Post on 19-Jan-2016
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DAS-5202: Modelagem e Controle de Sistemas Automatizados
Profs. Eduardo Camponogara & José Cury
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Objetivos
• Motivar o trabalho prático• Apresentar um exemplo de problema de
automação• Desenvolver um modelo em Redes de Petri• Proceder à análise do modelo
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Fábrica de Cerveja
CLPSinais de entrada
Sinais de saída
Estação de envasilhamento
Buffer de entrada
Buffer de saídaTAMPADOR
BOMBA
ROBÔ
ATUADOR
P1 P2 P3 P4
ESTEIRA
1m
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Estação de Envasilhamento
• A linha de produção da fábrica de cerveja está equipada com uma estação de envasilhamento (EE)
• A estação de envasilhamento consiste de uma esteira e quatro máquinas, dispostas em série que recebem comandos de um CLP– Atuador (move garrafas vazias para a esteira)– Bomba (enchimento das garrafas)– Tampador– Robô (braço mecânico que remove garrafas)
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Comandos do CLP
• O controlador lógico programável (CLP) comanda a operação EE através da sequência de passos:
– O atuador avança, depositando uma garrafa vazia em P1 (A_start)
– A esteira avança de 1 metro (E_start)– A bomba enche a garrafa de cerveja (B_start)
– A esteira avança de 1 metro (E_start)– A garrafa é tampada (T_start)– A esteira avança de 1 metro (E_start)– O robô retira a garrafa da esteira (R_start)
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Lógica do CLP
• Execute indefinidamente– Envia: A_start– Aguarda: A_end
– Envia: E_start– Aguard: E_end
– Envia: B_start– Aguarda: B_end
– Envia: E_start– Aguarda: E_end
– Envia: T_start– Aguarda: T_end
– Envia: E_start– Aguarda: E_end
– Envia: R_start– Aguarda: R_end
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Observações Sobre a Lógica do CLP
• A EE foi projetada para operar uma garrafa por vez, não permitindo que o autador seja acionado antes que o robô retire a garrafa da esteira
• Quais problemas poderiam surgir se operássemos várias garrafas em paralelo?
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Problemas Com Múltiplas Garrafas
• Problemas podem surgir da diferença de velocidade das máquinas e falta de coordenação– Acionar qualquer uma das máquinas quando a
esteira estiver avançando– Sobrepor garrafas em P1
– Avançar a esteira sem que as garrafas em P2, P3 e P4 tenham sido enchidas, tampadas e retiradas, respectivamente
– Encher, tampar, ou acionar o robô sem garrafas nas posições P2, P3 e P4, respectivamente
– Encher ou tampar duas vezes a mesma garrafa– Avançar a esteira sem nenhuma garrafa
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Ineficiência da Estação
• A EE é ineficiente– As máquinas não operam simultaneamente,
reduzindo consideravelmente a capacidade de produção
• Problema de Automação Industrial– Um engenheiro de controle e automação
industrial foi contratado para projetar uma lógica que induza maior eficiência da estação de envasilhamento
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Detalhes do CLP
• O técnico responsável pela manutenção da linha de produção tem grande conhecimento de programação de CLPs
• Ele poderá implementar a lógica projetada pelo engenheiro, desde que esta faça uso dos sinais de entrada e saída da tabela a seguir
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Detalhes do CLP
Máquina Sinal Tipo Detalhes
Atuador Pneumático
A_start Saída Inicia depósito de uma garrafa no pallet
A_end Entrada
Sinal fim de operação do atuador
Esteira E_start Saída Inicia avanço de 1 m da esteira
E_end Entrada
Sinal fim de operação da esteira
Bomba de Cerveja
B_start Saída Comando inicia enchimento
B_end Entrada
Sinal fim de enchimento
Tampador T_start Saída Comando começa tampar garrafa
T_end Entrada
Sinal garrafa tampada
Robô R_start Saída Comando retira garrafa
R_end Entrada
Sinal garrafa foi removida
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Tarefa #1: Funcionamento Básico
• Desconsidere o fluxo de garrafas na esteira, modele o funcionamento do sistema com uma restrição que impeça a esteira de avançar quando o atuador, a bomba, o tampador e/ou o robô estiverem operando
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Rede de Petri: Sistema em Repouso
A_start
A_end
B_end
Atuador emOperação
E_start
B_start
E_end
Atuador emRepouso
Bomba emOperação
Bomba emRepouso
Esteira emRepouso
EsteiraAvançando
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Rede de Petri: Esteira Avançando
A_start
A_end
B_end
Atuador emOperação
E_start
B_start
E_end
Atuador emRepouso
Bomba emOperaçãoBomba em
Repouso
Esteira emRepouso
EsteiraAvançando
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Tarefa #2: Lógica Atual
• Modele a lógica de controle atual (apenas uma garrafa na esteira)
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Rede de Petri
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
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Rede Petri: Atuador em Operação
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
Page18
Atuador Finalizou Operação
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
Page19
Esteira em Movimento
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
Page20
Esteira Finalizou Avanço
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
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Tampador em Operação
ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp
Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend
ERep1 ERep2EOp
E_start E_end
Atuador Bomba Tampador Robô
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Tarefas de Análise do Modelo
• Seja R a rede de Petri do modelo do sistema e M0 sua marcação inicial
– R é k-limitada para M0?
– R é k-limitada para qualquer marcação inicial?
– (R, M0) é reinciável?
– Quais são os componentes conservativos?– Quais são os componentes repetitivos?
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Tarefa #2: Lógica Alternativa
• Desenvolva uma lógica de controle através da qual a esteira trabalhe sempre cheia.
• Considere a esteira inicialmente configurada como segue:
– uma garrafa vazia em P2
– Uma garrafa cheia em P3
– Uma garrafa cheia e tampada em P4
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Rede de Petri
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page25
Bomba Inicia Operação
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page26
Robô Inicia Operação
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page27
Todas as Máquinas Finalizaram Operação
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page28
Esteira em Movimento
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page29
Esteira Avançou 1 metro
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
E_startE_end
Esteira em Movimento
Page30
Tarefa #3: 2a. Lógica Alternativa
• Projetar uma lógica de controle flexível, que permita à esteira operar uma, duas, três ou quatro garrafas em paralelo.
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4 Garrafas
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (4g)
Page32
4 Garrafas – 4 Máquinas Operando
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (4g)
Page33
4 Garrafas – Tarefas Finalizadas
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (4g)
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4 Garrafas – Esteira Avançando
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (4g)
Page35
4 Garrafas – Condição Inicial
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (4g)
Page36
1 Garrafa: P1 com Garrafa
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page37
1 Garrafa: Movendo Garrafa P1 -> P2
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page38
1 Garrafa: P2 com Garrafa Vazia
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page39
1 Garrafa: Enchendo Garrafa em P2
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page40
1 Garrafa: P2 com Carrafa Cheia
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page41
1 Garrafa: Movendo Garrafa P2 -> P3
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page42
1 Garrafa: P3 com Garrafa Cheia
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page43
1 Garrafa: Tampando Garrafa em P3
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page44
1 Garrafa: Garrafa com Tampa em P3
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page45
1 Garrafa: Movendo Garrafa P3 -> P4
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page46
1 Garrafa: P4 c/ Garrafa Tampada
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page47
1 Garrafa: Robô Movendo Garrafa
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page48
1 Garrafa: Robô Removeu Garrafa
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page49
1 Garrafa: Atuador Move Garrafa
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page50
1 Garrafa: P1 com Garrafa
A_start A_end
B_start B_end
T_start T_end
R_start R_end
P2 s/g
P2 vazia
P1 s/g P1 c/g
P2 cheia
P3 cheia P3 c/tampa
P3 s/g
P4 c/g P4 s/g
E_startE_end
E_mov (1g, P1->P2)
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Próximos Passos
• Projetar transições para casos envolvendo 2 e 3 garrafas
• Podemos projetar lógica mais simples e compacta?– O modelo exemplo terá em torno de:
• 2x16 transições para avançar a esteira• 2x4 transições para executar as
operações• 14 lugares para as máquinas e em torno
de 16 lugares para operações de avanço da esteira
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Próximos Passos
• Projetar Lógica
• Executar simulação com objetivo de verificar o comportamento do sistema sob controle da lógica projetada
• Executar análise das propriedades da rede de Petri
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Projeto -- Objetivos
• Em grupos de até 3 alunos, desenvolver trabalho de modelagem e controle de um sistema, colocando em prática as teorias apresentadas na disciplina (redes de Petri e autômatos)
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Projeto -- Tarefas
• Identificar um problema prático que envolva a análise e síntese de controlador para uma aplicação que se enquadre na classe de sistemas a eventos discretos (SEDs)
• Modelar o respectivo sistema
• Especificar um comportamento desejado para o sistema
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Projeto -- Tarefas
• Analisar o comportamento do sistema sem controlador e destacar os possíveis problemas decorrentes da inexistência de coordenação
• Projetar um controlador para atender as especificações e analisar a solução proposta
• Redigir um relatório das atividades e fazer uma apresentação oral
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Projeto -- Avaliação
• Critérios para Avaliação dos Trabalhos:– clareza da elaboração do problema– a riqueza do problema proposto
(complexidade, criatividade, representatividade e adequação à teoria);
– modelos e fidelidade da modelagem;– completude e “corretude” da análise e da
solução;– relatório; e– apresentação oral dos resultados.
Page57
Fim
• Obrigado pela presença!