TÉCNICAS DE ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LÓGICOS

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1 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 2 TÉCNICAS DE ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LÓGICOS Nestor Agostini sibratec@sibratec.ind.br 1/32

2 Rio do Sul (SC), 12 de março de Generalidades: Todos os circuitos vistos até o momento (na parte 1) pertencem ao grupo dos circuitos combinacionais. Estes circuitos têm como principal característica apresentar uma mesma saída para uma mesma combinação de entradas, ou seja, a saída é perfeitamente definida pela entrada. Há um outro tipo de circuitos, denominados de sequenciais cuja saída, além de depender das entradas, depende também do estado em que o circuito se encontrava anteriormente e/ou de outros eventos envolvidos no processo. A lógica combinacional é suficiente para a análise de processos atemporais, porém não é adequada a análise de processos sequenciais e a maioria dos processos industriais são sequenciais, portanto é preciso estudar alguma ferramenta para esse tipo de processos. Dentre as diversas ferramentas existentes procuramos apresentar aquelas que foram implementadas em Controladores Lógicos Programáveis (CLP), assim aprende-se tanto a ferramenta como sua aplicação em CLPs. As duas ferramentas mais usais são: diagrama de contatos e Diagrama Ladder. Ambos, o diagrama de contatos e o Diagrama Ladder misturam os próprios princípios e a utilização de blocos lógicos que simulam 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 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. 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 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 2/32

3 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 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 Problemas assim são conhecidos como sequenciais porque se compõem de uma sequência de etapas e que, no final podem ou não repetir-se. Se fosse um problema industrial, certamente, eles se repetiriam continuamente. Imagine uma máquina automática produzindo uma peça. Essa máquina repete uma sequência de operações para produzir a peça e, ao final, ela volta ao início e repete o ciclo para produzir uma nova peça. E assim o processo continua o tempo necessário até que 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 processa as saídas de acordo com a situação das entradas. A figura seguinte mostra um esquema básico de como 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. O processamento é feito com base na entrada propriamente dita e na informação de sinal recebida das saídas. Veja a figura seguinte: 3/32

4 Os sistema realimentados, em geral, são os mais utilizados na indústria porque eles apresentam características de correção de eventuais erros. Os erros de saída são detectados e corrigidos nas entradas. Agora voltando à implementação prática dos problemas sequenciais: Existem várias ferramentas que foram desenvolvidas ao longo do tempo para a representação de sistemas sequencias, porém, sob o ponto de vista de automação, a mais duradoura forma de representação é o diagrama de contatos também conhecido como Diagrama Ladder. O Diagrama de Contatos, também conhecido como Diagrama Ladder é um dos mais populares métodos de programação de CLPs e também de representação de sistemas. Esse diagrama procura simular direto no CLP o que acontece em um esquema elétrico. Usualmente tudo é presentado por entradas (chaves, sensores, etc), saídas (conhecidas como bobinas, na realidade seria realmente uma bobina de um relé sendo acionada) e por blocos de funções lógicas que traduzem para Ladder funções como temporizadores, controles PID, etc. Na sequência desta apostila iremos nos ater ao Diagrama Ladder, especialmente ao utilizado nos CLPs SIBRATEC/WECON. O software para simulação pode ser baixado gratuitamente no seguinte link: Para instalar esse software no computador, às vezes, é necessário desativar temporariamente o anti-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 do Diagrama Ladder Abra o software. A tela inicial deve ser como a imagem seguinte: 4/32

5 O software possui os tradicionais ícones do sistema Windows, que já são bem familiares aos usuários de computadores Na parte superior clique em NOVO (NEW): Nesta tela é necessário escolher o tipo de CLP (PLC) que será utilizado. Escolha o modelo LX3V e dê OK. Irá aparecer essa tela: 5/32

6 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 entrada denominada X000. Essa entrada X000 é uma entrada tipo contato aberto (NO) X001 é um contato normalmente fechado (NC). 6/32

7 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 a tela dizendo que a compilação foi bem sucedida é porque está tudo certo. Do contrário tem que corrigir os erros apontados pela compilação. 7/32

8 Agora podemos simular nosso programa. Procure, à direita, o botão Simulator. Irá aparece esta tela. Agora posicione o ponteiro do mouse sobre a entrada X000 (ela está aberta porque é um contato NO) e clique com o botão direito do mouse. 8/32

9 Agora é possível mudar o estado atual da entrada. Vá em Debug. Deve aparecer isto: Clicando em Modify Current Value aparece isto: 9/32

10 Clique em ON e veja o que acontece com o contato X000: 10/32

11 Ele ficou Azul indicando que agora ele está fechado. A operação feita equivale a acionar um interruptor 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. Muitos detalhes 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 em série 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: 11/32

12 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 Exercícios: 1. Simule a função OR com 4 entradas 2. Simule a função NOT com 1 entrada 3. Simule a função NAND com duas entradas No caso do NAND é preciso introduzir mais um componente, que é o contato auxiliar ou contato de memória. Veja na tela abaixo o contato tipo M. Esse não é um contato físico de um componente do sistema, mas sim um contato virtual usado internamente pelo CLP. 12/32

13 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 os auxiliares. 4. Simule a função NOR com duas entradas 5. Simule a função XOR 6. Simule a função XNOR 7. 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 funciona assim: Quando liga a lâmpada S acende porque ela está ligada a um contato NC comandado pela 13/32

14 BOBINA. Quando fecha o contato A e o contato B ou o contato C, a BOBINA é acionada e abre o contato NC, desligando a lâmpada. A B C BOBINA CONTATO NF Na sequência o aluno poderá imaginar os mais diversos sistemas, com a utilização de muitos contatos diferentes como forma de aprendizado. Ocorre que nem todos os sistemas são compostos somente de contatos NO e NC. Existem sistemas compostos 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 são blocos prontos para executar funções muito utilizadas nos programas, tais como: temporizadores, comparadores, funções booleanas, blocos aritméticos, etc. O Help do software tras uma lista completa 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 ativa um temporizador. Esse tipo de sistema é conhecido com ON-DELAY (Atraso da ligação). - Iniciar uma nova aplicação: 14/32

15 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. O mesmo temporizador pode comandar vários contatos e/ou vários outros blocos de funções especiais 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. 15/32

16 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 problema envolvendo Diagrama Ladder, irá depender de como se imagina o funcionamento e de que tipo de sensores, chaves e acionamentos são usados. Aqui supõe-se a chave como sendo push Button com retorno, ou seja, sempre é necessário dar dois toques na chave. Os sensores são do tipo normalmente aberto e fecham quando a ação prevista para ocorrer neles acontece. Quando essa ação é retirada, eles abrem novamente. Aí está uma possível solução. O timer está programado para aguardar o tempo solicitado de 5 s. Figura 5.2: 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 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 16/32

17 acionamento da válvula pneumática EV4 e monitorada pela ação do foto sensor (FS). Para iniciar o processo é necessário ligar uma chave elétrica de partida (PTD). A sequência de operação consiste em: - Colocar a peça no molde; - Recuar êmbolo do cilindro 1; - Estampar a peça durante 2 segundos; - Recuar o estampador; - Acionar o sopro de ar; - Retirar a peça; - Reiniciar o processo para uma nova peça. Figura 5.3: Máquina de estampar Solução: 17/32

18 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 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 DE AUTOMAÇÃO SEQUENCIAL: 1. Elaborar um diagrama de contatos 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 seguindo a sequência SEMÁFORO 1 SEMÁFORO 2 SEMÁFORO 3 SEMÁFORO 4 SEMÁFORO 1 e assim por diante. SEMÁFORO 1 SEMÁFORO 3 SEMÁFORO 2 SEMÁFORO 4 Existem várias soluções possíveis para este problema. Uma delas é apresentada abaixo. Nesta solução é utilizado o bloco CAM. A chave D1 é usada para iniciar o processo. 18/32

19 Vejam a simplicidade do software. Os tempos de verde e vermelho podem ser livremente controlados nos timers. 2. Elaborar um Diagrama Ladder para um dispositivo automático destinado a selecionar caixas de dois tamanhos diferentes, que se compõe de uma esteira rolante de alimentação de caixas, de um dispositivo de detecção que permite reconhecer sem ambiguidade o tipo de caixa presente, de três cilindros pneumáticos comandados por eletroválvulas, de sensores de posição para cada cilindro, sendo PI (posição inicial), PM (posição média), PF (posição final) e de duas esteiras rolantes de saída. O braço (1) empurra as caixas pequenas diante do braço (2) e este translada sobre a esteira de saída para caixas pequenas. O braço empurra as caixas grandes diante do braço (3) e este translada para a esteira de saída de caixas grades. O detector (A) percebe a presença de uma caixa e o detector (B) identifica o tamanho da caixa, pois atua quando ela for do tipo grande, conforme ilustra a figura (SILVEIRA & SANTOS, 1998). 3. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Diagrama Ladder 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 Diagrama Ladder 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 Diagrama Ladder para comandar um sistema com partilha de recursos conforme ilustrado na figura 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). 19/32

20 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 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 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 Diagrama Ladder 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. 20/32

21 Tapete1 Ta pete2 Tapete3 Armazé m Cada estator tem um nº máximo possível de 10 pinos podendo, no entanto, os pinos serem colocados com uma sequência pré-definida, selecionando-se para isso, o programa correspondente. O ciclo base para colocação de um pino é definido por: - rotação de 36 do suporte do estator (avanço do cilindro D) - recuperação do sistema de rotação (recuo do cilindro D) - introdução do fio na cavidade (desce cilindro A) - avança lâmina para cortar fio (avança cilindro B) - retorno da lâmina à posição de repouso (recua cilindro B) - é solto o fio no cilindro de fixação (recua cilindro C) - recuperação do comprimento do pino (sobe cilindro A) - fixação do fio, já com o comprimento correspondente ao próximo pino a ser cravado (avança cilindro C). O sistema inicia o seu ciclo de funcionamento quando se pressiona o botão de START. a) Caracterize as entradas e saídas do sistema. b) Caracterize as condições de inicialização e o ciclo de funcionamento para o cravamento de um pino no estator. c) Apresente um Diagrama Ladder para o sistema 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 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 Diagrama Ladder 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. 21/32

22 c) Implemente um Diagrama Ladder 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 Diagrama Ladder do sistema 11. Elaborar um Diagrama Ladder para uma máquina de imprimir cartazes, conforme ilustrado na figura 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). 22/32

23 12. Elaborar um Diagrama Ladder 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. 23/32

24 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 Considere o processo industrial descrito abaixo e apresentado na Figura 7.1: O nível de água dentro de um reservatório destinado à alimentação de um sistema de irrigação é controlado por três detectores de nível (N1, N2 e N3). A alimentação do reservatório é efetuada por três bombas (B1, B2 e B3). Cada vez que o nível de água desce abaixo de um dos detectores de nível uma das bombas deve ser acionada. Isto é, se o nível da água ficar abaixo do nível 1, deve ser acionada uma bomba, se o nível ficar abaixo do nível 2 deverão entrar em funcionamento duas bombas e assim sucessivamente. Se, entretanto, o nível da água no reservatório ultrapassar o nível 3 deverá ser desligada a última bomba que entrou em funcionamento, se subir acima do nível 2 deverá ser desligada a penúltima bomba que entrou em funcionamento, e se subir acima do nível 1 deverá ser desligada a primeira bomba que entrou em funcionamento. Para equilibrar o tempo de funcionamento de cada bomba, o esquema de controle deve considerar uma partida cíclica. Isto é, após a sequência de funcionamento B1 B2 B3 (mesmo 24/32

25 que incompleta), devem ser consideradas as sequências B2 B3 B1 e B3 B1 B2 respectivamente. Relativamente ao processo anteriormente descrito: 1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamento associado. Considere todos os elementos necessários incluindo o equipamento associado ao comando, controle e proteção das bombas. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Diagrama Ladder). Considere apenas o nível 1, sem considerar os pormenores de funcionamento das bombas. Figura 7.1: Processo industrial de controle de vazão Considere o processo industrial descrito a seguir e mostrado na Figura 7.2: Um determinado produto é composto por três componentes, designados por A, B e C. A dosagem dos componentes A e B é efetuada cumulativamente através da balança 1. Para cada dose de produto final deverão ser considerados 15 Kg do componente A e 5 Kg do componente B. A dosagem do componente C é efetuada através da balança 2. Para cada dose de produto final deverão ser considerados 20 Kg do componente C. Para que o produto final seja homogêneo os três componentes são misturados, em recipiente próprio, durante 20 minutos. A esteira transportadora, acionada por um motor assíncrono trifásico, destina-se a transportar o produto final para o silo de armazenagem. Relativamente ao processo anteriormente descrito: 1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamentos associados. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Diagrama Ladder). 25/32

26 Figura 7.2: Processo industrial de dosagem de materiais SOLUÇÃO: Considere o processo industrial representado na Figura 7.3, onde propositadamente se omitiram todos os sensores, detectores e atuadores: O processo refere-se a uma linha de enchimento de recipientes de resíduos industriais líquidos. Estes resíduos chegam ao depósito a uma temperatura de cerca de 150º, no entanto a sua transferência para os recipientes somente pode ser efetuada se a sua temperatura for inferior a 50º. 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 (Diagrama Ladder). 26/32

27 Figura 7.3: Processo de enchimento de recipientes Considere um escritório com duas salas, onde o painel elétrico apresenta seis circuitos, conforme mostrado na Figura 7.4. Pretende-se que um CLP programável, instalado dentro do painel elétrico, desempenhe as seguintes funções: Comandar a iluminação, em cada sala, em função do nível de iluminação exterior e da ocupação da respectiva sala. Medir a energia consumida. Inibir os circuitos de tomadas durante o fim de semana. Contar o número de horas de funcionamento dos disjuntores. 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 27/32

28 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 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 28/32

29 mostrada na Figura 7.6. Questionado sobre o que deve fazer a máquina de corte, o Sr. Madeira forneceu a seguinte descrição literal do processo de corte: Após pressionar um botão (INÍCIO) a máquina de corte desloca-se para a direita. O disco de corte deve ser ligado antes de atingir as toras de madeira e desligado após efetuar o corte dos mesmos. Logo depois de desligado o disco de corte deve ser elevado. Quando a posição superior for atingida (disco levantado) o movimento de subida deve parar e a máquina deve deslocar-se para a esquerda até atingir a sua posição inicial. Dois segundos após atingir a posição inicial o braço da lâmina deve baixar. Todo o processo se reinicia por atuação no botão INÍCIO. Toda a sequência automática pode ser parada por atuação numa botoeira de parada de emergência (EMERG). Um novo recomeço só é possível com a máquina na posição inicial. O controle deve permitir a comutação entre comando manual e comando automático de modo a permitir que a máquina possa ser deslocada manualmente para a sua posição inicial. 1. Quais sensores/detectores e atuadores você aconselharia o Sr. Madeira a adquirir para automatizar a sua máquina de corte. 2. Elabore o diagrama descritivo do processo de corte (Diagrama Ladder). Figura 7.6: Máquina de corte de madeira Considere um quadro geral de baixa tensão constituído por um único barramento, tal como se apresenta na Figura 9.7. Este possui oito disjuntores de saída (numerados de 1 a 8) e dois disjuntores de entrada (Dt e Dg). Todos os disjuntores são motorizados, possuindo dois comandos de 24Vdc (um para ligar e outro para desligar). A alimentação provem da rede pública (através de um transformador de 630kVA) ou de um grupo de alimentação de emergência (100kVA). A presença de tensão proveniente da rede pública é detectada pelo relé Ru. O comando do grupo de emergência deve ser efetuado através de um único comando (ligar/desligar) mediante um relé livre de tensão. O módulo CVM providencia uma leitura da potência instantânea. Descrição literal do processo: Em regime normal a instalação é alimentada por intermédio de um posto de transformação, a partir da rede pública de distribuição. Em regime de emergência (em caso de falha da rede) a alimentação de energia é assegurada por um grupo diesel de emergência. Em caso de falta de tensão da rede pública, por um período superior a dois segundos, deve ser dada ordem de ligar o grupo de emergência e o disjuntor Dt deverá ser aberto. Dez segundos após a ordem de arranque do grupo de emergência o disjuntor Dg deve ser fechado, ficando a instalação em regime de emergência. Em regime de emergência todas as cargas (disjuntores 1 a 8) devem ser desligadas antes de ligar o disjuntor Dg. Após ligar o disjuntor Dg as cargas deverão ser ligadas sequencialmente, em intervalos de vinte segundos, mas somente se a potência consumida for inferior a 90% da potência 29/32

30 do grupo de emergência. Caso esta potência seja excedida deverão ser desligadas primeiro as cargas de maior índice numérico ( ). 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 (Diagrama Ladder) 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 (Diagrama Ladder). Figura 7.7: Separação de bolas coloridas : 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 30/32

31 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. Figura 7.8: Instalação elétrica de planta industrial Elabore o diagrama referente ao processo mostrado na Figura 7.9: 31/32

32 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 SIBRATEC MATERIAIS ELÉTRICOS FICA A DISPOSIÇÃO PARA QUALQUER AUXÍLIO ADICIONAL NA PROGRAMAÇÃO DOS CLPs MILLENIUM III DA CROUZET 32/32