza a bobina de suporte SM2D que abrirá o contato de mesmo
nome na Figura 2.34 acionando o motor M2 em sentido horário.
O rung que comanda a bobina SM2D é apresentado na Figura 2.37.

32
Figura 2.37 – Bobina SM2D
Para o controle e bom funcionamento da programação existe a necessidade
de sabermos se o motor do comboio está parado ou não. Essa percepção é feita pela
energização da bobina M2 e acontece se esse motor estiver ligado em qualquer um dos
dois sentidos com a respectiva programação mostrada na Figura 2.38.
Figura 2.38 – Bobina M2
Antes de pararmos o comboio para começarmos a retirada do carro de
grelha usado é necessário que o carregamento do comboio com pelotas seja paralisado.
Pela programação apresentada, o carregamento é paralisado quando a terceira posição
anterior à posição escolhida passa pelo ponto de troca.
Vamos supor que o CGU que queremos trocar se encontra na 12° posição,
então o carregamento para quando a posição 9 passar pelo ponto de troca garantindo que
no instante em que o comboio parar não sejam encontrados carros de grelha carregados
próximo ao ponto de troca. Quando CGU passa pelo ponto de troca pela primeira vez a
variável inteira CPINT (Figura 2.34) apresenta o valor 1 que, através do comparador da
Figura 2.39, energiza o contato CPINTOK e dá permissão ao inicio da contagem no
contador CONTSEC a cada acionamento do sensor S13 (Figura 2.40). A contagem se
completa com o valor 28 que é quase uma volta completa de todo o comboio. Como
este valor está subtraído de 2 do valor total de carros de grelha existentes no comboio,
quando o CGU da 3° posição anterior do CGU a ser trocado passara pelo ponto de troca,
o carregamento para.

33
Figura 2.39 – Comparador CPINTOK
Figura 2.40 – Bobina CP
O carregamento também pode ser paralisado ou iniciado em modo manual
pelo acionamento das botoeiras BDCP e BLCP mostradas nos rungs da Figura 2.41.
Figura 2.41 – Comandos Liga/Desliga CP
O contador CONTSEC volta a seu estado inicial quando, a variável auxiliar
RCP ou a variável PEMER (que representa uma parada de emergência) estiverem
permitindo a passagem da corrente e o motor M2 for acionado (rung 3° da Figura 2.42).
Quando M2 pára, energiza a bobina AUXRCP (rung 1° Figura 2.42), que
levará a saída do bloco lógico SRCP para o valor 1 (significado que sua saída está

34
atuada) energizando RCP (rung 2° Figura 2.42). A saída desse bloco lógico será
desenergizada quando a variável PARAR estiver ativa.
Figura 2.42 – Rungs para resetar CONTSEC
Constatada então a presença, pela segunda vez, do corro de grelha usado
(CGU) no ponto de troca o comboio pára, permitindo a passagem da corrente lógica
pelo contato M2 da Figura 2.43. Estando o carro C na posição correta para receber CGU
(S11 ativo), o comboio estiver fechado (S14 ativo) e o contato PERM1 fechado é
iniciada o processo de baixa do CGU sobre C. Esse processo continua até que seja
atuado o sensor S15 (comboio totalmente aberto).
O sistema de decida do CGU pode ser acionado, se o sistema estiver em
manual, pela botoeira BDC, mas isto só será permitido se o comboio estiver parado e o
sistema de troca não estiver completamente baixo.

35
Figura 2.43 – Bobina DC
As variáveis PERM1 e PERM2 são auxiliares na programação que definem
quando o PLC deve comanda a subida ou decida dos carros de grelha no comboio.
Quando o sistema está no automático e o sensor S11 é ativado, o contador
PERM incrementa a variável PCOMP de 1 inteiro. Sendo seu valor igual a 1, PERM1 é
acionado informando ao PLC que é a primeira vez que o carro C chega na posição de
S11 e que seu comando deve ser de baixa do CGU. A chegada de C pela segunda vez
em S11 mostra ao PLC que ele deve comandar a subida CGN. A programação desse
passo no processo é mostrada na Figura 2.44.
Figura 2.44 – Processo de permissão
Após o termino do desacoplamento do CGU do comboio é acionado pela
primeira vez o motor que comanda o carro C para a esquerda e permanece assim até que
seja constatada sua presença na posição do sensor S5. Esse controle pode ser visto na
primeira e terceira linhas do rung mostrado na Figura 2.45.
Na quarta linha vemos a possibilidade de levarmos manualmente C para a
esquerda através do acionamento da botoeira BM1E, desde que o carro não esteja no
fim de seu curso esquerdo, ou seja, sobre S5.

36
Figura 2.45 – Bobina M1E
Sendo percebida a presença de C em S5, e todos os contatos da primeira
linha do rung da Figura 2.46 estiverem permitindo a passagem de corrente, ou seja, o
elevador 1 estiver baixo e o elevador dois estiver carregado, é energizada então a bobina
V1F que comanda a subida do elevador 1 até que S1 seja acionado (segunda linha da
rung da Figura 2.46).
Figura 2.46 – Bobina V1F
Novamente, em modo manual, é possível subirmos V1 pelo acionamento da
botoeira BV1F.
Depois que S4 é liberado e S2 acionado, que implica a passagem do CGU
de C para V1, e estando C em S5 juntamente com o comboio totalmente aberto (S15
acionado) C é comandado novamente para a direita até atingir S10 (linhas 3 e 5 do rung
da Figura 2.27).
Logo que C chega a S10, e não está se movendo para a esquerda, tem-se
inicio o abaixamento do carro de grelha novo CGN sobre o carro e termina assim que

37
S8 é ativado. A baixa do elevador 2, pelo acionamento de BV2A, também pode ser
baixado manualmente (Figura 2.47).
Figura 2.47 – Bobina V2A
Sendo o CGN totalmente entregue, C volta a se movimentar para direita até
encontrar S11 (ver linhas 4 e 5 do rung da Figura 2.27) e então tem inicio o processo de
acoplamento do CGN ao comboio, que dura até o acionamento de S14, como é
mostrado na Figura 2.48. Terminado o processo de subida do carro, M2 volta a girar em
sentido horário e o comboio volta a ser carregado (como visto nas Figuras 2.34 e 2.42).
Figura 2.48 – Bobina SC
Logo em seguida a desativação de S4, C é impulsionado à esquerda até
chegar a S5 (Figura 2.45) e então o sistema volta para o estado de espera.

38
CAPÍTULO III
3. ALGORÍTMO E PROGRAMÇÃO DO SISTEMA
MECÂNICO
3.1. CONSIDERAÇOES INICIAS
A programação que simula o sistema mecânico é feita em cima de
contadores que dependendo de como são acionados incrementam ou decrementam suas
saídas de um inteiro.
Cada inteiro representa uma unidade de comprimento (u.c), sendo assim,os
elevadores V1 e V2 possuem 101 u.c. já que seus contadores contam de 0 a 100, os
trilhos do carro C possuem, em condições normais de funcionamento 201 u.c. e a
extensão do sistema de baixa dos carros do comboio de 61 u.c., esses comprimentos são
representados na Figura 3.1.
0
100
0
0
100
0
60
200
Figura 3.1 – Comprimentos dos equipamentos
Basicamente essa programação determina qual e quando um sensor deve ser
atuado após o acionamento de um determinado atuador.

39
3.2. PROGRAMAÇÃO DO SISTEMA MECÂNICO
O elevador V1 sofre influência do acionamento de suas válvulas que
comandam sua subida ou decida. Essas válvulas são representadas pelos contatos V1A e
V1F na Figura 3.2.
Quando é comandada a descida do elevador V1, V1A fica energizada e ativa
o blink CLE1D que começa a emitir pulsos à bobina AE1U a cada 8mS, da mesma
forma, quando V1F (movimento de subida) é acionado o blink CLE1U lança pulsos,
agora a cada 20mS, à bobina AE1D. A diferença entre as freqüências dos pulsos
aplicados às bobinas é explicada pela maior dificuldade de suspensão do elevador em
relação ao seu movimento de decida, sendo assim, a velocidade de subida é menor.
As segundas linhas dos dois rungs têm a função de garantir que o blink,
,quando não estiver ativo, tenha sua saída desenergizada.
Figura 3.2 – Bobinas AE1U e AE1D
As bobinas AE1U e AE1D fazem com que o contador CTE1 incremente ou
decremente, respectivamente, sua saída CE1 de uma unidade (Figura 3.3) permitindo
um acompanhamento da posição em que o elevador se encontra.

40
Figura 3.3 – Contador CTE1
Quando o sensor S1 é ativado temos que garantir que a saída do contador
CTE1 esteja próximo de zero, por isso jogamos um pulso (de 1 ms) em sua entrada
RESET, do mesmo modo temos que garantir que quando S3 é ativado o valor de CE1
seja 100, por isso aplicamos um pulso em sua entrada LOAD. As variáveis que atuam
nessas entradas são RCTE1 e LCTE1 respectivamente e têm suas linhas de comando
apresentadas na Figura 3.4.
Figura 3.4 – Bobinas RCTE1 e LCTE1
O funcionamento da simulação de posição para o elevador V2 é parecido
com o do elevador V1. A diferença é que a posição zero para V2 é localizada na parte
inferior do curso do elevador, enquanto em V1 é na parte superior. Nós relacionamos os
zeros dos contadores com a posição inicial do sistema mecânico, pois todos os

41
contadores são iniciados em zero, por isso a inversão da escolha da contagem do
contador de V2 ser o oposto a da contagem do contador de V1.
V2 é influenciado pelo acionamento de V2A e V2F e tem a programação
que o simula apresentada nas Figuras 3.5 e 3.6.
Figura 3.5 – Bobinas AE2D e AE2U
Figura 3.6 – Contador CTE2 e boinas RCTE2 e LCTE2

42
O funcionamento do sistema de baixa dos carros no comboio funciona do
mesmo modo que a dos elevadores é tem sua programação mostrada nas Figuras 3.7 e
3.8. As variáveis que o comandam são sobe carro (SC) e desse carro (DC).
Figura 3.7 – Bobinas ADC e ASC
Figura 3.8 – Contador CTC e bobinas LCTC e RCTC

43
Para o carro C, o principio da programação é a mesma das mostradas acima
com a pequena diferença de possuir velocidades iguais tanto para a esquerda quanto
para direita e é comandado pelas variáveis M1E e M1D (Figura 3.9 e 3.10).
Figura 3.9 – Bobinas AM1U e AM1D
Figura 3.10 – Contador CTM1 e bobinas RCTM1 e LCTM1
É interessante conhecermos a posição dos elevadores V1 e V2, do carro C e
do sistema de baixa para que possamos ativar na hora correta os sensores que indicarão

44
a presença de cada atuador naquele ponto (ou intervalo de pontos). Assim, torna-se
possível a atuação da programação de controle sobre o sistema mecânico simulado
promovendo o sequenciamento correto, necessário à troca dos carros de grelha.
Os sensores S1 e S3 estão relacionados à posição do elevador V1 e serão
ativados de acordo com a programação apresenta na Figura 3.11.
Figura 3.11 – Sensores S1 e S3
Enquanto a saída CE1 do contador CTE1 estiver em valores menores ou
iguais a 10 o sensor S1 estará ativo, o que significa que S1 só será desativado quando
V1 mover-se 10 u.c.. Seguindo o mesmo raciocínio podemos dizer que S3 permanecerá
ativo apenas quando a saída CE1 estiver entre os valores 90 e 100.
Os blocos LE e GE fazem a comparação dos reais do setpoint (no caso 10 e
90) e o valor de CE1 oriundo de CTE1. LE valores menores ou iguais e GE maiores ou
iguais.
O processo é repedido para a ativação dos sensores S7, S8, S14 e S15 em
relação a seus respectivos contadores CTE2 e CTC (saídas CE2 e CC) que têm sua
programação mostrada nas Figuras 3.12 e 3.13.

45
A simulação dos sensores do carro C tem a mesma idéia das usadas para os
elevadores, mas com algumas restrições.
Como podemos acompanhar pela Figura 3.14, as variáveis auxiliares S5A e
S11A dos sensores S5 e S11 são ativadas quando C esta entre as posições 0 e 10 (para
S5A) e 190 e 200 (para S11A), ou seja, a saída CM1 do contador CTM1 estiver entre
estes valores. Mas os sensores propriamente ditos (S5 e S11) só serão ativados se FS6 e
FS12 não estiverem energizados.
As botoeiras FS6 e FS12 são utilizadas para simular um defeito nos sensores
S5 e S11. Ao ativarmos essas botoeiras e 30mS após C chegar à posição de S5 ou S11
os sensores S6 ou S12 (dependendo de qual sensor está sendo forçado) será acionado
(Figura 2.15).

46
Figura 3.14 – Sensores S5 e S11 e seus auxiliares S5A e S11A
Como S10 se encontra no meio do percurso de C, ele será atuado quando o
contador CTM1 estiver entre os valores de 95 e 105 (Figura 3.16).

47
Figura 3.16 – Sensor S10 e seus auxiliares S10A e S10B
O controle dos sensores S2, S4 e S9 utilizam um tipo de bloco lógico
denominado Set/Reset (SR), esse bloco possui três entradas e uma saída. A entrada
ENABLE funciona como uma chave Liga/Desliga, habilitando, ou não, o
funcionamento das outras duas entradas. Ao darmos um pulso de qualquer tipo na
entrada SET1 o bloco lógico permite a passagem de corrente e permanece nesse estado
até que seja aplicado um pulso na entrada RESET.
Na Figura 3.17 é mostrado o rung de programação do acionamento do
sensor S2. A entrada SET1 é ativada através da variável auxiliar S2A3 e a RESET pela
variável S2A4.
S2A3 é atuada quando existir algum carro de grelha sobre o carro C (S4
acionado) na posição de S5 e a variável auxiliar S2A1 estiver energizada (Figura 3.18).
S2A1 será ativada sempre que a variável CE1 possuir o valor 70 (Figura
3.19), que é o ponto, no processo de subida de V1, que S2 teria que ser acionado.

48
Figura 3.17 – Sensor S2
Figura 3.18 – Auxiliar S2A3
Figura 3.19 - Auxiliar S2A1
Ainda existe a possibilidade do acionamento de S2 através do comando da
botoeira CS2 que simula a colocação de um carro de grelha sobre V1 executado por um
agente externo do sistema.
CS2 só terá efeito sobre S2 se não existir nenhum carro de grelha sobre o
sensor S4 ou sobre S9 com o comboio aberto representado pelo contato QS (ver figura
3.20), o elevador V1 estiver sobre o sensor S1 e o sistema estiver em modo manual ou
não se encontrar em automático.

49
Figura 3.20 – Auxiliar QS
O desacionamento de S2 ocorre quando CE1 tem seu valor igual a 71
(Figura 3.21) e o carro C esta na posição S5 ou pela abertura da botoeira CS2 (Figura
3.22), sendo esta botoeira sujeita as mesmas restrições citadas para o acionamento de
S2.
O sensor S4 é acionado e desacionado pela influência dos elevadores V1,
V2 e do sistema de baixa. Para cada um desses atuadores foram criadas duas variáveis
auxiliares.
Em relação a V1 temos S4A1, energizada quando o elevador se encontra na
posição 60, e S4A2 que é atuada quando V1 está na posição 59 (Figura 3.23), para V2

50
temos S4A5 e S4A6 que são ativadas nas posições 40 e 41 respectivamente (Figura
3.24) e, finalmente, S4A7 e S4A8 que são acionados nas posições 30 e 29 no sistema de
baixa (Figura 3.25).
Figura 3.23 – Auxiliares S4A1 e S4A2
Figura 3.24 - Auxiliares S4A5 e S4A6

51
Seguindo o raciocínio apresentado para o sensor S2, o acionamento de S4 é
comandado por um bloco lógico, tipo SR, e este muda de estado através da energização
de suas entradas feita pelas variáveis auxiliares S4A3 e S4A4, ver Figura 3.26.
S4A3 é responsável pelo Set do bloco SR de nome SRS4 e é atuado quando:
S4A1 é energizado, existe um carro de grelha sobre o elevador V1 e C está em S5; ou
V2 está na posição 40, S9 e S10 estão atuados; ou o carro C esta em S11 e S4A8 está
energizado.
S4A4, que é responsável pelo desacionamento do sensor S4, é atuado
quando: S5 está acionado e V1 se encontra na posição 59; ou C esta em S10 e V2 em
41; ou S11 e S4A8 acionados.
A programação dos dois últimos parágrafos está sendo mostrada na Figura
3.27.

52
O sensor S9 também é acionado por um SR (Figura 3.28) e depende das
variáveis auxiliares S9A3 e S9A4 que por sua vês dependem de S9A1 e S9A2 as quais
determinam a posição que S9 deve ser acionado em relação ao elevador V2 (Figura
3.29).

53
O sensor S9 é setado pela variável S9A3 quando C está na posição S10, V2
está carrega e S9A1 está energizado, e é resetado por S9A4 quando C também se
encontra em S10 e V2 passa pela posição 30 (Figura 3.30).
A simulação do acionamento do sensor S13 é feita por um Blink que,
enquanto o motor M2 está ligado, manda 1 pulso a cada 1,2 segundo (Figura 3.31).
O sistema mecânico fica então em constante atualização promovendo o
acionamento dos diversos sensores responsáveis pela percepção do ambiente de troca e
simulando as possíveis mudanças nos atuares em resposta a algum comando.

54
CAPÍTULO IV
4. CONCLUSÃO
4.1. CONCLUSÕES
As duas programações apresentadas neste trabalho foram capazes de simular
o sistema mecânico de troca e controlar toda a seqüência necessária à realização deste
processo. A linguagem de programação Ladder, juntamente com o ambiente de
desenvolvimento XSoft, se mostraram satisfatórios para a realização da simulação. Os
resultados obtidos podem ser utilizados para controlar, via PLC, o sistema mecânico de
4.2. SUGESTÕES
Para conseguir alcançar um menor tempo no processo de troca é interessante
promover pequenas alterações no sistema mecânico capazes de reduzir a quantidade de
posições intermediárias.

55
Referencias Bibliográficas
GEORGINI, M.; Automação Aplicada - Descrição e Implementação de Sistemas
Seqüenciais com PLCs, 3ª edição, Editora Érica, 2000.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Clp. Acesso em: 5 de Junho de 2007, 23h11min.
http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_Ladder1.pdf. . Acesso em: 5 de
Junho de 2007, 23h35min.
XSOFT, Moeller Electric Ltd. Alemanha 1970.

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