Automação ind 2_2014

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Automação ind 2_2014

  1. 1. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 2 GRAFCET Nestor Agostini sibratec@sibratec.ind.br Rio do Sul (SC), 12 de março de 2014 1/33
  2. 2. 1. Generalidades: Todos os circuitos vistos até o momento (na parte 1) pertencem ao grupo dos circuitos combinacionais. Estes circuitos têm como principal característica apresentar uma mesma saída para uma mesma combinação de entradas, ou seja, a saída é perfeitamente definida pela entrada. Há um outro tipo de circuitos, denominados de sequenciais cuja saída, além de depender das entradas, depende também do estado em que o circuito se encontrava anteriormente e/ou de outros eventos envolvidos no processo. A lógica combinacional é suficiente para a análise de processos combinacionais, porém não é adequada a análise de processos sequenciais e a maioria dos processos industriais são sequenciais A ferramenta que será analisada aqui para estes processos é o Grafcet. Na sequência deste trabalho será utilizado o padrão de Grafcet utilizado nos controladores lógicos programáveis Millenium III da Crouzet. Caso alguém tenha interesse em receber o software de programação destes controladores envie um e-mail para sibratec@sibratec.ind.br ou pode fazer o download direto em um desses links: http://www.crouzet.com/english/support/downloads.htm O software é totalmente gratuito e completo, ou seja, não é uma versão de demonstração. Grafcet é uma técnica de representação de sistemas baseada em diagramas gráficos, derivada das redes de Petri. Além de representar o processo o Grafcet é também uma linguagem de programação de CLPs, o que o torna muito prático. A ideia básica do Grafcet é a de separar um sistema ou processo em etapas e analisar uma etapa de cada vez. Desta maneira consegue-se uma visualização muito simples e geral do problema a ser solucionado. A representação em Grafcet pode ser utilizada para qualquer sistema, mesmo que não seja exatamente um sistema de automação. Antes de dar prosseguimento imagine essas situações: a) Pegar uma caneta e transportá-la de uma posição para outra. Esse problema pode ser separado em etapas, exatamente como é a filosofia do Grafcet. Veja: Etapa 1: Pegar a caneta Etapa 2: Erguer a caneta Etapa 3: Deslocar a caneta até a nova posição Etapa 4: Baixar a caneta Etapa 5: Soltar a caneta. Esta seria a divisão deste problema em etapa. Cada etapa pode ser analisada de modo individual. b) Preparar e depois beber uma xícara de café com leite e açúcar. Etapa 1: Colocar o pó na xícara Etapa 2: Colocar o leite na xícara Etapa 3: Colocar o açúcar na xícara Etapa 4: Colocar água na xícara Etapa 5: Pegar uma colher Etapa 6: Erguer a colher Etapa 7: Transportar a colher até a xícara 2/33
  3. 3. Etapa 8: Baixar a colher Etapa 6: Mexer o café Etapa 7: Erguer a colher Etapa 8: Deslocar a colher até a posição apropriada Etapa 9: Baixar a colher na posição adequada Etapa 10: Pegar a xícara de café Etapa 11: Erguer a xícara Etapa 12: Deslocar o café até a boca Etapa 13: Beber o café Etapa 14; Afastar a xícara da boca Etapa 15; Baixar a xícara Note que os dois problemas apresentados bem como sua solução em etapas é algo totalmente intuitivo. Isso são operações simples feitas no dia a dia. É assim que funciona o Grafcet! 2. Características do Grafcet: a) Padronização pela norma IEC 848 (Sequential Function Charts) b) Desenvolvido na Europa pela Universidade + Indústria: Segue formalismo rigoroso + Aplicabilidade em situações reais c) Propicia processamento paralelo dos grafos independentes d) Sintaxe reduzida. Poucos e poderosos elementos e) Projeto independente do CLP. Projeto pode preceder a aquisição do CLP. Proporciona uma especificação viva do sistemas de controle. f) Possui ferramentas para traduzir os programas em Grafcet para Ladder. g) Facilita identificação de erros de projeto. h) Reduz tempo de desenvolvimento do projeto em cerca de 50%. i) Permite simular todo o projeto antes da implementação no CLP. Todo o projeto lógico pode ser simulado em um PC. j) Facilita comunicação na discussão das especificações entre as diversas pessoas envolvidas no projeto. k) Notação mais compacta que lógica ladder. l) Programação naturalmente estruturada segundo modelo top-down. Elementos de um Grafcet: etapas, transições, arcos, receptividade, ações e regras de evolução. O gráfico da Figura 2.1 mostra como o Grafcet é visto nos controladores Millenium III. ETAPA INICIAL TRANSIÇÃO ETAPA ATIVAÇÃO DA ETAPA AÇÃO DA ETAPA 3/33
  4. 4. Figura 2.1: Esquema básico do Grafcet 2.1. Etapa Uma etapa é um estado no qual o comportamento do circuito de comando não se altera frente a entradas e saídas. Em um dado instante uma etapa pode estar ativa ou inativa. O conjunto de etapas ativas num determinado instante determina a situação em que se encontra o Grafcet. Etapa inicial é a etapa que se torna ativa logo após o início do funcionamento do Grafcet. Veja na figura anterior a nomenclatura para a etapa inicial. Pode existir uma ou mais etapas iniciais de acordo com a característica do problema a ser modelado. 2.2. Ativação da etapa É um sinal aplicado à etapa que faz com ela passe a condição de ativa à próxima etapa. Ex; se a etapa inicial estiver ativa, assim que for aplicado um sinal na entrada de ativação, o próxima etapa é que se torna ativa. 2.3. Ação da etapa As ações representam os efeitos que devem ser obtidos sobre os mecanismos controlados em uma determinada situação (“o que deve ser feito”). Representam também ordens de comando (“como deve ser feito”). Quando a etapa está ativa ela gera a ação da etapa. Assim que a etapa deixar de ser ativa a ação também deixa de existir. 2.4. Transição e receptividade Representada graficamente por linhas que ligam etapas, significa a evolução do Grafcet de uma situação para outra. Em um dado instante, uma transição pode estar válida ou não. Uma transição está válida quando todas as etapas imediatamente precedentes estiverem ativas. A passagem de uma situação para outra só é possível com a validade de uma transição, e se dá com a ocorrência da transição. Exemplo: Projetar um Grafcet para acionar três motores M1, M2 e M3 através de chaves push Button (chave de pulso), de modo que a sequência de ligação seja sempre M1 – M2 e M3. Não deve ser possível ligar M2 se M1 não estiver ligado. Também não deve ser possível ligar M3 se M2 não estiver ligado. Solução ladder: 4/33
  5. 5. Figura 2.2: Aparência dos Diagramas Ladder Solução Grafcet: Esse é um Grafcet muito simples e que pode ser implementado somente com os blocos do próprio Grafcet. A primeira etapa é a etapa inicial, que fica ativa logo após a ligação do CLP. Quando for pressionado o botão LIGA M1, o motor M1 liga. O mesmo vale para as outras duas chaves push Button. Como não foi definido nada a respeito do retorno ao ponto de origem, no final é necessário desativar o Grafcet para que o sistema ressete. Figura 2.3: Grafcet do problema dos três motores Ao ser compilado o Grafcet fica assim, mostrando a etapa ativa 5/33
  6. 6. Figura 2.4: Grafcet do problema dos três motores - simulação Aplicando dois cliques (push Button tem que voltar a desligar) na chave LIGA M1. Veja M1 ligado, Figura 2.5: Grafcet do problema dos três motores - simulação Para os outros motores, acontece o mesmo que o descrito para M1. Uma melhoria que poderia ser introduzida é uma chave desliga com retorno ao início para iniciar uma nova seção. Veja como ficou o Grafcet: 6/33
  7. 7. Figura 2.6: Grafcet do problema dos três motores realimentado O exemplo apresentado é realmente simples pois não há nada além dos blocos do próprio Grafcet. Mas nem sempre é assim. Na maior parte dos sistemas existem as ordens vinculadas ao bloco de Grafcet. Essas ordens são as ações que devem ser tomadas quando a etapa estiver ativa. O Grafcet seguinte apresenta um sistema em duas etapas, onde a segunda etapa possui uma ordem temporizada. O bloco B04 é um temporizador cujo tempo de atuação pode ser escolhido quando o bloco é colocado no Grafcet. Figura 2.7: Grafcet com ordem na etapa Aqui assim que B02 for pressionada (2 vezes), o bloco B01 se torna ativo e o motor B03 liga. O temporizador B04 inicia a contagem e quando o valor setado for alcançado é enviado um sinal à entrada do bloco B01 que desliga o motor B03 e volta o comando a B00. Agora um novo pressionamento de B02 repete o ciclo. 3. Ordens: 7/33
  8. 8. Uma ação pode conter ordens de comando do tipo: contínua, condicional, memorizada, com retardo, limitada no tempo e impulsional. 3.1. Ordem contínua Figura 3.1: Grafcet – ordem contínua Tipo de ordem de comando cuja emissão depende da ativação da etapa a qual estiver associada. 3.2. Ordem condicional Figura 3.2: Grafcet – ordem condicional Tipo de ordem de comando cuja emissão além da ativação da etapa associada, depende de uma outras condições lógicas a serem satisfeitas. 3.3. Com retardo Figura 3.3: Grafcet – ordem com retardo Trata-se do caso particular de ordem condicional em que a dependência é associada a um retardo de tempo. Muito utilizada em sistemas sincronizados no tempo. 3.4. Limitada no tempo 8/33
  9. 9. Figura 3.4: Grafcet – ordem limitada no tempo A ordem é emitida logo após a ativação da etapa, porém com duração limitada a um valor de tempo específico. 3.5. Impulsional Figura 3.5: Grafcet – ordem impulsional Semelhante à limitada, mas com tempo de duração “infinitesimalmente” pequeno (corresponde ao ciclo de varredura do CLP comum). 3.6. Memorizada Figura 3.6: Grafcet – ordem memorizada Ação específica para ligar (SET) e outra para desligar (RESET). 9/33
  10. 10. 4. Comandos de desvio e de junção: Dentro da estrutura Grafcet também estão previstos, desvios, junções etc. Os blocos seguintes realizam essas funções: 4.1. Divergência em OU (OR): Quando o Grafcet chega a um bloco de divergência em OU, ele irá tomar um dos caminhos. Não será possível seguir pelos dois caminhos e o caminho tomado será o primeiro que receber a ordem de avançar. Figura 4.1: Divergência em OU No Grafcet da Figura quando o bloco B05 (divergência em OU) estiver ativo, o caminho a seguir será: - B09 se em primeiro lugar for dada a ordem em B06 - B10 se em primeiro lugar for dada a ordem em B07 A partir do momento em que um dos caminhos é escolhido, não será mais possível realizar o outro. A principal utilidade desta divergência é quando se precisa selecionar entre dois possíveis caminhos, dependendo da situação anterior do processo. Exemplo: Suponha uma máquina separadora de peças. As em boas condições seguem um caminho e aquelas que não satisfazem os requisitos são enviadas para outro local. Um possível Grafcet para isso seria: 10/33
  11. 11. Figura 4.2: Convergência em OU A chave B06 inicia o processo. Logo após chega-se a divergência em OU, onde é necessário decidir entre um dos dois caminhos. Se a peça for aprovada é enviado um sinal em B02 e o Grafcet segue o caminho B04. Quando a peça é posicionada no local adequado dá-se um sinal em B10 e o Grafcet volta ao início. O outro caminho é analisando da mesma maneira. Observe que aqui foi utilizado o bloco B07 que é uma convergência em OU. 4.2. Convergência em OU (OR): Este bloco, já utilizado no exemplo anterior faz o fechamento dos caminhos abertos por blocos que fazem divergência. No exemplo a divergência em Ou abriu dois caminhos e a convergência em OU os fechou novamente. 4.3. Divergência em E (AND): A divergência em E abre dois caminhos no Grafcet e ambos são executados. Suponha um processo em duas peças precisam ser preparadas para depois serem juntadas para produzir uma outra peça. Cada caminho seria a preparação de uma peça e, no final, elas são juntadas através de uma convergência em E. Note que na convergência em E o processo fica aguardando as duas peças. Não é possível passar adiante antes que as duas peças cheguem a esse ponto. Tente simular o Grafcet abaixo chegando com apenas uma das peças à convergência em E. Veja que mesmo aplicando o comando de ordem em B14 o Grafcet fica parado. Somente quando as duas peças chegam é que é possível seguir adiante. As convergência e divergência em E são muito úteis para sincronizar processos. 11/33
  12. 12. Figura 4.3: Divergência e convergência em E 4.4 Convergência em E (AND): É o bloco destinado a juntar os dois caminhos abertos por alguma divergência de modo que somente quando os processos dos dois caminhos estejam concluídos é que será possível seguir adiante. 4.5. Etapa inicial com resset: O Grafcet padrão do CLP Millenium III possui uma etapa inicial com resset. Na figura essa etapa é o bloco B27. Veja que essa etapa possui duas entradas: uma de reinicialização (ligada a B19) e outra de transição (ligada a B28). 12/33
  13. 13. Figura 4.4: Sincronização em E A etapa inicial com resset pode ser usada da seguinte maneira: - A qualquer momento a aplicação de um pulso na entrada de reinicialização fará com que o processo volte ao início; - Enquanto a entrada de reinicialização estiver em nível alto o sistema fica travado, ou seja, não é possível iniciar o processo com essa entrada da etapa inicial com resset em nível alto. - No caso de falta de energia, se a etapa inicial for a normal, o sistema voltará ao início quando a energia retornar. No caso da utilização da etapa inicial com resset, o sistema retorno no ponto em que faltou energia, a não ser que seja aplicado um pulso na entrada reinicialização quando a energia retornar. Convém tomar cuidado com essa opção do sistema retornar no ponto em que houve a falta de energia porque nem sempre essa condição é segura. A partir deste ponto serão apresentados vários exemplos de aplicação de Grafcet. 5. Exemplos de aplicação de Grafcet: 5.1. Carrinho de transporte Suponha um carrinho para transporte de algum produto da seguinte maneira: - A posição de repouso é sempre a esquerda com o sensor “a” acionado; - O processo inicia com o pressionamento da botoeira “m”; - Quando a botoeira for pressionada o carrinho se desloca para a direita até acionar o sensor “b”; - Logo após acionado o sensor “b” abre a comporta “carrega” e o carrinho é carregado; - Quando o sensor “p” for acionado é porque o peso correto foi atingido; - Neste instante fecha a comporta “carrega”; - O carrinho aguarda 5 s para o fechamento da comporta e inicia o retorno para a esquerda; - O carrinho começa se deslocar para a esquerda até atingir o sensor “a”. Aqui termina o nosso exemplo. Não há necessidade de determinar a sequência do processo. Apresentar um Grafcet de controle deste processo. Figura 5.1: Carrinho de carga 13/33
  14. 14. Solução: A solução deste problema, assim como a solução de qualquer outro problema envolvendo Grafcet, irá depender de como se imagina o funcionamento e de que tipo de sensores, chaves e acionamentos são usados. Aqui supõe-se a chave como sendo push Button com retorno, ou seja, sempre é necessário dar dois toques na chave. Os sensores são do tipo normalmente aberto e fecham quando a ação prevista para ocorrer neles acontece. Quando essa ação é retirada, eles abrem novamente. Aí está uma possível solução. O timer está programado para aguardar o tempo solicitado de 5 s. Figura 5.2: Grafcet do problema do carrinho 5.2. Exemplo de estrutura com sequência linear – Máquina de estampar peças (SILVEIRA & SANTOS, 1998) Uma máquina de estampagem de peças é formada por um dispositivo de carregamento por gravidade, um cilindro alimentador (cilindro 1), um cilindro estampador (cilindro 2) e um cilindro extrator (cilindro 3). Todos os cilindros são acionados por válvulas pneumáticas e possuem retorno por molas. A máxima excursão dos cilindros é monitorada pelos sensores S1, S2 e S3 tipo reed-switch. A retirada da peça é realizada por um sopro de ar comprimido, obtido pelo acionamento da válvula pneumática EV4 e monitorada pela ação do foto sensor (FS). Para iniciar o processo é necessário ligar uma chave elétrica de partida (PTD). A sequência de operação consiste em: - Colocar a peça no molde; - Recuar êmbolo do cilindro 1; - Estampar a peça durante 2 segundos; - Recuar o estampador; - Acionar o sopro de ar; - Retirar a peça; 14/33
  15. 15. - Reiniciar o processo para uma nova peça. Figura 5.3: Máquina de estampar Solução: 15/33
  16. 16. Figura 5.4: Grafcet do problema da máquina de estampar Essa é uma possível solução imaginando o uso de chaves fim de curso com NA e NF e sem prever os intertravamentos necessários à segurança do processo. Assim os sensores S1, S2 e S3 aparecem duas vezes: uma como contato NF e outra como contato NA. O primeiro teste, feito com o bloco B07 é para assegurar que todos os sensores estão na sua posição normal no início da operação. Isso evita que a máquina parta em qualquer estado. Em seguida aciona EV1 até que o sensor S1- NA acione. Quando isso ocorre é acionado EV2 por um tempo determinado pelo timer B16. Decorrido esse tempo o sistema aciona EV3 e EV4. Ele fica nesta situação até ocorrer S3-NA. Quando S3-NA ocorre, EV3 é desativado e EV4 continua ativo até que ocorra o evento FS. Quanto FS acontece o sistema volta ao início e um novo ciclo é iniciado. 6. EXERCICIOS GRAFCET: 1. Elaborar um Grafcet para comando de um semáforo rodoviário em um cruzamento no qual o tempo de passagem (sinal verde) em todas as vias é de 20 s. Vamos supor que não há sinal amarelo. A figura seguinte mostra a situação das vias. Trata-se de um cruzamento de 4 vias com mão dupla e condição de realizar todos os tipos de cruzamentos. Assim apenas um sinal verde deve ficar ligado enquanto os outros três devem estar em vermelho. Esse processo fica sempre 16/33
  17. 17. seguindo a sequência SEMÁFORO 1 SEMÁFORO 2 SEMÁFORO 3 SEMÁFORO 4 SEMÁFORO 1 e assim por diante. SEMÁFORO 1 SEMÁFORO 2 SEMÁFORO 3 SEMÁFORO 4 Existem várias soluções possíveis para este problema. Uma delas é apresentada abaixo. Nesta solução é utilizado o bloco CAM. A chave D1 é usada para iniciar o processo. 17/33
  18. 18. Vejam a simplicidade do software. Os tempos de verde e vermelho podem ser livremente controlados nos timers. 2. Elaborar um Grafcet para um dispositivo automático destinado a selecionar caixas de dois tamanhos diferentes, que se compõe de uma esteira rolante de alimentação de caixas, de um dispositivo de detecção que permite reconhecer sem ambiguidade o tipo de caixa presente, de três cilindros pneumáticos comandados por eletroválvulas, de sensores de posição para cada cilindro, sendo PI (posição inicial), PM (posição média), PF (posição final) e de duas esteiras rolantes de saída. O braço (1) empurra as caixas pequenas diante do braço (2) e este translada sobre a esteira de saída para caixas pequenas. O braço empurra as caixas grandes diante do braço (3) e este translada para a esteira de saída de caixas grades. O detector (A) percebe a presença de uma caixa e o detector (B) identifica o tamanho da caixa, pois atua quando ela for do tipo grande, conforme ilustra a figura (SILVEIRA SANTOS, 1998). 3. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Grafcet para atuar de forma que quando E1 e E2 estiverem ativas, se ocorrer a transição T1, ative E3 ( e desative E1 e E2), mas se ocorrer a transição T2, ative E4 (e desative E1 e E2) (SILVEIRA SANTOS, 1998). 4. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Grafcet para atuar de forma que quando E1 estiver ativa e ocorrer a transição T1, ou quando E2 estiver ativa e ocorrer a transição T2, então ativem-se as etapas E3 e E4 (SILVEIRA SANTOS, 1998). 5. Elaborar um Grafcet para comandar um sistema com partilha de recursos conforme ilustrado na figura 4.36. Um carro de transporte de peças deve atender a dois grupos de operários situados em diferentes posições (A e B). Se um operário localizado em A pressionar a botoeira P1, o carro I deve efetuar o trajeto ACA. Se um operário localizado em B pressionar a botoeira P2, o carro II deve efetuar o trajeto BCB. Os comandos só serão aceitos se os carros estiverem na respectiva posição de repouso. O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para a esquerda. O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para a esquerda. O acionamento do carro II é feito por M3 para a direita e M4 para a esquerda. O atuador V1 controla o destino do carro, sendo que quando V1=0 implica que o carro efetua o percurso AC, e quandoV1=1 implica que o carro efetua o percurso BC. Como a parte final do percurso é partilhada pelos dois carros, 18/33
  19. 19. terá que existir exclusão mútua no acesso ao percurso DC. Assim, quando atingirem a zona D, os carros só poderão avançar se o percurso DC estiver livre (SILVEIRA SANTOS, 1998). 6. Considere o sistema eletrônico de refrigeração do motor de um automóvel. O radiador possui dois sensores de temperatura S1 e S2, que disparam a 60 e 90 graus centígrados respectivamente. O sistema funciona automaticamente do seguinte modo: Quando a temperatura da água do radiador atinge os 90ºC (S2 = 1), o motor da ventoinha do radiador começa a funcionar, só parando quando a temperatura da água descer abaixo dos 60ºC. Veja o respectivo diagrama de estados deste sistema: Estado Ventoinha Significado físico 0 0 Motor abaixo dos 90ºC. Ventoinha desativada, liga-se quando a temp. chega a 90º. 1 1 Motor acima dos 90ºC. Ventoinha ativa, desliga-se quando a temp. desce dos 60º. Diagrama de estados Apresente um Grafcet para este sistema. 7. A figura seguinte apresenta um sistema automático de furação. Pretende-se fazer dois furos numa peça. O cilindro A é responsável por fixar a peça e as unidades B e C por efetuarem os respectivos furos. O processo inicia-se com a ativação de um botão de início “Start”. As unidades com as brocas (cilindros B e C) têm de descer individualmente e devem subir juntas, de forma a que a peça não seja danificada. Defina as entradas e saídas do sistema. Caracterize cada uma delas. Faça um Grafcet do processo 8. Uma máquina utilizada para a colocação de pinos em estatores é composta por uma parte de comando eletrônica (AP), por um conjunto de cilindros e motores pneumáticos que constituem os 19/33
  20. 20. seus atuadores e por uma bobina de fio, de secção quadrada, que será cortado, durante o seu ciclo de funcionamento, com o comprimento correspondente à altura do pino desejada. Cada estator tem um nº máximo possível de 10 pinos podendo, no entanto, os pinos serem colocados com uma sequência pré-definida, selecionando-se para isso, o programa correspondente. O ciclo base para colocação de um pino é definido por: - rotação de 36° do suporte do estator (avanço do cilindro D) - recuperação do sistema de rotação (recuo do cilindro D) - introdução do fio na cavidade (desce cilindro A) - avança lâmina para cortar fio (avança cilindro B) - retorno da lâmina à posição de repouso (recua cilindro B) - é solto o fio no cilindro de fixação (recua cilindro C) - recuperação do comprimento do pino (sobe cilindro A) - fixação do fio, já com o comprimento correspondente ao próximo pino a ser cravado (avança cilindro C). O sistema inicia o seu ciclo de funcionamento quando se pressiona o botão de START. a) Caracterize as entradas e saídas do sistema. b) Caracterize as condições de inicialização e o ciclo de funcionamento para o cravamento de um pino no estator. c) Apresente um Grafcet para o sistema Tapete 3 Armazém Tapete 2 Tapete 1 Sensor de posição de Cilindro A Cilindro B Cilindro C Cilindro D Cilindro E Cilindro F Posto de furação 1 Posto de furação 2 Posto de furação 2 visto de lado Posto de furação 1 visto de lado Cilindro E Cilindro C peça S1 Cilindro do furo central Cilindro dos furos laterais CONTADOR Cilindro H Cilindro I Peça Peça START 9. Observe com muita atenção a figura anterior. Ela representa, de forma esquemática, um pequeno sistema de fabricação, cujo processo consiste em furar chapas quadradas. Numa primeira fase (posto de furação 1) abrem-se 4 furos simétricos tal como mostra a figura. Numa segunda fase (posto de furação 2) é realizada a abertura de um furo central de diâmetro superior em relação aos 20/33
  21. 21. anteriormente efetuados. Seguidamente as peças trabalhadas são encaminhadas para um armazém, onde existe um contador que mantém o controlo dos lotes que saem do circuito produtivo. O cilindro A tem a função de empurrar a matéria prima para a esteira 1 que a encaminha até ao posto de furação 1. Os cilindros B, D, e F têm, respectivamente, a função de empurrar as peças para o tapete 2, 3 e armazém. É função do sistema de controlo o comando dos tapetes logo, será necessário a colocação de sensores que, quando atuados, provoquem o início do funcionamento do respectivo tapete, só parando quando as peças chegam ao seu destino. Os tapetes só comportam uma peça de cada vez, pelo que a atuação dos cilindros A, B, e D vai depender do estado do tapete para onde irão empurrar a peça. O controle de cada esteira é independente dos restantes, logo estes podem funcionar ao mesmo tempo. Os cilindros C e E servem para fixar a peça de modo a poder realizar-se a furação, pelo que devem ser atuados antes da operação começar. Quando o número de peças feitas chegar ao valor de 20 unidades faz-se ouvir uma sirene de modo que um operador substitua o palet com as peças prontas que se encontra no armazém. Notar que quando o operador retira a palet a sirene para de tocar. a) Defina e caracterize as entradas e saídas do sistema de comando. Pode colocar os sensores que achar necessários de modo a construir o GRAFCET que implemente todas as características do sistema. Sugestão: Considere igualmente a colocação de variáveis, que indiquem se os tapetes têm ou não peças a viajar, ou a sofrer os processos de fabrico. b) Defina as condições iniciais do sistema. c) Implemente um GRAFCET funcional que consiga controlar as esteiras, satisfazendo todos os pontos do projeto. 10. A figura seguinte apresenta um sistema automático para abertura e fechamento de uma porta com uma chave. O cilindro A encarrega-se de colocar e retirar a chave da fechadura e o cilindro B movimenta a chave nos dois sentidos, para fechar e abrir a porta, respectivamente. Na ponta da haste do cilindro A, existe um rolamento que é ligado a um tambor, em forma de roda dentada, ao qual está fixa a chave. O avanço e recuo do tambor são guiados pela cremalheira do cilindro B; ao fazer-se B+ ou B- o tambor roda de forma a fechar ou abrir a porta respectivamente. Considere o ciclo relativo ao fecho da porta seguido da sua abertura. a) Defina as entradas e saídas do sistema e caracterize cada uma delas. b) Faça um Grafcet do sistema 21/33
  22. 22. 11. Elaborar um Grafcet para uma máquina de imprimir cartazes, conforme ilustrado na figura 4.37. O rolo 1, que contém tinta fornecida pelo dispositivo ligado ao pistão W, arrasta o papel quando o rolo 2 sobe acionado pelo pistão V (o ponto O é fixo). Assim, quando o ressalto do rolo1 aciona o sensor ‘a’, V é ativado, pressionando o papel contra o rolo. 1. quando o sensor ‘a’ é liberado, inicia-se o processo de impressão, ativando o pistão W. O fornecimento de tinta continua até o ressalto do rolo 1 acionar o sensor ‘b’. Neste momento, o pistão V é desativado, permitindo que o rolo 2 liberte o papel. Quando o sensor ‘b’ for liberado, a guilhotina sobre a máquina fica pronta para um novo ciclo de trabalho (SILVEIRA SANTOS, 1998). 12. Elaborar um Grafcet para um sistema de transferência de peças, composto por duas esteiras de chegada (A e B), uma garra de pega (G) alojada em um carro sobre trilhos (T), dois cilindros pneumáticos (P e V) de liberação de peças e uma esteira de evacuação (C) delas. Os atuadores e sensores do sistema são os seguintes (SILVEIRA SANTOS, 1998). D: Motor que aciona o carro para a direita; E: Motor que aciona o carro para a esquerda; PP: Atuador que faz a garra pegar uma peça; LP: Atuador que faz a garra soltar uma peça; V+: Eletroválvula que comanda o avanço de V; V-: Eletroválvula que comanda o recuo de V; P+: Eletroválvula que comanda o avanço de P; P-: Eletroválvula que comanda o recuo de P; X: Sensor de presença do carro na posição do repouso; Y: Sensor de presença do carro sobre a esteira A; Z: Sensor de presença do carro sobre a esteira B; Spp: Sensor de peça pega pela garra; Sv+: Sensor que indica máximo avanço do cilindro V; Sv-: Sensor de posição de recuo total do cilindro V; Sp+: Sensor que indica máximo avanço do cilindro P; Sp-: Sensor de posição de recuo total do cilindro P. 22/33
  23. 23. Seu funcionamento consiste em verificar a presença de peça em uma das esteiras de chegada, que será então paga pela garra e transportada até a bandeja do cilindro V já previamente na posição alta. A seguir, o cilindro V desce a peça até o nível do cilindro P que, então, evacua a peça pela esteira C. prever um sistema de prioridade de forma a não acumular peças em uma esteira. 7. EXERCÍCIOS PARA O TRABALHO PRÁTICO Cada equipe de, no máximo, 3 alunos, receberá um dos seguintes exercícios práticos de automação industrial para ser resolvido e apresentado em forma de trabalho escrito e em disquete. O trabalho deve ser feito todo de acordo com a metodologia oficial da UNIDAVI. O trabalho deve conter: introdução, fundamentação teórica do método utilizado para solução, apresentação da solução com esquemas, diagramas, tipos de chaves utilizadas e tudo o que for necessário ao perfeito entendimento da solução. Ao final apresentar uma conclusão. NOTA IMPORTANTE: O software será simulado no laboratório e deverá funcionar corretamente. 7.7.1. Considere o processo industrial descrito abaixo e apresentado na Figura 7.1: · O nível de água dentro de um reservatório destinado à alimentação de um sistema de irrigação é controlado por três detectores de nível (N1, N2 e N3). A alimentação do reservatório é efetuada por três bombas (B1, B2 e B3). · Cada vez que o nível de água desce abaixo de um dos detectores de nível uma das bombas deve ser acionada. Isto é, se o nível da água ficar abaixo do nível 1, deve ser acionada uma bomba, se o nível ficar abaixo do nível 2 deverão entrar em funcionamento duas bombas e assim sucessivamente. · Se, entretanto, o nível da água no reservatório ultrapassar o nível 3 deverá ser desligada a última bomba que entrou em funcionamento, se subir acima do nível 2 deverá ser desligada a penúltima bomba que entrou em funcionamento, e se subir acima do nível 1 deverá ser desligada a primeira bomba que entrou em funcionamento. 23/33
  24. 24. · Para equilibrar o tempo de funcionamento de cada bomba, o esquema de controle deve considerar uma partida cíclica. Isto é, após a sequência de funcionamento B1 – B2 – B3 (mesmo que incompleta), devem ser consideradas as sequências B2 – B3 – B1 e B3 – B1 – B2 respectivamente. Relativamente ao processo anteriormente descrito: 1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamento associado. Considere todos os elementos necessários incluindo o equipamento associado ao comando, controle e proteção das bombas. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet). Considere apenas o nível 1, sem considerar os pormenores de funcionamento das bombas. Figura 7.1: Processo industrial de controle de vazão 7.7.2. Considere o processo industrial descrito a seguir e mostrado na Figura 7.2: · Um determinado produto é composto por três componentes, designados por A, B e C. · A dosagem dos componentes A e B é efetuada cumulativamente através da balança 1. Para cada dose de produto final deverão ser considerados 15 Kg do componente A e 5 Kg do componente B. · A dosagem do componente C é efetuada através da balança 2. Para cada dose de produto final deverão ser considerados 20 Kg do componente C. · Para que o produto final seja homogêneo os três componentes são misturados, em recipiente próprio, durante 20 minutos. · A esteira transportadora, acionada por um motor assíncrono trifásico, destina-se a transportar o produto final para o silo de armazenagem. Relativamente ao processo anteriormente descrito: 1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamentos associados. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet). 24/33
  25. 25. Figura 7.2: Processo industrial de dosagem de materiais SOLUÇÃO: 25/33
  26. 26. 7.7.3. Considere o processo industrial representado na Figura 7.3, onde propositadamente se omitiram todos os sensores, detectores e atuadores: · O processo refere-se a uma linha de enchimento de recipientes de resíduos industriais líquidos. Estes resíduos chegam ao depósito a uma temperatura de cerca de 150º, no entanto a sua transferência para os recipientes somente pode ser efetuada se a sua temperatura for inferior a 50º. 26/33
  27. 27. Deste modo existe uma serpentina, percorrida por água fria, mergulhada no depósito com o propósito de esfriar o líquido. · Sempre que a temperatura do líquido, no interior do depósito, for inferior a 50º, e desde que um recipiente esteja corretamente posicionado, dever-se-á efetuar o enchimento do referido recipiente. Assim que este esteja completamente cheio um motor aciona a esteira a fim de posicionar um outro recipiente. A introdução e extração dos recipientes da esteira é responsabilidade de outro processo. · O resíduo industrial líquido dentro do depósito deve estar sempre entre 20% e 80% da capacidade do depósito. Não deverá ocorrer enchimento de recipientes se a quantidade de líquido dentro do depósito for inferior a 20% da sua capacidade total. · Sabe-se que a capacidade de cada recipiente é de 100 litros e que a velocidade de enchimento é feita a 10 litros por minuto. · Todo o processo é comandado através de uma botoeira LIGA/DESLIGA. Caso seja pressionada o botão de DESLIGA e se esteja realizando o enchimento de algum recipiente o mesmo deverá ser terminado antes do processo ser interrompido. Com relação ao processo descrito: 1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamentos associados. 2. Posicione todos os sensores, detectores e atuadores (de campo) necessários ao funcionamento do processo. 3. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet). Figura 7.3: Processo de enchimento de recipientes 7.7.4. Considere um escritório com duas salas, onde o painel elétrico apresenta seis circuitos, conforme mostrado na Figura 7.4. · Pretende-se que um CLP programável, instalado dentro do painel elétrico, desempenhe as seguintes funções: · Comandar a iluminação, em cada sala, em função do nível de iluminação exterior e da ocupação da respectiva sala. · Medir a energia consumida. · Inibir os circuitos de tomadas durante o fim de semana. · Contar o número de horas de funcionamento dos disjuntores. 27/33
  28. 28. · Comandar o aquecimento, em cada sala, em função da temperatura interior. · Inibir o comando do aquecimento em caso de abertura de janela. Especifique o sistema de automatização, isto é, apresente uma lista das entradas e saídas (digitais e analógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas. Represente na planta do escritório a localização dos sensores utilizados. Figura 7.4: Automação de escritório composto de duas salas 7.7.5. Considere uma esteira transportadora, que possui associadas as seguintes informações: · Acionamento · Detecção de sentido do movimento · Desvio de Tela 10º e 18º · Emergência de arame · Medição da corrente elétrica absorvida · Detector de transito de produto Execute o(s) diagrama(s) de comando não esquecendo de utilizar todas as informações disponíveis, sabendo que o programa deverá: · Aguardar 3 e 5s pelo retorno do movimento e detecção de rotação se houver qualquer falha. · Parar se não houver transito de produto após aguardar um tempo de 10 minutos de funcionamento. · Parar se o desvio tela de 18º for ativado. · Parar de imediato se a emergência for ativada. · Fornecer um alarme sonoro caso a corrente absorvida seja superior a 110 A por um período superior a 3 minutos ou a 130 A num período superior a 1 minuto. especificações técnicas e funcionais. · Todos os equipamentos elétricos são alimentados a partir de um mesmo quadro elétrico - QE. Os contatores de comando e as proteções elétricas encontram-se alojadas neste quadro. · O Motor M1 aciona a esteira TR, onde são transportadas caixas de papelão. · As caixas são colocadas em TR por um sistema autônomo, que só funciona quando a esteira TR estiver funcionando. A indicação do funcionamento de TR deverá ser transmitida ao referido sistema através de uma saída digital do CLP programável. · O Carro C pode transportar um máximo de 50 caixas. · Depois de cheio, o carro deverá ser puxado de (A) para (B), onde é automaticamente descarregado. O tempo desta operação é de 180 segundos. · Após o carro ser descarregado ele deverá retornar à posição (A). 28/33
  29. 29. Especifique o sistema de automatização, isto é, apresente uma lista das entradas e saídas (digitais e analógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas e a sua localização na instalação. Figura 7.5: Montagem industrial 7.7.7. O Sr. Madeira é o dono de uma pequena serraria chamada MADEIRA FILHOS e pretende automatizar a única máquina de corte existente nas suas instalações. A máquina é mostrada na Figura 7.6. Questionado sobre o que deve fazer a máquina de corte, o Sr. Madeira forneceu a seguinte descrição literal do processo de corte: · Após pressionar um botão (INÍCIO) a máquina de corte desloca-se para a direita. O disco de corte deve ser ligado antes de atingir as toras de madeira e desligado após efetuar o corte dos mesmos. Logo depois de desligado o disco de corte deve ser elevado. Quando a posição superior for atingida (disco levantado) o movimento de subida deve parar e a máquina deve deslocar-se para a esquerda até atingir a sua posição inicial. Dois segundos após atingir a posição inicial o braço da lâmina deve baixar. Todo o processo se reinicia por atuação no botão INÍCIO. · Toda a sequência automática pode ser parada por atuação numa botoeira de parada de emergência (EMERG). Um novo recomeço só é possível com a máquina na posição inicial. O controle deve permitir a comutação entre comando manual e comando automático de modo a permitir que a máquina possa ser deslocada manualmente para a sua posição inicial. 1. Quais sensores/detectores e atuadores você aconselharia o Sr. Madeira a adquirir para automatizar a sua máquina de corte. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo de corte (Grafcet). Figura 7.6: Máquina de corte de madeira 29/33
  30. 30. 7.7.8. Considere um quadro geral de baixa tensão constituído por um único barramento, tal como se apresenta na Figura 9.7. Este possui oito disjuntores de saída (numerados de 1 a 8) e dois disjuntores de entrada (Dt e Dg). Todos os disjuntores são motorizados, possuindo dois comandos de 24Vdc (um para ligar e outro para desligar). A alimentação provem da rede pública (através de um transformador de 630kVA) ou de um grupo de alimentação de emergência (100kVA). A presença de tensão proveniente da rede pública é detectada pelo relé Ru. O comando do grupo de emergência deve ser efetuado através de um único comando (ligar/desligar) mediante um relé livre de tensão. O módulo CVM providencia uma leitura da potência instantânea. Descrição literal do processo: · Em regime normal a instalação é alimentada por intermédio de um posto de transformação, a partir da rede pública de distribuição. · Em regime de emergência (em caso de falha da rede) a alimentação de energia é assegurada por um grupo diesel de emergência. · Em caso de falta de tensão da rede pública, por um período superior a dois segundos, deve ser dada ordem de ligar o grupo de emergência e o disjuntor Dt deverá ser aberto. Dez segundos após a ordem de arranque do grupo de emergência o disjuntor Dg deve ser fechado, ficando a instalação em regime de emergência. · Em regime de emergência todas as cargas (disjuntores 1 a 8) devem ser desligadas antes de ligar o disjuntor Dg. Após ligar o disjuntor Dg as cargas deverão ser ligadas sequencialmente, em intervalos de vinte segundos, mas somente se a potência consumida for inferior a 90% da potência do grupo de emergência. Caso esta potência seja excedida deverão ser desligadas primeiro as cargas de maior índice numérico (8-7-6-5-4-3). As cargas 1 e 2 são prioritárias nunca devem ser desligadas. · Caso seja detectada tensão na rede pública por mais de cinco segundos o disjuntor Dg deve abrir e o disjuntor Dt deve fechar. Quinze segundos após ter sido fechado o disjuntor Dt deve ser retirada a ordem de funcionamento ao grupo de emergência. Todas as cargas que eventualmente se encontrem desligadas devem ser religadas. 1. Elabore a lista de pontos de entrada/saída completa (incluindo além da especificação dos pontos o equipamento associado). 2. Elabore o diagrama descritivo do processo de inversão normal/emergência (Grafcet). 7.7.9. Considere o seguinte funil de carga que contem uma mistura de bolas com duas cores diferentes. · O objetivo é separar o conteúdo do funil para dois recipientes separados, através de um cano inclinado com dois registros e dois sensores. · O registro A permite parar as bolas imediatamente após a saída do funil, permitindo ao sensor de cor detectar que tipo de bola se encontra nesse local (medindo o nível de luz refletida). Após este registro existe um segundo sensor para detectar a passagem de uma bola. · O registro B é posicionado na junção de dois outros canos que permitem dirigir as bolas para dois recipientes distintos. Se o registro B se encontra na posição normal (não atuado) as bolas entram no recipiente 2. Em caso contrário entrarão no recipiente 1. · Existe ainda uma sirene para alertar em caso de existir um bloqueio nos canos ou que o funil se encontra vazio. 1. Elabore a lista de pontos (entrada/saída) completa (incluindo além da especificação dos pontos o equipamento associado). 2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet). 30/33
  31. 31. Figura 7.7: Separação de bolas coloridas 7.7.10: Considere uma instalação fabril cuja planta é apresentada na Figura 7.8. Esta planta possui três quadros elétricos, com o número de sinais entrada/saída indicado junto dos mesmos, sob a forma entrada/saída. Deverá ser considerado um posto de supervisão no local assinalado pelo símbolo PC. Os cabos deverão ser passados ao longo das paredes da instalação. Considerando a lista de preços apresentada opte, justificadamente, por uma solução de topologia centralizada ou distribuída. 31/33
  32. 32. Figura 7.8: Instalação elétrica de planta industrial 7.7.11 Elabore o diagrama referente ao processo mostrado na Figura 7.9: Figura 7.9: Processo industrial · Um misturador de líquidos é constituído por 3 tanques. O tanque 1 é usado para misturar os líquidos dos tanques 2 e 3. As válvulas A, B e D podem ser utilizadas para permitir, ou não, a circulação de liquido. A válvula C é utilizada para introduzir ar comprimido a fim de facilitar a mistura. L1, L2 e L3 são sensores de nível digitais. · Após a mistura as válvulas A, B e C são fechadas e a válvula D é aberta para permitir a saída do 32/33
  33. 33. líquido misturado. Quando o liquido no tanque 1 desce abaixo de L1 a válvula D é fechada. Ao mesmo tempo a válvula A é aberta para admitir liquido do tanque 2. O liquido entra para o tanque até que o nível no tanque 1 atinja L2. A válvula A é fechada e a válvula B é aberta para permitir a entrada de liquido do tanque 3. Quando o nível de liquido atingir L3 a válvula B é fechada. · A mistura é então acelerada abrindo a válvula C, durante 10 segundos, através de entrada do ar comprimido. · Após a mistura a válvula C é fechada e o liquido sai, abrindo a válvula D. A SIBRATEC MATERIAIS ELÉTRICOS FICA A DISPOSIÇÃO PARA QUALQUER AUXÍLIO ADICIONAL NA PROGRAMAÇÃO DOS CLPs MILLENIUM III DA CROUZET 33/33

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