CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção descreve um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade. Mais especificamente compreende um regulador de fluxo de gás dotado por um sistema que monitora dados de parâmetros, tais como: tempo de arco aberto, fluxo de gás utilizado, volume de gás, corrente elétrica, tensão elétrica, velocidade de avanço do arame e total de arame acumulado, em tempo real. De modo, que o monitoramento, controle de processo, armazenamento e rastreio de dados de produção é realizado totalmente online.

[02] O equipamento regulador é composto com uma placa eletrônica para o processamento de dados e um conjunto de sensores que fazem a leitura das devidas variáveis de processo e envia sinal para um microcontrolador de processo do equipamento. O microcontrolador de processo é responsável pela leitura de todas as variáveis e através de um software específico atua em conjunto com a válvula proporcional, de modo a controlar o comportamento do fluxo de gás.

[03] Além de efetuar o controle de gás, a tecnologia também monitora variáveis de processo, compila as informações internamente e envia as informações via WiFi (tanto através de infraestrutura de rede do usuário como através de módulos roteadores 3G) para um servidor. As informações ficam salvas em banco de dados e são mostradas no portal do equipamento. As variáveis de processo são adquiridas através de diversos sensores instalados no equipamento: A corrente elétrica é adquirida através de um sensor de corrente; A tensão elétrica é adquirido através de um hardware extra desenvolvido exclusivamente para essa aplicação; o fluxo de gás é adquirido por sensor de fluxo de gás localizado no interior do equipamento e a velocidade e peso de arame é adquirido através do sensor de arame (equipamento que através de contagem de pulso calcula o peso e a velocidade de deposição do arame).

[04] Esta nova forma construtiva aplicada ao equipamento permite melhorar o sistema de controle e monitoramento através de uma interface de conectividade que possibilita uma melhor integração das informações pelo usuário, de modo a gerar informações escritas e visuais sobre os dados produtivos do equipamento.

[05] O equipamento também possui sistema integrado de monitoramento para as seguintes variáveis de processo: tensão elétrica, corrente elétrica, fluxo de gás, velocidade de arame. Esse sistema monitora as variáveis acima citado dentro de um range especificado, e dispara gatilho de erro caso as variáveis extrapolem os limites previamente configurados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[06] Os gases de proteção utilizados nos processos de soldagem têm como função primordial a proteção da poça de fusão, expulsando os gases atmosféricos da região da solda, principalmente Oxigênio, Nitrogênio e Hidrogênio, que são gases prejudiciais ao processo de soldagem. Além disso, os gases de proteção, ainda possuem funções relacionadas à soldabilidade, penetração e pequena participação na composição química da poça de fusão, quando gases ativos são empregados na soldagem.

[07] O gás de proteção é injetado durante toda a soldagem, em uma vazão pré-regulada, através do bocal da pistola ou tocha de solda. O escoamento do gás de proteção é regulado pelo fluxômetro e pelo regulador-redutor de pressão. Estes possibilitam fornecimento constante de gás para o bico da pistola a uma vazão pré-ajustada.

[08] No processo de soldagem com gás de proteção é necessário verificar a regulagem ideal de saída do gás para uma solda confiável, sendo importante verificar o excesso de gás e/ou a ausência, pois estes fatores podem comprometer a qualidade de fusão dos metais. Além disso, torna-se necessário controlar e regular o fluxo dos gases de proteção com objetivo de reduzir os custos nos processos de soldagem. [09] Os processos de soldagem são extremamente desperdiçadores no que diz respeito à definição das taxas de fluxo de gás de proteção. O custo de gás de proteção é um dos elementos mais caros em qualquer processo de soldagem, sendo difícil para os soldadores definirem fluxos mais elevados do que os necessários ou recomendados. A maioria dos fabricantes de equipamentos oferecem aparelhos ou acessórios de controle de fluxo que permitem definir um limite máximo para que as taxas de fluxo excessivas não possam ser utilizadas.

[010] A maioria dos equipamentos de controle de fluxo utilizada com gases de proteção, tanto de um cilindro como de um sistema a granel, é projetada para operar a uma pressão de entrada nominal entre cerca de 20 e 30 PSIG. As aplicações que utilizam dióxido de carbono puro podem operar a pressões de até 50 PSIG. Isto significa que, sempre que a tocha de solda é ativada, existe uma pressão inicial de 20 a 30 ou 50 PSIG no bocal de soldagem, esta alta pressão estática faz com que saia uma grande quantidade de gás pelo bocal quando o gatilho da tocha é acionado.

[011] Para ter uma ideia mais quantitativa, observe o seguinte: 1) o processo de soldagem requer 35 SCFH de argônio, 2) o fluxômetro instalado e conectado à máquina de soldagem tem uma pressão de calibragem de 20 PSIG. Através de um difusor de gás normal, com estas definições, as taxas de fluxo inicial podem facilmente atingir ou até exceder os 180 SCFH de argônio. Embora a taxa de fluxo baixe rapidamente dado que a pressão de linha decai devido às condições atmosféricas, isto ainda representa uma taxa de fluxo 5 vezes superior àquela necessária para o processo de soldagem. Isto acontece sempre que se aciona o gatilho. Em algumas aplicações o gatilho é acionado 200 a 300 vezes por hora, aumentando exponencialmente a quantidade de gás desperdiçado.

[012] Assim, o presente inventor buscando melhorar o controle de fluxo de gás e monitoramento destas informações, desenvolveu um equipamento regulador que monitora todos os dados de parâmetro em tempo real através de uma plataforma on-line, que permite gerar maior economia e melhorar o controle e monitoramento das informações pelo usuário.

[013] Em pesquisa realizada no estado da técnica identificamos diversos equipamentos de controle de fluxo de gás de proteção aplicado em processos de soldagem, onde podemos destacar os seguintes documentos:

[014] O documento BR202016018807-0 (2016), do mesmo titular, descreve um sistema economizador de gás de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica através de um sensor de corrente (Shunt) a corrente que está sendo utilizada, enviando este dado para um sistema de processamento por software (microcontrolador) que posteriormente realiza a liberação de gás através de uma válvula de atuação linear conforme a corrente de soldagem que está sendo medida, sendo que a confirmação da vazão de saída é realizada por um sensor de vazão, a fim de garantir a vazão precisa.

[015] O documento BR202017013816-5 (2017), do mesmo titular, descreve um sistema economizador de gás de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica e controla a vazão do gás através da identificação da abertura da válvula solenoide da máquina de solda, de acordo com a vazão preestabelecida pelo cliente, mantendo a vazão constante de modo atenuar qualquer pico ou oscilação na alimentação do gás. Assim, o usuário determina precisamente a vazão que deseja para cada processo, de forma a resultar em uma economia média de 50%, além de eliminar o problema de medir a vazão de gás com o regulador em funcionamento.

[016] Estes documentos do estado da técnica, do mesmo titular, descrevem um equipamento que efetua o controle de gás de solda através da leitura instantânea de fluxo de gás, leitura de pressão da rede e leitura da corrente de solda, possuindo sistema capaz de computar volume de gás utilizado no processo e capacidade de detectar vazamento de gás e falta de gás. Assim, o presente inventor, realizou modificações construtivas no equipamento e no sistema de controle, melhorando a interface de conectividade de forma que o equipamento envia dados de processos para um servidor, onde os dados são armazenados em banco de dados e expostos através de um portal. Os dados são armazenados em diferentes formatos de banco de dados (CompactDB, LocalDB ou SQL). Uma vez que os dados são armazenados, o portal é responsável por expor os dados.

[017] É possível também exportar os dados através de XLSX, SQL ou MQTT. Melhorando o controle e monitoramento dos parâmetros de funcionamento do equipamento de forma a melhorar o sistema de regulagem da vazão do gás nos processos de soldagem [018] Desta forma, é objeto da presente invenção, um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que compreende um regulador de fluxo de gás dotado por um sistema que monitora dados de parâmetros, tais como: tempo de arco aberto, fluxo de gás utilizado, volume de gás, corrente elétrica, tensão elétrica, velocidade de avanço do arame e total de arame acumulado, em tempo real. De modo, que o monitoramento, controle de processo, armazenamento e rastreio de dados de produção é realizado totalmente online. O equipamento regulador é composto com uma placa eletrônica para o processamento de dados e um conjunto de sensores que fazem a leitura das devidas variáveis de processo e envia sinal para um microcontrolador de processo do equipamento. O microcontrolador de processo é responsável pela leitura de todas as variáveis e utiliza um software específico para atuar em conjunto com a válvula proporcional, de modo que o comportamento do fluxo de gás seja igual ao comportamento previamente escolhido pelo usuário do aparelho. Esta nova forma construtiva aplicada ao equipamento permite melhorar o sistema de controle e monitoramento através de uma interface de conectividade que possibilita uma melhor integração das informações pelo usuário, de modo a gerar informações escritas e visuais sobre os dados produtivos do equipamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[019] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um equipamento dotado por um ponto de entrada, ponto de saída e por uma antena Wi- Fi de conexão com o servidor externo, sendo dotado internamente por uma placa eletrônica que apresenta um microcontrolador Wi-Fi em conjunto com a antena.

[020] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê uma placa que é composta por um sensor de pressão interligado ao ponto de saída, válvula proporcional disposta junto ao ponto de entrada, sensor de fluxo de gás disposto na linha de passagem do gás e um ponto de conexão elétrica do sensor de corrente elétrica.

[021] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um microcontrolador que faz a leitura de diversas variáveis, utilizando um software embarcado para atuar em conjunto com a válvula proporcional disposta junto ao ponto de entrada de forma controlar o comportamento do fluxo de gás.

[022] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um visor dotado por um conjunto de botões que permite ao usuário definir o fluxo de gás e parâmetros necessários e um indicador.

[023] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um ponto de entrada para a fonte de alimentação elétrica e um ponto de entrada da interface de automação que possibilita comunicar-se com dispositivos externos. [024] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um equipamento permite o monitoramento, controle e armazenamento on-line de processo e o rastreio de dados de produção através de um servidor externo interligado a uma interface com usuário.

[025] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um equipamento, de forma opcional, apresentar uma interface de automação vinculada a um ponto de entrada que se interliga a uma placa adicional que é sobreposta e encaixada junto a placa de forma a permitir o gerenciamento do sensor de arame e sensor de tensão.

[026] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um sensor de arame através de contagem de pulso calcula o peso e a velocidade de deposição do arame utilizada durante o processo de solda.

[027] É característica da presente invenção um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade que provê um equipamento efetuar o monitoramento e controle de processo on-line e o armazenamento e rastreio de dados de produção através da placa eletrônica que realiza a troca de dados entre o servidor externo e o equipamento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[028] A figura 1 apresenta a vista posterior do equipamento regulador de gás, detalhando sua construtividade interna, a figura 1A apresenta a vista frontal do equipamento detalhando sua construtividade e a disposição dos componentes externos e a figura 1 B apresenta a vista posterior do equipamento regulador de gás, detalhando o ponto de entrada da interface de automação e seu posicionamento na placa.

[029] A figura 2 apresenta o sistema de instalação do equipamento regulador junto ao processo de soldagem.

[030] A figura 3 apresenta a topologia de rede para instalação do equipamento regulador.

[031] A figura 4 apresenta os dados de consumo e dashboard geral da empresa.

[032] A figura 5 apresenta o dashboard dividida por setores.

[033] A figura 6 apresenta a aba onde são feitas as alterações dos parâmetros do equipamento.

[034] A figura 7 apresenta a aba contendo os históricos registrados pelo equipamento.

[035] A figura 8 apresenta a representação dos sensores ligados no equipamento utilizados para aquisição dos dados.

[036] A figura 9 apresenta a vista em perspectiva do sensor de arame, detalhando sua construtividade.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[037] O sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem com interface de conectividade, objeto da presente invenção, compreende um equipamento regulador (100) ligado a um sistema de solda e conectado a um servidor através de uma interface de conectividade. Este sistema permite o monitoramento, controle e armazenamento on-line de processo e o rastreio de dados de produção. [038] O equipamento regulador (100) é dotado por um ponto de entrada (101), ponto de saída (102) e por uma antena Wi-Fi (103) que permite a conexão com o servidor externo.

[039] O equipamento (100) é dotado internamente por uma placa eletrônica (10) dotada por um microcontrolador Wi-Fi que em conjunto com a antena (103) efetuam a troca de informações com o servidor externo, dita placa (10) que é composta por um sensor de pressão (11) interligado ao ponto de saída (102), sensor de fluxo de gás (12) disposto na linha de passagem do gás e um ponto de conexão elétrica (13) do sensor de corrente elétrica (131) disposto na porção externa do equipamento. Os sensores fazem a leitura das devidas variáveis de processo e enviam o sinal para um microcontrolador (15) de processo da placa do equipamento, conforme demonstrado na figura 1 .

[040] O microcontrolador de processo disposto junto a placa (10) faz a leitura de todas as variáveis, utilizando um software embarcado específico para atuar em conjunto com a válvula proporcional (20) disposta junto ao ponto de entrada (101), de modo a controlar o comportamento do fluxo de gás para que seja igual ao comportamento previamente escolhido pelo usuário do aparelho.

[041] A válvula proporcional (20) utiliza sinal elétrico para que a válvula possa abrir e fechar de forma proporcional ao sinal elétrico aplicado, de modo que o orifício interior da válvula abre e fecha proporcionalmente ao sinal elétrico aplicado e, por consequência, é mais fácil obter abertura física do orifício, diminuindo assim a turbulência no escoamento e obtendo maior linearidade no fluxo do gás. Assim, a válvula proporcional (20) mantém uma saída de gás com um fluxo constante. [042] O equipamento (100) é dotado por um visor (104) dotado por um conjunto de botões (105) que permite ao usuário definir o fluxo de gás e parâmetros necessários e um indicador (106) de status do equipamento, além disso apresenta um ponto de entrada para a fonte de alimentação elétrica (107) e um ponto de entrada (108) da interface de automação (14) que possibilita comunicar-se com dispositivos externos, conforme demonstrado na figura 1A.

[043] Junto ao ponto de entrada (108) são conectados o sensor de arame (200) e sensor de tensão elétrica (201), sendo que estes sensores são gerenciados pela interface de automação (14) da placa adicional (10A) e são opcionais do sistema, sendo que a dita placa (10A) é sobreposta a placa (10) quando necessário agregar o ponto (108) do sensor de arame (200) e de tensão elétrica (201).

[044] O sensor de arame (200) é dotado por um ponto de entrada (202) e um ponto de saída (203) do arame que é posicionado junto ao robô de forma que o sensor (200) monitora a passagem a quantidade de arame utilizado de acordo com o fluxo de gás emitido. O sensor (200) apresenta um ponto de conexão elétrica (204) para conectar com o equipamento (100).

[045] O sensor de arame possui tecnologia construtiva (detalhada na figura 9) que através de contagem de pulso calcula o peso e a velocidade de deposição do arame utilizada durante o processo de solda. O sensor de tensão é utilizado para medir a tensão elétrica durante o processo de solda. A figura 2A exemplifica o sistema instalado com os itens opcionais.

[046] O equipamento (100) efetua o monitoramento e controle de processo on-line e o armazenamento e rastreio de dados de produção. Para atingir tal funcionalidade possui a placa eletrônica (10) realiza a troca de dados entre o servidor externo e o equipamento.

[047] Dentre os parâmetros de rastreio de processo, é possível armazenar as seguintes informações: nome do equipamento; data de início e fim de ciclo; tempo de ciclo; vazão do ciclo; corrente atual; velocidade do arame; quantidade de arame por ciclo; fator gás/arame; pressão; volume total do ciclo; tempo de equipamento ligado; volume de gás acumulado em modo habilitado; volume de gás acumulado em modo desabilitado; quantidade de arame acumulado e tensão, além dos parâmetros: status do equipamento; tipo de gás; pré/pós vazão; escala e função chapa grossa.

[048] Os dados de processo são extraídos dos sensores instalados no equipamento, bem como são resultantes do processamento de dados executado no algoritmo de processo, conforme demonstrado na figura 8.

[049] As informações são enviadas através de comunicação serial para um chip com recurso Wi-Fi disposto junto a placa (10). O chip WiFi, por sua vez, envia as informações via Wi-Fi, através de protocolo privado, para uma rede. As informações que chegam no servidor são armazenadas em banco de dados e posteriormente exposto através de um portal. A figura 3 exemplifica a topologia de rede onde o equipamento é instalado e executa a troca de dados Wi-Fi com servidor. [050] Os dados armazenados no banco de dados são processados e expostos através de um portal. O portal mostra gráficos de consumo (em períodos mensais), bem como dashboards com indicações instantâneas sobre todos os equipamentos instalados na fábrica. A figura 4 mostra os dados de consumo e dashboard geral da empresa. [051] O portal também possui a capacidade de classificar os aparelhos instalados por grupos. Dessa forma, as informações geradas podem ser expostas de maneira seletiva a diferentes grupos. A figura 5 mostra a dashboard dividida por setores.

[052] Os dados de parâmetros e status de cada dispositivo, são mostrados e armazenados no portal, gerando assim uma big data dos dados de processo de solda da empresa. Além do monitoramento também é possível parametrizar o equipamento através do portal. A figura 6 mostra a aba onde são feitas as alterações dos parâmetros do equipamento.

[053] Os dados de processos armazenados são relativos aos principais parâmetros do processo de solda, entre eles, corrente elétrica, tensão elétrica, fluxo de gás, taxa de deposição além de informações derivadas desses dados (tais como coeficientes ou acumuladores). O rastreio se dá ciclo a ciclo como também por intervalos de tempos especificado sempre com a possibilidade de seleção de dispositivo. A figura 7 mostra a aba contendo os históricos registrados pelo equipamento.