caderno-parte1

Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Automação Industrial Ramo de Automação, Produção e Electrónica Industrial

António Rocha Quintas, Gil Manuel Gonçalves

Fevereiro de 2002

Automação Industrial Ramo de APEL

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O material reunido neste documento resulta do trabalho desenvolvido por diversas pessoas

que, de uma ou de outra forma, estiveram envolvidas no funcionamento das disciplinas de

Automação Industrial e, da sua antecessora, Controlo Industrial ao longo dos últimos anos.


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Índice

Introdução Modelização de sistemas com acontecimentos discretos Síntese e implementação de Sistemas de Automação Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) Anexo A – Kits de simulação Anexo B - Introdução ao ambiente de desenvolvimento do TSX-3721/22


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Introdução

Este documento destina-se a ser utilizado como caderno de apoio às aulas práticas da

disciplina de Automação Industrial (Ramo de APEL) do 3º ano da Licenciatura em

Engenharia Electrotécnica e de Computadores.

O principal objectivo do documento é de servir como base para o trabalho a desenvolver nas

aulas práticas da disciplina e, em simultâneo, fornecer ao aluno uma panorâmica geral dos

problemas associados à síntese e implementação de controladores para ambientes industriais.

O documento encontra-se organizado em três capítulos que endereçam os seguintes assuntos:

• Modelização de sistemas industriais (sistemas com acontecimentos discretos).

• Modelização de sistemas de controlo.

• Programação de PLCs1.

• Síntese e implementação de sistemas de automação.

• Sistemas de supervisão e aquisição de dados – SCADA.

O primeiro capítulo aborda a modelização de sistemas com acontecimentos discretos. É

constituído por um conjunto de exercícios que se destinam a possibilitar ao aluno sedimentar

e exercitar os conceitos por detrás das Redes de Petri e do Grafcet, de modo a perceber a sua

utilidade como ferramenta de modelização de sistemas industriais e dos seus sistemas de

controlo. Os exercícios de Redes de Petri destinam-se a ser resolvidos quer manualmente,

quer através de uma ferramenta de simulação. No caso do Grafcet, pretende-se também que

este seja utilizado como ferramenta de programação de PLCs recorrendo para isso ao software

PL7 Junior.

O segundo capítulo pretende introduzir o aluno na síntese e implementação de sistemas de

automação. Após uma introdução aos autómatos programáveis, são apresentados vários

pequenos problemas para os quais é sugerida a síntese de soluções baseadas em PLCs

programados recorrendo a diferentes linguagens de programação – Ladder, Instruction List, e

Grafcet. Neste capítulo é também proposto um mini projecto aglutinador, onde o trabalho a

desenvolver exige a aplicação de todos os conhecimentos adquiridos.

1 Do inglês Programmable Logic Controller – Autómato Programável.


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A introdução do aluno aos sistemas de supervisão e aquisição de dados vai ser efectuada no

terceiro capítulo. Esta introdução será realizada pela utilização guiada de um sistema SCADA

comercial, de modo a permitir ao aluno perceber a sua utilidade, o contexto de aplicação e a

natureza de um sistema destes.

Plano das aulas práticas

Aula 1

Feb-26

Apresentação. Funcionamento das aulas práticas.

Aula 2

Mar-5

Modelização de sistemas com acontecimentos discretos: Redes de Petri.

Aula 3

Mar-12

(cont.) Modelização de sistemas com acontecimentos discretos: Redes de Petri.

Aula 4

Mar-19

Modelização de sistemas com acontecimentos discretos: Grafcet.

Aula 5

Abr-9

(cont.) Modelização de sistemas com acontecimentos discretos: Grafcet

Aula 6

Abr-16

Síntese e implementação de Sistemas de Automação: introdução ao autómato

programável.

Aula 7

Abr-23

Síntese e implementação de Sistemas de Automação: programação em Ladder.

Aula 8

Abr-30

Síntese e implementação de Sistemas de Automação: programação em Grafcet;

desenvolvimento de um sistema de automação para um sistema de mistura

industrial.

Aula 9

Mai-14

Síntese e implementação de Sistemas de Automação: desenvolvimento de um

sistema de automação para um Sistema de Manufactura Flexível.

Aula 10

Mai-21

Síntese e implementação de Sistemas de Automação: desenvolvimento de um

sistema de automação para um Sistema de Manufactura Flexível.

Aula 11

Mai-29

Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA)

Aula 12

Jun-5

Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA)


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Modelização de sistemas com acontecimentos discretos

Redes de Petri

1. Propriedades das Redes

Analise as redes representadas na figura seguinte indicando se são limitadas e vivas.

P2

t1 t2 t3

P1 P4

P3P2

t1 t2 t3

P1 P4

P3

P2

t1 t2 t3

P1 P3

P2

t1 t2 t3

P1 P3

P2

t1 t2 t3

P1 P4

P3

t4

P2

t1 t2 t3

P1 P4

P3

t4

figura 1

2. Célula de Fabrico

Uma célula de fabrico é constituída por um robot (R1) que é partilhado por duas estações de

trabalho (WS1 e WS2). No estado inicial quer o robot, quer as duas estações de trabalho estão

livres. Construa a RdP que modeliza esta célula de fabrico.

3. Célula de fabrico flexível

Considere a célula de montagem apresentada na figura seguinte. Cada máquina necessita dos

dois robots (R) adjacentes para realizar uma tarefa de montagem. Cada máquina (M) requisita

primeiro o robot da esquerda e, após ter garantido a utilização desse robot, requisita o da


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direita. Nesse instante dá início à operação de

montagem. Após terminar a operação liberta

ambos os robots. No estado inicial quer as

máquinas quer os robots estão disponíveis.

Modelize o funcionamento do sistema

utilizando uma RdP. Caracterize a RdP

resultante quanto às seguintes características: é

viva? tem bloqueios? tem conflitos? é simples?

é pura? Justifique.

4. Flow Shop

Considere a linha de produção representada na figura 3 que pode ser classificado como um

flow shop (cada peça é processada em n máquinas sempre pela mesma ordem). As peças

chegam ao armazém intermédio BUF1, passam para a máquina MAQ1 onde sofrem um

primeiro processamento, desta para o armazém intermédio BUF2 e, finalmente, para a

máquina MAQ2 onde sofrem uma última operação antes de saírem da linha.

MAQ1BUF1 MAQ2BUF2

Saída de peças P1 e P2

Chegada de peçasP1 e P2

MAQ1BUF1 MAQ2BUF2

Saída de peças P1 e P2

Chegada de peçasP1 e P2

figura 3

Considere que os armazéns intermédios têm capacidade ilimitada e que cada máquina apenas

pode processar uma peça de cada vez. Há dois tipos de peças – p1 e p2 – que podem chegar

em qualquer ordem mas têm de ser processadas alternadamente.

Comece por descrever o funcionamento desta linha de produção através de uma RdP. De

seguida determine as propriedades da RdP obtida, identifique quais as etapas limitadas e

mostre que a rede é viva.

5. Secagem de transformadores

A última operação no fabrico de transformadores industrias é a secagem. Esta operação

consiste em aquecer os seus enrolamentos, percorrendo-os com uma corrente, com o objectivo

de eliminar toda a humidade. Uma vez secos, as cubas que contêm os transformadores são

cheias de óleo.

R1

M1

R2

M2M3

R3

R1R1

M1M1

R2R2

M2M2M3M3

R3R3

figura 2


8

No processo que se pretende modelizar, existem duas câmaras nas quais se desenrola o

processo descrito. Em cada uma das câmaras é possível colocar alternadamente:

• 2 transformadores T1.

• 3 transformadores T2.

• 1 transformador T1 e outro T2.

As câmaras só podem funcionar com a carga máxima. Existem apenas 4 fontes de corrente

para o aquecimento dos enrolamentos em cada uma das câmaras. É necessária uma fonte de

corrente para cada transformador.

O fim do processo é iniciado com a abertura das câmaras, após a verificação de que todos os

transformadores colocados no seu interior terminaram o enchimento.

Modelize o processo de secagem de transformadores utilizando RdP.

6. SPC

Num sistema de produção existem 3 computadores que fazem a análise estatística de um

processo em tempo real. Cada um dos computadores segue um algoritmo próprio, uma vez

que fazem análises distintas.

A entrada de dados é efectuada através de 2 sistemas de aquisição de dados que se encontram

ligados em rede com os 3 computadores. Os resultados são impressos numa impressora que

também se encontra ligada à rede. A impressora e cada um dos sistemas de aquisição de

dados podem ser utilizados por qualquer um dos computadores, mas nunca por mais do que

um em simultâneo.

Os computadores 1 e 3 têm os seguintes estados:

• Aquisição de sinais – necessita de um sistema de aquisição de dados.

• Análise de dados.

• Impressão de resultados – necessita de impressora.

O computador 2 tem os seguintes estados:

• Aquisição e impressão de dados – necessita de dois sistemas de aquisição de dados e da

impressora.

• Análise de dados.

• Impressão de resultados – necessita de impressora.

Construa uma RdP que permita efectuar a gestão dos recursos partilhados.

Modifique o modelo anterior de modo a que seja dada prioridade ao computador 1 na

impressão e na aquisição de sinais.


9

7. O jantar dos filósofos

Quatro filósofos estão sentados à mesa e dispõe de 4 talheres colocados alternadamente entre

eles. Um filósofo pode-se encontrar em dois estados possíveis: come ou pensa. Para comer

cada filósofo necessita dos dois talheres que se encontram ao seu lado. No estado inicial todos

os filósofos pensam e os talheres estão pousados na mesa.

Descreva através de uma RdP o seguinte protocolo: assim

que um filósofo decide comer levanta o talher que se

encontra à sua direita e depois o que se encontra à sua

esquerda e começa a comer. Quando termina de comer

pousa o talher da direita e depois o da esquerda. Esta RdP

é viva? Se existe um bloqueio indique uma sequência de

disparos que o provoca e explique porque acontece.

Defina um protocolo que evite a ocorrência de bloqueios e

construa a RdP correspondente.

8. Buffer de capacidade limitada

A máquina M1 (produtor) quando termina de processar uma peça coloca-a no armazém

intermédio B1, desde que existam lugares livres (o armazém tem capacidade para 3 peças).

Desde que existe um lugar livre a máquina M1 inicia de imediato o processamento de uma

outra peça. A máquina M2 (consumidor) assim que termina de processar uma peça retira outra

do armazém B1 (desde que este não se encontre vazio).

Represente o funcionamento do sistema através de uma RdP com a marcação inicial

correspondente à figura.

B1M1 M2B1M1 M2

figura 5

9. Operação de montagem

A máquina M3 do sistema representado na figura seguinte efectua uma operação de

montagem. Para realizar essa operação a máquina necessita de uma peça do tipo a e de uma

peça do tipo b. As peças de tipo a são processadas pela máquina M1 e, quando termina a

figura 4


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operação, são armazenadas no armazém intermédio B1.

As peças de tipo b são processadas pela máquina M2 e,

quando termina a operação, são armazenadas no

armazém intermédio B2. Os armazéns intermédios B1 e

B2 tem capacidade para 3 e 4 peças, respectivamente.

Represente o funcionamento deste sistema através de

uma RdP considerando que a jusante da máquina M3 e a

montante das máquinas M1 e M2 existem armazéns de

capacidade ilimitada.

10. Grafo de marcações e árvore de cobertura

Construa o grafo de marcações (ou árvore de cobertura) para as redes do exercício 1.

11. Matriz de incidência e árvore de cobertura

Para a RdP da figura seguinte obtenha a matriz de incidência e prove que PT=[1 1 0 1] é um

invariante. Construa a árvore de cobertura para M0T=[1 0 0 0].

P2

t4 t1 t3

P1

P4

P3

t2

P2

t4 t1 t3

P1

P4

P3

t2

figura 7

12. Interacção entre coordenador e controlador

O sistema descrito através das tabelas 1 e 2, modeliza a interacção entre dois elementos do

controlo da produção de uma fábrica: o coordenador de fábrica (COORDENADOR) e um

controlador de célula na oficina (CONTROLADOR).

M1

B2M2

B1

M3

M1

B2M2

B1

M3

figura 6


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Transição Descrição Pré-condições Pós-condições

T1 Coordenador

comanda controlador

P1, P2, P3 P4, P5

T2 Controlador inicia

operação

P3, P4 P6, P7

T3 Coordenador reinicia P5, P6 P2

T4 Controlador finaliza

operação

P7 P1, P3

tabela 1

Condição Descrição

P1 Um trabalho espera por uma operação

P2 O coordenador está disponível

P3 O controlador está disponível

P4 O controlador recebeu um comando para

controlo da célula

P5 O coordenador espera a confirmação do

controlador

P6 O coordenador recebeu confirmação do

controlador

P7 O controlador está a processar um trabalho

tabela 2

Com base nas tabelas 1 e 2, desenhe a RdP correspondente e descreva, em linguagem

corrente, a interacção entre os dois elementos do controlo da produção da fábrica.

Redes de Petri sincronizadas e temporizadas

13. Portão de Garagem

O portão de uma garagem é accionado por um motor que pode ser comandado remotamente.

O sistema de comando dispõe de 2 sensores de fim de curso que indicam se o portão está


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completamente fechado ou completamente aberto. O comando à distância dispõe de um botão

de pressão. O funcionamento do sistema é o seguinte:

• Quando é pressionado o botão do comando e o portão está fechado é accionado o motor

no sentido de abertura. O motor manterá este sentido de funcionamento até ser detectado

que o portão está aberto ou voltar a ser pressionado o botão do comando.

• Quando é pressionado o botão do comando e o portão está aberto é accionado o motor no

sentido de fecho. O motor manterá este sentido de funcionamento até ser detectado que o

portão está fechado ou voltar a ser pressionado o botão do comando.

Se, enquanto o portão se encontra em movimento (em qualquer um dos sentidos), voltar a ser

pressionado o botão do comando o motor para imediatamente. Voltando a pressionar o botão

do comando o motor é accionado no sentido contrário ao que se deslocava anteriormente.

Modelize o sistema de controlo utilizando um Rede de Petri.

Considere agora que o sistema dispõe de um outro sensor. Existe uma célula fotoeléctrica que

detecta objectos atravessados no portão. Se, quando o portão está a fechar, a célula detecta um

objecto atravessado no portão este pára imediatamente e, após 5 segundos, move-se no

sentido contrário até estar completamente aberto. Enquanto se mantiver um objecto

atravessado o portão mantém-se imóvel sem responder ao botão COMANDO.

Inclua esta nova especificação no sistema de controlo que desenhou anteriormente.

14. Elevador

Modelize o sistema de controlo do elevador de um edifício de 4 andares (incluindo R/C)

utilizando uma RdP. Considere que em cada andar existe um sensor que detecta a presença do

elevador e um botão de chamada do elevador. Dentro do elevador existem 6 botões: R/C, 1, 2,

3, paragem de emergência e alarme.

Quando o botão de paragem de emergência é accionado o elevador deve parar imediatamente

e só deve voltar a mover-se quando for accionado um botão referente a um andar. O botão de

alarme só funciona quando ocorre uma paragem de emergência.

O modelo resultante deve ser facilmente expansível de modo a poder ser utilizado para o

controlo de elevadores em edifícios com mais pisos.

Considere agora que em cada piso existem dois botões de chamada, um para subir e outro

para descer, à excepção do piso 3 onde apenas existe para descer e do R/C onde apenas existe

para subir. Altere a RdP de modo a incorporar esta situação.


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15. Sistema de alarme

Considere um sistema de alarme e intrusão que dispõe de 5 detectores espalhados por um

armazém. O sistema de alarme só deve ser accionado no caso de estarem activos pelo menos

3 detectores em simultâneo. O accionamento do sistema de alarme consiste em:

• Ligar imediatamente a sirene de alarme.

• Após um período de 15 segundos um segundo alarme é disparado na central de segurança.

Após a entrada em funcionamento deste segundo alarme, este só deve ser desligado após a

intervenção de um operador.

Modelize o sistema de controlo do alarme, utilizando para isso uma RdP, preferencialmente

de modo a que seja facilmente expansível no caso de serem incorporados mais detectores no

sistema de alarme.

Considere uma especificação adicional: se durante os primeiros 15 segundos após ter sido

accionado o alarme (3 detectores activos em simultâneo), período em que apenas a primeira

sirene está activa, o número de detectores activos passar a ser inferior a 3 o alarme deve ser

desactivado.

16. Cruzamento

Construa o modelo do sistema de controlo para um cruzamento entre duas vias, A e B, ambas

com dois sentidos. Em cada uma das vias existem dois sensores que permitem determinar se

se encontram carros à espera (um para cada sentido). Considere que uma das vias é prioritária

(A). O modo de funcionamento é o seguinte:

• No caso de existir trânsito nas duas vias (detectado pelos sensores) o sinal verde é

partilhado entre elas do seguinte modo: 3 minutos para a via A e 2 minutos para a via B.

• No caso de não existirem carros à espera numa das vias o sinal verde deve manter-se

aceso para a outra.

• Na passagem de verde a vermelho, o sinal amarelo fica activo por 15 segundos.

Considere ainda que existem passadeiras para peões e botões para pedido de passagem. O

sinal verde para os peões fica activo em simultâneo para as duas vias quando o botão de

pedido de passagem é pressionado e apenas após a passagem de verde a vermelho na via B.

17. Elevador (2)

Modelize o sistema de controlo dos elevadores do edifício I (poente) da FEUP utilizando uma

RdP. O modelo resultante deve ser facilmente expansível de modo a poder ser utilizado para o

controlo de elevadores em edifícios com mais pisos e com mais do que dois elevadores. Em


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cada piso existem dois detectores (presença do elevador 1, 2) e dois botões de pressão (subir e

descer).

Grafcet

1. Carro de transporte

Um carro de transporte de materiais desloca-se entre as posições A e B, sendo que A é a sua

posição de repouso. A presença do carro nestes dois pontos é assinalado por dois detectores a

e b, respectivamente. um operador comando o carro através de um botão de pressão m. As

saídas do sistema de controlo são D e E, movimento do carro para a direita e movimento do

carro para a esquerda, respectivamente. Existe ainda uma sinalização V.

Recorrendo a Grafcet modeliza o sistema de controlo para as duas situações seguintes:

1. Quando o botão m é pressionado, o carro desloca-se para a posição B retornando depois à

posição A. Se o botão m estiver pressionado quando o carro atingir a posição A inicia-se

um novo ciclo. De contrário o carro imobiliza-se.

2. Quando o botão m é pressionado, o carro desloca-se para a posição B retornando depois à

posição A. Independentemente do estado do botão m quando o carro atinge a posição A,

um novo ciclo só é iniciado quando o botão voltar a ser pressionado. A presença do carro

na posição A deve ser sinalizada através de V.

2. Enchimento de tanques

O sistema que controla o enchimento

dos tanques da funciona do seguinte

modo:

O tanque i é considerado vazio

quando o seu nível for inferior a bi

(quando bi tomar o valor lógico 0). O

tanque i é considerado cheio quando

o seu nível for superior a hi (quando

hi tomar o valor lógico 1). O estado inicial de qualquer um dos tanques é vazio.

Existe um botão de comando m que, quando accionado por um operador, dá início ao

enchimento dos dois tanques através da abertura das válvulas V1 e V2. Assim que um tanque

fica cheio, a respectiva válvula de entrada Vi é fechada e, em simultâneo, é aberta a válvula de

saída Wi. Nesta altura começa a ser consumido o conteúdo do tanque. Assim que o tanque fica

V1

W1

h1

b1

tanque 1

V2

W2

h2

b2

tanque 2

V1

W1

h1

b1

tanque 1

V1

W1

h1

b1

tanque 1

V2

W2

h2

b2

tanque 2

V2

W2

h2

b2

tanque 2

figura 8


15

vazio, a sua válvula de saída é fechada. Apenas pode ter início um novo ciclo de enchimento

quando ambos os tanques estão vazios e o botão m é accionado novamente.

3. Controlo de nível de líquido

Um depósito de água é cheio através de uma bomba. O sistema é posto em funcionamento

através da actuação de um botão de arranque e desligado através da actuação de um botão de

paragem. Se o nível do líquido ultrapassar o limite superior a bomba deve parar, arrancando

automaticamente quando o nível descer abaixo do limite inferior. Quando o nível do líquido

ultrapassar o limite superior deve ser acesa uma luz de sinalização durante 5 segundos. Se ao

fim dos 5 segundos o nível ainda se mantiver acima do limite superior a luz de sinalização

deve-se manter acesa por mais 5 segundos. Admita que os detectores superior e inferior estão

no nível lógico 1 quando cobertos por líquido.

Desenvolva o sistema de controlo para este sistema recorrendo a Grafcet.

4. Controlo de dois veículos

Dois veículos H1 e H2 transportam material desde os pontos de carga C1 e C2 até ao ponto de

descarga D. As variáveis c1, c2 e d correspondem a detectores de fim de curso que tomam o

valor lógico 1 sempre que o veículo esteja nessa posição. A variável a1 (a2) toma o valor

lógico 1 quando o veículo H1 (H2) se encontra na posição A1 (A2).

Se o veículo H1 se encontra

na posição C1 e botão m1 é

accionado é iniciado um ciclo

C1 – D – C1 que inclui:

1. Um período de espera em

A1 caso a zona comum

aos dois veículos esteja ocupada.

2. Uma paragem obrigatória em D com a duração de 100 seg.

O veículo H2 tem um funcionamento idêntico (é comandado pelo botão m2). Os movimentos

dos veículos são comandados pelas acções E1, D1, E2 e D2 como indicado na figura. O

comando da agulha é efectuado através da variável V: o trajecto C1 – D (C2 – D) está

estabelecido quando V toma o valor lógico 1 (0).

Descreva o sistema de comando deste sistema através de Grafcet.

H1

H2C1

C2

D

c1

c2m1

m2 a2

a1

A2

A1 VD1

D2

E1

E2

dH1

H2C1

C2

D

c1

c2m1

m2 a2

a1

A2

A1 VD1

D2

E1

E2

d

figura 9


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5. Portão de Garagem

Relembre o exercício 13 do capítulo dedicado às RdP. Desenvolva o sistema de controlo para

o sistema físico descrito recorrendo a Grafcet.

Considere agora um requisito adicional para o modo de funcionamento inicial. Existe um

sistema de iluminação que também deve ser incluído no sistema de controlo. Pretende-se que,

assim que o portão seja accionado (seja para abrir ou fechar) a luz se acenda e, após a

imobilização do portão, se mantenha acesa por um período de 5 minutos. A iluminação da

garagem pode também ser controlada por um interruptor de pressão, do tipo normalmente

aberto. Quando o interruptor é accionado, e caso esteja apagada, a iluminação deve acender

imediatamente e manter-se acesa por 5 minutos. Se entretanto o portão for accionado o

sistema de iluminação passa ao primeiro modo de funcionamento (apaga passados 5 minutos

da imobilização do portão). Desenvolva o controlador para o sistema.

Altere o controlador obtido de modo a incluir esta última especificação.

Uma vez que a garagem tem iluminação natural é desnecessário que o sistema de iluminação

funcione durante o dia. Para isso foi colocado um sensor luminosidade (LUMINOSIDADE).

Considere que o sensor tem toda a lógica associada que permite ter à entrada do autómato um

sinal digital (0 / 1). Assim um 0 significa que existe luz natural suficiente (isto é, não é

necessário accionar o sistema de iluminação) e um 1 significa luz natural insuficiente.

Pretende-se alterar o sistema de controlo, incorporando este sensor, de modo a garantir que

sempre que exista luz natural suficiente o sistema de iluminação não é accionado.

6. Controlo de uma célula de fabrico

Considere a célula de fabrico representada na figura 10. A célula é constituída por duas

máquinas – M1 e M2 – e por um manipulador – MNP. As peças a processar são conduzidas à

célula através do tapete T1 e evacuadas pelo tapete T2. Cada peça é sujeita a uma sequência

de operações OP1 e OP2 em M1 e M2, respectivamente. O tempo de processamento de cada

operação (OPi) é variável, sendo o seu final detectado pela actuação do sinal FOPi. Em cada

máquina apenas se pode encontrar uma peça.

O manipulador é capaz de realizar as seguintes operações de transferência de peças:

• Operação C1: transfere de T1 para M1.

• Operação C2: transfere de M1 para M2.

• Operação D2: transfere de M2 para T2.

Os finais destas operações são assinalados pelos sinais FC1, FC2 e FD2, respectivamente.


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Após a chegada de uma nova peça à entrada da célula (sinal P1) o tapete pára, arrancando de

novo (sinal MOVT1) após a peça ter sido retirada do tapete. O tapete T2 está sempre em

movimento.

Descreva através de Grafcet o sistema de controlo desta célula de fabrico. Para tal utilize um

conjunto de grafcets associados a M1, M2, MNP e T1.

MNP

M1

M2

T1

T2

MNPMNP

M1M1

M2M2

T1

T2

figura 10

7. Controlo de um compressor

Um compressor de ar comprimido é constituído por uma bomba e um motor acoplados

mecanicamente. O sistema segue o seguinte esquema de funcionamento:

• Quando a pressão na saída desce abaixo dos 6,5 bar (Pb) o motor (M) e a bomba (B) são

activados.

• Quando a pressão ultrapassa os 7,5 bar (Pa) a bomba é desligada. O motor mantém-se em

funcionamento durante mais 5 minutos ao fim dos quais, se a bomba não tiver sido

novamente accionada, também ele é desligado.

• O conjunto só funciona após a actuação do botão de arranque (A) e é completamente

desligado quando o botão de paragem (P) é accionado ou quando a temperatura do óleo

lubrificante ultrapassa os 80º C (T). Neste caso a lâmpada de aviso (LT) é acesa,

permanecendo nesse estado até que o botão de paragem seja accionado.

Implemente o sistema de controlo utilizando Grafcet.


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8. Sistema de Produção

Considere um sistema de produção composto por dois tapetes que servem três estações de

trabalho cada. Na primeira estação de trabalho de cada um dos tapetes existe uma célula

fotoeléctrica (CF1, CF2) que indica se existem peças em posição de serem processadas.

Admite-se que sempre que exista uma peça na primeira estação existem também peças nas

estações 2 e 3 prontas a ser processadas.

As ordens para iniciar as operações em cada estação são dadas através dos sinais OP_x_y

(onde x é o número do tapete e y da estação de trabalho) enquanto que a finalização do

processamento é detectado através dos sinais FP_x_y. O movimento dos tapetes é assíncrono

sendo cada um deles accionado por um motor (M1, M2).

Para efectuar as operações cada tapete possui máquinas próprias à excepção da estação central

onde a máquina é robot que é partilhado por ambos os tapetes.

1. Conceba um sistema de controlo para este sistema utilizando Grafcet.

2. Considere agora que é possível faltarem peças nos tapetes. Verifique se é possível com a

solução tecnológica apresentada resolver este problema. Numa estação sem peça não se

pode efectuar o processamento sobre o risco de danificar a estação de trabalho. Caso não

seja, sugira as alterações que julgue necessárias para garantir que as peças que se

apresentem nos tapetes passam pelas três estações. Apresente o Grafcet resultante.

Estação 3Estação 1

Robot

Estação 1 Estação 3

Estação 2

Estação 2

•CF2

•CF1

Tapete 1Tapete 2

Estação 3Estação 1

Robot

Estação 1 Estação 3

Estação 2

Estação 2

•CF2

•CF1

Tapete 1Tapete 2

figura 11

9. Robot de manipulação

Considere um sistema composto por três estações de trabalho e um robot móvel de pórtico.

As estações de trabalho requisitam o robot para movimentar peças para outras estações. O

robot estando livre deve-se mover da posição actual até à estação que o requisitou, efectuando


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de seguida a movimentação pretendida pela estação. No fim do movimento o robot mantém-

se na estação de destino a aguardar por uma nova ordem.

Considere que as movimentações pretendidas pelas diferentes estações são as seguintes:

• Estação A: A ⇒ B.

• Estação B: B ⇒ C.

• Estação C: C ⇒ A.

O robot determina a sua posição através de três detectores que indicam se se encontra numa

determinada estação – s_A, s_B e s_C respectivamente para a estação A, B e C. Para as

estações requisitarem uma movimentação dispõe de um botão b_A, b_B e b_C. O controlo do

robot é efectuado através das ordens D (deslocamento para a direita) e E (deslocamento para a

esquerda).

Modelize através de Grafcet o sistema descrito. Para gerir o acesso ao robot estabeleça

prioridades entre as estações.

10. Elevador

Relembre o exercício 14 do capítulo dedicado às RdP. Modelize o sistema de controlo para o

sistema descrito usando Grafcet.

11. Lavagem automática

Considere uma estação de lavagem de automóveis composta por três vias de lavagem. Em

cada uma das vias realizam-se as seguintes operações: pré lavagem, banho de espuma, banho

de água, secagem por aspiração.

Em cada uma das vias existem locais bem definidos para realizar cada uma das operações (ver

figura 12) e sensores para detectar a chegada do veículo à posição correcta. O movimento do

carro é efectuado à custa de um tapete rolante accionado pelo motor Mi (a, b e c).

As três vias de lavagem possuem meios próprios para efectuar as três primeiras operações.

Contudo, a operação de aspiração é efectuada em cada uma das três vias por um único

aspirador que se desloca transversalmente por cima destas e, quando recebe um pedido,

posiciona-se sobre a via correcta para efectuar uma aspiração. Em cada uma das vias está

colocado um sensor (saasp, sbasp, scasp) que indica o posicionamento do aspirador sobre a

via respectiva. As operações 1, 2 e 3 são temporizadas sendo a sua duração de,

respectivamente, 3, 4 e 5 minutos cada.


20

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sa1

sa2

sa3

sa4

sa5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sb1

sb2

sb3

sb4

sb5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sc1

sc2

sc3

sc4

sc5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sa1

sa2

sa3

sa4

sa5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sa1

sa2

sa3

sa4

sa5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sb1

sb2

sb3

sb4

sb5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sb1

sb2

sb3

sb4

sb5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sc1

sc2

sc3

sc4

sc5

Pré lavagem

Banho deespuma

Banho deágua

Secagem

sc1

sc2

sc3

sc4

sc5

figura 12

Desenvolva o controlador para a estação de lavagem utilizando Grafcet.

Considerando que num sistema desta natureza deve existir uma grande preocupação com a

segurança de pessoas e automóveis, foram colocados sensores (Spa, Spb, Spc) que permitem

detectar a presença de corpos estranhos no sistema de lavagem. Complete o Grafcet anterior

de modo que sempre que um destes sensores fique activo o sistema pare imediatamente,

regressando ao ponto de paragem logo que o sensor deixe de estar activo.

12. Robot de Manipulação de Ferramentas

Pretende-se desenvolver o sistema de controlo para um robot responsável pela manipulação

das ferramentas utilizadas pelas duas máquinas de um linha de produção (figura 12). Cada

uma das máquinas pode requisitar ao robot dois tipos de operações: montar ou desmontar

ferramenta.

• montar – o robot deve ir buscar uma ferramenta à saída do armazém de ferramentas e

colocá-la na máquina que o requisitou.

• desmontar – o robot deve ir buscar a ferramenta à máquina que efectuou o pedido ,

colocá-la no banco de teste, que deve determinar se a ferramenta é reutilizável ou não

(neste caso deve ser colocada no contentor de reciclagem). Se a ferramenta é reutilizável

deve ser colocada no banco de aferição e medida, que deve medir as características da

ferramenta, e por fim deve ser colocada na entrada do armazém de ferramentas.

Restrições:

1. Uma máquina não pode requisitar em simultâneo uma operação de montar e desmontar.

2. O robot apenas efectua uma operação (montar ou desmontar) de cada vez.

3. Se o armazém de ferramentas está vazio é impossível realizar uma operação montar.

Neste caso deve ser accionado um alarme que apenas pode ser desactivado manualmente

por um operador.


21

4. A operação desmontar é

sempre possível e o robot deve

estar disponível para realizar

este tipo de operação mesmo

que o alarme de armazém de

ferramentas vazio esteja

accionado.

5. Um pedido de montar ou

desmontar é mantido em lista

de espera até que tenha sido

satisfeita.

mi Máquina i requisita operação montar

di Máquina i requisita operação desmontar

C Número de ferramentas no armazém (contador com valor inicial C0)

Txy Acção que comanda o robot a passar da posição x para a posição y. As

posições possíveis são apresentadas na figura.

fxy Indica o fim da acção Txy

S Fecho da garra do robot

s Garra fechada

T Procedimento de teste de reutilização

t Fim do procedimento de teste de reutilização

b Resposta do teste de reutilização

D Abertura da garra do robot

d Garra aberta

A Procedimento de aferição e medida

a Fim do procedimento de aferição e medida

AL Alarme

des Desactivação do alarme

tabela 3 – notação

Desenvolva o controlador para este robot utilizando Grafcet recorrendo a macro etapas.

Robot

M1

M2

Teste

Aferição eMedida

Reciclagem

Armazém deFerramentas

t

r

a

s e

1

2

n

Posições possíveis do robot: 1, 2, t, r, a, e, s

RobotRobot

M1M1

M2M2

Teste

Aferição eMedida

Reciclagem

Armazém deFerramentas

t

r

a

s e

1

2

n

Posições possíveis do robot: 1, 2, t, r, a, e, s

figura 13

caderno-parte1

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