AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 2

TÉCNICAS DEESTRUTURAÇÃO DESISTEMAS LÓGICOS

Nestor Agostinisibratec@sibratec.ind.br

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Rio do Sul (SC), 12 de março de 2014

1. Generalidades:

Todos os circuitos vistos até o momento (na parte 1) pertencem ao grupo dos circuitoscombinacionais. Estes circuitos têm como principal característica apresentar uma mesma saídapara 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 dasentradas, depende também do estado em que o circuito se encontrava anteriormente e/ou de outroseventos envolvidos no processo.A lógica combinacional é suficiente para a análise de processos atemporais, porém não é adequadaa análise de processos sequenciais e a maioria dos processos industriais são sequenciais, portanto épreciso estudar alguma ferramenta para esse tipo de processos. Dentre as diversas ferramentasexistentes procuramos apresentar aquelas que foram implementadas em Controladores LógicosProgramáveis (CLP), assim aprende-se tanto a ferramenta como sua aplicação em CLPs. As duasferramentas mais usais são: diagrama de contatos e Diagrama Ladder. Ambos, o diagrama decontatos e o Diagrama Ladder misturam os próprios princípios e a utilização de blocos lógicos quesimulam funções utilizadas em automação industrial.

Imagine dois problemas simples que ocorrem no dia a dia:

a) Pegar uma caneta e transportá-la de uma posição para outra.

Esse problema pode ser separado em etapas. Veja:

Etapa 1: Pegar a canetaEtapa 2: Erguer a canetaEtapa 3: Deslocar a caneta até a nova posiçãoEtapa 4: Baixar a canetaEtapa 5: Soltar a caneta.

b) Preparar e depois beber uma xícara de café com leite e açúcar.

Este problema também pode ser separado em etapas. Veja como ficaria:

Etapa 1: Colocar o pó na xícaraEtapa 2: Colocar o leite na xícaraEtapa 3: Colocar o açúcar na xícaraEtapa 4: Colocar água na xícaraEtapa 5: Pegar uma colherEtapa 6: Erguer a colher

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Etapa 7: Transportar a colher até a xícaraEtapa 8: Baixar a colherEtapa 6: Mexer o caféEtapa 7: Erguer a colherEtapa 8: Deslocar a colher até a posição apropriadaEtapa 9: Baixar a colher na posição adequadaEtapa 10: Pegar a xícara de caféEtapa 11: Erguer a xícaraEtapa 12: Deslocar o café até a bocaEtapa 13: Beber o caféEtapa 14; Afastar a xícara da bocaEtapa 15; Baixar a xícara

Problemas assim são conhecidos como “sequenciais” porque se compõem de uma sequência deetapas e que, no final podem ou não repetir-se. Se fosse um problema industrial, certamente, elesse repetiriam continuamente. Imagine uma máquina automática produzindo uma peça. Essamáquina repete uma sequência de operações para produzir a peça e, ao final, ela volta ao início erepete o ciclo para produzir uma nova peça. E assim o processo continua o tempo necessário atéque a quantidade de peças a serem produzidas seja alcançado.Em geral os sistemas lógicos podem sempre serem representados por um conjunto de entradas(sensores, chaves), saídas (bobinas de contatores, sinalizadores) e um sistema lógico que processaas saídas de acordo com a situação das entradas. A figura seguinte mostra um esquema básico decomo funcionam os sistemas lógicos (combinacional ou sequencial).

Existem muitos sistema automáticos, especialmente o s sequencias, que são do tipo realimentados.Nestes sistemas uma ou mais saídas enviam uma amostra do sinal para uma ou mais entradas. Oprocessamento é feito com base na entrada propriamente dita e na informação de sinal recebidadas saídas. Veja a figura seguinte:

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Os sistema realimentados, em geral, são os mais utilizados na indústria porque eles apresentamcaracterísticas de correção de eventuais erros. Os erros de saída são detectados e corrigidos nasentradas.

Agora voltando à implementação prática dos problemas sequenciais:

Existem várias ferramentas que foram desenvolvidas ao longo do tempo para a representação desistemas sequencias, porém, sob o ponto de vista de automação, a mais duradoura forma derepresentação é o diagrama de contatos também conhecido como Diagrama Ladder.

O Diagrama de Contatos, também conhecido como Diagrama Ladder é um dos mais popularesmétodos de programação de CLPs e também de representação de sistemas. Esse diagrama procurasimular direto no CLP o que acontece em um esquema elétrico. Usualmente tudo é presentado porentradas (chaves, sensores, etc), saídas (conhecidas como bobinas, na realidade seria realmenteuma bobina de um relé sendo acionada) e por blocos de funções lógicas que traduzem para Ladderfunções como temporizadores, controles PID, etc.

Na sequência desta apostila iremos nos ater ao Diagrama Ladder, especialmente ao utilizado nosCLPs SIBRATEC/WECON. O software para simulação pode ser baixado gratuitamente noseguinte link:

https://drive.google.com/uc?id=0B0j9uum1UPXbT1FvWFFHTi1WRU0&export=download

Para instalar esse software no computador, às vezes, é necessário desativar temporariamente oanti-virus.

2. O Software de Diagrama de contatos SIBRATEC/WECON:

A partir de agora iremos juntar o apresendizado do uso do software com o aprendizado doDiagrama Ladder.

2.1. Abra o software. A tela inicial deve ser como a imagem seguinte:

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O software possui os tradicionais ícones do sistema Windows, que já são bem familiares aosusuários de computadores.

2.2. Na parte superior clique em NOVO (NEW):

Nesta tela é necessário escolher o tipo de CLP (PLC) que será utilizado. Escolha o modelo LX3Ve dê OK. Irá aparecer essa tela:

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Aqui começa o desenvolvimento de um programa de PLC. Mas antes precisamos salvar o projeto.Esse procedimento tem que ser feito antes de iniciar a colocação doscomponentes na tela. Por isso,vá lá no ícono SALVAR na parte superior da tela. Salve o projeto com o nome WE1.

As entradas são sempre denominadas de X___. O que aparece na imagem abaixo é uma entradadenominada X000. Essa entrada X000 é uma entrada tipo contato aberto (NO)

X001 é um contato normalmente fechado (NC).

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As saídas são sempre denominadas de Y___.

Agora temos um circuito, que em desenho seria assim:

Agora o programa já pode ser compilado. Lá no Menu procure Compile e execute. Se aparecer atela dizendo que a compilação foi bem sucedida é porque está tudo certo. Do contrário tem quecorrigir os erros apontados pela compilação.

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Agora podemos simular nosso programa. Procure, à direita, o botão Simulator. Irá aparece estatela.

Agora posicione o ponteiro do mouse sobre a entrada X000 (ela está aberta porque é um contatoNO) e clique com o botão direito do mouse.

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Agora é possível mudar o estado atual da entrada. Vá em Debug. Deve aparecer isto:

Clicando em Modify Current Value aparece isto:

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Clique em ON e veja o que acontece com o contato X000:

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Ele ficou Azul indicando que agora ele está fechado. A operação feita equivale a acionar uminterruptor de uma lâmpada, por exemplo. Com X000 fechado e já que X001 é um contato NC,então Y000 fechou, ou seja, acabamos de acionar a saída Y000.

Esse é o princípio básico de funcionamento do software dos CLPs SIBRATEC/WECON. Muitosdetalhes a mais aparecerão na medida em que o usuário se aprofunda na programação do CLP,mas isso será para etapas mais avançadas.

Exemplo: função lógica AND

A função lógica AND equivale a um diagrama de contatos com 2 ou mais contatos abertos emsérie e uma saída. Veja como ficaria um AND com 3 entradas:

Faça as simulações e note que a saída liga somente se as 3 entradas forem fechadas.

Linhas podem ser conectadas. Veja o exemplo a seguir:

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Neste caso temos 3 entradas NO atuando sobre a saída Y001.Para conectar linhas basta deslocar o quadrado de seleção com as teclas de direção.

2.2. Exercícios:

1. Simule a função OR com 4 entradas2. Simule a função NOT com 1 entrada3. Simule a função NAND com duas entradas

No caso do NAND é preciso introduzir mais um componente, que é o contato auxiliar ou contatode memória. Veja na tela abaixo o contato tipo M. Esse não é um contato físico de umcomponente do sistema, mas sim um contato virtual usado internamente pelo CLP.

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Note que o contato M0 que é a saída da primeira linha é a entrada da segunda linha, ou seja,qualquer mudança no contato M0, irá afetar as duas linhas. Os contatos que iniciam com M são osauxiliares.

4. Simule a função NOR com duas entradas5. Simule a função XOR6. Simule a função XNOR7. Crie o diagrama de contatos referente a este circuito digital:

8. Crie o diagrama de contatos referente a este circuito digital:

9. Faça um diagrama Ladder no software para este circuito de contatos. Esse circuito funcionaassim: Quando liga a lâmpada S acende porque ela está ligada a um contato NC comandado pela

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BOBINA. Quando fecha o contato A e o contato B ou o contato C, a BOBINA é acionada e abre ocontato NC, desligando a lâmpada.

Na sequência o aluno poderá imaginar os mais diversos sistemas, com a utilização de muitoscontatos diferentes como forma de aprendizado.

Ocorre que nem todos os sistemas são compostos somente de contatos NO e NC. Existem sistemascompostos de blocos funcionais, tais como: temporizadores, comparadores, etc. A pergunta é:como se simula um sistema que se compõe de blocos com funções especiais?

3. Utilização de instruções especiais no software SIBRATEC/WECON:Instruções especiais são blocos preparados para executar determinadas funções. Em geral sãoblocos prontos para executar funções muito utilizadas nos programas, tais como: temporizadores,comparadores, funções booleanas, blocos aritméticos, etc. O Help do software tras uma listacompleta dessas funções.

4. Exemplos de aplicações com instruções especiais:4.1 Fazer um sistema em que uma lâmpada é acionada 10s após acionamento da tecla que ativaum temporizador. Esse tipo de sistema é conhecido com ON-DELAY (Atraso da ligação).

- Iniciar uma nova aplicação:

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A

B C

BOBINA

CONTATO NF

O restante dos passos devem ser acompanhados no video “tutorial2”. No final fica assim:

Agora o sistema pode ser simulado e pode-se ver a função especial temporizador funcionando. Omesmo temporizador pode comandar vários contatos e/ou vários outros blocos de funçõesespeciais.

4.2. Um sistema composto de 3 motores elétricos precisa ser ligado da seguinte maneira:- Ao acionar uma chave push button liga o motor M1- 5 s depois aciona o motor M2- 5 s após acionamento do motor M2, liga o motor M3.- Deve have uma tecla que desliga o sistema a qualquer momento.

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5. Exemplos de aplicação de sistemas automáticos:

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 Diagrama Ladder de controle deste processo.

Figura 5.1: Carrinho de carga

Solução: A solução deste problema, assim como a solução de qualquer outro problemaenvolvendo Diagrama Ladder, irá depender de como se imagina o funcionamento e de que tipo desensores, chaves e acionamentos são usados. Aqui supõe-se a chave como sendo push Button comretorno, ou seja, sempre é necessário dar dois toques na chave. Os sensores são do tiponormalmente aberto e fecham quando a ação prevista para ocorrer neles acontece. Quando essaação é retirada, eles abrem novamente. Aí está uma possível solução. O timer está programadopara aguardar o tempo solicitado de 5 s.

Figura 5.2: Diagrama Ladder 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 porgravidade, um cilindro alimentador (cilindro 1), um cilindro estampador (cilindro 2) e um cilindroextrator (cilindro 3). Todos os cilindros são acionados por válvulas pneumáticas e possuemretorno por molas. A máxima excursão dos cilindros é monitorada pelos sensores S1, S2 e S3 tiporeed-switch. A retirada da peça é realizada por um sopro de ar comprimido, obtido pelo

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acionamento da válvula pneumática EV4 e monitorada pela ação do foto sensor (FS). Para iniciaro processo é necessário ligar uma chave elétrica de partida (PTD). A sequência de operaçãoconsiste 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;- Reiniciar o processo para uma nova peça.

Figura 5.3: Máquina de estampar

Solução:

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Figura 5.4: Diagrama Ladder 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 preveros intertravamentos necessários à segurança do processo. Assim os sensores S1, S2 e S3 aparecemduas vezes: uma como contato NF e outra como contato NA. O primeiro teste, feito com o blocoB07 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 DE AUTOMAÇÃO SEQUENCIAL:

1. Elaborar um diagrama de contatos para comando de um semáforo rodoviário em umcruzamento no qual o tempo de passagem (sinal verde) em todas as vias é de 20 s. Vamos suporque não há sinal amarelo. A figura seguinte mostra a situação das vias. Trata-se de um cruzamentode 4 vias com mão dupla e condição de realizar todos os tipos de cruzamentos. Assim apenas umsinal verde deve ficar ligado enquanto os outros três devem estar em vermelho. Esse processo ficasempre seguindo a sequência SEMÁFORO 1 � SEMÁFORO 2 � SEMÁFORO 3 �SEMÁFORO 4 � SEMÁFORO 1 e assim por diante.

SEMÁFORO 1

SE

MÁ

FO

RO

2

SEMÁFORO 3

SE

MÁ

FO

RO

4

Existem várias soluções possíveis para este problema. Uma delas é apresentada abaixo. Nestasolução é utilizado o bloco CAM. A chave D1 é usada para iniciar o processo.

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Vejam a simplicidade do software. Os tempos de verde e vermelho podem ser livrementecontrolados nos timers.

2. Elaborar um Diagrama Ladder para um dispositivo automático destinado a selecionar caixas dedois tamanhos diferentes, que se compõe de uma esteira rolante de alimentação de caixas, de umdispositivo de detecção que permite reconhecer sem ambiguidade o tipo de caixa presente, de trêscilindros 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 desaída. O braço (1) empurra as caixas pequenas diante do braço (2) e este translada sobre a esteirade saída para caixas pequenas. O braço empurra as caixas grandes diante do braço (3) e estetranslada para a esteira de saída de caixas grades. O detector (A) percebe a presença de uma caixae o detector (B) identifica o tamanho da caixa, pois atua quando ela for do tipo grande, conformeilustra a figura (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

3. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Diagrama Ladder para atuar de forma quequando E1 e E2 estiverem ativas, se ocorrer a transição T1, ative E3 ( e desative E1 e E2), mas seocorrer a transição T2, ative E4 (e desative E1 e E2) (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

4. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Diagrama Ladder para atuar de forma quequando E1 estiver ativa e ocorrer a transição T1, ou quando E2 estiver ativa e ocorrer a transiçãoT2, então ativem-se as etapas E3 e E4 (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

5. Elaborar um Diagrama Ladder para comandar um sistema com partilha de recursos conformeilustrado na figura 4.36. Um carro de transporte de peças deve atender a dois grupos de operáriossituados 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, ocarro II deve efetuar o trajeto BCB. Os comandos só serão aceitos se os carros estiverem narespectiva posição de repouso. O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para aesquerda. O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para a esquerda. Oacionamento do carro II é feito por M3 para a direita e M4 para a esquerda. O atuador V1 controlao destino do carro, sendo que quando V1=0 implica que o carro efetua o percurso AC, equandoV1=1 implica que o carro efetua o percurso BC. Como a parte final do percurso épartilhada pelos dois carros, 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).

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6. Considere o sistema eletrônico de refrigeração do motor de um automóvel. O radiador possuidois 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 doradiador atinge os 90ºC (S2 = 1), o motor da ventoinha do radiador começa a funcionar, sóparando quando a temperatura da água descer abaixo dos 60ºC. Veja o respectivo diagrama deestados deste sistema:

Estado Ventoinha Significado físico0 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 estadosApresente um Diagrama Ladder para este sistema.

7. A figura seguinte apresenta um sistema automático de furação.

Pretende-se fazer dois furos numa peça. O cilindro A éresponsável por fixar a peça e as unidades B e C porefetuarem os respectivos furos. O processo inicia-se com aativação de um botão de início “Start”. As unidades com asbrocas (cilindros B e C) têm de descer individualmente edevem subir juntas, de forma a que a peça não seja danificada.

Defina as entradas e saídas do sistema. Caracterize cada uma delas. Faça um Diagrama Ladder doprocesso

8. Uma máquina utilizada para a colocação de pinos em estatores é composta por uma parte decomando eletrônica (AP), por um conjunto de cilindros e motores pneumáticos que constituem osseus atuadores e por uma bobina de fio, de secção quadrada, que será cortado, durante o seu ciclode funcionamento, com o comprimento correspondente à altura do pino desejada.

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Cada estator tem um nº máximo possível de 10 pinos podendo, no entanto, os pinos seremcolocados com uma sequência pré-definida, selecionando-se para isso, o programacorrespondente.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 (avançacilindro 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 umpino no estator.c) Apresente um Diagrama Ladder para o sistema

Armazé m

Tapete 3

Ta pete 2

Tapete 1

9. Observe com muita atenção a figura anterior. Ela representa, de forma esquemática, umpequeno sistema de fabricação, cujo processo consiste em furar chapas quadradas. Numa primeirafase (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 aosanteriormente 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 aoposto de furação 1. Os cilindros B, D, e F têm, respectivamente, a função de empurrar as peçaspara o tapete 2, 3 e armazém. É função do sistema de controlo o comando dos tapetes logo, seránecessário a colocação de sensores que, quando atuados, provoquem o início do funcionamento dorespectivo tapete, só parando quando as peças chegam ao seu destino. Os tapetes só comportamuma peça de cada vez, pelo que a atuação dos cilindros A, B, e D vai depender do estado do tapetepara onde irão empurrar a peça. O controle de cada esteira é independente dos restantes, logo estespodem funcionar ao mesmo tempo. Os cilindros C e E servem para fixar a peça de modo a poderrealizar-se a furação, pelo que devem ser atuados antes da operação começar. Quando o número depeças feitas chegar ao valor de 20 unidades faz-se ouvir uma sirene de modo que um operadorsubstitua o palet com as peças prontas que se encontra no armazém. Notar que quando o operadorretira a palet a sirene para de tocar.a) Defina e caracterize as entradas e saídas do sistema de comando. Pode colocar os sensores queachar necessários de modo a construir o Diagrama Ladder que implemente todas as característicasdo sistema. Sugestão: Considere igualmente a colocação de variáveis, que indiquem se os tapetestêm ou não peças a viajar, ou a sofrer os processos de fabrico.

b) Defina as condições iniciais do sistema.

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c) Implemente um Diagrama Ladder funcional que consiga controlar as esteiras, satisfazendotodos os pontos do projeto.

10. A figura seguinte apresenta um sistema automático para abertura e fechamento de uma portacom uma chave.

O cilindro A encarrega-se de colocar e retirar a chave da fechadura e o cilindro B movimenta achave nos dois sentidos, para fechar e abrir a porta, respectivamente. Na ponta da haste do cilindroA, existe um rolamento que é ligado a um tambor, em forma de roda dentada, ao qual está fixa achave. O avanço e recuo do tambor são guiados pela cremalheira do cilindro B; ao fazer-se B+ ouB- 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 Diagrama Ladder do sistema

11. Elaborar um Diagrama Ladder para uma máquina de imprimir cartazes, conforme ilustrado nafigura 4.37. O rolo 1, que contém tinta fornecida pelo dispositivo ligado ao pistão W, arrasta opapel quando o rolo 2 sobe acionado pelo pistão V (o ponto O é fixo). Assim, quando o ressalto dorolo1 aciona o sensor ‘a’, V é ativado, pressionando o papel contra o rolo. 1. quando o sensor ‘a’ éliberado, inicia-se o processo de impressão, ativando o pistão W. O fornecimento de tinta continuaaté o ressalto do rolo 1 acionar o sensor ‘b’. Neste momento, o pistão V é desativado, permitindoque o rolo 2 liberte o papel. Quando o sensor ‘b’ for liberado, a guilhotina sobre a máquina ficapronta para um novo ciclo de trabalho (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

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12. Elaborar um Diagrama Ladder para um sistema de transferência de peças, composto por duasesteiras de chegada (A e B), uma garra de pega (G) alojada em um carro sobre trilhos (T), doiscilindros pneumáticos (P e V) de liberação de peças e uma esteira de evacuação (C) delas. Osatuadores 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.

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Seu funcionamento consiste em verificar a presença de peça em uma das esteiras de chegada, queserá então paga pela garra e transportada até a bandeja do cilindro V já previamente na posiçãoalta. A seguir, o cilindro V desce a peça até o nível do cilindro P que, então, evacua a peça pelaesteira 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 automaçãoindustrial para ser resolvido e apresentado em forma de trabalho escrito e em disquete. O trabalhodeve 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 comesquemas, diagramas, tipos de chaves utilizadas e tudo o que for necessário ao perfeitoentendimento 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 écontrolado por três detectores de nível (N1, N2 e N3). A alimentação do reservatório é efetuadapor três bombas (B1, B2 e B3).· Cada vez que o nível de água desce abaixo de um dos detectores de nível uma das bombas deveser acionada. Isto é, se o nível da água ficar abaixo do nível 1, deve ser acionada uma bomba, se onível ficar abaixo do nível 2 deverão entrar em funcionamento duas bombas e assimsucessivamente.· Se, entretanto, o nível da água no reservatório ultrapassar o nível 3 deverá ser desligada a últimabomba que entrou em funcionamento, se subir acima do nível 2 deverá ser desligada a penúltimabomba que entrou em funcionamento, e se subir acima do nível 1 deverá ser desligada a primeirabomba que entrou em funcionamento.· Para equilibrar o tempo de funcionamento de cada bomba, o esquema de controle deveconsiderar uma partida cíclica. Isto é, após a sequência de funcionamento B1 – B2 – B3 (mesmo

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que incompleta), devem ser consideradas as sequências B2 – B3 – B1 e B3 – B1 – B2respectivamente.

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 (Diagrama Ladder). Considere apenas o nível 1, semconsiderar 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 cadadose 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 finaldeverão ser considerados 20 Kg do componente C.· Para que o produto final seja homogêneo os três componentes são misturados, em recipientepróprio, durante 20 minutos.· A esteira transportadora, acionada por um motor assíncrono trifásico, destina-se a transportar oproduto 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 (Diagrama Ladder).

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Figura 7.2: Processo industrial de dosagem de materiais

SOLUÇÃO:

7.7.3. Considere o processo industrial representado na Figura 7.3, onde propositadamente seomitiram 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 suatransferência para os recipientes somente pode ser efetuada se a sua temperatura for inferior a 50º.Deste modo existe uma serpentina, percorrida por água fria, mergulhada no depósito com opropósito de esfriar o líquido.· Sempre que a temperatura do líquido, no interior do depósito, for inferior a 50º, e desde que umrecipiente 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 umoutro recipiente. A introdução e extração dos recipientes da esteira é responsabilidade de outroprocesso.· O resíduo industrial líquido dentro do depósito deve estar sempre entre 20% e 80% dacapacidade do depósito. Não deverá ocorrer enchimento de recipientes se a quantidade de líquidodentro 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 éfeita a 10 litros por minuto.· Todo o processo é comandado através de uma botoeira LIGA/DESLIGA. Caso seja pressionadao botão de DESLIGA e se esteja realizando o enchimento de algum recipiente o mesmo deverá serterminado 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 funcionamentodo processo.3. Elabore o diagrama descritivo do processo (Diagrama Ladder).

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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 asseguintes funções:· Comandar a iluminação, em cada sala, em função do nível de iluminação exterior e da ocupaçãoda 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.· 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 eanalógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas. Representena planta do escritório a localização dos sensores utilizados.

Figura 7.4: Automação de escritório composto de duas salas

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7.7.5. Considere uma esteira transportadora, que possui associadas as seguintesinformações:· Acionamento· Detecção de sentido do movimento· Desvio de Tela 10º e 18º· Emergência de arame· Medição da corrente elétrica absorvida· Detector de transito de produtoExecute o(s) diagrama(s) de comando não esquecendo de utilizar todas as informaçõesdisponíveis, 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 defuncionamento.· 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 períodosuperior 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 TRestiver funcionando. A indicação do funcionamento de TR deverá ser transmitida ao referidosistema 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 automaticamentedescarregado. O tempo desta operação é de 180 segundos.· Após o carro ser descarregado ele deverá retornar à posição (A).

Especifique o sistema de automatização, isto é, apresente uma lista das entradas e saídas (digitais eanalógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas e a sualocalização na instalação.

Figura 7.5: Montagem industrial

7.7.7. O Sr. Madeira é o dono de uma pequena serraria chamada MADEIRA & FILHOS epretende automatizar a única máquina de corte existente nas suas instalações. A máquina é

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mostrada na Figura 7.6.Questionado sobre o que deve fazer a máquina de corte, o Sr. Madeira forneceu a seguintedescrição literal do processo de corte:· Após pressionar um botão (INÍCIO) a máquina de corte desloca-se para a direita. O disco decorte deve ser ligado antes de atingir as toras de madeira e desligado após efetuar o corte dosmesmos. Logo depois de desligado o disco de corte deve ser elevado. Quando a posição superiorfor atingida (disco levantado) o movimento de subida deve parar e a máquina deve deslocar-separa a esquerda até atingir a sua posição inicial. Dois segundos após atingir a posição inicial obraço 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 deemergência (EMERG). Um novo recomeço só é possível com a máquina na posição inicial. Ocontrole deve permitir a comutação entre comando manual e comando automático de modo apermitir 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 paraautomatizar a sua máquina de corte.2. Elabore o diagrama descritivo do processo de corte (Diagrama Ladder).

Figura 7.6: Máquina de corte de madeira

7.7.8. Considere um quadro geral de baixa tensão constituído por um único barramento, tal comose apresenta na Figura 9.7. Este possui oito disjuntores de saída (numerados de 1 a 8) e doisdisjuntores de entrada (Dt e Dg). Todos os disjuntores são motorizados, possuindo dois comandosde 24Vdc (um para ligar e outro para desligar). A alimentação provem da rede pública (através deum transformador de 630kVA) ou de um grupo de alimentação de emergência (100kVA). Apresença de tensão proveniente da rede pública é detectada pelo relé Ru. O comando do grupo deemergência deve ser efetuado através de um único comando (ligar/desligar) mediante um relé livrede 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, apartir da rede pública de distribuição.· Em regime de emergência (em caso de falha da rede) a alimentação de energia é assegurada porum grupo diesel de emergência.· Em caso de falta de tensão da rede pública, por um período superior a dois segundos, deve serdada ordem de ligar o grupo de emergência e o disjuntor Dt deverá ser aberto. Dez segundos apósa ordem de arranque do grupo de emergência o disjuntor Dg deve ser fechado, ficando a instalaçãoem regime de emergência.· Em regime de emergência todas as cargas (disjuntores 1 a 8) devem ser desligadas antes de ligaro disjuntor Dg. Após ligar o disjuntor Dg as cargas deverão ser ligadas sequencialmente, emintervalos de vinte segundos, mas somente se a potência consumida for inferior a 90% da potência

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do grupo de emergência. Caso esta potência seja excedida deverão ser desligadas primeiro ascargas de maior índice numérico (8-7-6-5-4-3). As cargas 1 e 2 são prioritárias nunca devem serdesligadas.· Caso seja detectada tensão na rede pública por mais de cinco segundos o disjuntor Dg deve abrire o disjuntor Dt deve fechar. Quinze segundos após ter sido fechado o disjuntor Dt deve serretirada a ordem de funcionamento ao grupo de emergência. Todas as cargas que eventualmente seencontrem desligadas devem ser religadas.

1. Elabore a lista de pontos de entrada/saída completa (incluindo além da especificação dos pontoso equipamento associado).2. Elabore o diagrama descritivo do processo de inversão normal/emergência (Diagrama Ladder).

7.7.9. Considere o seguinte funil de carga que contem uma mistura de bolas com duas coresdiferentes.· O objetivo é separar o conteúdo do funil para dois recipientes separados, através de um canoinclinado com dois registros e dois sensores.· O registro A permite parar as bolas imediatamente após a saída do funil, permitindo ao sensor decor detectar que tipo de bola se encontra nesse local (medindo o nível de luz refletida). Após esteregistro 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 paradois recipientes distintos. Se o registro B se encontra na posição normal (não atuado) as bolasentram 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 seencontra vazio.

1. Elabore a lista de pontos (entrada/saída) completa (incluindo além da especificação dos pontoso equipamento associado).2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Diagrama Ladder).

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 dosmesmos, sob a forma entrada/saída. Deverá ser considerado um posto de supervisão no local

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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 topologiacentralizada ou distribuída.

Figura 7.8: Instalação elétrica de planta industrial

7.7.11 Elabore o diagrama referente ao processo mostrado na Figura 7.9:

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Figura 7.9: Processo industrial

· Um misturador de líquidos é constituído por 3 tanques. O tanque 1 é usado para misturar oslíquidos dos tanques 2 e 3. As válvulas A, B e D podem ser utilizadas para permitir, ou não, acirculação de liquido. A válvula C é utilizada para introduzir ar comprimido a fim de facilitar amistura. 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 dolíquido misturado. Quando o liquido no tanque 1 desce abaixo de L1 a válvula D é fechada. Aomesmo tempo a válvula A é aberta para admitir liquido do tanque 2. O liquido entra para o tanqueaté que o nível no tanque 1 atinja L2. A válvula A é fechada e a válvula B é aberta para permitir aentrada 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 arcomprimido.· Após a mistura a válvula C é fechada e o liquido sai, abrindo a válvula D.

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