🇧🇷🇺🇸🇪🇸
Engenharia Eletrônica

Balança de gancho industrial de 10 toneladas com Wi‑Fi

Balança de gancho industrial de 10 toneladas com Wi-Fi

Balança de gancho industrial foi um dos projetos de longa evolução acompanhados pela ECK, envolvendo eletrônica embarcada, comunicação sem fio, redução de custos e atualização tecnológica.

O trabalho não se limitava ao desenvolvimento de uma placa eletrônica. A proposta era apoiar a formação da equipe técnica, organizar o processo de desenvolvimento e participar da criação dos primeiros produtos da empresa.

Um dos primeiros projetos foi uma balança de gancho industrial com capacidade de até 10 toneladas, alta resolução de pesagem e comunicação sem fio.

O equipamento passou por diversas evoluções ao longo dos anos e se tornou um produto de longa vida comercial.

Balança de gancho: desenvolvimento e evolução

A balança foi especificada para uma capacidade de 10.000 kg com 10.000 divisões, correspondendo a uma divisão de aproximadamente 1 kg.

Esse requisito impunha grande exigência ao conjunto formado pela célula de carga, circuito de aquisição, mecânica e processamento eletrônico.

Durante os ensaios, era necessário trabalhar inclusive com incrementos da ordem de 500 gramas, um valor extremamente pequeno quando comparado à capacidade total de 10 toneladas da balança.

Obter estabilidade e repetibilidade nessas condições exigia atenção a ruído elétrico, resolução do sistema de aquisição, estabilidade mecânica, interferências externas e características da própria célula de carga.

O problema da célula de carga

Outro desafio importante estava na própria mecânica da balança.

Grande parte das células de carga disponíveis naquele período era destinada a trabalhar predominantemente em compressão. Para uma balança de gancho, entretanto, a aplicação exigia uma solução adequada à operação por tração.

Foram estudadas diferentes alternativas mecânicas, mas elas não apresentaram o desempenho esperado.

A solução surgiu com a disponibilidade de uma célula de carga da HBM adequada a esse tipo de aplicação.

Tratava-se de uma célula blindada e de alta precisão, que permitiu alcançar o desempenho necessário para o produto.

Aquisição do sinal da célula de carga

Nas primeiras versões foram utilizados recursos de aquisição e digitalização também fornecidos pela HBM.

Essa solução oferecia o desempenho necessário para o desenvolvimento e validação do produto, mas representava um custo significativo na composição final da balança.

Ao longo da evolução do projeto, foram estudadas alternativas para o circuito de digitalização da célula de carga.

Posteriormente, o sistema foi substituído por uma solução de menor custo, preservando o desempenho necessário para a aplicação.

Esse tipo de evolução é comum em produtos industriais: primeiro se busca comprovar tecnicamente a solução e depois se trabalha na otimização da arquitetura e no custo de produção.

Wi-Fi em um produto industrial em 2002

Um dos diferenciais do projeto era a presença de comunicação Wi-Fi, algo ainda pouco comum em equipamentos industriais naquele período.

Para implementar essa conectividade foi utilizado um módulo da Rabbit.

A comunicação permitia transmitir informações da balança para outros sistemas e também realizar operações remotamente.

Os dados podiam ser enviados em formato XML, facilitando sua integração com sistemas de supervisão e gerenciamento de produção, inclusive ambientes integrados ao SAP.

Comunicação em ambientes com elevada interferência

A aplicação industrial trouxe outro desafio importante.

Algumas balanças foram instaladas em ambientes com grande quantidade de fornos de indução, equipamentos capazes de produzir níveis elevados de interferência eletromagnética.

Nessas condições, a comunicação sem fio precisava ser cuidadosamente projetada.

Posicionamento da antena, arquitetura da comunicação, imunidade da eletrônica e comportamento do equipamento diante de interferências passaram a fazer parte do desenvolvimento.

O objetivo não era apenas manter a comunicação funcionando, mas garantir que a presença dos sistemas de rádio não comprometesse a função principal do equipamento: a medição de peso.

Comunicação remota em 434 MHz

O produto também utilizou comunicação na faixa de 434 MHz para algumas funções de controle remoto.

As primeiras soluções apresentaram limitações de alcance e imunidade a interferências no ambiente industrial.

Durante a evolução do projeto, a comunicação foi aperfeiçoada com a utilização de um transceptor multicanal spread spectrum SRWF-1021, mais adequado às condições encontradas na aplicação.

Essa alteração aumentou a robustez da comunicação sem fio e fazia parte do processo contínuo de evolução do produto.

Certificação metrológica

A certificação também representou uma etapa importante do desenvolvimento.

Como se tratava de uma balança de alta capacidade, elevada resolução e que incorporava sistemas de comunicação por rádio, era necessário demonstrar que interferências externas ou provenientes da própria eletrônica não poderiam alterar de maneira indevida o resultado da pesagem.

Os ensaios relacionados à aprovação do equipamento pelo Inmetro exigiram atenção especial exatamente por combinar metrologia com recursos eletrônicos e comunicação sem fio que ainda eram pouco usuais nesse tipo de equipamento.

Display para leitura a distância

A aplicação exigia também que o operador pudesse visualizar o peso a uma distância considerável.

Por isso, foi desenvolvido um display com LEDs de alto brilho e amplo ângulo de visão, adequado ao ambiente industrial.

O objetivo era garantir boa legibilidade mesmo quando operador e balança estivessem separados por uma distância significativa.

Evolução do produto

Ao longo dos anos, diferentes partes da arquitetura foram revistas.

Entre as evoluções realizadas estiveram:

  • melhoria do sistema de aquisição da célula de carga;
  • substituição de componentes visando redução de custos;
  • evolução da comunicação em 434 MHz;
  • utilização de comunicação Wi-Fi;
  • integração com sistemas externos através de dados estruturados;
  • substituição do processador por uma solução baseada em ARM Cortex-M3;
  • aperfeiçoamentos decorrentes da experiência obtida com o produto em campo.

O objetivo dessas mudanças não era simplesmente modernizar a eletrônica, mas manter o desempenho e a confiabilidade do produto enquanto seu custo de fabricação era reduzido.

Consultoria de engenharia e desenvolvimento da equipe

Neste projeto, a participação da ECK foi além do desenvolvimento eletrônico.

O trabalho iniciado em 2002 envolveu também apoio à formação e organização da equipe de engenharia da Weightech.

A ECK participou da análise das arquiteturas, solução de problemas, escolha de componentes, ensaios e evolução tecnológica do produto.

Essa interação entre a equipe interna do cliente e a consultoria permitiu que o conhecimento adquirido permanecesse dentro da própria empresa e pudesse ser aplicado aos produtos seguintes.

Um produto com mais de duas décadas de evolução

A balança de gancho tornou-se um produto de longa vida comercial da Weightech.

Desde o início do desenvolvimento, em 2002, a arquitetura passou por várias atualizações, acompanhando a evolução dos componentes eletrônicos, das tecnologias de comunicação e das necessidades de redução de custos.

Mais de duas décadas depois, o produto continua sendo comercializado.

Esse histórico mostra uma característica importante de um projeto eletrônico industrial: um bom desenvolvimento não termina no primeiro protótipo.

Ele precisa permitir produção, certificação, manutenção, redução de custos e evolução tecnológica ao longo dos anos.

Veja também como a ECK atua em desenvolvimento de produtos eletrônicos.

Tecnologias envolvidas

Pesagem industrialWi‑FiRF 434 MHzARM Cortex‑M3XMLHardware embarcado

Tem um produto eletrônico para desenvolver?

Conte o problema. A conversa começa pela engenharia, não por um pacote pronto.

Falar com a ECK