robótica
58
Eng.º Luís Reis Neves Departamento de Engenharia da SEW-EURODRIVE Portugal
Dossier sobre mecatronica versus Indústria 4.0
A revolução industrial nas linhas de produção 1. INTRODUÇÃO Na atualidade é indispensável produzir de forma célere, com ciclos diminutos e lotes frequentemente reduzidos. O controlo de movimento no seio das indústrias tem que responder a esses requisitos. Os acionamentos são responsáveis por mais de 90% dos movimentos, animando sistemas inanimados. São autênticos transdutores de energia elétrica em movimento. Se em tempos motor e redutor se confundiam com acionamentos, atualmente essa abordagem é bastante limitativa. O acionamento deixou de ser o músculo desprovido de inteligência que agia cegamente às ordens de um controlador de nível superior. Os acionamentos emergiram para um nível superior, impulsionados pelas exigências da engenharia moderna. Os componentes anteriormente mencionados são complementados com poderosos, compactos e versáteis conversores de frequência (frequentemente também designados por variadores eletrónicos de velocidade), controladores, monitores de segurança e amigáveis interfaces homem máquina. A polivalência requer adaptação constante às necessidades de produção e reação imediata ao tratamento de informação provida por outros atuadores e sensores. Como tal, os acionamentos têm que falar entre si e com outros dispositivos, criando uma teia de comunicação, sendo consequentemente integrados em redes de bus de campo. Por outras palavras, os acionamentos são a combinação harmoniosa da mecânica, eletricidade, eletrónica, informática e automação: mecatrónica.
Nos finais do século XIX teve início a era industrial. Assiste-se a um nível inimaginável de mecanização e automatização de processos repetitivos (produção em série). Processos que eram até então desempenhados por pessoas – frequentemente envolvendo grandes esforços físicos – passaram a ser feitos por máquinas. Tratou-se de uma autêntica revolução. Durante os primeiros anos, essa mecanização foi obtida sobretudo através de correias de transmissão: a energia era transferida por correias de couro a partir de um motor principal, usando polias reversivas e eixos intermédios. A inversão do sentido era conseguida através do cruzamento das correias. Desta forma, disponibilizava-se a energia onde ela era efetivamente necessária: na máquina correspondente. O motor central era a gás ou uma roda movida a água. Mais tarde, o motor central passou a ser elétrico. A rotação e o binário eram adaptados para cada aplicação específica recorrendo a redutores tendo por base correias/polias ou engrenagens. Mesmo quando só era necessário ter uma máquina a funcionar, o motor principal tinha que trabalhar, tornando o sistema bastante ineficiente do ponto de vista energético. Adicionalmente, os eixos rotativos e correias não tinham qualquer blindagem ou proteção, pelo que eram perigosos e extremamente ruidosos. Na Figura 2, apresenta-se essa configuração de transmissão de energia.
Figura 1. Acionamento mecatrónico MOVIGEAR® performance da SEW-EURODRIVE.
Os controladores de nível superior (normalmente PLC ou PCi) delegam progressivamente o controlo do movimento e ações de automação aos acionamentos, verificando-se uma migração da inteligência, ou seja, descentralização. Cada vez mais, os acionamentos são independentes na geração, controlo e monitorização do movimento, analisando sinais periféricos, dialogando entre si, com outros sistemas e com os operadores de forma direta e assumindo funções de segurança. Ao tradicional controlador de nível superior é dado o papel de supervisor.
2. UM POUCO DE HISTÓRIA A história do movimento e dos acionamentos intercetam-se muitas vezes ao longo do tempo e, por vezes, são mesmo coincidentes.
Figura 2. Máquinas instaladas em nave fabril acionadas através de correias.
Após a invenção do motor elétrico, as desvantagens acima mencionadas fizeram com que se tornasse imperativo que estes tivessem uma utilização universal. A velocidade e o binário ainda tinham que ser adaptados para a aplicação. Para o fazer, eram instalados redutores a jusante dos motores, ligando os veios através de acoplamentos e partilhando a mesma plataforma. Esta combinação possibilitava que a força motriz fosse aplicada apenas onde era necessária. Contudo, ainda havia espaço para melhorias. Os acoplamentos exigiam tolerâncias radiais e axiais apertadas, pelo que