Microsoft Word - AUTOMA..O INDUSTRIAL - PARTE 2BR 470, Km140,
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 2
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1. Generalidades: Todos os circuitos vistos até o momento 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
seqüenciais 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 seqüenciais e a maioria dos
processos industriais são seqüenciais. A ferramenta que será
analisada aqui para estes processos é o Grafcet. Na seqüência 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
[email protected]. 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 idéia 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 Etapa 8: Baixar a colher Etapa
6: Mexer o café Etapa 7: Erguer a colher Etapa 8: Deslocar a colher
até a posição apropriada
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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: · Facilidade
de interpretação · Modelagem do seqüenciamento · Modelagem de
funções lógicas · Modelagem da concorrência · Origem na França nos
meados dos anos 70 · Norma IEC 848 (norma francesa NF C03-190) ·
Fabricantes de CLP adotam o Grafcet como linguagem de programação ·
Também denominado SFC (Sequential Functional Charts) 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.
TRANSIÇÃO
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.
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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 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 seqüência 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:
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
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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
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,
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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:
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.
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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: 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
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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
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
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Semelhante à limitada, mas com tempo de duração “infinitesimamente”
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). 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.
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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:
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
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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.
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:
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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).
Figura 4.4: Sincronização em E
A etapa inicial com reset 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”;
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- 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 seqüência do processo.
Apresentar um Grafcet de controle deste processo.
Figura 5.1: Carrinho de carga
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.
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Figura 5.2: Grafcet do problema do carrinho 5.2. Exemplo de
estrutura com seqüência 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 seqüência
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; - Reiniciar
o processo para uma nova peça.
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Solução:
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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
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seguindo a sequência SEMÁFORO 1 SEMÁFORO 2 SEMÁFORO 3 SEMÁFORO 4
SEMÁFORO 1 e assim por diante.
SEMÁFORO 1
S E
M Á
FO R
O 2
SEMÁFORO 3
SE M
Á FO
R O
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.
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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 ambigüidade 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).
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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, 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 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 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 seqüência 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).
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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
Armazém
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 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
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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
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).
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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.
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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 9.1: · 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. · Para equilibrar o tempo de
funcionamento de cada bomba, o esquema de controle deve considerar
uma partida cíclica. Isto é, após a seqüência de funcionamento B1 –
B2 – B3 (mesmo
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que incompleta), devem ser consideradas as seqüências 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 9.2: · 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).
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Figura 7.2: Processo industrial de dosagem de materiais 7.7.3.
Considere o processo industrial representado na Figura 9.3, 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. 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).
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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 9.4. · 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. · 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
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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).
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
29
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 9.6. 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
seqüência 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
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
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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 seqüencialmente, 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).
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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.
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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 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 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 CCA MATERIAIS ELÉTRICOS FICA
A DISPOSIÇÃO PARA QUALQUER AUXÍLIO
ADICIONAL NA PROGRAMAÇÃO DOS CLPs MILLENIUM III DA CROUZET