Automação da Manufatura - edisciplinas.usp.br · Fonte: Miyagi, 1996 Operador/ Usuário Dispositivo de Comando Dispositivo de Monitoração Dispositivo de Controle Dispositivo de

P R O F . D R . D I O L I N O J . S A N T O S F I L H O

PMR-3305 C04

FASE 3

Projeto do Sistema de Controle: definição das arquiteturas lógica e física.

1. Definição de CP.

2. Scan time

3. Metodologia PFS/MFG – revisão.

4. Transcrição isomórfica RdP-LD.

5. Metodologia PFS/MFG - aplicação.

Modelo Estrutural

Interação entre os dispositivos

• A partir de agora adotaremos como modelo estrutural padrão o diagrama a seguir.

Fonte: Miyagi, 1996

Operador/

Usuário

Dispositivo de

Comando

Dispositivo de

Monitoração

Dispositivo de

Controle

Dispositivo de

Atuação

Dispositivo de

Detecção

Objeto de

Controle

Realização do Instalações

Máquinas

Recursos

Produtos

Dispositivo de Controle

Sistema de Controle

CPs – Arquitetura Básica

Fonte de Alimentação

• Converte corrente alternada em contínua para alimentar o CP.

• Interrompendo a energia, há uma bateria interna que mantém o programa do usuário

que se reinicia assim que se restabelece o fornecimento da mesma.

•Há dois tipos de fontes:

• Fonte de energia interna ao controlador – SOURCE.

• Fonte de energia externa ao controlador – SINK.

CPU

• Responsável pela execução do programa de controle conforme descrito pelo usuário.

• Responsável pela atualização da memória de dados (RAM).

• São os dados referentes ao processamento do programa de controle na forma de

uma tabela a ser manipulada (Select e Update).


CPU

• Responsável pela atualização da memória de arquivo correspondente ao mapeamento

lógica das entradas e saídas físicas (Memória-imagem).

• Memória que reproduz o estado dos periféricos de entrada e saída.

Memória do usuário

• Armazena o programa de controle conforme descrito pelo usuário.

• A CPU processa o programa em questão

•Atualiza a memória de dados internos

•Atualiza a memória-imagem das I/Os.

•Retorna novamente para essa área de memória

• Esta memória possui dois estados:

• Em operação com varredura cíclica – RUN.

• Parado no momento em que se carrego o programa no CP - PROG

•


Memória EPROM

• Possui o programa residente de acordo com o fabricante:

• Responsável pelo start-up do controlador.

• Armazena dados e gerencia a seqüência de operações.

• Memória de acesso restrito não visível para o usuário.

Módulos de saída do CP

•Existem 3 tipos de acionamento:

•Módulo de saída a relé.

•Módulo de saída a triac.

•Módulo de saída a transistor.


Tempo de Varredura (Scan Time)

• Uma vez que o CP foi concebido para controlar o sistema, ele deve:

reagir a estímulos do mesmo em tempo suficiente,

que não supere um atraso máximo permitido,

para realizar o controle em tempo real.

• Os CPs típicos podem operar em dois modos básicos:

• Modo Programação: destinado a carga, elaboração ou alteração de programas

aplicativos.

• Modo Execução: estará executando o programa residente em sua memória,

operando em tempo real.

• O termo tempo de varredura ou scan time corresponde:

• é um ciclo fechado que se repete ciclicamente;

• em que o CP realiza um set de operações básicas para processar seu programa

aplicativo residente.


Tempo de Varredura (Scan Time)

1. Leitura das entradas

• obtido a partir das entradas físicas mapeadas na memória-imagem.

2. Processamento

• corresponde à execução das instruções do programa aplicativo que faz uso

da memória-imagem:

• carrega as informações das entradas da memória-imagem e

• atualiza os valores das saídas mapeadas na memória-imagem.

3. Atualização das saídas

• os valores das saídas mapeadas na memória-imagem são enviados para os

respectivos módulos de saída.

Características do Sistema de Controle

Modelagem do Dispositivo de Controle

• Recordando como é o ciclo de processamento de um CP.

aquisição das entradas processamento saídas

1 ciclo com período de T segundos

Características do Sistema de Controle

Modelagem do Dispositivo de Controle

• Recordando em detalhes os instantes de amostragem.

variável

de entrada

variável

de estado

variável

de saída

processamento saída processamentoaquisição

das entradas

aquisição

das entradas

u(k)

x(k)

y(k) y(k+1)

x(k+1)

u(k+1)

k k+1tempo

L D

CLP ou PLC ou CP

Hardware

L I0

= Q0

24V

CH

L

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 GND

PLC

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND

Programando em Ladder

Lógica Negativa LN I0

= Q0

L I0

=N Q0


Operaçao AND

L I0

AND I1

= Q0

L I2

AND I3

= Q1

AND I4

= Q2

Atenção!!

A cada L inicia-se um novo

rung de instruções.


Operação AN

L I0

AN I1

= Q0

L I2

AN I3

= Q1

AN I4

= Q2


Operaçao OR L I0

OR I1

OR I2

= Q0


Operação ON L I0

OR I1

ON I2

= Q0


Aplicando o conceito de pilha (LIFO) L I0

OR I2

L I1

OR I3

AND

= Q0


Usando flags L I0 L I1 L F2

AND I1 OR I6 OR F5

= F0 = F3 AND I5

L I2 L I2 = Q0

AND I3 OR I7

= F1 = F4

L F0 L F3

OR F1 AND F4

AND I4 = F5

= F2

Uso

maior de

memória!


Auto-retenção L I0

OR Q0

= Q0


Máquinas acionadas por botoeiras L (I0) e D (I1) Prioridade desliga

L I0

OR Q0

AN I1

= Q0

Prioridade Liga L Q0

AN I1

OR I0

= Q0

O que ocorre se

você aperta L e D

simultaneamente?


Usando set/reset Prioridade desliga

L I0

SET Q0

L I1

RES Q0

Prioridade Liga L I2

RES Q1

L I3

SET Q1


Detecção de Borda de Subida L I0

AN F1

= F0

L I0

= F1

F0 SÓ EXISTE DURANTE UM CICLO DE VARREDURA!!

F1

I0

F0


Liga/Desliga só com um botão L I0 OR AN F1 = Q0 = F0 L I0 = F1 L F0 AN Q0 LN F0 AND Q0


Temporizadores On delay

L I0

= T0(6)

L T0

= Q0


Contador L I0

SET C0,5 (define o módulo do contador)

L I1 (evento a ser contado)

= C0

L I2

RES C0 (resseta contador)

L C0

= Q0 (fim da contagem)

Exemplo: Exercício do carretel.

M E T O D O L O G I A P F S / M F G

T R A D U Ç Ã O R D P P A R A L D

Metodologia PFS/MFG

1. Representação dos processos.

2. Detalhamento dos processos em atividades (funções).

3. Detalhamento das atividades introduzindo elementos MFG (operações).

4. Introdução dos elementos de controle de recursos para compartilhamento.

5. Representação dos sinais de controle com a planta.

Metodologia PFS/MFG

• Considere o esquema a seguir:

• Pocessam-se peças tipo A que

passam seqüencialmente pelas

maquinas M1, M4 (ou M6), M5

(ou M3) e M8.

• Processam-se peças tipo B que

passam seqüencialmente pelas

maquinas M7, M6 (ou M5), M3

(ou M4) e M2.

• M1 e M7 possuem dispositivos

especiais para recepção de peças

(1 de cada vez).

• M2 e M8 possuem dispositivos especiais para despacho de peças (1 de cada vez).

M1 M3 M5 M7

M2 M4 M6 M8

R1 R2

Metodologia PFS/MFG

Os robôs R1 e R2 são responsáveis pelo transporte das peças entre as maquinas. Os

robôs só transportam uma peça de cada vez.

• As maquinas tem diferentes capacidades de processamento conforme indicado na tabela

abaixo.

Maquina Processamento

M1 e M8 1 peça por vez

M2 2 peças por vez

M3 3 peças por vez

M4 4 peças por vez

M5 até 2 peças

M6 até 3 peças

M7 até 4 peças

Metodologia PFS/MFG

1 Passo: Identificação dos processos

Proc.A Peça tipo A

Proc.B Peça tipo B

Metodologia PFS/MFG

2 Passo: Detalhamento dos processos em atividades / funções

• Para o Processo A temos:

A .TR/M1-6 &M6

A .TR/M1-4 &M4

A .M1

A .TR/M4-5 A .M5& TR/M5-8

A .M8

A .TR/M4-3

A .TR/M6-3

A .TR/M6-5

A .M3& TR/M3-8

Metodologia PFS/MFG

2 Passo: Detalhamento dos processos em atividades / funções

• Nomenclatura:

•[A.M1]=Atividade de processamento em M1

•[A.TR/M1-4&M4]=Atividade de transporte de M1 p/ M4 e processamento em M4

•[A.TR/M1-6&M6]=Atividade de transporte de M1 p/ M6 e processamento em M6

•[A.TR/M4-5]=Atividade de transporte de para de M4 p/ M5




•[A.M5&TR/M5-8]=Atividade de processamento em M5 e transporte de M5 p/ M8

•[A.M3&TR/M3-8]=Atividade de processamento em M3 e transporte de M3 p/ M8

•[A.M8]=Atividade de processamento em M8

• Analogamente pode-se obter o modelo do Processo B.

Metodologia PFS/MFG

3 Passo: Detalhamento das atividades em operações

• [A .M1] = Atividade de processamento em M1

• [A .TR/M1-4&M4] = Atividade de transp. de M1p/M4 e processamento em M4.

• [A.TR/M1-6&M6] = Atividade de transp. de M1p/M6 e processamento em M6.

A .M1

TR/M1-4

ROBÔ

4

A .M4

4

TR/M1-6

ROBÔ

3

Metodologia PFS/MFG

• 3 Passo: Detalhamento das atividades em operações

• [A .TR/M4-5] = Atividade de transp. de M4 p/ M5



TR/M4-5

ROBÔ

TR/M4-3

ROBÔ

TR/M6-5

ROBÔ

Metodologia PFS/MFG



• [A .TR/M6-5] = Atividade de processamento em M5 e transporte de M5 para M8

TR/M6-3

ROBÔ

TR/M5-8

ROBÔ

2

A.M5

Metodologia PFS/MFG


• [A .M3&TR/M3-8] = Atividade de processamento em M3 para M8

• [A .M8] = Atividade de processamento em M8

Este procedimento pode ser aplicado para a Peça B.

TR/M3-8

ROBÔ

3

A .M3

3

A .M8

Metodologia PFS/MFG

• 4 Passo: Introdução dos elementos de controle de representação dos recursos

• Detalha-se agora o compartilhamento de robôs.

A.TR/M1-4

A.TR/M6-5

A.TR/M4-5

A.TR/M4-3

A.TR/M1-6

A.TR/M6-3

A.TR/M5-8

A.TR/M3-8

Robôs

A.TR/M1-4

A.TR/M6-5

A.TR/M4-5

A.TR/M4-3

A.TR/M1-6

A.TR/M6-3

A.TR/M5-8

A.TR/M3-8

Metodologia PFS/MFG

• 5 Passo: mapeamento dos sinais físicos de controle da planta

• Fecha-se a malha de controle trocando os sinais com os vários dispositivos.

• Com isto nós concluímos a Fase 1 e podemos passar para a Fase 2 de estudo da

metodologia de projeto propriamente dita.

Sinal que vem dos

dispositivos de comando

ou de detecção

Sinal que vai para os

dispositivos de

monitoração ou atuação

Redes de Petri e LD

Conversão de modelos

Será possível estabelecer uma relação entre estes dois modelos?

A resposta é positiva!

•

Redes de Petri e LD


• No caso de se converter o modelo representado em RdP para LD, é possível ser

feito de maneira sistemática.

• Já o inverso é impossível, uma vez que um programa em LD abstrai o

conhecimento de sequenciamento, paralelismo e conflito contidos na representação

em rede.

•Esta abstração impede que se gere um modelo em RdP correspondente a um

programa em LD genérico.

Redes de Petri e LD


Sistemática para conversão RdP → LD

1.Atribuir variáveis internas para as transições.

2.Atribuir variáveis internas para os lugares.

3.Associar os eventos internos às variáveis de saída de monitoração e atuação.

4.Associar os eventos externos às variáveis de entrada de comando e sensoriamento.

5.Gerar o LD correspondente a habilitação de cada uma das transições:

a) Um rung para cada transição

b) Em cada rung uma operação AND entre as pré-condições da transição e as

condições de restrição adicionais (eventos externos vermelhos).

Redes de Petri e LD


Sistemática para conversão RdP → LD

6.Gerar o LD correspondente a mudança de estado local dos lugares:

a) Inicialmente deve ser setada a marcação inicial. A condição é de que nenhum

lugar deve estar marcado.

b) Aplicar comandos de set/reset para atualizar a marcação de cada lugar.

7.Gerar o LD correspondente aos eventos externos (vermelhos).

a) Corresponde a ativação das saídas.

b) Devem ser utilizadas bobinas normais sem memória, uma vez que os estados

locais se mantêm setados até que haja alguma transição de estado.

Operador/

Usuário

Dispositivo de

Comando

Dispositivo de

Monitoração

Dispositivo de

Controle

Dispositivo de

Atuação

Dispositivo de

Detecção

Objeto de

Controle

Realização do Instalações

Máquinas

Recursos

Produtos

Dispositivo de Controle

Sistema de Controle

Redes de Petri e LD


• Como resultado teremos um LD composto de três blocos fundamentais que facilita a

manutenção:

Transições

Lugares

Saídas

Processamento

Redes de Petri e LD

Conversão de modelos - Exemplo

• Vamos fazer um exemplo inicial de aplicação da sistemática.

• Considere a RdP a seguir:

Bomba_1

Ligada Bomba_2

Ligada

B1 B2 B2.B3

Stand_by

BM1 BM2

Redes de Petri e LD


1. Atribuir variáveis internas para as

transições.

Bomba_1

Ligada Bomba_2

Ligada

B1 B2 B2.B3

Stand_by

BM1 BM2

FT01 FT02 FT03

Redes de Petri e LD


2. Atribuir variáveis internas para os

lugares.

B1 B2 B2.B3

BM1 BM2

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

Redes de Petri e LD


3. Associar os eventos internos às

variáveis de saída de monitoração e atuação.

B1 B2 B2.B3

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

Q.01 = BM1

Q.02 = BM2

Redes de Petri e LD


4. Associar os eventos externos às variáveis de entrada de comando e sensoriamento.

I.01 I.02 (I.02).(I.03)

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

I.01 = B1

I.02 = B2

I.03 = B3

Redes de Petri e LD


5. Gerar o LD correspondente a habilitação de cada uma das transições:

I.01 I.02 (I.02).(I.03)

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

FT01 FL01 I.01

FT02 FL02 I.02

FT03 FL03 I.02 I.03

Redes de Petri e LD


6. Gerar o LD correspondente a mudança de estado local dos lugares.

I.01 I.02 (I.02).(I.03)

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

FL01 FL01 FL02 FL03

S

FT03

FL01 FT01

R

FL02 FT01

S

FL02 FT02

R

FL03 FT02

S

FL03 FT03

R

Redes de Petri e LD


7. Gerar o LD correspondente aos eventos externos (vermelhos).

I.01 I.02 (I.02).(I.03)

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

Q.01 FL02

Q.02 FL03

Redes de Petri e LD

Conversão de modelos – Exemplo LD Final

I.01 I.02 (I.02).(I.03)

Q.01 Q.02

FT01 FT02 FT03

FL01 FL02 FL03

Q.01 FL02

Q.02 FL03

FL01 FL01 FL02 FL03

S

FT03

FL01 FT01

R

FL02 FT01

S

FL02 FT02

R

FL03 FT02

S

FL03 FT03

R

FT01 FL01 I.01

FT02 FL02 I.02

FT03 FL03 I.02 I.03

Atividade para c05

Preparar o desenvolvimento do SFC das estações MPS em CodeSys.

Startup das estações.

Projeto para entregar hoje

Retome a automação do processo a seguir e faça:

Modelo MFG do processo aplicando a metodologia PFS/MFG em 5 passos.

Obter o programa em LD de forma isomórfica.

Estudo do objeto de controle, equipamento e instalações

Exemplo de diagrama esquemático do objeto de controle (fonte: Miyagi, 1996)

VB VA

VC

WA

WA+WB

Liquido A Liquido B

balança

misturador

Material sólido

Esteira alimentadora

Motor da esteira MT

Detector de passagem de

material

d

P0

P1

Chave limite: vertical MR motor do misturador

MP

Chave limite: horizontal motor para

inclinação do

misturador

Documents

Automação da Manufatura - edisciplinas.usp.br · Fonte: Miyagi, 1996 Operador/ Usuário Dispositivo de Comando Dispositivo de Monitoração Dispositivo de Controle Dispositivo de