Integração de Sistema de Comando Elétrico e Mecatrônico para Pistola de Soldagem Stud-Welding

Abstract

A automação do processo de soldadura de pinos Stud Welding exige o sincronismo entre a transição do arco elétrico e a cinemática do atuador mecânico. Este relatório documenta o projeto e a implementação de um sistema unificado de comando elétrico e mecatrônico para uma pistola de soldadura desenvolvida pelo LABSOLDA/UFSC. A ideia central do trabalho consistiu na transição de uma arquitetura física descentralizada para uma topologia unificada. Anteriormente, o equipamento operava com dois gabinetes separados: um dedicado exclusivamente ao controle lógico, gerido por um Controlador Lógico Programável (CLP) WEG TPW04, e outro destinado ao sistema de movimentação, controlado por um driver Kollmorgen AKD. Com o objetivo de solucionar as vulnerabilidades desta configuração original, como a suscetibilidade a interferências eletromagnéticas, a redundância de fontes de alimentação e a ausência de uma malha de segurança centralizada, foi projetado e construído um novo gabinete para comportar o sistema completo. A integração superou as falhas prévias através do condicionamento centralizado de potência (220 VAC e 24 VDC) e da implementação de um circuito de intertravamento (interlock) redundante estruturado sobre o contator principal (K1). O acionamento de emergência desenergiza o contator, que secciona simultaneamente a alimentação da rede e corta fisicamente a tensão na linha de Safe Torque Off (STO) do driver, garantindo a inibição do eixo. O código Ladder foi refatorado no ambiente TPW-PCLINK, e o software passou a operar de forma fail-safe. A máquina de estados (avanço, ignição, protusão) foi vinculada ao estado físico do hardware através de marcadores de segurança estruturais, aliada ao processamento matemático do contador rápido de 32 bits para a garantia do referencial de posição durante as etapas de lift e plunge. Para validar a movimentação do atuador durante a solda, foram realizados testes em bancada com um Sistema de Aquisição de Parâmetros (SAP). Os ensaios atestaram a eficácia da nova malha integrada, evidenciando estabilidade na ignição do arco. O diagrama elétrico unificado e os scripts lógicos gerados estabelecem a documentação técnica as-built fundamental para a operação e manutenção do equipamento.