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.