Cláudio Sabrosa Lemos
1 INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES Autarquia Associada à Universidade de São Paulo Automação do processo de soldagem a laser (Nd:YAG) para confecção das sementes de iodo-125 utilizadas em braquiterapia SAMIR LUIZ SOMESSARI Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do Grau de Mestre em Ciências na Área de Tecnologia Nuclear - Aplicações. Orientador: Dr. Wilson Aparecido Parejo Calvo São Paulo 2010
2 Dedico este trabalho à minha esposa Elizabeth e à minha filha Fernanda. i
3 ii AGRADECIMENTOS Ao Dr. Wilson Aparecido Parejo Calvo coordenador do Centro da Tecnologia das Radiações CTR, do IPEN-CNEN/SP, pela orientação, incentivo, amizade e inestimável ajuda durante a elaboração e execução deste trabalho. À Dra. Maria Elisa Chuery Martins Rostelato pela amizade e por acreditar em minha capacidade de desenvolver este trabalho de pesquisa. À Elizabeth S. Ribeiro Somessari, Anselmo Feher, Francisco E. Sprenger, Fabio Eduardo da Costa, Hélio Antonio Paes, Carlos Gaia da Silveira, Gilberto Albano, Claudio Botelho, Vladimir Lepki, Carlos A. Medeiros Gamboa e Fernanda Ribeiro Somessari pela amizade, sugestões e grande colaboração neste trabalho. À todos os amigos do IPEN-CNEN/SP, que contribuíram diretamente ou indiretamente no desenvolvimento deste trabalho. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP pelo apoio financeiro no projeto de pesquisa. À Direção do IPEN-CNEN/SP pela oportunidade.
4 Automação do processo de soldagem a laser (Nd:YAG) para confecção das sementes de iodo-125 utilizadas em braquiterapia iii Samir Luiz Somessari RESUMO O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de automação para a produção das sementes de iodo-125 por soldagem a laser (Nd:YAG). As sementes de iodo- 125 são utilizadas com sucesso no tratamento de câncer por braquiterapia, via baixa taxa de dose. Esta pequena semente é constituída por uma cápsula de titânio soldada, com 0,8mm de diâmetro e 4,5mm de comprimento, contendo iodo-125 adsorvido em fio de prata, no interior da mesma. As sementes de iodo-125 são implantadas na próstata humana para irradiar o tumor e tratar o câncer. Hoje, o Centro de Tecnologia das Radiações - CTR, do IPEN-CNEN/SP importa e distribui sementes de iodo-125 por ano, para as clínicas e hospitais no País. No entanto, o potencial do mercado brasileiro é de sementes de iodo-125 por mês. Assim, a produção local destas fontes radioativas de iodo- 125 tornou-se uma prioridade para o Instituto, visando reduzir o preço e aumentar o fornecimento à população. Por outro lado, a automação industrial desempenha papel importante na fabricação das sementes de iodo-125, com aumento da produtividade e padrão elevado de qualidade, além de facilitar a implementação e o funcionamento de processos com Boas Práticas de Fabricação (BPF). A tecnologia consiste em associar peças mecânicas e componentes eletro-eletrônicos, para controle de máquinas e processos. A tecnologia de automação para produção das sementes de iodo-125 desenvolvida neste trabalho emprega Controlador Lógico Programável (CLP), motores de passos, drivers, máquina de soldagem a laser (Nd:YAG), sensores fotoelétricos e interfaces de comunicação.
5 Development of an automation system for iodine-125 brachytherapy seed production by (Nd:YAG) laser welding iv Samir Luiz Somessari ABSTRACT The aim of this work is to develop an automation system for iodine-125 radioactive seed production by (Nd:YAG) laser welding, which has been used successfully in Low Dose Rate (LDR) brachytherapy treatment. This small seed consists of a welded titanium capsule, with 0.8mm in diameter and 4.5mm in length, containing iodine-125 adsorbed onto a silver rod. The iodine-125 seeds are implanted into the human prostate to irradiate the tumor for cancer treatment. Nowadays, the Radiation Technology Center, at IPEN-CNEN/SP imports and distributes 36,000 iodine-125 seeds per year, for the clinics and hospitals in the country. However, the Brazilian market potential is now over 8,000 iodine-125 seeds per month. The local production of these iodine-125 radioactive sources becomes a priority for the Institute, in order to reduce the price and the problems of prostate cancer management. It will permit to spread their use to a largest number of patients in Brazil. On the other hand, the industrial automation plays an important role for iodine-125 seeds in order to increase the productivity, with high quality and assurance, avoiding human factors, implementing and operating with Good Manufacturing Practices (GMP). The technology consists of appliance electronic and electro-mechanical parts and components to control machines and processes. The automation system technology for iodine-125 seed production developed in this work was mainly assembled employing Programmable Logic Controller (PLC), stepper motors, drivers, (Nd:YAG) laser welding machine, photoelectric sensors and supervisory.
6 v SUMÁRIO INTRODUÇÃO O diagnóstico As alternativas As sementes de iodo-125 Página OBJETIVO LITERATURA Automação Arquitetura de automação Controlador lógico programável Norma IEC Processos de soldagem Soldagem a laser Soldagem a arco plasma Sistemas de supervisão e aquisição de dados Motor de passo Relutância variável Ímã permanente Híbrido Motor unipolar Motor bipolar Sistema de controle, sensores e atuadores Sensores Atuadores Boas Práticas de Fabricação (ANVISA RDC 17)
7 vi SUMÁRIO MATERIAIS E MÉTODOS Infraestrutura Processo de automação da soldagem a laser, para confecção das sementes de iodo-125 Equipamentos e componentes utilizados no processo de automação Arquitetura do hardware Página DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Confecção e montagem do hardware Processo de automação Montagem do hardware e desenvolvimento dos aplicativos (software) Hardware Máquina de solda a laser LW15A Driver do motor de passo Software do driver do motor de passo Software Microwin 4.0 Supervisório - gerenciamento do processo Falhas operacionais CONCLUSÕES 66 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 67 APÊNDICE A 71
8 vii LISTA DE FIGURAS Taxa bruta de mortalidade por câncer em algumas localizações primárias Esquema da semente de iodo-125 a ser produzida com tecnologia nacional Pirâmide de automação Elementos de um sistema típico para soldagem a laser Equipamento para soldagem a arco plasma Motor de relutância variável Motor de ímã permanente Motor de configuração híbrido Motor unipolar Motor bipolar Arquitetura do hardware Sistema de soldagem a laser (Nd:YAG), para confecção das sementes de iodo-125 utilizadas em braquiterapia Hardware do sistema que contém CLP, fontes de alimentação e drivers dos motores de passos (SIEMENS S7-200) Montagem do sistema de soldagem da semente de iodo-125 na glove-box Diagrama do processo de automação da soldagem a laser (Nd:YAG) Diagrama de blocos do processo de automação da soldagem a laser na fabricação das sementes de iodo-125 Dispositivo de armazenagem e distribuição dos tubos de titânio Dispositivo de armazenagem e distribuição dos tubos de titânio, montado na glove-box Dispositivo de posicionamento e soldagem a laser (Nd:YAG) Dispositivo de posicionamento e soldagem a laser (Nd:YAG), montado na glove-box Dispositivo de inversão e distribuição das sementes de iodo-125 Dispositivo de inversão e distribuição das sementes de iodo-125, montado na glove-box Página
9 viii LISTA DE FIGURAS Recipientes dos rejeitos normais e radioativos, e das sementes de iodo-125 Recipientes dos rejeitos normais e radioativos, e das sementes de iodo-125, montados na glove-box Dispositivo de armazenagem e distribuição dos fios de prata radioativos com iodo-125 absorvido Dispositivo de armazenagem e distribuição dos fios de prata radioativos, com iodo-125 absorvido, montado na glove-box Dimensões do fio de prata, tubo de titânio e da semente de iodo- 125, comparadas com uma moeda Dispositivo mecânico para fixação das fibras e dos sensores ópticos Conector de entradas e saídas de sinais digitais para controle externo Esquema em Ladder para interligação da máquina de solda a laser com o controlador lógico programável Página Diagrama de ligação do driver do motor de passo com o CLPS7 200 Diagrama de alimentação do driver 1240i Ligação do driver 1240i com o motor de passo P/N Software para os motores de passo M1 e M4 Configurações dos motores de passo M1 e M4, nas entradas e saídas digitais Configurações dos motores de passo M1 e M4, para velocidade e rotação Software do motor de passo M2, com as configurações das entradas e saídas digitais Configurações do motor de passo M2, para velocidade e rotação Software do motor de passo M3, com as configurações das entradas digitais ]
10 ix Configurações do motor de passo M3, para velocidade, rotação e posicionamento Configuração típica da linguagem Ladder Configuração típica da linguagem da lista de instruções Configuração típica da linguagem do diagrama de blocos lógicos de funções Controle remoto do processo de soldagem a laser (Nd:YAG) Tela inicial do processo de automação em tempo real Tela de monitoração do processo de automação em tempo real Tela da Solda 1 a ser aprovada ou rejeitada pelo operador Tela da Solda 2 a ser aprovada ou rejeitada pelo operador Tela do contator para controle do processo de automação Tela de serviço do processo de automação Tela dos alarmes e de monitoração dos eventos
11 x LISTA DE TABELAS Página 1 Ligações entre a máquina de solda a laser LW15A e o controlador lógico programável. 46
12 1 1. INTRODUÇÃO 1.1 O diagnóstico Câncer é o nome dado a um conjunto de mais de 100 doenças que têm em comum o crescimento desordenado de células, que invadem tecidos e órgãos. Dividindo-se rapidamente, estas células tendem a ser muito agressivas e incontroláveis, determinando a formação de tumores malignos, que podem espalhar-se para outras regiões do corpo. As causas de câncer são variadas, podendo ser externas ou internas ao organismo, estando inter-relacionadas. As causas externas referem-se ao meio ambiente e aos hábitos ou costumes próprios de uma sociedade. As causas internas são, na maioria das vezes, geneticamente pré-determinadas e estão ligadas à capacidade do organismo de se defender das agressões externas. Os tumores podem ter início em diferentes tipos de células. Quando começam em tecidos epiteliais, como pele ou mucosas são denominados carcinomas. Se o ponto de partida são os tecidos conjuntivos, como osso, músculo ou cartilagem, são chamados sarcomas [1]. Segundo dados da Organização Mundial da Saúde - OMS, em recente relatório (World Cancer Report, 2008) da Agência Internacional para Pesquisa em Câncer (IARC), o impacto global do câncer mais que dobrou em 30 anos. Estimou-se que, no ano de 2008, ocorreriam cerca de 12 milhões de casos novos de câncer e 7 milhões de óbitos. O contínuo crescimento populacional, bem como seu envelhecimento, afetará de forma significativa o impacto do câncer no mundo, quando não se consideram os óbitos por causas externas [2]. Considerado um problema de saúde pública no Brasil, o câncer é a segunda causa de morte por doença. Em 1994, as neoplasias foram responsáveis por 10,86% dos óbitos registrados, sendo que 53,81% dos óbitos ocorreram entre os homens e 46,05%, entre as mulheres [3]. Um estudo realizado pelo Instituto Nacional do Câncer - INCA
13 2 revelou que pessoas morreram de câncer e outras contraíram a doença no País, no ano de 1998 [4]. A cada ano, porém, os dados de mortalidade para o sexo masculino demonstram que, exceto pela taxa do câncer de estômago, com tendência de queda, as taxas são crescentes (cânceres de cólon e reto, pulmão, traquéia, brônquios e próstata). Essa evolução é mostrada na FIG. 1, com a taxa bruta de mortalidade por tumores, de 1980 a 2007, no Brasil, para o sexo masculino (taxa por homens) [5]. Traquéia, Brônquios e Pulmões Próstata Estômago Esôfago Cólon e Reto FIGURA 1 - Taxa bruta de mortalidade por câncer de algumas localizações primárias. Brasil Homens, Fontes - Ministério da Saúde: DataSus, SIM, INCA; e IBGE: DEPE/DEPIS [5]. O câncer de próstata representa um sério problema de saúde pública no Brasil, em função de suas altas taxas de incidência e mortalidade. Ele é o segundo mais comum em homens, só sendo superado pelo câncer de pele não melanoma. Segundo as Estimativas de Incidência e Mortalidade por Câncer no Brasil, do Instituto Nacional de Câncer, deverão ocorrer novos casos de câncer de próstata em 2010 e ocorreram de óbitos em 2008 [5]. Enquanto a incidência está ligada às características demográficas da população, a mortalidade alta é causada pelo retardo do diagnóstico, que favorece a ocorrência de
14 3 tumores com alta capacidade biológica de invasão local e de disseminação para outros órgãos. Tais tumores são incuráveis quando tratados em fase metastásica. O câncer de próstata atinge principalmente os homens acima de 50 anos de idade. O aumento de sua incidência na população é também uma decorrência do aumento da expectativa de vida do brasileiro verificada ao longo deste século, cuja tendência é ultrapassar os 70 anos no ano 2020 [6]. Na cidade de São Paulo, segundo dados da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo, o número de homens que sofrem de câncer de próstata subiu cinco vezes desde 1969 [7]. 1.2 As alternativas Algumas das opções de tratamento para o câncer de próstata são a cirurgia e a radioterapia (teleterapia ou braquiterapia). A primeira opção, prostatectomia radical, é um procedimento cirúrgico onde a próstata e os tecidos vizinhos são removidos enquanto o paciente está sob anestesia. Os principais efeitos colaterais são a incontinência urinária, que atinge 35% e a impotência sexual, que atinge de 65% a 90% dos pacientes [8]. A segunda opção, terapia com radiação, pode ser de dois tipos. A teleterapia, a qual é a mais utilizada, feita com feixe de radiação externo, onde a próstata e os tecidos vizinhos são tratados por um feixe de radiação proveniente de um acelerador linear. No outro tipo, chamado de braquiterapia, as fontes radioativas são colocadas em contato com o tumor [9]. Na braquiterapia, pequenas sementes contendo iodo-125 ou paládio-103, ambos os materiais radioativos, são implantadas na próstata [10]. Como a ocorrência de efeitos colaterais é menor, 85% dos pacientes até 70 anos de idade, que são potentes sexualmente antes do procedimento, permanecem potentes após o implante e a incontinência urinária raramente os acomete [11].
15 4 As vantagens dos implantes com sementes radioativas são a preservação dos tecidos sadios e órgãos próximos à próstata, as baixas taxas de impotência e incontinência urinária, quando em comparação aos tratamentos convencionais, tais como, a prostatectomia radical e o feixe de radiação externo [12,13]. Para maioria dos pacientes, o implante com sementes é um procedimento de baixo impacto e não é uma cirurgia. O paciente pode retomar a atividade normal dentro de um a três dias, com pequena ou nenhuma dor. No caso da prostatectomia radical, os pacientes permanecem no hospital por três a cinco dias e a recuperação em casa, se dá após diversas semanas. Os que se submetem ao feixe externo de radiação devem ir ao centro de tratamento para aplicações diárias por sete a oito semanas [14]. As sementes são implantadas durante um procedimento não cirúrgico. Pequenas sementes são injetadas diretamente na próstata com a ajuda de uma fina agulha através da pele, entre o reto e o escroto [15,16]. Uma grande dose de radiação é liberada apenas no tumor, pois o iodo-125 tem uma radiação de baixa energia que é pouco penetrante preservando assim os tecidos circunvizinhos [17,18,19]. Os implantes com sementes de iodo-125 estão sendo realizados no Brasil, utilizando-se sementes importadas. O custo do produto para os hospitais e as clínicas especializadas varia de US$ a US$ por semente. A técnica exige, em geral, a aplicação de 80 a 120 sementes por paciente. Levando-se em conta o preço das sementes e as dificuldades de importação, o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN, da Comissão Nacional de Energia Nuclear CNEN, começou um projeto para o desenvolvimento da tecnologia e produção das sementes de iodo-125, com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP. A estimativa de demanda das sementes de iodo-125 no País é de sementes/mês. O Laboratório de Produção de Fontes para Radioterapia LPFR implantado no Centro de Tecnologia das Radiações CTR, do IPEN-CNEN/SP terá esta capacidade de produção.
16 5 1.3 As sementes de iodo-125 As sementes de iodo-125 consistem de uma cápsula de titânio - material inerte ao tecido humano - de 0,8mm de diâmetro externo, 0,05mm de espessura de parede e 4,5mm de comprimento [ 20, 21,22]. O interior da cápsula acomoda um fio de prata contendo o iodo- 125 adsorvido. O fio de prata tem 0,5mm de diâmetro e 3,0mm de comprimento, conforme mostrado na FIG. 2. A atividade típica da semente é de 18,5MBq (0,5mCi) recomendandose variação de no máximo de 5% num mesmo lote de sementes [23,24]. FIGURA 2 - Esquema da semente de iodo-125 a ser produzida com tecnologia nacional, no IPEN-CNEN/SP [19]. Uma das fases de produção das sementes de iodo-125 é a soldagem dos tubos de titânio, que deverá ser feita nas duas extremidades, de modo a permitir a classificação das sementes como fontes radioativas seladas, atendendo aos rigorosos testes estabelecidos em padronizações pertinentes, obedecendo-se à norma internacional ISO-2919 e também a estanqueidade das sementes, utilizando-se a norma ISO-9978 [19,25,26]. A soldagem nas duas extremidades deverá ser estanque, não podendo haver falta de fusão, contrações, trincas e porosidades, para que o iodo-125 adsorvido no fio de prata, não saia e se espalhe pelo corpo humano. A curva anisotrópica da semente e os aplicadores de
17 6 semente requerem que o acabamento da soldagem seja o mais esférico possível. Uma das técnicas de soldagem utilizada é a solda a laser (Nd:YAG).
18 7 2. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é desenvolver o processo de automação da soldagem a laser (Nd:YAG), para confecção das sementes de iodo-125 utilizadas no tratamento do câncer de próstata por braquiterapia, estabelecendo-se as Boas Práticas de Fabricação (BPF). Mostrar as vantagens da automação no processo de fabricação das sementes de iodo-125 tais como: Não exposição do trabalhador as doses de radiação; Aumento da segurança; Diminuição dos custos operacionais; Melhoria das condições de operação; Simplificação das instalações; Aumento dos níveis de controle; Aumento dos níveis de acompanhamento; Qualidade do produto; Economia no processo; entre outros.
19 8 3. LITERATURA 3.1 Automação Automação industrial é o uso de qualquer dispositivo mecânico ou eletro-eletrônico para controlar máquinas e processos. Entre os dispositivos eletro-eletrônicos podem-se utilizar microcomputadores ou outros dispositivos lógicos, tais como, Controladores Lógicos Programáveis (CLP s) ou Computer Numerical Control (CNC), substituindo, muitas vezes, tarefas humanas ou realizando outras que o ser humano não consegue realizar. É um passo além da mecanização, onde operadores humanos são providos de maquinaria para auxiliá-los em seus trabalhos. A automação é largamente aplicada nas mais variadas áreas de produção industrial [27]. A parte mais visível da automação, atualmente, está ligada à robótica, mas também é utilizada nas indústrias química, petroquímica e farmacêutica, com o uso de transmissores de pressão, vazão, temperatura e outras variáveis necessárias para um Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) ou Controlador Lógico Programável (CLP). A automação industrial visa, principalmente, a produtividade, qualidade e segurança em um processo. Em um sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada em um controlador programável, o qual, de acordo com o programa em memória, define o estado dos atuadores. Atualmente, com o advento da instrumentação de campo inteligente, funções executadas no controlador programável têm uma tendência de serem migradas para estes instrumentos de campo. A automação industrial possui mais de dez barramentos de campo, incluindo vários protocolos - CAN OPEN, INTERBUS-S, FIELD BUS FOUNDATION, MODBUS, STD 32, SSI, PROFIBUS, entre outros - específicos para a área industrial. Em tese, esses barramentos assemelham-se a unidades comerciais tipo ETHERNET, INTRANET, entre outras, mas controlando equipamentos de campo, como válvulas, atuadores eletromecânicos, indicadores, e enviando estes sinais a uma central de controle. A partir destes barramentos, os quais se comunicam com o sistema central de controle, eles podem também se comunicar com o sistema administrativo da empresa.
20 9 Uma contribuição adicional importante dos sistemas de automação industrial é a conexão do sistema de supervisão e controle com sistemas corporativos de administração das empresas. Esta conectividade permite o compartilhamento de dados importantes da operação diária dos processos, contribuindo para uma maior agilidade do processo decisório e maior confiabilidade dos dados, que suportam as decisões dentro da empresa para assim melhorar a produtividade [28] Arquitetura de automação A automação industrial exige a realização de muitas funções. A pirâmide de automação, mostrada na FIG. 3, possui os diferentes níveis de automação, encontrados em uma planta industrial. Na base da pirâmide está freqüentemente envolvido o Controlador Lógico Programável (CLP), atuando via inversores, conversores ou sistemas de partida suave sobre máquinas e motores e outros processos produtivos [29]. A Pirâmide de automação possui os seguintes níveis: Nível 1 - Máquinas, dispositivos, e componentes da planta; Nível 2 - Equipamentos que executam o controle automático das atividades da planta (CLP, PC, CND, SDCD); Nível 3 - Supervisão do processo. Normalmente possui um banco de dados com informações relativas ao processo (Workstation, PC, IHM); Nível 4 - Programação e planejamento da produção, realizando o controle e a logística de suprimentos (Workstation); e Nível 5 - Administração de recursos da empresa. Neste nível encontram-se o software para gestão de vendas e financeira (Mainframe).
21 10 Nível 5 Gerenciamento Corporativo Nível 4 Gerenciamento de planta Nível 3 Supervisão Nível 2 Controle Nível 1 Dispositivos de campo, sensores e atuadores Ethernet MAC TCP/IP Ethernet MAC TCP/IP Control Net Profibus FMS Fiedbus HSE Fieldbus H1, CAN Profibus Dp, PA, Hart, Asl, Lonworks, InterBus FIGURA 3 Pirâmide de automação [29] Controlador lógico programável Controlador lógico programável é definido pela International Electrotechnical Commission (IEC), como o sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário, para implementar funções especificas, tais como, lógica seqüencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. Um Controlador Lógico Programável ou Controlador Programável, conhecido também por suas siglas CLP ou CP e pela sigla de expressão inglesa PLC (Programmable Logic Controller), é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle de diversos tipos e níveis de complexidade. Geralmente as famílias de controladores lógicos programáveis são definidas pela capacidade de processamento de um determinado número de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S).
22 11 Controlador lógico programável, segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para programar funções específicas, tais como, lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Um CLP é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por sistemas de eventos discretos (SED s), ou seja, com processos em que as variáveis assumem valores 0 ou 1, ou variáveis digitais, ou seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito. Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica. As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os elementos variáveis, tais como, de 0 a 10 Volts ou 0 a 5 Volts de tensão e corrente de 0 a 20 ma ou 4 a 20 ma. Os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos ou de automação industrial. No primeiro caso, a aplicação dá-se nas indústrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais gasosos e outros produtos. No outro caso, a aplicação ocorre nas áreas relacionadas com a produção em linhas de montagem, por exemplo, na indústria do automóvel. Num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador (CLP) que, de acordo com o programa em memória, define o estado dos pontos de saída conectados a atuadores. Os CLP s têm capacidade de comunicação de dados via canais seriais, paralelas, etc. Com isto, podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. Softwares de supervisão controlam redes de controladores lógicos programáveis. Os canais de comunicação nos CLP s permitem conectar à interface de operação (IHM), computadores, outros CLP s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com que seus equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos mais comuns são Modbus (MODICON-SCHNEIDER ELETRIC), Profibus (SIEMENS), Unitelway
23 12 (TELEMECANIQUE-SCHNEIDER ELETRIC) e DeviceNet (ALLEN BRADLEY), entre muitos outros [30] Norma IEC Em 1979, considerando-se o reconhecimento da necessidade de um padrão para CLP s, por parte da comunidade industrial internacional, designou-se um grupo de trabalho com o IEC (International Electro-technical Commission) voltado para este propósito, estabelecendo-se, como norma que regulamenta os controladores lógicos programáveis, a IEC [31]. A Norma IEC está dividida em 8 partes: Informações gerais; Requisitos para o equipamento e os testes; Linguagens de programação; Guia do usuário; Especificação de serviço de mensagens; Comunicação via fieldbus; Controle difuso de programação; e Diretrizes para a aplicação e implementação das linguagens de programação. A Parte 3 refere-se à linguagem de programação, sendo a norma IEC , o único padrão global para programação de controle industrial. Uma interface de programação padrão permite as pessoas com diferentes habilidades e formações, criar elementos diferentes de um programa durante estágios diferentes do ciclo de vida de um software: especificação, projeto, implementação, teste, instalação e manutenção. O padrão inclui a definição da linguagem Sequential Function Chart (SFC), usada para estruturar a organização interna do programa, e das quatro linguagens: Lista de Instrução (IL), Diagrama Ladder (LD), Diagrama de Blocos de Funções (FBD) e Texto Estruturado (ST) [32].
24 Processos de soldagem Soldagem por fusão é um processo no qual as partes são fundidas por meio de energia elétrica ou processo químico, sem aplicação de pressão [33]. Soldagem por pressão baseia-se na deformação localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas até uma temperatura inferior à temperatura de fusão, conhecido como processos de soldagem por pressão ou processos de soldagem no estado sólido. Uma operação parecida com soldagem, que também tem por objetivo a união permanente de peças, é a brasagem. Ela se diferencia da soldagem pelo fato de que na soldagem por fusão as peças a serem unidas sempre se fundem e na brasagem elas nunca se fundem. A união é obtida pelo uso de um material suplementar, chamado de material de adição, e somente esse é fundido durante a operação. Outra diferença é que, na brasagem, o mecanismo responsável pelo preenchimento do espaço entre as peças pelo material de adição é a capilaridade Soldagem a laser O nome laser é a abreviatura da descrição do processo em Inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Em uma tradução livre para o Português pode-se dizer amplificação da luz através da emissão estimulada da radiação [33]. A soldagem a laser (LBW - Laser Beam Welding) é um processo de união baseado na fusão localizada da junta, através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada, coerente e monocromática de alta intensidade. Este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo com formato de fechadura (key hole), que penetra profundamente no metal de base.
25 14 Para produção do laser podem ser usadas cavidades laser com dióxido de carbono, capazes de produzir laser de infravermelho e densidades de energia em torno de 1,0x10 10 W/m 2, ou fontes pulsadas de YAG (Ytrium Aluminum Garnet) no estado sólido. As primeiras são usadas para a soldagem laser de elevada penetração, enquanto que os lasers de estado sólido são mais usados para a soldagem de ponto e de costura em juntas de pequena espessura, soldagem em microeletrônica e em outras aplicações que exijam um controle preciso da quantidade de energia fornecida à peça. A soldagem a laser é um processo de alta velocidade, ideal para aplicações automatizadas, exigindo um perfeito ajuste das peças. O valor do equipamento de soldagem a laser é elevado, fazendo com que o processo seja tipicamente usado em aplicações com um grande volume de soldas, em aplicações críticas que necessitem de características especiais do cordão ou uma grande reprodutibilidade. A eficiência do equipamento LBW é baixa (8% a 15%), necessitando de grandes unidades de refrigeração para aplicações de alta potência. Embora o equipamento seja muito sofisticado, é projetado para ser operado sem a necessidade de soldadores altamente treinados. Na FIG. 4 é mostrada a forma esquemática um sistema de soldagem LBW. FIGURA 1 - FIGURA 2 - FIGURA 4 - Elementos de um sistema típico para soldagem a laser.