Uma proposta de redução de custos em Transportadores de ... · estudo de otimizaÇÃo de custo em transportadores de correias ... cálculo do quantitativo ... funÇÃo do nÚmero

Uma proposta de redução de custos

em Transportadores de Correia com a aplicação de Módulos de I/O

Remoto

Aluno: Henrique Keniti Yagi

Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Júnior Co-orientador: Profa. Dra. Marilza Antunes Lemos

Sorocaba, 10 de dezembro de 2008.

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................................ 1

1. O TRANSPORTADOR DE CORREIA .............................................................................................................. 1 1.1. Componentes mecânicos .......................................................................................................... 3

1.1.1. Roletes ............................................................................................................................................. 3 1.1.2. Tambores......................................................................................................................................... 6 1.1.3. Esticador .......................................................................................................................................... 7 1.1.4. Estruturas metálicas ........................................................................................................................ 8

1.2. Componentes elétricos ........................................................................................................... 10 1.3. Chaves de Emergência ............................................................................................................ 10

1.3.1. Chaves de Desalinhamento ........................................................................................................... 12 1.3.2. Sensores de Velocidade ................................................................................................................. 14 1.3.3. Chaves de fim de curso.................................................................................................................. 15 1.3.4. Monitoramento de Nível de Chutes .............................................................................................. 15 1.3.5. Buzinas .......................................................................................................................................... 18 1.3.6. Iluminação ..................................................................................................................................... 18 1.3.7. Acionamento ................................................................................................................................. 19

1.4. Componentes Complementares .............................................................................................. 20 1.5. Os Transportadores MRC Cable Belt® ..................................................................................... 22

1.5.1. Seleção da rota .............................................................................................................................. 23 1.5.2. Comparação entre Cable Belt® e o TC convencional ..................................................................... 24 1.5.3. Sistema de monitoração de segurança ......................................................................................... 25

1.6. Considerações ......................................................................................................................... 25

CAPÍTULO 2 .......................................................................................................................................... 27

2. PROTOCOLOS DIGITAIS DE COMUNICAÇÃO ................................................................................................ 27 2.1. Devicenet ................................................................................................................................ 27 2.2. Profibus ................................................................................................................................... 32 2.3. ASI ........................................................................................................................................... 39

CAPÍTULO 3 .......................................................................................................................................... 45

3. ESTUDO DE OTIMIZAÇÃO DE CUSTO EM TRANSPORTADORES DE CORREIAS ....................................................... 45 3.1. Cálculo do quantitativo de cabos............................................................................................ 48 3.2. Redução de custos pela análise da disposição das chaves de emergência............................. 51

3.2.1. Método A – General Distribution .................................................................................................. 51 3.2.2. Método 1 – Regular Distribution ................................................................................................... 52 3.2.3. Método 2 – Close Distribution ...................................................................................................... 54 3.2.4. Comparação .................................................................................................................................. 55

3.3. Considerações ......................................................................................................................... 59 3.4. Redução de custos pela análise da disposição das caixas de junção ...................................... 60

3.4.1. Uma caixa de junção no início do transportador........................................................................... 60 3.4.2. Uma caixa de distribuição no meio do transportador ................................................................... 61 3.4.3. Duas caixas de junção igualmente distribuídas ............................................................................. 62

CAPÍTULO 4 .......................................................................................................................................... 66

4. REDUÇÃO DE CUSTOS COM A APLICAÇÃO DO MÓDULO DE I/O REMOTO ......................................................... 66 4.1. O Módulo de I/O Remoto ........................................................................................................ 66 4.2. Aplicação do módulo de I/O remoto em transportadores de correia ..................................... 71

4.2.1. Vantagens da aplicação ................................................................................................................. 72 4.2.2. Desvantagens ................................................................................................................................ 78

4.3. Aplicação Convencional .......................................................................................................... 79 4.4. Aplicação do módulo .............................................................................................................. 87

4.4.1. Caso 1 – Um módulo no meio do TC ............................................................................................. 89 4.4.2. Caso 2 – Dois módulos distribuídos no transportador .................................................................. 92 4.4.3. Caso 3 – Quatro módulos distribuídos no transportador .............................................................. 95 4.4.4. Caso 4 – Cinco módulos distribuídos no transportador ................................................................ 98

4.5. Comparativo – Custos ........................................................................................................... 100

CAPÍTULO 5 ........................................................................................................................................ 104

5. CONCLUSÕES .................................................................................................................................... 104 6. BIBLIOGRAFIA: .................................................................................................................................. 106

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – ROLETES .......................................................................................................................................... 3 FIGURA 2 – DISPOSIÇÃO DOS ROLETES NO TRANSPORTADOR DE CORREIA ...................................................................... 3 FIGURA 3 – MESA DE IMPACTO ............................................................................................................................ 4 FIGURA 4 – SISTEMA AUTO ALINHANTE .................................................................................................................. 5 FIGURA 5 – ROLETE DE RETORNO DE ANÉIS ............................................................................................................. 5 FIGURA 6 – TAMBOR ......................................................................................................................................... 6 FIGURA 7 – ESTICADOR DE CORREIA ...................................................................................................................... 7 FIGURA 8 – ESTRUTURA EM TRELIÇAS .................................................................................................................... 8 FIGURA 9 – ESTRUTURA EM GALERIAS ................................................................................................................... 9 FIGURA 10 – ESTRUTURA EM VIGA "U" ................................................................................................................. 9 FIGURA 11 – CHAVE DE EMERGÊNCIA [8] ............................................................................................................ 10 FIGURA 12 – ACIONAMENTO DA CHAVE DE EMERGÊNCIA ........................................................................................ 10 FIGURA 13 – INSTALAÇÃO DAS CHAVES [8]........................................................................................................... 11 FIGURA 14 – FOTO DA CHAVE DE EMERGÊNCIA INSTALADA NO TC ............................................................................ 12 FIGURA 15 – CHAVE DE DESALINHAMENTO [8] ..................................................................................................... 12 FIGURA 16 – DISPOSIÇÃO DA CHAVE DE DESALINHAMENTO [8] ................................................................................ 13 FIGURA 17 – FOTO DA CHAVE DE DESALINHAMENTO .............................................................................................. 14 FIGURA 18 – INSTALAÇÃO DA CHAVE DE VELOCIDADE (SENSOR INDUTIVO) .................................................................. 14 FIGURA 19 – CHAVE DE FIM DE CURSO ................................................................................................................ 15 FIGURA 20 – LOCALIZAÇÃO DAS CHAVES DE FIM DE CURSO (MECÂNICA) [4] ................................................................ 15 FIGURA 21 – CHAVES DE NÍVEL [4] ..................................................................................................................... 16 FIGURA 22 – DISPOSIÇÃO DAS PRINCIPAIS CHAVES DE SEGURANÇA NO TRANSPORTADOR ............................................... 17 FIGURA 23 – ILUMINAÇÃO EM TRANSPORTADORES DE CORREIA ................................................................................ 18 FIGURA 24 – ACIONAMENTO. ............................................................................................................................ 19 FIGURA 25 – INSTALAÇÃO DA BALANÇA [9] .......................................................................................................... 21 FIGURA 26 – APLICAÇÃO DE CABLE BELT ............................................................................................................. 23 FIGURA 27 – COMPARATIVO DAS CORREIAS. ......................................................................................................... 24 FIGURA 28 – COMPARATIVO ESTRUTURAS............................................................................................................ 24 FIGURA 29 – LOGOMARCA DEVICENET ................................................................................................................ 27 FIGURA 30 – FAIXA DE APLICAÇÃO DO DEVICENET. ................................................................................................ 28 FIGURA 31 – CABOS UTILIZADOS NA REDE DEVICENET.[20] ..................................................................................... 29 FIGURA 32 – FRAME DE DADOS DA REDE DEVICENET [20] ....................................................................................... 30 FIGURA 33 – TOPOLOGIA DE REDE. ..................................................................................................................... 31 FIGURA 34 – LOGOMARCA PROFIBUS .................................................................................................................. 32 FIGURA 35 – ARQUITETURA PROTOCOLO PROFIBUS [19] ........................................................................................ 32 FIGURA 36 – FAIXA DE APLICAÇÃO DA REDE PROFIBUS ............................................................................................ 34 FIGURA 37 – CONFIGURAÇÃO COM 3 ESTAÇÕES ATIVAS (MESTRES) E 7 ESTAÇÕES PASSIVAS (ESCRAVAS). OS 3 MESTRES

FORMAM UM ANEL LÓGICO DE TOKEN. ......................................................................................................... 36 FIGURA 38 – TEMPO TÍPICO DE TRANSMISSÃO EM FUNÇÃO DO NÚMERO DE ESTAÇÕES E DA VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO.. 38 FIGURA 39 – LOGOMARCA ASI .......................................................................................................................... 39 FIGURA 40 – TOPOLOGIA AS-I ........................................................................................................................... 40 FIGURA 41 – CABO AS-I ................................................................................................................................... 41 FIGURA 42 – FAIXA DE APLICAÇÃO DA REDE ASI .................................................................................................... 41 FIGURA 43 – I/O REMOTA ASI .......................................................................................................................... 42 FIGURA 44 – COMPARATIVO ENTRE OS PROTOCOLOS. ............................................................................................ 44 FIGURA 45 – PASSAGEM DOS CABOS NO TRANSPORTADOR (VISTA SUPERIOR E LATERAL). .............................................. 45 FIGURA 46 – CABOS NÃO CONSIDERADOS. VISTA SUPERIOR E LATERAL....................................................................... 47

FIGURA 47 – CABOS NÃO CONSIDERADOS. ........................................................................................................... 47 FIGURA 48 – INTERLIGAÇÃO DAS CHAVES EM UM TRANSPORTADOR DE 400M (VISTA LATERAL). ..................................... 48 FIGURA 49 – DISPOSIÇÃO DAS CHAVES EM TC DE 210M – MÉTODO A...................................................................... 51 FIGURA 50 – DISPOSIÇÃO DAS CHAVES EM TC DE 210M – MÉTODO 1. ..................................................................... 53 FIGURA 51 – DISPOSIÇÃO DAS CHAVES EM TC DE 210M – MÉTODO 2. ..................................................................... 54 FIGURA 52 – GRÁFICO DE COMPARAÇÃO DOS 3 MÉTODOS ANALISADOS. .................................................................... 55 FIGURA 53- GRÁFICO DA RELAÇÃO CABO X COMPRIMENTO DO TRANSPORTADOR – MÉTODO A ...................................... 56 FIGURA 54 – GRÁFICO DA RELAÇÃO CABO X COMPRIMENTO DO TRANSPORTADOR – MÉTODO 1 ..................................... 57 FIGURA 55- GRÁFICO DA RELAÇÃO CABO X COMPRIMENTO DO TRANSPORTADOR – MÉTODO 2 ...................................... 57 FIGURA 56 – GRÁFICO DA RELAÇÃO ENTRE O MÉTODO A E O MÉTODO 2 .................................................................... 58 FIGURA 57 – GRÁFICO DA RELAÇÃO ENTRE O MÉTODO 1 E O MÉTODO 2 .................................................................... 58 FIGURA 58 – CAIXA DE JUNÇÃO NO INÍCIO DO TC. ................................................................................................. 61 FIGURA 59 – CAIXA DE JUNÇÃO NO MEIO DO TC. .................................................................................................. 62 FIGURA 60 – DUAS CAIXAS DE JUNÇÃO ................................................................................................................ 63 FIGURA 61 – COMPARATIVO DOS 3 CASOS ........................................................................................................... 64 FIGURA 62 – GRÁFICO DA COMPARAÇÃO DAS DISPOSIÇÕES ANALISADAS. ................................................................... 65 FIGURA 63 – MÓDULO DE I/O REMOTO IP67. ..................................................................................................... 66 FIGURA 64 – MÓDULO DE I/O REMOTO IP20. ..................................................................................................... 67 FIGURA 65 – MÓDULO COM COMUNICAÇÃO SEM FIO. ........................................................................................... 67 FIGURA 66 – CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MÓDULO MVK DA MURR ELEKTRONIK. ................................................. 69 FIGURA 67 – SINAIS DE ENTRADA E SAÍDA DO PAINEL DE CONTROLE ENVIADOS POR UM ÚNICO CABO (APLICAÇÃO AS-I). ..... 72 FIGURA 68 – CABO PROFIBUS DP. ..................................................................................................................... 73 FIGURA 69 – CONEXÃO M12 ............................................................................................................................ 73 FIGURA 70 – APLICAÇÃO: FIBRA ÓPTICA EM CABLE BELT ......................................................................................... 75 FIGURA 71 – ESQUEMA DE INTERLIGAÇÃO “ANTI-BYPASS”. ..................................................................................... 75 FIGURA 72 – CAIXA DE JUNÇÃO COM RÉGUAS DE BORNES (GRANDE ÁREA OCUPADA PELOS BORNES). .............................. 76 FIGURA 73 – CONTROLADOR COM CARTÕES DE I/O - CONEXÃO HARDWIRE. ............................................................... 77 FIGURA 74 – CONTROLADOR COM CARTÕES DE REDE. ............................................................................................ 77 FIGURA 75 – DISPOSIÇÃO DOS CABOS. APLICAÇÃO CONVENCIONAL EM TC DE 1 KM DE COMPRIMENTO. .......................... 80 FIGURA 76 – DIMENSÕES DOS ELETRODUTOS. APLICAÇÃO CONVENCIONAL EM TC DE 1KM. ........................................... 85 FIGURA 77 – INSTALAÇÃO DOS MÓDULOS EM CAMPO. ........................................................................................... 87 FIGURA 78 – TOPOLOGIA DE REDE. CASO 1. ......................................................................................................... 89 FIGURA 79 – DISPOSIÇÃO DOS CABOS. CASO 1. .................................................................................................... 89 FIGURA 80 – DISPOSIÇÃO DOS ELETRODUTOS. CASO 1. .......................................................................................... 90 FIGURA 81 – TOPOLOGIA DE REDE. CASO2. .......................................................................................................... 92 FIGURA 82 – DISPOSIÇÃO DOS CABOS. CASO 2. .................................................................................................... 92 FIGURA 83 – DISPOSIÇÃO DOS ELETRODUTOS. CASO 2. .......................................................................................... 93 FIGURA 84 – TOPOLOGIA DE REDE. CASO 3 .......................................................................................................... 95 FIGURA 85 – DISPOSIÇÃO DOS CABOS. CASO 3 ..................................................................................................... 96 FIGURA 86 – DISPOSIÇÃO DOS ELETRODUTOS. CASO 3. .......................................................................................... 96 FIGURA 87 – TOPOLOGIA DE REDE. CASO 4. ......................................................................................................... 98 FIGURA 88 – DISPOSIÇÃO DOS CABOS. CASO 4. .................................................................................................... 98 FIGURA 89 – DISPOSIÇÃO DOS ELETRODUTOS. CASO 4. .......................................................................................... 99 FIGURA 90 – COMPARATIVO DE CUSTOS DE CABOS PARA OS CASOS ANALISADOS. ...................................................... 101 FIGURA 91 – COMPARATIVO DE CUSTOS DE ELETRODUTOS PARA OS CASOS ANALISADOS. ............................................ 102 FIGURA 92 – COMPARATIVO DE CUSTOS TOTAIS PARA OS CASOS ANALISADOS. .......................................................... 103

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO E COMPRIMENTOS DE CABOS. ................................................................... 29 TABELA 2 – FUNÇÕES BÁSICAS DO PROFIBUS [19]. ................................................................................................ 37 TABELA 3 – MODELO REFERÊNCIA OSI. ............................................................................................................... 39 TABELA 4 – MÉTODO A. ................................................................................................................................... 52 TABELA 5 – MÉTODO 1 .................................................................................................................................... 53 TABELA 6 – MÉTODO 2. ................................................................................................................................... 55 TABELA 7 – QUANTITATIVOS – CAIXA DE JUNÇÃO NO INÍCIO DO TC ........................................................................... 61 TABELA 8 – QUANTITATIVOS – CAIXA DE JUNÇÃO NO MEIO DO TC ............................................................................ 62 TABELA 9 – QUANTITATIVOS – DUAS CAIXAS DE JUNÇÃO ........................................................................................ 63 TABELA 10 – COMPARATIVO DOS TRÊS CASOS ....................................................................................................... 65 TABELA 11 – ÁREA DOS ELETRODUTOS RÍGIDOS OCUPÁVEIS PELOS CABOS [16]. .......................................................... 81 TABELA 12 – ESPECIFICAÇÃO DOS CABOS SINTENAX FLEX. ....................................................................................... 82 TABELA 13 – RELAÇÃO DE ELETRODUTOS PELA QUANTIDADE DE CHAVES/CABOS DE CONTROLE. ...................................... 83 TABELA 14 – QUANTIDADE DE ELETRODUTOS. APLICAÇÃO CONVENCIONAL EM TC DE 1KM............................................ 86 TABELA 15 – QUANTITATIVO PARA APLICAÇÃO CONVENCIONAL. ............................................................................... 86 TABELA 16 – QUANTIDADE DE ELETRODUTOS. CASO 1 ........................................................................................... 90 TABELA 17 – APLICAÇÃO DO MÓDULO. CUSTOS – CASO 1 ...................................................................................... 91 TABELA 18 – QUANTIDADE DE ELETRODUTOS. CASO 2. .......................................................................................... 93 TABELA 19 – APLICAÇÃO DO MÓDULO. CUSTOS – CASO 2 ...................................................................................... 94 TABELA 20 – QUANTIDADE DE ELETRODUTOS. CASO 3. .......................................................................................... 96 TABELA 21 – APLICAÇÃO DO MÓDULO. CUSTOS – CASO 3 ...................................................................................... 97 TABELA 22 – QUANTIDADE DE ELETRODUTOS. CASO 4. .......................................................................................... 99 TABELA 23 – APLICAÇÃO DO MÓDULO. CUSTOS – CASO 4. ..................................................................................... 99 TABELA 24 – CUSTOS DE CABOS. ...................................................................................................................... 100 TABELA 25 – CUSTOS DE ELETRODUTOS. ............................................................................................................ 101 TABELA 26 – CUSTOS TOTAIS. .......................................................................................................................... 103

LISTA DE ABREVIAÇÕES

ASI Actuator Sensor Interface

CLP Controlador Lógico Programável

PA Progressão Aritmética

SDCD Sistema Digital de Controle Distribuído

TC Transportador de Correia

TCLD Transportador de Correia de longa distância

CCM Centro de Controle de Motores

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, irmãos e toda minha família que, com muito carinho e apoio, não

mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.

Aos professores e orientadores por seu apoio e inspiração no amadurecimento dos meus

conhecimentos e conceitos que me levaram à execução e conclusão deste trabalho.

A todos os professores da UNESP – Campus de Sorocaba que foram tão importantes na

minha vida acadêmica e no desenvolvimento de minhas habilidades.

Um especial agradecimento a todos os colaboradores da Metso, que me apoiaram direta

ou indiretamente e que me permitiram tomar contato com o tema, o que despertou em

mim o interesse da aplicação do trabalho.

A todos os que contribuíram com suas reflexões para o desenvolvimento deste trabalho

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho de conclusão de curso aos meus pais

Takashi Yagi e Neide Yoko Fujita Yagi, a todos os meus

familiares, a todos os meus amigos que torceram por mim, a

todos os professores que ajudaram no meu desenvolvimento

durante o curso e a todos os colaboradores da Metso que

apoiaram e compartilharam seus conhecimentos para o

desenvolvimento do mesmo.

RESUMO

O projeto tem como finalidade o estudo da aplicação de I/O remoto em transportadores

de correia visando a obtenção da redução de custos tanto do equipamento quanto da

operação, manutenção e outros.

Inicialmente, foi feito o estudo das variáveis que agregam custo ao transportador.

Através deste estudo foi verificado que o comprimento do transportador é uma das

principais variáveis que aumentam, significativamente, o seu custo.

Foi realizado, também, o estudo sobre os principais protocolos de comunicação

utilizados no mercado de mineração, de forma a aplicá-los em projetos desta classe de

equipamentos. Verificaram-se as vantagens técnicas e comerciais, de modo a obter a

melhor relação custo benefício com a aplicação dos módulos de I/O.

Através da comparação de aplicações convencionais realizadas em empresas de

mineração, com aplicações utilizando módulos de I/O, constatou-se que, com a proposta

realizada obtém-se além de vantagens técnica, significativa redução de custos dos

equipamentos.

Palavras chave

Transportadores de correia, protocolo de comunicação industrial, módulos de I/O

remoto, redução de custos em transportador de correia.

ABSTRACT

The project has as purpose the study of the application of remote I/O in belt conveyors

aiming at the attainment of the cost reduction of the machine, maintenance and others.

Initially, was made a study of different variables which could increase costs in belt

conveyors. Through this study it was verified that the length of conveyor is one of the

main variable that increase, significantly, its cost.

It was carried through, also, the study on the main used protocols of communication in

the mining market. The commercial and technical advantages had been verified and to

achieve a way to get the best relation cost benefit with the application of the I/O

modules.

Through the comparison of conventional applications carried through in mining

companies, with applications using I/O modules, one evidenced that, the proposal

carried through gets, beyond technical advantages, significant reduction of costs of the

equipment.

Key words

Belt Conveyor, Industrial Communication protocol, remote I/O modules, cost reduction

in belt conveyor.

Trabalho de Graduação

-1-

Capítulo 1

1. O TRANSPORTADOR DE CORREIA O desenvolvimento de transportadores de correia foi uma das mais importantes

inovações para a indústria moderna, estes equipamentos são capazes de transportar

virtualmente qualquer material a granel a milhares de toneladas por hora de uma

maneira contínua e uniforme. Sua história data por volta de 1830.

Por volta de 1850, a indústria de grãos desenvolveu o primeiro transportador designado

para reduzir a fricção do deslizamento da borracha em um corredor de aço, trocando o

corredor de aço por uma série de polias, com discos separados por barras envergadas,

para formar um copo para o deslize da correia de couro. Esses tipos de transportadores

foram aplicados com sucesso em muitos elevadores de grãos durante a década de 60 até

a década de 80, assim, com o desenvolvimento tecnológico os tambores foram

substituídos por outros de madeira com eixos montados em rolamentos.

Até meados de 1891 os transportadores de correia de borracha foram aplicados para o

transporte de materiais pesados, anteriormente considerados transportáveis somente por

equipamentos móveis ou pela gravidade. Antes disso, plantas de processamento de

minérios eram construídas ao lado de uma colina, eliminando a necessidade de um

transporte horizontal por um transportador de correia. Em 1891, Thomas Edison fez

uma experiência com transportadores de correias planas, similares àqueles utilizados na

indústria de manuseio de grãos para movimentar minerais pesados e abrasivos em suas

minas de ferro e complexos de processamento em Ogdensburg, New Jersey - EUA. As

correias eram feitas de um tecido de algodão. Logo se tornou aparente que estes tipos de


-2-

correias e os roletes de madeira não se encaixavam com o ambiente pesado. Eram

necessárias trocas periódicas de um ciclo de dois meses para a troca da correia e dos

roletes.

No mesmo ano, Thomas Robins convenceu Thomas Edison a tentar utilizar uma correia

de algodão com uma cobertura de 1/8” de borracha. Thomas Edison concordou com a

idéia e a nova correia provou-se ser a solução para a proteção do material de transporte.

Uma relação de trabalho iniciou-se entre os dois inventores e Robins persuadiu Edison a

tentar uma configuração de correia em forma de canaleta. Esta solução mostrou-se

ineficiente, pois a borda do rolo se movia em uma velocidade maior que a da base,

causando um desgaste maior na região inferior da correia devido à fricção. A solução

recomendada por Robins foi quebrar o rolo de apoio em 3 rolos independentes, cada um

suportado por um rolamento em seus eixos. Estas duas inovações, a cobertura de

borracha e o uso dos 3 rolos, se tornaram a base para os modernos transportadores de

correias e deu origem à empresa Hewitt-Robins, um membro fundador da Conveyor

Equipment Manufacturers Association (CEMA), em 1933.

Nos anos seguintes, a demanda de maiores capacidades, distâncias, declives com

maiores ângulos e maior eficiência energética liderou para novas tecnologias e

desenvolvimentos. Hoje, existem transportadores de correias com capacidade de até

20.000 toneladas por hora, distâncias excedendo 55 km, curvas horizontais e transporte

com inclinações praticamente verticais [6].

Com capacidades de transportes e comprimentos cada vez maiores e uma maior

competição no mercado de mineração, torna-se constante a busca por fatores que

possam reduzir os custos destes equipamentos e torná-lo mais eficientes. Neste trabalho

inicialmente foi realizado um estudo do transportador e de seus principais componentes

elétricos de comando, tais como chaves de segurança (chave de emergência,

desalinhamento e outros) que poderão colaborar com a redução de custos.


-3-

1.1. Componentes mecânicos

Os principais componentes mecânicos utilizados em transportadores de correias são

apresentados a seguir:

1.1.1. Roletes

Figura 1 – Roletes

Rolete ou rolo (figura acima) é um conjunto de rolos geralmente cilíndricos sustentados

pelo seu suporte. Os rolos são capazes de efetuar livre rotação em torno de seu eixo, e

são usados para suportar e/ou guiar a correia transportadora.

Figura 2 – Disposição dos roletes no transportador de correia

Os roletes geralmente são divididos em 8 tipos:


-4-

Rolete de carga

Conjunto de rolos no qual se apóia o trecho carregado da correia transportadora. O

conjunto pode ter três rolos, ou quatro, no caso dos roletes ESI (tecnologia Metso) em

que os dois rolos centrais ficam em balanço.

Rolete de retorno

Conjunto de rolos no qual se apóia o trecho de retorno da correia.

Rolete / mesa de impacto

Conjunto de rolos ou barras localizados no ponto de carregamento destinado a absorver

o choque resultante do impacto do material sobre a correia.

Figura 3 – Mesa de impacto

Rolete auto-alinhador

Conjunto de rolos dotado de mecanismo pivotado acionado pela correia transportadora

de modo a controlar o desalinhamento lateral da mesma, usualmente utilizado tanto no

trecho carregado quanto no de retorno.


-5-

Figura 4 – Sistema auto alinhante

Rolo de transição

Conjunto de rolos localizados no trecho carregado próximo aos tambores terminais, com

a possibilidade de variação do ângulo de inclinação dos rolos laterais para sustentar,

guiar e auxiliar a transição da correia entre roletes e tambor.

Rolete de anéis

Tipo de rolete de retorno onde os rolos são constituídos de anéis de borracha espaçados,

de modo a evitar o acúmulo de material no rolete e promover o desprendimento do

material aderido à correia.

Figura 5 – Rolete de retorno de anéis

Rolete espiral

Tipo de rolete de retorno onde os rolos têm forma de espiral destinada a promover o

desprendimento do material aderido à correia.


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Rolete catenária

Conjunto de rolos suspensos dotados de interligações articuladas entre si.

1.1.2. Tambores

Os tambores são elementos importantes em um transportador de correia, no que tange à

transmissão de potência, dobras, desvios e retornos de correia. Em transportadores

podemos ter os seguintes tipos de tambores:

Figura 6 – Tambor

Tambor Motriz:

Serve para transmitir o torque. O acionamento é feito por um motor elétrico que é

acoplado por meio de correias ou um motor-redutor. Geralmente junto ao tambor motriz

é montado um conjunto de freio para evitar o retrocesso da correia.

Tambor Movido

Retorno: para o retorno da correia

Esticador: para se dar a tensão necessária à correia e absorver o esticamento da

mesma.

Dobra: utilizado sempre que seja necessário um desvio no curso da correia

Encosto: para aumentar o ângulo de contato do tambor de acionamento.


-7-

1.1.3. Esticador

A principal função dos esticadores (figura abaixo) é garantir a tensão conveniente para o

acionamento das correias, além disso, absorver as variações no comprimento da correia

causadas pelas mudanças de temperatura, oscilações de carga, tempo de trabalho e

outros fatores externos. Geralmente, são instalados sensores de fim de curso (mecânico

ou indutivo) para indicar os limites de esticamento.

Figura 7 – Esticador de correia

Três tipos de esticadores são disponíveis:

Esticador tipo parafuso

O esticador tipo parafuso é construído em uma só estrutura com o tambor de retorno.

Ajustado manualmente, pode proporcionar a tensão correta na correia, por meio do

esticamento de um dos lados do transportador. Aplicado em transportadores de

comprimento de até 35m, dependendo da largura da correia.

Esticador vertical por gravidade

O esticador vertical por gravidade é composto de 3 tambores, suportes e guias, sendo

que os tambores são encaixados e de fácil remoção. O conjunto pode ser instalado em

qualquer ponto da estrutura sem a necessidade de furá-la.

Esticador horizontal por gravidade

O esticador horizontal por gravidade possui as mesmas vantagens do esticador vertical,

sendo mais econômico devido aos custos de instalação. É montado em um carrinho


-8-

juntamente com o tambor de retorno e desloca-se sobre trilhos. Utilizável em todos os

tipos de transportadores.

1.1.4. Estruturas metálicas

A seguir são apresentados os tipos de estrutura metálica dos transportadores de correia:

Estruturas em treliça

As estruturas em treliça (figura abaixo) são fabricadas em seis tamanhos padrões para

cada largura de correia. As laterais soldadas são as mesmas para todas as larguras e são

fabricadas nas seguintes alturas: 400 – 600 – 800 – 1000 – 1500 – 2000 mm.

Figura 8 – Estrutura em treliças

O contraventamento lateral é feito por travessas parafusadas, podendo-se transportar as

estruturas desmontadas, a fim de diminuir o espaço ocupado e facilitar o transporte. A

fixação dos passadiços laterais, simples ou duplos e coberturas de correias podem ser

feita nas próprias estruturas.

Estruturas em galeria

Para vãos maiores que 25 m ou para transportadores super pesados, podem ser utilizadas

estruturas em forma de galeria (figura abaixo), onde as vigas de apoio do próprio

transportador, bem como os passadiços, ficam dentro da galeria.


-9-

Figura 9 – Estrutura em galerias

As alturas de laterais padrões podem ser de 2000 e 2500 mm, permitindo vãos livres até

44m. A colocação de cobertura de telhas de cimento amianto ou de chapas de alumínio

pode tornar as galerias totalmente fechadas.

Estruturas em vigas “U”

As estruturas em vigas “U” (figura abaixo) são utilizadas nos transportadores pesados e

fornecidas em qualquer bitola.

Figura 10 – Estrutura em viga "U"


-10-

1.2. Componentes elétricos

Os componentes elétricos de comando dos transportadores de correia são elementos que

atuam no acionamento do transportador garantindo uma operação perfeita e parando-o

caso ocorra algo de anormal no seu funcionamento. Podem ser divididos em:

1.3. Chaves de Emergência

Figura 11 – Chave de Emergência [8]

As chaves de emergência (figura acima) são responsáveis por desativar o acionamento

do transportador de correia caso seja observada alguma anormalidade ou toda vez que

for necessária uma parada imediata. Estas chaves são operadas manualmente através de

cabos de aço revestido, aos quais correm ao longo do transportador. São fabricadas e

instaladas conforme as normas ABNT NBR14153, NBR13742, NBR 13862 [21] e

NBR13759.

Figura 12 – Acionamento da chave de emergência


-11-

Estas chaves possibilitam o acionamento pelos dois lados do transportador. Sua caixa e

tampa são feitas em alumínio, próprias para uso industrial e são fixadas nos lados onde

houver passadiço ou acesso ao longo da correia. As chaves possuem um dispositivo

mecânico de travamento, que manterão atuados os contatos e a bandeirola de

sinalização. Quando forem atuados, os contatos só voltarão à posição normal quando as

chaves forem manualmente desativadas no local. A distância entre duas chaves

adjacentes não deve ser superior a 50m e a distância das extremidades não deve ser

superior a 25m.

Figura 13 – Instalação das chaves [8]

As chaves de emergência são fechadas em caixa a prova d’água e poeira, para instalação

ao tempo, com grau de proteção IP-65 da ABNT, geralmente com três blocos de

contatos com capacidade 5A @ 120Vca. Um dos sinais dos contatos é interligado em

série com as demais chaves de emergência e este sinal é enviado diretamente ao CCM

para atuar sobre o motor, o segundo contato será levado diretamente ao controlador para

indicar qual das chaves foi acionada e o terceiro contato será utilizado como reserva. Os

contatos são conectados eletricamente por meio de cabos de 3 vias de 1,5mm2 de área

de seção transversal (variando para mais ou para menos dependendo das distâncias

percorridas pelos cabos).


-12-

Figura 14 – Foto da chave de emergência instalada no TC

1.3.1. Chaves de Desalinhamento

Figura 15 – Chave de Desalinhamento [8]

As chaves de desalinhamento (figura acima) têm como função indicar o desalinhamento

excessivo da correia do transportador. Elas são acionadas pela própria correia, quando

esta atinge certa variação de seu alinhamento e desativam o acionamento do

transportador. Estes sinais também são levados ao controlador para indicação do

desalinhamento.


-13-

Figura 16 – Disposição da chave de desalinhamento [8]

As chaves de desalinhamento geralmente são de construção robusta (corpo de alumínio

fundido), acionadas com roletes blindados, de atuação nos dois sentidos, com contatos

2NA e 2NF, capacidade mínima de 5A em 120Vca e rearme manual local, com grau de

proteção IP65. São instaladas em ambos os lados da correia, pelo menos nos seguintes

pontos, conforme a NBR 13862 [21]:

• Próximo ao tambor de cabeça

• Próximo ao tambor de retorno

• Próximo ao tambor de acionamento

• Na região do esticamento, no lado do retorno

• Próximo ao tambor da cabeça de trippers

• Em regiões com estruturas especiais que possam danificar a correia.


-14-

Figura 17 – Foto da chave de desalinhamento

1.3.2. Sensores de Velocidade

Os sensores de velocidade são responsáveis por desligar o transportador sempre que a

velocidade do tambor ultrapassar os limites superiores e inferiores pré-estabelecidos.

Podem ser do tipo centrífugo, operando acopladas a um rolete de retorno especial ou do

tipo sensor indutivo, operando em conjunto com um tambor (em geral, de retorno). A

totalização dos pulsos será executada por lógica interna no sistema de controle.

Os sensores do tipo indutivo, geralmente, possuem corpo de latão niquelado com grau

de proteção IP-67, sensibilidade de 15 mm, sistema a 2 fios, 0,5A @120Vca, contatos

NA e possuem dispositivo de atuação composto de anteparo metálico, sob a forma de

meia-lua, montado no tambor de retorno (ou outro livre) da correia.

Figura 18 – Instalação da chave de velocidade (sensor indutivo)

Segundo a norma NBR 13862[21], as chaves de velocidade devem ser instaladas

próximas ao tambor de retorno ou de cabeça que estiver mais afastado do acionamento.


-15-

1.3.3. Chaves de fim de curso

As chaves de fim de curso (figura abaixo) são geralmente utilizadas em transportadores

móveis (shuttles), em cabeças móveis ou trippers para detecção de posição e limite de

curso do chute móvel dos transportadores, posição dos desviadores de fluxo e limite de

esticamento da correia. Podem ser de dois tipos: chaves mecânicas e sensores indutivos.

Figura 19 – Chave de fim de curso

O corpo do sensor indutivo geralmente é feito de latão niquelado com grau de proteção

IP-67, sensibilidade de 15 mm, sistema 2 fios, 0,5A @120Vca, contatos NA, conexão

elétrica através de conector tipo plug-in e prensa cabo.

Figura 20 – Localização das chaves de fim de curso (mecânica) [4]

1.3.4. Monitoramento de Nível de Chutes

As chaves de nível são equipamentos destinados a controlar alturas de pilhas e evitar

entupimento de calhas de descarga dos transportadores devido ao acúmulo de material

nas mesmas. Podem também ser usadas para controlar o nível do material em silos.


-16-

Um de seus modelos é o sensor do tipo inclinação, estrategicamente posicionados e com

anteparo mecânico, de forma a não sofrer interferência da queda do material. Estes

sensores possuem as seguintes características técnicas: corpo do sensor tubular em aço,

encapsulamento em resina epóxi, dois contatos NF na vertical, acondicionado em

ampola de mercúrio fechada a vácuo, ângulo de inclinação para abertura do contato a 15

graus com a vertical em qualquer direção.

Figura 21 – Chaves de nível [4]

Na figura a seguir pode-se verificar a localização das principais chaves utilizadas nos

transportadores de correias:


-17-

Figura 22 – Disposição das principais chaves de segurança no transportador


-18-

1.3.5. Buzinas

As buzinas são responsáveis por indicar aos operadores o início ou paralisação dos

equipamentos da planta. Geralmente, são instaladas a cada 200m de extensão. São do

tipo eletrônico, monotonal para acionamentos em uma direção ou do tipo bitonal para

acionamentos em duas direções, e são instaladas nas casas de transferência ou próximas

aos acionamentos dos equipamentos.

1.3.6. Iluminação

Geralmente são instaladas luminárias do tipo “pescoço de ganso” (figura abaixo), com

lâmpada a vapor de sódio de 70 W. Esse sistema de iluminação é instalado a cada 6m do

transportador em ambos os passadiços e nos interiores de estruturas fechadas.

Figura 23 – Iluminação em transportadores de correia


-19-

1.3.7. Acionamento

Figura 24 – Acionamento.

O sistema de acionamento (figura acima) é composto por motor elétrico, acoplamento,

redutor e tambor de acionamento, onde o objetivo é transmitir potência para a correia

transportadora. Podemos ter as seguintes posições para o acionamento:

• Cabeceira

• Central

• Retorno

Para uma escolha adequada devemos levar em conta o perfil dos transportadores, o

espaço disponível, a potência transmitida, o sentido da correia e as tensões resultantes

na correia. A seguir são apresentados os tipos de acionamentos:

Motores

Os motores utilizados para acionamento do transportador geralmente são do tipo de

rotor de gaiola TFVE (totalmente fechado com ventilação externa), com torque de

partida normal (160%) e isolamento classe B.

Em certos casos, como em ambientes explosivos, com umidade, ou com partida

controlada, pode-se utilizar motores especiais para melhores condições de trabalho.


-20-

A voltagem e a ciclagem disponíveis são fatores muito importantes para a definição do

acionamento, já que estes dados é que definirão os motores e as relações de redução dos

redutores.

1.4. Componentes Complementares

A seguir, serão apresentados alguns componentes que são utilizados para aplicações

específicas em transportadores de correias:

Sistemas de Pesagem Dinâmica (Balança Integradora)

O sistema de pesagem dinâmica é empregado quando há necessidade de controle de

fluxo, como em processos de tratamento de minério, central de concreto, fábrica de

cimento. Pode ser conectada por cabos a uma central, onde se pode observar

instantaneamente as quantidades envolvidas no processo.

Este sistema de medição é composto por célula de carga instalada na ponte de pesagem

que medirá o peso do material por um determinado comprimento de correia, e por um

sensor de velocidade instalado em tambor não acionado. Os sinais destes sensores são

processados em uma unidade eletrônica microprocessada, que fornecerá sinal de 4 a

20mAcc proporcional ao fluxo de material que passa pelo transportador. O sensor de

velocidade utilizado é do tipo gerador de impulsos de origem foto-elétrica ou indutivo.

O sistema possui ainda um sinal de saída em contato seco para sinalização de falha geral

no sistema de controle.

A localização da ponte de pesagem é definida e executada para evitar a influência de

vibrações, bem como esforços indesejáveis transmitidos pela própria correia.


-21-

Figura 25 – Instalação da balança [9]

Detector e Extrator de Metais

Os detectores de metais em conjunto com o extrator de metais servem para evitar a

entrada de corpos metálicos não britáveis nos britadores. No caso de quebra de partes

metálicas de equipamentos de britagem, equipamentos de transporte ou outro que esteja

participando do processo, poderão despender partes metálicas no fluxo de minérios, o

detector poderá fazer soar um alarme e parar a correia na presença desses tipos de

materiais ou fazer a extração dos mesmos.

Tripper

Trippers são conjuntos móveis usados em transportadores, instalados sobre trilhos, para

descarregamento de materiais em qualquer ponto intermediário do mesmo. Aplica-se

onde os pontos de descarga do material transportador estão separados e o movimento

entre estes pontos se faz necessário, ou em casos onde a descarga do material deve ser

feita continuamente ao longo do transportador. Podem ser manuais ou motorizados.


-22-

Freios

Os freios dos transportadores servem para diminuir tempos de parada e impedir o

movimento da correia após o desligamento do motor e, principalmente, em instalações

onde existam transportadores em seqüência, com o objetivo de não se afogar as moegas

e tremonhas. Têm utilização especial em transportadores em declive, para que não haja

perda do controle da velocidade da correia.

Podem ser de 2 tipos:

• Sapatas com acionamento eletro-hidráulico (acionamento mais controlado).

• Discos – para médias e grandes potências

1.5. Os Transportadores MRC Cable Belt®

O transportador MRC Cable Belt® oferece um sistema com um único lance para

atender os desafios da rota e ambientais. A eliminação da estação de transferência

intermediária e dos acionamentos intermediários possibilita uma redução representativa

do investimento e redução de custos de manutenção, além da redução de ruídos e

problemas com emissão de poeira devido à transferência de materiais intermediários. O

transportador MRC Cable Belt® tem a capacidade de transpor eficientemente em curvas

horizontais e verticais e com baixo consumo.

O transportador de correia tipo Metso Rope Conveyor – MRC Cable Belt® possui

várias características únicas que o torna mais apropriado para atender aos desafios

técnicos e ambientais requeridos em projetos complexos que necessitem transportar

materiais a longas distâncias. As características do Cable Belt® proporcionam

benefícios com reduções de custos do investimento inicial, custos operacionais e de

manutenção a longo prazo.


-23-

Figura 26 – Aplicação de Cable Belt

Este é um transportador de correia de longas distâncias projetado para percorrer regiões

com terrenos extremamente irregulares, de difícil acesso e grande desnível entre seu

carregamento e descarregamento.

Esta aplicação específica requer uma consideração cuidadosa dos três maiores fatores de

custos, que devem prevalecer no processo de avaliação das concorrências para

fornecimento, ou seja, custo de capital do equipamento empregado, custo de instalação

e custo de operação e manutenção de longo prazo, cada qual contribuindo para o menor

custo total da solução.

1.5.1. Seleção da rota

O principal objetivo é buscar uma solução que proporcione um menor custo de

instalação sem comprometer a integridade no projeto do transportador e procura-se

também uma rota amigável ao meio ambiente. A definição da rota a ser selecionada é

baseada nos dados e desenhos topográficos disponibilizados e levantamentos de campo

realizados, ou informados pelo cliente.


-24-

1.5.2. Comparação entre Cable Belt ® e o TC convencional

No caso do transportador de correia convencional a correia é apoiada sobre roletes, que

promovem uma vibração no material transportado provocando um espalhamento do

material sobre a correia, resultando em um ângulo de acomodação em torno de 10 graus

menor que o ângulo de repouso do material. No Cable Belt ® a correia é apoiada sobre

os cabos garantindo a ausência de distúrbios no material e o ângulo de repouso se

mantém constante durante todo o transporte ao longo da correia.

Figura 27 – Comparativo das correias.

A quantidade de partes móveis dos transportadores de correia convencionais é em torno

de 2,5 a 3 vezes maior que as partes móveis do Cable Belt® e isto representa maior

custo de manutenção na troca de componentes.[17]

Figura 28 – Comparativo estruturas


-25-

1.5.3. Sistema de monitoração de segurança

A correia do MRC Cable Belt® é movida positivamente em todo o seu comprimento.

No caso da correia se separar do cabo de aço ou o cabo iniciar a deslocar da roldana de

linha existirão dispositivos tipo chaves de desalojamento, a cada 100m ao longo do

comprimento do transportador. Esses dispositivos são conectados em chaves e cada

chave é conectada entre elas por um cabo contínuo. Caso o dispositivo de desalojamento

ou chave seja acionado o transportador é parado e a informação é transmitida para o

operador central proporcionando a localização exata do local do problema. Todas as

características da parada no MRC Cable Belt® são interligadas por fiação por medidas

de segurança e conectado a um sistema comum (acionamento/ falha na área de

descarga/ falhas na área de carregamento/ chutes bloqueados/ etc.). Nesses

transportadores também são instaladas chaves de emergência ao longo de todo o TCLD,

sendo uma a cada 50m em cada lado conforme as normas vigentes.

1.6. Considerações

Os grandes avanços tecnológicos nas áreas de microeletrônica e engenharia de software

impulsionaram o surgimento de produtos com melhor desempenho, maior versatilidade,

menor custo e maior robustez. Estas características acompanham uma tendência

mundial de descentralização das aplicações (I/O remotos no campo). Neste novo

modelo, as novas aplicações possuem partes mais independentes, mas com a

possibilidade de compartilhamento de serviços e informações com as demais. Isto nos

leva a um modelo distribuído, onde não apenas as informações são distribuídas, mas o

conhecimento da aplicação.

Um importante exemplo é o dos sistemas de automação industrial, principalmente pelas

novas exigências de controle, distribuição e armazenamento de informações impostas

pelo mercado. Essas exigências podem ser traduzidas em uma maior interoperabilidade

entre sistemas diferentes, como bancos de dados, e uma maior flexibilidade dos sistemas

para futuras expansões. Por exemplo, em uma planta industrial o mesmo circuito


-26-

poderá ser responsável pela aquisição de um sinal, pelo tratamento desta informação ou

pelo acionamento de outro dispositivo.

Todas estas características somadas levam à necessidade da utilização de protocolos de

comunicação especiais entre as partes da aplicação. No capítulo a seguir serão

apresentadas as principais características dos protocolos de comunicação mais utilizados

no mercado de mineração.


-27-

Capítulo 2

2. PROTOCOLOS DIGITAIS DE COMUNICAÇÃO

A seguir serão apresentadas as principais características dos protocolos Devicenet,

Profibus e AS-interface.

2.1. Devicenet

Figura 29 – Logomarca Devicenet

A rede Devicenet classifica-se como uma rede de dispositivo, sendo utilizada para

interligação de equipamentos de campo, tais como sensores, atuadores, AC/DC drives e

CLPs. Esta rede foi desenvolvida pela Allen Bradley sobre o protocolo CAN

(Controller Area Network) e sua especificação é aberta e gerenciada pela Devicenet

Foundation. A rede CAN, por sua vez, foi desenvolvida pela empresa Robert Bosh

Corp. como uma rede digital para a indústria automobilística. Hoje, existem inúmeros

fornecedores de chips CAN: Intel, Motorola, Philips/Signetics, NEC, Hitachi e Siemens.


-28-

Figura 30 – Faixa de aplicação do Devicenet.

A rede Devicenet foi adaptada para operar no nível dos equipamentos desde os mais

simples, tais como sensores on/off e módulos I/O até os mais complexos, como

interfaces homem-máquina e inversores de freqüência para controle de velocidade de

motores.

A rede Devicenet possui protocolo aberto, tendo um expressivo número de fabricantes

ofertando equipamentos, regulamentados via a associação OVDA (Open DeviceNet

Vendor Association – www.odva.org), organização independente que tem o objetivo de

divulgar, padronizar e difundir a tecnologia visando seu crescimento global.

Meio físico:

A rede DeviceNet utiliza dois pares de fios, um deles para a comunicação e o outro para

alimentação em corrente contínua dos equipamentos conectados a rede. Existe ainda

uma blindagem externa dos pares, via fita de alumínio e a blindagem geral do cabo via

malha trançada com fio de dreno. As cores dos fios são padronizadas, com o par de

alimentação em vermelho (V+) e preto (V-) e o par de comunicação com branco para o

sinal chamado de CAN High e azul para o CAN Low.


-29-

Existem hoje três cabos disponíveis: o cabo tronco também conhecido por cabo grosso,

que tem diâmetro externo de 12,5 mm; o cabo fino com diâmetro externo de 7 mm; e

um terceiro chamado flat que possui um perfil chato para ser utilizado por conectores

especiais com a tecnologia de perfuração visando reduzir o tempo de montagem.

Os sinais de comunicação utilizam a técnica de tensão diferencial para os níveis lógicos,

visando diminuir a interferência eletromagnética, que será igual nos dois fios e aliada a

blindagem dos cabos, tende a conservar a integridade da informação.

Figura 31 – Cabos utilizados na rede Devicenet.[20]

Topologias:

A rede DeviceNet admite somente a topologia com um cabo tronco (principal) e

derivações executadas obrigatoriamente do cabo principal. A tabela abaixo ilustra as

restrições quanto ao comprimento dos cabos em função a taxa de transmissão adotada

para a troca dos dados na rede.

Tabela 1 – Velocidade de transmissão e comprimentos de cabos.

Número de estações ativas:

A rede admite 64 equipamentos ativos, endereçados de 0 a 63, porém sugere-se a

utilização de no máximo 62 equipamentos, deixando os endereços 62 e 63 livres, sendo


-30-

o 62º reservado para a interface de comunicação com o micro de configuração da rede e

o endereço 63 para conexão de novos instrumentos, visto que este é o endereço default

que os equipamentos saem de fábrica.

Métodos de comunicação:

O conceito de produtor – consumidor foi adotado pela rede DeviceNet, sendo que um

elemento “produz” a informação no barramento e os elementos que necessitam desta

informação a “consomem”, diferentemente da maioria dos protocolos em que a

comunicação é única e exclusivamente entre dois elementos.

Este conceito visa eliminar troca de informações desnecessárias, e utiliza métodos de

comunicação apropriados tais como: polled, strobed, change-of-state e cyclic.

Protocolo:

As regras da comunicação serial na rede DeviceNet são complexas e envolvem

mensagens rotineiras, cíclicas e as mensagens de configuração e diagnósticos (acíclicas)

dentre outras, na figura abaixo é ilustrado um frame típico de troca de dados:

Figura 32 – Frame de dados da rede Devicenet [20]

Sem se aprofundar nos significados de cada bit deste frame, destacamos apenas o campo

de dados que pode conter de 1 a 8 bytes de informação, e normalmente é suficiente para

as trocas de dados de módulos I/O distribuídos, e demais equipamentos da rede.


-31-

Caso necessário a informação pode ser subdividida em vários frames, pois existem

equipamentos que necessitam trocar mais informações, tais como: interfaces homem /

máquina, inversores de freqüência, etc.

Topologia da rede:

Topologia física básica do tipo linha principal com derivações. Na definição da topologia

deve-se verificar o tamanho total do cabo tronco e derivações, para que não ultrapasse

os limites estabelecidos, a localização dos equipamentos na rede, endereçamentos,

identificação dos vários trechos de cabos e localização dos terminadores da rede [20].

Figura 33 – Topologia de rede.


-32-

2.2. Profibus

Figura 34 – Logomarca Profibus

O PROFIBUS é baseado em padrões reconhecidos internacionalmente, sendo sua

arquitetura de protocolo orientada ao modelo de referência OSI (Open System

Interconnection) conforme o padrão internacional ISSO 7498. Neste modelo, a camada

1 (nível físico) define as características físicas de transmissão, a camada 2 (data link

layer) define o protocolo de acesso ao meio e a camada 7 (application layer) define as

funções de aplicação. A arquitetura do protocolo PROFIBUS é mostrado na figura

abaixo [19]:

Figura 35 – Arquitetura protocolo Profibus [19]

A rede Profibus é na verdade uma família de três redes ou communication profiles no

jargão Profibus.


-33-

Profibus DP (Distributed Peripherals)

• Esta rede é especializada na comunicação entre sistemas de automação e

periféricos distribuídos.

Profibus FMS (Fieldbus Message Specification)

• É uma rede de grande capacidade para comunicação de dispositivos inteligentes

tais como computadores, CLPs ou outros sistemas inteligentes que impõem alta

demanda de transmissão de dados. FMS vem perdendo espaço para a rede

Ethernet TCP/IP.

Profibus PA (Process Automation)

• É uma rede para a interligação de instrumentos analógicos de campo, tais como

transmissores de pressão, vazão, temperatura, etc. Esta rede possui uma grande

fatia do mercado de barramentos de campo geralmente chamados de Fieldbus.

O PROFIBUS-DP usa somente as camadas 1 e 2, bem como a interface do usuário. As

camadas 3 a 7 não são utilizadas. Esta arquitetura simplificada assegura uma

transmissão de dados eficiente e rápida. O Direct Data Link Mapper (DDLM)

proporciona à interface do usuário acesso fácil à camada 2. As funções de aplicação

disponíveis ao usuário, assim como o comportamento dos dispositivos e dos sistemas

dos vários tipos de dispositivos DP, são especificados na Interface do Usuário. No

PROFIBUS-FMS as camadas 1, 2 e 7 são de especial importância. A camada de

aplicação é composta do FMS (Fieldbus Message Specification) e do LLI (Lower Layer

Interface). O FMS define uma ampla seleção de serviços de comunicação mestre-mestre

ou mestre-escravo. O LLI define a representação destes serviços FMS no protocolo de

transmissão de dados [19].


-34-

Figura 36 – Faixa de aplicação da rede Profibus

Meio de transmissão RS-485

O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais freqüentemente utilizada no

PROFIBUS. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão

aliada a uma instalação simples e barata são necessárias. Um par trançado de cobre

blindado com um único par condutor é o suficiente neste caso.

A tecnologia de transmissão RS 485 é de simples manuseio. O uso de par trançado não

requer nenhum conhecimento ou habilidade especial. A topologia por sua vez permite a

adição e remoção de estações, bem como uma colocação em funcionamento do tipo

passo-a-passo, sem afetar outras estações. Expansões futuras, portanto, podem ser

implementadas sem afetar as estações já em operação. Taxas de transmissão entre 9,6

kbit/s e 12 Mbit/s podem ser selecionadas.

Protocolo de Acesso ao Meio PROFIBUS

Os perfis de comunicação PROFIBUS (Communication Profiles) usam um protocolo

uniforme de acesso ao meio. Este protocolo é implementado pela camada 2 do modelo


-35-

de referência da OSI. Isto inclui também a segurança de dados e a manipulação dos

protocolos de transmissão e mensagens.

No PROFIBUS, a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link (FDL). O Controle de

Acesso ao meio (MAC) especifica o procedimento quando uma estação tem a permissão

para transmitir dados. O MAC deve assegurar que uma única estação tem direito de

transmitir dados em um determinado momento.

O protocolo do PROFIBUS foi projetado para atender os dois requisitos básicos do

Controle de Acesso ao Meio:

• Durante a comunicação entre sistemas complexos de automação (mestres), deve

ser assegurado que cada uma destas estações detenha tempo suficiente para

executar suas tarefas de comunicação dentro de um intervalo definido e preciso

de tempo.

• Por outro lado, a transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser

implementada tão rápida e simples quanto possível para a comunicação entre um

controlador programável complexo e seus próprios dispositivos de I/Os

(escravos). Portanto, o protocolo PROFIBUS de acesso ao barramento inclui o

procedimento de passagem do Token, que é utilizado pelas estações ativas da

rede (mestres) para comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de

mestre-escravo que é usado por estações ativas para se comunicarem com as

estações passivas (escravos).


-36-

Figura 37 – Configuração com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações passivas (escravas). Os 3

mestres formam um anel lógico de token.

Funções básicas

O controlador central (mestre) lê ciclicamente a informação de entrada dos escravos e

escreve também ciclicamente a informação de saída nos escravos. O tempo de ciclo do

bus é geralmente mais curto que o tempo de ciclo do programa do PLC, que em muitas

aplicações é em torno de 10 ms. Além da transmissão cíclica de dados de usuário,

PROFIBUS-DP proporciona funções poderosas de diagnóstico e configuração.

A comunicação de dados é controlada por funções de monitoração tanto no mestre,

como no escravo. A tabela abaixo proporciona um resumo das funções básicas do

PROFIBUS-DP.


-37-

Tabela 2 – Funções básicas do Profibus [19].


-38-

Velocidade

O PROFIBUS-DP requer aproximadamente 1 ms a uma taxa de 12 Mbit/sec para a

transmissão de 512 bits de dados de entrada e 512 bits de dados de saída distribuídos em

32 estações. O significativo aumento da velocidade em comparação com o PROFIBUS-

FMS deve-se principalmente ao uso do serviço SRD (Envia e Recebe Dados) da camada

2 para transmissão de entrada/saída de dados num único ciclo de mensagem. A Figura

abaixo mostra o tempo típico de transmissão do PROFIBUS-DP, em função do número

de estações e velocidade de transmissão, onde cada escravo possui 2 bytes de entrada e

2 bytes de saída e o “Minimal Slave Interval Time” é 200µs.

Figura 38 – Tempo típico de transmissão em função do número de estações e da velocidade de

transmissão.

Funções de diagnóstico

As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS-DP permitem a rápida localização de

falhas. As mensagens de diagnósticos são transmitidas ao barramento e coletadas no

mestre. Estas mensagens são divididas em três níveis:

• Diagnósticos de Estação

• Diagnósticos de Módulo

• Diagnósticos de Canal


-39-

2.3. ASI

Figura 39 – Logomarca ASI

A rede AS - Interface foi inicialmente desenvolvida por um pool de empresas alemãs e

suíças capitaneadas pela Siemens para ser uma alternativa de rede para interligação de

sensores e atuadores discretos. Em 1998 a rede foi padronizada e recebeu o nome

EN50295.

Como todos os fieldbuses, o ASi pode também ser categorizada no modelo referência

ISO OSI com suas sete camadas. No ASi somente três das sete camadas são utilizadas.

As três camadas utilizadas são a camada física, a de link de dados e a camada de

aplicação (conforme tabela abaixo).

Tabela 3 – Modelo referência OSI.


-40-

Camada física

A camada física é orientada ao hardware e trata de todos os aspectos que estabelecem e

mantém uma ligação física entre os equipamentos.

Camada de link de dados

Esta camada é uma camada acima da camada física. Sua função é a de empacotar e

dirigir os dados, controlando o fluxo seguro das transmissões.

Camada de aplicação

Esta camada define os comandos, índices dos dados, seqüência do ciclo do ASi e o

comportamento das estações, por exemplo ao substituir um escravo quando o sistema

funcionar (troca quente ou Inserção viva).

Topologia

Estrutura em árvore, linear, estrela e árvore

Figura 40 – Topologia AS-i


-41-

Meio físico

Cabo não blindado com dois fios para dados e energia (24Vcc 8A).

Figura 41 – Cabo AS-i

Número de pontos

Até 4 sensores e 4 atuadores por escravo (máx 31*4 = 124 bidirecional, Max 31*8 =

248 sinais binários)

Figura 42 – Faixa de aplicação da rede ASI


-42-

A rede AS - Interface foi estendida recentemente e diversas novas funcionalidades

foram adicionadas. Os dispositivos compatíveis com a nova norma (2.1) são

compatíveis com a norma anterior.

Os chips para a versão 2.1 da rede ASI são produzidos por dois consórcios distintos:

Siemens e Festo desenvolveram em conjunto o chip SAP4.1, pino a pino compatível

com o chip SAP4, e o consórcio de oito outros membros (Bosch, Hirschmann, ifm

electronic, Leuze, Lumberg, Klockner Moeller, Pepperl+Fuchs and Schneider Electric)

desenvolveu o chip A2SI. Ambos os chips proporcionam todas as funcionalidade da

version 2.1.

As novas funcionalidades acrescentadas na versão 2.1 são:

Ampliação do número de escravos de 31 para 62. A capacidade máxima do barramento

foi ampliada para 248 + 186 I/O, mas o tempo de ciclo passou para 10ms. Um bit

adicional no registro de status é utilizado para sinalizar erros de periféricos. A indicação

de status de funcionamento dos escravos foi padronizada e ampliada. O número de

profiles de escravos foi ampliado de 15 para 225 com a adição de novos ID codes.

Melhor tratamento de sinais analógicos, ampliando o espectro de atuação das redes Asi.

Figura 43 – I/O remota ASI


-43-

Considerações

A tabela a seguir mostra um comparativo entre as principais características dos

protocolos apresentados anteriormente, estas características irão definir qual será o

melhor protocolo a ser empregado nas aplicações dos transportadores de correia. Podem

ser consideradas também as diferenças comerciais existentes entre os protocolos

(assunto não discutido neste trabalho).

O próximo capítulo irá abordar sobre meios de redução de custos em transportadores de

correia considerando as vantagens técnicas e comerciais da aplicação de tecnologias que

envolvem comunicação com protocolo industrial.


-44-

Rede

Taxa de transmissão

Meio físico

Alimentação Distância máxima sem repetidor

No. de dispositivos Tipo de Tráfego

Aplicações

Asi

160 kbps, com ciclo máximo de 5ms para a versão 2.0 e 10ms para a versão 2.1

Cabo não blindado com 2 fios para dados e energia

24Vdc / 8A 100m 31 nós por segmento de rede para versão 2.0 e 62 para versão 2.1

Cíclica e polling Rede de sensores, máquinas, manufaturas todos os segmentos da indústria

Profibus

Profibus DP: de 9.600 Kbits/s até 12 Mbits/s, dependendo da distância e número de nós; Profibus PA: 31,25 Kbits/s

Par trançado blindado

Via barramento ou externa (9-32Vdc)

1900m (cabo tipo A)

Profibus DP: até 125 nós, subdivididos em segmentos de 32 nós. No Profibus PA podem ser conectados até 31 instrumentos por DP/PA Link e como cada DP/PA link conta como um nó no Profibus DP, o limite prático para o número de instrumentos em uma rede Profibus DP/PA é de cerca de 3600

Modelo produtor -consumidor; polling; cyclic; change-of-state; multimaster

Indústrias de processo e manufatura; interligação de sistemas de automação com inversores de freqüência, sistemas de pesagem, encoders, CCMs inteligentes, sistemas de medição de energia, implementação de redes de instrumentação de campo (Profibus PA), etc

Devicenet

125Kbps 125 Kbps 250 Kbps 500 Kbps O modelo produtor-consumidor permite priorizar o tráfego na rede (polling, mudança de estado, cíclico)

Par trançado

24Vdc 500m 64 dispositivos inteligentes, combinando sinais discretos e analógicos. (Máximo: 8192 sinais digitais ou 4096 sinais analógicos)

Master/slave, peer-to-peer, multicast and cyclic polling for data transfer, acyclic for asset management

Qualquer tipo de indústria

Figura 44 – Comparativo entre os protocolos.


-45-

Capítulo 3

3. ESTUDO DE OTIMIZAÇÃO DE CUSTO EM TRANSPORTADORES DE CORREIAS

As chaves de segurança (chave de emergência, de desalinhamento, de fim de curso, de

velocidade e de nível) e acionamentos são os principais equipamentos elétricos

instalados nos transportadores de correia. Em uma aplicação convencional, cada uma

destas chaves é geralmente interligada por um cabo de 3 vias por 1,5 mm2 de área de

seção transversal (# 3x1,5mm2). Estes cabos são conectados nas chaves e são levados

por eletroduto ou eletrocalhas para um dos lados do passadiço, para então serem

conduzidos até a caixa de bornes/junção do transportados, conforme figura abaixo. Este

tipo de cabo foi selecionado para satisfazer os seguintes requisitos:

• 3 vias de cabos, sendo 2 vias para a condução da fase e do retorno do

instrumento e 1 via reserva.

• 1,5 mm2 de seção mínima para se satisfazer os requisitos mínimos de queda de

tensão em grandes distâncias nos condutores de cobre.

Figura 45 – Passagem dos cabos no transportador (vista superior e lateral).


-46-

Portanto, para transportadores de grandes comprimentos haverá um aumento

significativo na quantidade de cabos, elementos de condução e elementos de fixação no

transportador. Estes materiais são responsáveis por uma porcentagem considerável do

custo total dos componentes elétricos no transportador.

Como exemplo ilustrativo, para um transportador de 100m, geralmente, são utilizados

os seguintes itens:

• 4 Chaves de emergência

• 4 Chaves de desalinhamento

• 1 Chave de velocidade

• 1 Chave de fim de curso para o esticador

• 1 Botoeira de comando

• 1 Chave de nível

Para um transportador de 600m, geralmente, são utilizados os seguintes itens:

• 24 Chaves de emergência

• 6 Chaves de desalinhamento

• 1 Chave de velocidade

• 1 Chave de fim de curso para o esticador

• Botoeira de comando

• 1 Chave de nível

Verifica-se que a chave de emergência é o componente elétrico que agrega maior custo

no transportador de correia e quanto maior o transportador, maior será a quantidade de

chaves utilizadas e, conseqüentemente, haverá o aumento de cabos e elementos de

condução (eletrodutos e eletrocalhas) utilizados no transportador. Devido a este fato, foi

feito um estudo visando analisar o quantitativo de chaves e cabos utilizados nos

transportadores.


-47-

Para o cálculo dos cabos serão feitas algumas considerações:

• Será considerada somente a ligação entre a chave de emergência e o CPL.

• Serão desconsiderados os cabos que passam no sentido transversal do

transportador (conforme figuras abaixo);

• Serão desconsideradas as outras chaves de segurança

Figura 46 – Cabos não considerados. Vista superior e lateral.

Figura 47 – Cabos não considerados.

Não considerado

Não considerado


-48-

3.1. Cálculo do quantitativo de cabos

Para se chegar a uma fórmula ou padrão de cálculo do quantitativo de cabos tomaremos

como referência um transportador de 400m (figura abaixo) e as seguintes considerações:

• Serão consideradas somente as chaves de emergência (representado pelo “X” na

figura)

• As chaves estão dispostas de 50 m entre elas e de 25 m até um dos extremos do

transportador, conforme norma NBR 13862 [21].

• Todas as chaves são interligadas por um cabo de 3x1,5mm2 até a caixa de

junção.

• Nesta caixa os cabos são conectados da régua de bornes ao CLP (cabos não

considerados).

• As setas da figura indicam um trecho de 25m.

Ch. de Emergência

Figura 48 – Interligação das chaves em um transportador de 400m (vista lateral).

Pela figura anterior foi verificado que a soma do total de cabos (T) pode ser dada por:

25 25.3 25.5 25.7 25.9 25.11 25.13 25.15T = + + + + + + +


-49-

25.(1 3 5 7 9 11 13 15)T = + + + + + + + Eq. 1

Da Eq.1, foi observado que o segundo termo da equação é a somatória dos termos de

uma progressão aritmética (Sn) de razão 2 e estes termos são dados pelo número de

chaves de emergência (considerando para um único passadiço), ou seja:

25.( )T Sn=

1.( ) / 2nSn n a a= + Eq. 2

n : número de termos da PA

1a : primeiro termo da PA

na : termo de ordem n

Entretanto, na é dado por:

1 ( 1).na a n r= + − Eq. 3

r : razão da progressão

Substituindo a Eq.3 em Eq.2, temos:

1.(2. ( 1). ) / 2Sn n a n r= + −

Substituindo r e 1a :

1.(2. ( 1).2) / 2Sn n a n= + −

.(1 1)Sn n n= + −

2Sn n=

Substituindo na Eq.1:

25.( )T Sn=

225.( )T n=

Portanto, a quantidade total de cabos utilizados nas chaves de emergência em um

transportador com passadiços de ambos os lados é dado por:


-50-

22 2.25.( )T n=

22 50.( )T n= Eq. 4

Para um caso geral, tem-se:

22. .( )gT nα= Eq. 5

Sendo α a distância entre a chave e o anteparo em que será afixado o extremo do cabo

de aço e n o número de chaves.


-51-

3.2. Redução de custos pela análise da disposição d as chaves de emergência

Como foi visto no item anterior, a quantidade das chaves de emergência pode afetar

consideravelmente a quantidade de materiais elétricos empregados em um

transportador. A próxima análise visa mostrar a relação entre a disposição das chaves

(de acordo com as normas vigentes) e a quantidade de cabos utilizados no transportador.

3.2.1. Método A – General Distribution

No primeiro método, chamado de “Método A – General Distribution”, as chaves de

emergência estão dispostas uniformemente ao longo do transportador, com a primeira

chave localizada a 25 m da caixa de junção e as chaves subseqüentes disposta a uma

distância de 50 entre elas, conforme a norma NBR1386. Para ilustrar este método foi

considerado um transportador de 210m.

Para este transportador foram utilizadas cinco chaves de emergência (em cada lado do

passadiço). O arranjo das chaves é dado pela figura abaixo:

Ch. de Emergência

Figura 49 – Disposição das chaves em TC de 210m – Método A.


-52-

Pela figura anterior pode-se observar a disposição das chaves de emergência. De acordo

com a equação geral (Eq.5), a quantidade total de cabos utilizados para estas chaves é

dada por:

22.25.( )AQ n=

22.25.(5 )AQ =

1250AQ m=

Apesar da quantidade de chaves ser relativamente pequena (comparando com a

existência de transportadores de vários quilômetros) foi verificado que a quantidade de

cabos utilizada é muito maior do que o comprimento do próprio transportador.

A tabela dos quantitativos é mostrada abaixo:

Tabela 4 – Método A.

Comprimento do transportador (m) 210m

Chaves de emergência 10

Distância entre chaves 25m

Total de cabos 1250m

Método A

3.2.2. Método 1 – Regular Distribution

Um segundo método analisado consiste em dispor as chaves de emergência em um

arranjo uniforme ao longo do transportador, ou seja, as chaves estão distribuídas em

uma distância homogênea entre elas, em conformidade com as normas vigentes.

Para ilustrar a disposição das chaves, consideraremos o transportador de 210m. Para

este transportador, foram utilizadas 5 chaves de emergência (em cada lado do

passadiço) e estas chaves estão distanciadas de 21m entre a chave e o anteparo e de 42m

entre cada chave. O arranjo das chaves é dado pela figura abaixo:


-53-

Ch. de Emergência

Figura 50 – Disposição das chaves em TC de 210m – Método 1.

De acordo com a equação geral (Eq.5), a quantidade total de cabos utilizados para este

arranjo é dada por:

21 2.21.( )Q n=

21 2.21.(5 )Q =

1 1050Q m=

A tabela dos quantitativos para este caso é mostrada abaixo:

Tabela 5 – Método 1




Total de cabos (m) 1050m

Método 1

O total de cabos considerados neste método foi comparado com o caso anterior e foi

verificada uma redução de 16%.


-54-

3.2.3. Método 2 – Close Distribution

A redução da quantidade de cabos não é diretamente proporcional ao tamanho do

transportador e sua relação com o tamanho do transportador não é regida por uma

equação linear, como poderemos verificar futuramente. Para se verificar o

comportamento da relação quantidade de cabos versus comprimento do transportador,

será exposto um método de disposição, chamado de “método 2”. Foi considerado o

mesmo transportador de 210m:

Ch. de Emergência

Figura 51 – Disposição das chaves em TC de 210m – Método 2.

Pela figura acima, foi verificado que as chaves estão distanciadas de 25m até o anteparo,

exceto a primeira chave, a qual foi colocada junto à caixa de junção. A quantidade total

de cabos utilizados para estas chaves ao longo do transportador é dada por:

22 2.[4.10 25.(4 )]Q = +

2 880Q m=

A tabela dos quantitativos é mostrada abaixo:


-55-

Tabela 6 – Método 2.




Total de cabos 880m

Método 2

Com esta disposição há uma redução considerável de 29,6% da quantidade de cabos,

além da redução de eletrodutos/eletrocalhas e elementos de fixação e conseqüentemente

a redução do custo de um transportador de correia.

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Metodo A Metodo 1 Metodo 2

Re

du

ção

(%

)

Tota

l de

Cab

os

(m)

Comparação dos 3 métodos

Figura 52 – Gráfico de comparação dos 3 métodos analisados.

3.2.4. Comparação

Pelas análises anteriores foi verificado que a quantidade total de cabos utilizados em

chaves de emergência é proporcional à disposição destas chaves, porém, não se pode

afirmar que esta relação obedece a uma equação linear, ou até mesmo que a proporção

será sempre positiva e favorável à redução de cabos.

Para possibilitar uma análise mais aprofundada e descobrir qual a relação de redução

entre os métodos analisados foram criadas fórmulas específicas para estes métodos e


-56-

assim verificaram-se quais seriam as relativas diferenças de quantitativo entre elas e

para quais comprimentos do transportador estas condições seriam válidas.

Os gráficos das relações quantidade de cabos versus comprimento do transportador para

os três métodos analisados são apresentados abaixo. Nos gráficos apresentados, o eixo

das ordenadas corresponde à quantidade de cabos utilizada (em metros) e o eixo das

abscissas corresponde ao comprimento do transportador (em metros).

0

1500

3000

4500

6000

7500

9000

10500

12000

13500

15000

16500

18000

19500

21000

22500

24000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Qua

ntid

ade

de c

abos

(m

)

Comprimento do Transportador (m)

Método A - Qtde. de cabos (m) x Comprimento (m)

Figura 53- Gráfico da relação cabo x comprimento do transportador – Método A


-57-

0150030004500600075009000

10500120001350015000165001800019500210002250024000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Qua

ntid

ade

de C

abos

(m

)


Método 1 - Qtde. de cabos (m) x comprimento (m)

Figura 54 – Gráfico da relação cabo x comprimento do transportador – Método 1

0150030004500600075009000

10500120001350015000165001800019500210002250024000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Qua

ntid

ade

de c

abos

(m

)


Método 2 - Qtde. De cabos (m) x comprimento (m)

Figura 55- Gráfico da relação cabo x comprimento do transportador – Método 2

Pelos gráficos anteriores foi verificado o comportamento da curva da relação

quantidade de cabos X comprimento do transportador para os três métodos analisados.

Por fim, foram gerados outros dois gráficos para se representar a relação entre os

métodos citados anteriormente.


-58-

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Rel

ação

ent

re M

étod

o A

e M

étod

o 2

(%)


Método A / Método 2 (%/m)

Figura 56 – Gráfico da relação entre o método A e o método 2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Rel

ação

ent

re M

étod

o 1

e M

étod

o 2

(%)


Método 1 / Método 2 (%/m)

Figura 57 – Gráfico da relação entre o método 1 e o método 2


-59-

3.3. Considerações

Pela análise dos dois gráficos anteriores foi verificada a relação entre os métodos

estudados. A partir destes gráficos vemos que a quantidade total de cabos utilizados nas

chaves de emergência depende diretamente da sua disposição nos transportadores e

pode-se concluir que quanto mais próximos estão instaladas da caixa de junção menor

será a quantidade total empregada de cabos, porém verifica-se que esta relação não é

linear. Foi verificado também que, para pequenos transportadores (menores que 200m

de comprimento) consegue-se uma grande redução de cabos e para transportadores

maiores esta relação é relativamente baixa.

O próximo item visa fazer um estudo da relação da quantidade de cabos pelo número de

caixas de junção instalados ao longo do transportador.


-60-

3.4. Redução de custos pela análise da disposição d as caixas de junção

Um segundo estudo foi realizado a fim de se verificar outras variáveis que poderiam ser

alteradas resultando na redução de custo dos transportadores de correias.

O estudo apresentado a seguir visa analisar a relação entre a disposição/quantidade de

caixas de junção e os cabos utilizados nas chaves de emergência. A análise abrange

somente a chave de emergência, por ser responsável pela maior porcentagem do custo

total de componentes de comando no transportador.

Para ilustrar esta aplicação, consideraremos um transportador de 400m de comprimento

e serão desconsiderados os cabos que cruzam no sentido transversal do transportador,

conforme Figura 47.

3.4.1. Uma caixa de junção no início do transportad or

No primeiro caso analisado a caixa de junção está instalada em uma das extremidades

do transportador. A figura abaixo esquematiza um transportador com a caixa de junção

em uma de suas extremidades e a disposição das chaves de emergência (simbolizado

pelo “X”) em um dos lados do passadiço do transportador. Na parte inferior da figura é

apresentado o comprimento de cabo utilizado para cada chave. A quantidade total de

cabos (M1) é dada por:

21 2.[25.(8 )]M =

1 3200M m=


-61-

Ch. de Emergência

Figura 58 – Caixa de junção no início do TC.

A seguir, são apresentados os quantitativos utilizados neste arranjo:

Tabela 7 – Quantitativos – caixa de junção no início do TC



Distância entre chaves 25


Caixa no início

3.4.2. Uma caixa de distribuição no meio do transpo rtador

No segundo caso analisado a caixa de junção está instalada no meio do transportador. A

quantidade total de cabos (M2) é dada por:

22 2{2.[25.(4 )]}M =

2 1600M m=


-62-

Ch. de Emergência

Figura 59 – Caixa de junção no meio do TC.


Tabela 8 – Quantitativos – caixa de junção no meio do TC





Caixa no meio

Pela tabela anterior podemos verificar que para este arranjo a quantidade total de cabos

utilizados nas chaves de emergência é reduzida para 50% do total anterior.

3.4.3. Duas caixas de junção igualmente distribuída s

Um terceiro caso foi estudado considerando-se duas caixas de junção, as quais estão

distribuidas no transportador conforme figura abaixo. A quantidade total de cabos (M3)

é dada por:

23 2.{2.[2.(25.2 )]}M =

3 800M m=


-63-

Ch. de Emergência

Figura 60 – Duas caixas de junção


Tabela 9 – Quantitativos – Duas caixas de junção





Duas Caixas

Pela tabela anterior pode-se verificar que neste arranjo houve uma redução de 75% do

quantitativo total empregado no caso da caixa ser colocada na extremidade. A seguir,

será apresentada a comparação entre os três casos analisados.

Considerações

A figura abaixo ilustra o arranjo de cabos empregados nos três casos analisados

anteriormente.


-64-

Ch. de Emergência

Figura 61 – Comparativo dos 3 casos

A tabela comparativa dos três casos é mostrada abaixo:


-65-

Tabela 10 – Comparativo dos três casos

No. De CaixasQtde. de Cabos

(m) Redução1 (extremo) 3200 0%

1 (meio) 1600 50%2 800 75%

Pela tabela anterior foi verificada a expressiva diferença da quantidade de cabos

utilizados nos transportadores em função do uso de um maior número de caixas de

junção instaladas ao longo do TC. Para o caso em que são empregadas duas caixas de

junção foi verificada uma redução de 75% da quantidade total utilizada, comparando-se

com o primeiro caso, reduzindo conseqüentemente a quantidade de eletrodutos, caixas

de passagem, elementos de fixação, instalação, montagem e a manutenção no

transportador.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1 (extremo) 1 (meio) 2

Re

du

ção

(%

)

Qu

anti

dad

e d

e c

abo

s (m

)

Comparação

Figura 62 – Gráfico da comparação das disposições analisadas.

O próximo capítulo visa fazer um estudo sobre a aplicação de módulos de I/O remoto

no lugar das caixas de junção, consideradas anteriormente.


-66-

Capítulo 4

4. REDUÇÃO DE CUSTOS COM A APLICAÇÃO DO MÓDULO DE I/O REMOTO

4.1. O Módulo de I/O Remoto

Os módulos de I/O remoto são equipamentos projetados para reunir um grupo de

instrumentos (sensores e atuadores) e transmitir os sinais provenientes destes

equipamentos por meio de um protocolo digital de comunicação (Devicenet, Profibus,

ASI, Ethernet). Tem como principais características o grau de proteção mínima de IP20

e máxima de IP67, ser a prova de vibração, além de existirem alguns modelos que são

projetados para serem instalados em áreas classificadas.

Figura 63 – Módulo de I/O remoto IP67.


-67-

Figura 64 – Módulo de I/O remoto IP20.

Alguns módulos têm capacidade de contato para 4, 8, 16 e 32 pontos de instrumentos,

existem outros em que é possível se conectar até 512 pontos discretos (digitais). Outra

característica importante é a flexibilidade desses equipamentos. Existem módulos que

são totalmente configuráveis, ou seja, qualquer conexão pode ser configurada como

uma entrada ou saída, tornando-o uma aplicação muito versátil. Estes equipamentos

também possibilitam a comunicação por vários quilômetros, utilizando fibra-óptica

(conforme o protocolo utilizado) e existem alguns modelos com comunicação sem fio

(figura abaixo).

Figura 65 – Módulo com comunicação sem fio.


-68-

Além de ser um meio de transmissão de comandos, o módulo possibilita o diagnóstico

de falhas tanto internas quanto externas, tais como cabo rompido, curto circuito e falha

na comunicação, facilitando o diagnóstico e a localização destas falhas na planta.

No caso de falhas, estas poderão ser indicadas tanto visualmente (por meio de LEDs ao

lado dos conectores) quanto via rede (falha indicada ao CLP). Todos os seus contatos

são isolados galvanicamente do circuito de controle com o circuito eletrônico. A seguir,

serão apresentadas as principais características do módulo de I/O (modelo referência

MVK da MURR).


-69-

Figura 66 – Características técnicas do módulo MVK da MURR Elektronik.


-70-

Principais fornecedores no mercado brasileiro

Os principais fornecedores destes módulos são apresentados abaixo:

• MURR Elektronik

• Phoenix Contact

• Pepperl+Fuchs

• Balluff

• Festo

• Turk


-71-

4.2. Aplicação do módulo de I/O remoto em transport adores de correia No capítulo 5 verificou-se que a disposição e o número de caixas de junção podem

influenciar significativamente na quantidade total de cabos, eletrodutos e elementos de

fixação utilizados nos transportadores de correia.

A interconexão das caixas de junção, geralmente, é feita por meio de multi-cabos (cabos

com múltiplas vias). Esta conexão poderá trazer grandes problemas para o transporte

dos sinais. Devido às grandes distâncias poderá haver perdas de sinais, interferências e

efeitos capacitivos, além do fato deste tipo de instalação ser relativamente cara.

Uma solução para este tipo de aplicação é o emprego de módulos de I/O remoto em

substituição aos multi-cabos, além de tornar possível o envio de todos os sinais, tanto

discretos quanto analógicos, por meio de um único cabo de rede.

Ao se comparar a aplicação do módulo de I/O remoto com as remotas de CLP, o I/O

remoto possui diversas vantagens: as remotas de CLP e seus equipamentos auxiliares

(cartões de rede, cartão de entradas/saídas digitais, fonte de alimentação e outros) são

equipamentos relativamente mais caros, necessitam de proteção externa contra poeira,

líquidos e altas temperaturas, além de ocuparem um grande espaço dentro do painel que

serão instalados.


-72-

4.2.1. Vantagens da aplicação

A aplicação dos módulos poderá trazer as seguintes vantagens:

Redução da quantidade/custo de cabos

Como foi visto anteriormente, há uma expressiva redução na quantidade de cabos do

transportador.

Figura 67 – Sinais de entrada e saída do painel de controle enviados por um único cabo (aplicação

AS-i).

Redução da quantidade/custo de eletrodutos

Como conseqüência da redução de cabos haverá também a redução dos elementos de

condução, tais como eletrodutos, eletrocalhas e perfilados e uma redução significativa

dos elementos de fixação destes materiais.


-73-

Redução do tempo de instalação dos componentes de c ontrole

Com a redução da quantidade de cabos, como conseqüência, haverá uma redução no

tempo de instalação dos equipamentos elétricos.

Figura 68 – Cabo Profibus DP.

Nos módulos IP 67 a aplicação dos conectores M12 reduzirá consideravelmente o

tempo de montagem das conexões das chaves de segurança do transportador, reduzindo

significativamente os custos e a chance de falhas de instalação.

Figura 69 – Conexão M12

Maior quantidade de variáveis de diagnóstico

Os módulos de I/O disponibilizarão um maior número de variáveis que poderão ser

monitoradas no sistema, tais como status da rede, status do sensor/atuador e outros.


-74-

Maior número de variáveis para o gerenciamento de a tivos

Os módulos irão conectar os equipamentos de campo à rede de instrumentos e irão

monitorar continuamente suas condições e seus auto-diagnósticos. Com o

gerenciamento de ativos poderá haver uma notificação sobre qualquer falha nos

instrumentos da planta ou quando a manutenção é necessária, indicando qual é o

problema e localizando diretamente os instrumentos falhos. Através deste sistema é

possível realizar a manutenção preditiva dos equipamentos mais críticos da planta

Todos os sinais passam por uma única rede integrada

Tanto a comunicação dos dispositivos de campo quanto a comunicação do sistema de

controle da planta poderão ser integrados em uma estrutura de rede integrada.

Aplicação de fibra óptica

Alguns protocolos de comunicação atuais suportam como meio físico a fibra óptica. A

aplicação deste meio de condução de sinais poderá trazer diversas vantagens, tais como:

1. Imunidade a interferências eletromagnéticas

2. Imunidade a descargas elétricas

3. Transporte de sinais a longas distâncias (MRC Cable Belt)

4. Confiabilidade do sinal


-75-

Figura 70 – Aplicação: fibra óptica em Cable Belt

Redução de componentes que possibilitem o “by-pass” do operador

Com uma simples interligação dos contatos internos das chaves de segurança é possível

se eliminar a possibilidade do operador fazer o by-pass dos sinais destas chaves. O

Esquema de interligação dos contatos pode ser visto abaixo:

Figura 71 – Esquema de interligação “anti-bypass”.

Pelo esquema acima nota-se que existem dois contatos, os quais irão monitorar o estado

da chave. Um dos sinais está ligado em um contato normalmente fechado (NF) e outro

em um contato normalmente aberto (NA). Com uma simples programação na lógica de


-76-

controle é possível se monitorar estes dois pontos da seguinte forma: ao acionar uma

chave de emergência, o controlador (CLP/SDCD) deve verificar a situação de ambos os

contatos e estes devem estar, obrigatoriamente, em condições opostas, ou seja, na

condição de uma estar fechada a outra deverá estar aberta. Caso contrário, o controlador

poderá indicar alguma falha no sistema.

Diagnose local e remota

Os módulos disponibilizam o diagnóstico de diferentes falhas, tanto dos instrumentos

instalados quanto no próprio módulo. Os sinais de falhas podem ser indicados no

próprio módulo (por meio de LEDs indicadores) ou podem ser enviados ao sistema

supervisório para indicar qual o tipo de falha e sua localidade na planta.

Alta Taxa de transferência

Dependendo do fabricante e do protocolo digital empregado consegue-se taxas de

transmissão de até 12Mbits/segundo (12.000 bits a cada milissegundo).

Elimina régua de bornes

Não há mais a necessidade de se instalar a régua de bornes para conectar os

instrumentos.

Figura 72 – Caixa de junção com réguas de bornes (grande área ocupada pelos bornes).


-77-

Redução de cartão de I/O

Elimina a necessidade dos cartões de I/O do sistema de controle (CLP/SDCD). Será

necessária a instalação de somente um cartão de rede para todo o equipamento

(dependendo do número de pontos de I/O).

Figura 73 – Controlador com cartões de I/O - conexão hardwire.

Figura 74 – Controlador com cartões de rede.

Aplicação de módulos com comunicação sem fio

A rede de comunicação sem fio poderá ser outra opção de meio físico de comunicação.

Hoje, este tipo de aplicação é utilizado como sistema de redundância para sinais

operando juntamente com a fibra-óptica.


-78-

Segurança da instalação

Caso haja falha em algum dos sensores conectados ao módulo, os outros instrumentos

poderão funcionar normalmente. Isto é possível devido à isolação galvânica do módulo

de I/O.

Maior flexibilidade em futuras expansões

Os módulos são configuráveis, possibilitando expansões de pontos de entradas e saídas

digitais.

4.2.2. Desvantagens A seguir, serão apresentadas algumas desvantagens da aplicação:

Aumento das horas de treinamento: Como este tipo de solução ainda não é muito

empregado no mercado de mineração, deverá se considerar a necessidade de horas de

treinamento para os responsáveis pela instalação, montagem e manutenção dos

equipamentos.

Configuração das remotas: Após a instalação, deverá ser feita a configuração de cada

remota no campo.

Configuração do CLP: Aumento do tempo de configuração do CLP.

Estudo de Caso

O item a seguir visa apresentar um estudo de caso da aplicação do módulo de I/O

remoto em um transportador de 1 quilômetro de comprimento (aplicação semelhante

para um transportador Cable Belt). Este estudo será apresentado por meio da

comparação de fatores técnicos e comerciais entre a aplicação convencional e a

aplicação com módulos de I/O remoto.


-79-

4.3. Aplicação Convencional

Inicialmente, será feito o estudo em uma aplicação convencional em que todos os sinais

das chaves são enviados por cabos de 3 vias até uma caixa de junção no início do

transportador (hard-wire). Estas chaves serão dispostas dos dois lados do passadiço

conforme a norma NBR 13862 [21].

As conexões série das chaves com o centro de controle de motores (CCM) será

desconsiderada, por ser uma instalação comum em todos os casos, não interferindo

significativamente na variação do quantitativo.

Neste tipo de transportador (TCLD), geralmente, é empregada a tensão de 24VCC para

os sinais de comando, isto é feito para se evitar o efeito capacitivo ao longo dos cabos.

Nota-se que devido ao grande comprimento do transportador e baixa tensão empregada

será necessário dimensionar os cabos para evitar que a queda de tensão interfira no sinal

a ser enviado ao Controlador (a queda de tensão permitida para os sinais digitais

dependerá do modelo e fabricante do controlador empregado). Para tanto, as chaves

serão divididas em dois grupos: serão considerados cabos do tipo Sintenax Flex de

3x1,5mm2 para a primeira metade das chaves (mais próximos à caixa de junção) e para

a outra metade serão considerados cabos de 3x2,5mm2.


-80-

Quantidade de cabos

Figura 75 – Disposição dos cabos. Aplicação convencional em TC de 1 km de comprimento.

O cálculo dos cabos utilizados nesta aplicação pode ser feito conforme a fórmula

encontrada no capítulo 5. Para a primeira metade das chaves de emergência, temos:

, 22.25.10Φ =

, 5000mΦ =

Para a segunda metade, temos:

21 12.25.20Φ = − Φ

1 15.000mΦ =

Quantidade de eletrodutos

O dimensionamento dos eletrodutos será feito conforme a norma ABNT NBR5410 e

será considerado o eletroduto rígido de aço carbono para aplicação pesada, para uma

área de ocupação inferior a 40%. A tabela abaixo mostra as áreas de ocupação dos

eletrodutos de PVC e aço galvanizado de acordo com o seu tamanho de rosca.


-81-

Tabela 11 – Área dos eletrodutos rígidos ocupáveis pelos cabos [16].

A condução dos sinais das chaves de emergência será feita por meio de cabos Sintenax

Flex com isolação 0,6/1kV de 3x1,5mm2 e 3x2,5mm2. Pela tabela do fabricante

apresentada abaixo podemos encontrar o diâmetro externo nominal ocupado pelos

cabos. Sabendo-se que a área de ocupação é dada por 2. / 4A dπ= , em que d é o

diâmetro externo do multi-cabo, temos:

21 .9,3 /4A π= = 67,93 mm2 – Área ocupada pelo cabo de 3x1,5mm2

22 .10,2 / 4A π= = 81,72 mm2 – Área ocupada pelo cabo de 3x2,5mm2


-82-

Tabela 12 – Especificação dos cabos Sintenax Flex.

De acordo a tabela 11, verifica-se que é necessário um eletroduto com bitola mínima de

½” para a instalação dos cabos de 3x1,5mm2 e 3x2,5mm2. Como as chaves de

emergência são instaladas aos pares, uma em cada lado do passadiço, foi feita uma

tabela considerando a área ocupada pelos cabos de cada par, desde o primeiro lance de

chaves (contendo cabos para 2 chaves) até o início do transportador (eletroduto

dimensionado para a passagem dos cabos para as 40 chaves).

A bitola máxima do eletroduto considerado será de 3”. Eletrodutos de bitolas superiores

são utilizados em casos especiais e não são facilmente encontrados no mercado. Quando

as dimensões dos cabos ultrapassarem a área máxima permitida deste eletroduto, será

considerado um segundo eletroduto com as dimensões apropriadas paralelo a este

primeiro.


-83-

Na tabela abaixo é mostrado o dimensionamento da seção dos eletrodutos em função do

número de chaves para os cabos de 3x1,5mm2 e 3x2,5mm2.

Tabela 13 – Relação de eletrodutos pela quantidade de chaves/cabos de controle. Quantidade de

chaves

Área ocupada Eletroduto

utilizado

Área ocupada Eletroduto

utilizado

2 135,86 3/4" 163,44 1"

4 271,72 1.1/2" 326,88 1.1/2"

6 407,58 1.1/2" 490,32 1.1/2"

8 543,44 1.1/2" 653,76 2"

10 679,30 2" 817,20 2"

12 815,16 2" 980,64 2.1/2"

14 951,02 2.1/2" 1144,08 2.1/2"

16 1086,88 2.1/2" 1307,52 2.1/2"

18 1222,74 2.1/2" 1470,96 3"

20 1358,60 3" 1634,40 3"

22 1494,46 3" 1797,84 3"

24 1630,32 3" 1961,28 3"

26 1766,18 3" 2124,72 3"

28 1902,04 3" 2288,16 3"

30 2037,90 3" 2451,60 3"

32 2173,76 3" 2615,04 3"

34 2309,62 3" 2778,48 3" + 1"

36 2445,48 3" 2941,92 3" + 1.1/2"

38 2581,34 3" 3105,36 3" + 1.1/2"

Cabo de3x1,5mm2 Cabo de3x2,5mm2

O dimensionamento dos eletrodutos será feito conforme os dados apresentados na tabela

anterior. Considerando as chaves do ponto mais distante da caixa de junção até o ponto

mais próximo, temos:

E20: 2 cabos de 3x2,5mm2

= Eletroduto de 1”


= Eletroduto de 1.1/2”







-84-












E10: 2 cabos de 3x1,5mm2 + 20 cabos de 3x2,5mm2 = 135,86 + 1634,40 = 1780,26 mm2

















= Eletroduto de 3” + Eletroduto de 3/4”


= Eletroduto de 3” + Eletroduto de 1”


-85-

O arranjo dos eletrodutos dimensionados anteriormente pode ser visto na figura abaixo:

E18: Ø1.1/2"E17: Ø2"E16: Ø2"E15: Ø2.1/2" E20: Ø1"E19: Ø1.1/2"E14: Ø2.1/2"E13: Ø2.1/2"E12: Ø3"E11: Ø3"E10: Ø3"E9: Ø3"E8: Ø3"E7: Ø3"E6: Ø3"E5: Ø3"E4: Ø3"E3: Ø3"E2: Ø3"E1: Ø3"

E2: Ø3/4"E1: Ø1"

Figura 76 – Dimensões dos eletrodutos. Aplicação convencional em TC de 1km.


-86-

Os quantitativos podem ser vistos nas tabelas abaixo:

Tabela 14 – Quantidade de eletrodutos. Aplicação convencional em TC de 1km.

Ø3/4" Ø1" Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø3"

50 75 100 100 150 575

Quantidade Eletroduto

Tabela 15 – Quantitativo para aplicação convencional.

Equipamento Modelo Qtde. Custos

Cabo para chave 3x2,5mm² (m) 15000 0,79 u.r.q.

Cabo para chave 3x1,5mm² (m) 5000 0,17 u.r.q.

Caixa Metálica 400x400x150 2 0,01 u.r.q.

Régua de Bornes 20 bornes 2 0,02 u.r.q.

Aplicação Convencional (unidade referência) 1,00 u.r.q.

Nota: Os custos apresentados serão baseados no custo total da aplicação

convencional, terão como unidade a unidade referência dos quantitativos (u.r.q.),

conforme tabela anterior.


-87-

4.4. Aplicação do módulo

Conforme visto no capítulo 5, quanto maior o número de caixas de junção empregado

menor será a quantidade de cabos utilizada. O estudo a seguir visa analisar a aplicação

dos módulos de I/O no lugar das caixas de junção, agregando todas as vantagens

técnicas mencionadas anteriormente. Serão analisados 4 casos de disposições dos

módulos no TC, conforme abaixo:

1) Caso 1 – Um ponto de I/O no meio do TC.

2) Caso 2 – Dois pontos de I/O distribuídos a cada 500m.

3) Caso 3 – Quatro pontos de I/O distribuídos a cada 250m.

4) Caso 4 – Cinco pontos de I/O distribuídos ao longo do TC.

O módulo MVK da MURR será utilizado como referência (módulo de 16 entradas

digitais) e será empregada a rede PROFIBUS. Este protocolo foi escolhido devido à

capacidade de transmitir sinais a longas distâncias (até 1,9km) sem a necessidade de

repetidores.

Figura 77 – Instalação dos módulos em campo.


-88-

Nesta aplicação devemos considerar os principais acessórios necessários para o correto

funcionamento e instalação dos módulos (conforme figuras acima) e deverão ser

previstos os itens a seguir:

• Conectores para os cabos de rede, cabos dos sensores e cabos de força

• Fonte de alimentação de 24V (a potência a ser fornecida dependerá do número e

tipo de dispositivos)

• Caixa metálica.

• Número de módulos de I/O

• Cabo para alimentação do módulo (127 Vca)

• Cabo de rede Profibus


-89-

4.4.1. Caso 1 – Um módulo no meio do TC

No primeiro caso será instalado um módulo no meio do transportador. Todas as 40

chaves serão ligadas a este módulo e os sinais serão enviados ao controlador pelo cabo

de rede Profibus.

Pela topologia de rede abaixo se pode observar o arranjo geral das ligações dos cabos de

controle (cabos das chaves de emergência), cabos de força para alimentar os módulos e

dispositivos de campo e o cabo de rede.

CONTROLADOR

FONTE

24VCCREDE

Figura 78 – Topologia de rede. Caso 1.

Quantidade de cabos

Figura 79 – Disposição dos cabos. Caso 1.

O cálculo da quantidade de cabos foi feito conforme as equações encontradas no

capítulo 5, considerando-se o cabo de 3x1,5mm2.


-90-

22 2.[2.25.10 ]Φ =

2 10.000mΦ =


Os eletrodutos foram dimensionados conforme a Tabela 13.

Ø1.1/2"Ø2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø2.1/2"

Ø3/4"

Ø1.1/2"Ø2"Ø2.1/2"Ø2.1/2"Ø3"Ø1.1/2" Ø2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø2.1/2"Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø2.1/2"

Ø3/4"

Figura 80 – Disposição dos eletrodutos. Caso 1.

Observa-se na figura acima que serão necessários mais dois eletrodutos: 1 de 3/4” para

conduzir o cabo de força (2x2,5mm2 para 120Vca) e outro de 3/4” para conduzir o cabo

de rede ao longo do transportador.

O quantitativo de eletrodutos considerados pode ser visto na tabela abaixo:

Tabela 16 – Quantidade de eletrodutos. Caso 1

Ø3/4" Ø1" Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø3"

1100 0 300 200 300 50



-91-

Segue abaixo a tabela dos equipamentos utilizados nesta aplicação:

Tabela 17 – Aplicação do módulo. Custos – Caso 1

Equipamentos - Caso 1 Modelo Qtde. Custo Total

IO remoto MVK-P MODULO DI8 - Profibus 3 0,090 u.r.q.

Fonte de alimentação 24Vcc - 5A 1 0,011 u.r.q.

Conectores M12 60 0,070 u.r.q.

Cabo de rede (m) Profibus 550 0,056 u.r.q.

Cabo de Alimentação 2x2,5mm² (m) 550 0,021 u.r.q.

Cabo para Chave 3x1,5mm² (m) 10000 0,345 u.r.q.


TOTAL 0,608 u.r.q.


-92-

4.4.2. Caso 2 – Dois módulos distribuídos no transp ortador

No segundo caso serão instalados dois módulos igualmente distribuídos no

transportador. Serão interligadas 20 chaves para cada módulo.




CONTROLADOR

FONTE

24VCC

REDE

Figura 81 – Topologia de rede. Caso2.

Quantidade de cabos





-93-

23 4.2.25.5Φ =

3 5.000mΦ =



Ø3/4"

Ø1.1/2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø1.1/2"Ø2"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø1.1/2"Ø1.1/2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø1.1/2"Ø2"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø1.1/2"

Ø3/4"


Observa-se na figura acima que serão necessários mais dois eletrodutos: 1 de 3/4” para




Tabela 18 – Quantidade de eletrodutos. Caso 2.

Ø3/4" Ø1" Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø3"

1700 0 600 100 0 0



-94-











TOTAL 0,524 u.r.q.


-95-

4.4.3. Caso 3 – Quatro módulos distribuídos no tran sportador

No caso 4 serão instalados quatro módulos igualmente distribuídos ao longo do





CONTROLADOR

FONTE

24VCC

REDE

²

Figura 84 – Topologia de rede. Caso 3

Quantidade de cabos

Conforme visto no Capítulo 3, quanto mais próximas as chaves de emergência estão da

caixa de junção menor será a quantidade de cabos utilizada. Portanto, a melhor

disposição da caixa de junção/módulo para este caso seria com o módulo no ponto

médio das 5 chaves de emergência (conforme figura abaixo).




-96-

Figura 85 – Disposição dos cabos. Caso 3

24 4.2.[2.(25.2 2.25)]Φ = +

4 2.400mΦ =



Ø3/4"

Ø3/4"

Ø3/4"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø1.1/2"Ø3/4" Ø1.1/2"


Observa-se na figura acima que serão necessários mais 2 eletrodutos: 1 de 3/4” para





Ø3/4" Ø1" Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø3"

2150 0 400 0 0 0



-97-











TOTAL 0,447 u.r.q.


-98-

4.4.4. Caso 4 – Cinco módulos distribuídos no trans portador

No caso 4 serão instalados cinco módulos igualmente distribuídos ao longo do





CONTROLADOR

FONTE

24VCC

REDE

Figura 87 – Topologia de rede. Caso 4.

Quantidade de cabos




25 5.2.2.25.2Φ =

5 2000mΦ =


-99-



Ø3/4"

Ø3/4"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø3/4" Ø1.1/2" Ø3/4"Ø3/4" Ø1.1/2"

Ø3/4"


Observa-se na figura acima que serão necessários mais 2 eletrodutos: 1 de 3/4” para





Ø3/4" Ø1" Ø1.1/2" Ø2" Ø2.1/2" Ø3"

2300 0 250 0 0 0



Tabela 23 – Aplicação do módulo. Custos – Caso 4.

Equipamentos - Caso 4 Modelo Qtde. Custo un.

IO remoto MVK-P MODULO DI8 - Profibus 5 0,150 u.r.q

Fonte de alimentação 24Vcc - 5A 1 0,011 u.r.q

Conectores M12 100 0,117 u.r.q

Cabo de rede (m) Profibus 900 0,092 u.r.q

Cabo de Alimentação 2x2,5mm² (m) 900 0,034 u.r.q

Cabo para Chave 3x1,5mm² (m) 2000 0,069 u.r.q

Caixa Metálica 400x400x150 5 0,036 u.r.q

TOTAL 0,509 u.r.q


-100-

4.5. Comparativo – Custos

Os quantitativos e custos referentes aos cabos, eletrodutos e I/O remotas serão

apresentados abaixo. Estes custos serão baseados no valor total da aplicação

convencional (cabos, eletrodutos e demais equipamentos) como referência de valor,

unidade referência (u.r.)

Nota: Os valores dos equipamentos mencionados a seguir foram baseados em cotações de

março e abril de 2008, sem impostos.

Cabos

A tabela de comparação entre as quantidades e custos de cabos utilizadas nos casos

analisados pode ser vista abaixo:

Tabela 24 – Custos de cabos. Apliacação Cabo para Chave de

Emergência

Custo Total Redução

Aplicação convencional 20000 1,00 u.r. -

Caso 1 10000 0,36 u.r. 64%

Caso 2 5000 0,18 u.r. 82%

Caso 3 2400 0,09 u.r. 91%

Caso 4 2000 0,07 u.r. 93%


-101-

0%

64%

82%

91%93%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,00 u.r.

0,20 u.r.

0,40 u.r.

0,60 u.r.

0,80 u.r.

1,00 u.r.

1,20 u.r.

Aplicação convencional

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

Re

du

ção

(%

)

Cu

sto

s d

e C

abo

s (r

.u.)

Comparativo de custos de cabos

Figura 90 – Comparativo de custos de cabos para os casos analisados.

Eletrodutos

A tabela de comparação entre as quantidades e custos de eletrodutos utilizadas nos

casos analisados pode ser vista abaixo:

Tabela 25 – Custos de eletrodutos. Apliacação Custo Total Redução

Aplicação convencional 1,00 u.r. -

Caso 1 0,86 u.r. 14%

Caso 2 0,71 u.r. 29%

Caso 3 0,62 u.r. 38%

Caso 4 0,57 u.r. 43%


-102-

0%

14%

29%

38%43%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,00 u.r.

0,20 u.r.

0,40 u.r.

0,60 u.r.

0,80 u.r.

1,00 u.r.

1,20 u.r.



Re

du

ção

(%

)

Cu

sto

s d

e e

letr

od

uto

s (u

.r.)

Comparativo de custos de eletrodutos

Figura 91 – Comparativo de custos de eletrodutos para os casos analisados.


-103-

Total

Abaixo é mostrada a tabela comparando-se os valores totais das aplicações estudadas

anteriormente:

Tabela 26 – Custos totais. Apliacação Custo Total Redução

Aplicação convencional 1,00 u.r. -

Caso 1 0,73 u.r. 27%

Caso 2 0,61 u.r. 39%

Caso 3 0,53 u.r. 47%

Caso 4 0,54 u.r. 46%

0%

27%39%

47%

46%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,00 u.r.

0,20 u.r.

0,40 u.r.

0,60 u.r.

0,80 u.r.

1,00 u.r.

1,20 u.r.



Re

du

ção

(%

)

Cu

sto

s To

tais

(u

.r.)

Comparativo entre os custos totais

Figura 92 – Comparativo de custos totais para os casos analisados.


-104-

Capítulo 5

5. CONCLUSÕES

Nos estudos concluídos anteriormente foram verificados alguns meios para se obter a

redução de custo com componentes elétricos de controle dos transportadores de correia.

A aplicação dos módulos de I/O além de trazer vantagens comerciais, agregou também

vantagens técnicas, citadas no capítulo anterior.

Com a aplicação de quatro módulos de I/O distribuídos ao longo do transportador (caso

3) tivemos a máxima redução de custos envolvendo os componentes considerados,

chegando a uma redução de 47%, comparando-se com a aplicação convencional. Porém,

para aplicações com mais de quatro (caso 4) módulos este valor diminui devido ao fato

do aumento de custos com os módulos e materiais de instalação.

Neste estudo não foram consideradas as outras chaves de segurança, tais como chave de

desalinhamento, velocidade e outros, também não foram considerados seus conduletes e

elementos de fixação (arruelas, conectores, bucha de redução e outros). Outro tópico

não abordado foi a redução do tempo e do custo na montagem destes equipamentos.

Estes componentes poderão contribuir ainda mais para a redução de custos totais em um

transportador de correia.


-105-

Aplicações futuras

Para transportadores de comprimentos menores, poderá ser feito um estudo com

aplicações de protocolos diferentes do Profibus, como alternativa poderia ser usado o

AS-i. Este protocolo limita-se a pequenas distâncias, porém o seu hardware é

relativamente mais barato que os outros do mercado, além de ser um protocolo

totalmente voltado a dispositivos de campo.

Para transportadores de comprimentos maiores (vários quilômetros) poderá ser feito um

estudo com aplicações em fibra óptica (existem alguns protocolos que possibilitam

utilizar fibra óptica como meio físico). Através deste meio físico os sinais que o módulo

recebe das chaves poderá ser transmitidos a longas distâncias livre de interferências

eletromagnéticas.

Um estudo futuro desta aplicação poderá ser feito em outros equipamentos de

mineração. Os equipamentos que têm seus sinais de instrumentação (sensores e

atuadores) transferidos via hard-wire, ou seja, em que cada sinal é enviado por um par

de cabos, poderão ser estudados meios de se implementar um módulo de I/O remoto em

pontos estratégicos e se alcançar diversos benefícios com este tipo de aplicação.


-106-

6. BIBLIOGRAFIA:

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RJ, 2007.

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[8] Figura. Acesso em: Julho 2008. Obtido em: http://www.elmec.com.br/

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http://www.profibus.com.br/

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-107-

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[18] PAGNANO, M. A. O. Artigo técnico. Gerenciamento de ativos na

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