Controlo de circuitos pneumáticos sequenciais - método dos Mapas de Karnaugh

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1 Controlo de iruitos pneumátios sequeniis - método dos Mps de Krnugh ANTÓNIO JOSÉ S FERREIRA DA SILVA, ADRIANO M ALMEIDA SANTOS Dep Eng Meâni, Instituto Superior de Engenhri do Porto Ru Dr António Bernrdino de Almeid, Porto fsilv@demisepipppt RESUMO Os Mps de Krnugh porque proporionm um téni lterntiv pr representr funções oolens, são essenilmente utilizdos n simplifição e minimizção de funções lgéris oolens O presente trlho present um nov form de utilizção dos Mps de Krnugh lrgndo su utilizção em termos industriis, permitindo um prtiulr plição no mpo do ontrolo de iruitos pneumátios sequeniis O novo método que qui será presentdo, permite elorção de esquems de omndo pneumátios e/ou elétrios de iruitos pneumátios e tmém o seu ontrolo trvés de utómtos progrmáveis (PLCs) Sendo que engenhri d utomção, enqunto engenhri, sej o resultdo de um simiose entre iêni e tenologi, verdde é que essêni e o suesso d engenhri d utomção reside n diversidde de onheimentos ientífios e reursos tenológios que tipimente greg Julgmos por isso, omo indivíduos om responsiliddes no mpo do ensino d utomção, ontriuir om este trlho pr um melhor ensino d engenhri d utomção em gerl e muito em prtiulr, no âmito d engenhri meâni Plvrs-hve: Mps de Krnugh, iruitos pneumátios, iruitos sequeniis, Automção Industril, PLC s INTRODUÇÃO Refleo do onstnte progresso tenológio em que hoje vivemos, utomção, prtiulrmente su plição n áre d engenhri meâni, é ojeto de onstnte mutção O ensino d utomção ns sus mis diverss omponentes, tem que ser refletir esse sentimento Os inúmeros reursos tenológios que potenilmente permitem suportr utomção são etremmente diversifidos e propensos mutções profunds e onstntes [] Neste sentido, o ojetivo primeiro deste trlho, será umentr s poteniliddes de utilizção dos Mps de Krnugh (MK) Até gor, os MK erm essenilmente utilizdos n simplifição e minimizção de funções lgéris oolens A téni, que qui desrevemos, vi permitir lrgr su utilizção em termos de plições industriis Será dd prtiulr tenção o ontrolo de iruitos pneumátios/eletropneumátios sequeniis N pneumáti, hitulmente os proessos que interessm utomtizr, em dentro dquilo que hitulmente se hmm os proessos de sequenição Neste tipo de proessos, o omndo dos órgãos de potêni (ilindros) fz-se não só em função do estdo ds informções presentes ms tmém em termos do onheimento ds ções pssds A pliilidde d téni qui propost, será ilustrd reorrendo um prolem de utomtizção de um linh de emlgem de ompots [2] 2 O PROBLEMA Pretende-se fzer utomtizção de um linh de emlgem de ompots onforme o representdo n Figur Atrvés de um linh de limentção, s ompots edem à pltform de pré-emlgem um um Um ontrolo de entrd fz ontgem do número de emlgens de ompot hegds à pltform A d ino emlgens, o ilindro (ilindro D) olodo nest pltform, deverá ser iondo de form produzir o linhmento e posiionmento ds emlgens O proesso repetir-se-á té que sejm detetds 25 emlgens de ompot n pltform (proesso de emlgem deverá prr se este fim não for tingido) Os restntes movimentos do menismo, serão mterilizdos por um sequêni de movimentos dos ilindros pneumátios 2, 3 e 4 (ilindros A, B e C respetivmente) Utilizndo simologi ilustrd n Figur 2, sequêni utomtizr será: \B \B - \A \B C \B - C - \A - \B C \B - C - \A \B \B - \C - O proesso deverá permitir o funionmento em ontínuo do sistem

2 Repre que n práti, grntir um onjunto de movimentos num ilo utomátio sequenil é enontrr um onjunto de equções que um vez eeutds n práti, ssegurem mterilizção d sequêni pretendid Pr plição do método que seguir será desrito, não se torn neessári nálise ds veloiddes ou urso dos ilindros o longo do ilo Ests rterístis são ompletmente irrelevntes pr mterilizção d sequêni Figur Linh de emlgem de ompots 3 MÉTODO DOS MAPAS DE KARNAUGH Num proesso de resolução de um prolem de utomtizção, eistem três etps fundmentis N primeir, tommse s opções tenológis mis onvenientes pr s ondições de funionmento e pr os meios disponíveis pr elorr o omndo Num segund etp, deverá oter-se s funções lógis orrespondentes o prolem Finlmente, n últim etp, deverá elorr-se o esquem prtir ds funções lógis otids Os MK são um form lterntiv pr representr funções oolens São por isso, essenilmente utilizdos n simplifição e minimizção de funções lgéris oolens [3] Sendo este método fundmentlmente de riz prátio, su utilizção é prtiulrmente dequd à utomtizção de equipmentos om um forte omponente pneumáti (ilindros) O método, é o resultdo de um etensão do método dos MK, sendo hitulmente designdo por método d mtriz de Krnugh estendid [4] Neste, s vriáveis de entrd (letrs minúsuls) são fins de urso dos ilindros, sendo s vriáveis de síd (letrs miúsuls) ordens de omndo (ver Figur 2) A A A - A A Figur 2 Identifição ds vriáveis

3 Num iruito sequenil, um mesmo estdo de vriáveis não poderá dr ordens diferentes em momentos distintos do ilo (neessidde do uso de memóris), ver Figur 4 O prinipio gerl do método onsiste então em enontrr orrespondêni entre s vriáveis de entrd e de síd (ver Figur 3) O mp é onstruído em função ds vriáveis de entrd d sequêni pretendid, ou sej,,,,,, e (fins de urso dos ilindros A, B e C respetivmente) A,C B B A B A Y B A B B,C X B,C Y B,C A X B,C Figur 3 Mp de Krnugh pr sequêni Deste modo, o número de ss representds no mp deverá ser igul à potêni de 2 elevd o número de ilindros intervenientes no ilo, i e, pr o so de três ilindros, o número de ss será ddo por 2 3 ou sej 8 ss [5] N sequêni de movimentos pretendid, verifi-se que os ilindros se enontrm iniilmente todos reudos O estdo iniil será então, e, situção que deverá orresponder o nto superior esquerdo do mp Este será, o ponto de prtid pr representção d evolução do ilo de trlho o longo do tempo (ver Figur 3) Assim, o primeiro movimento, vnço do ilindro B (B ), representr-se-á n s Este só se relizrá qundo for dd ordem B Como onsequêni, o ilindro B vnçrá, findo o fim de urso não tudo, e tundo o fim de urso (fim do movimento de vnço de B) Conluído o movimento de vnço de B, teremos reunids s ondições pr que se efetue o movimento seguinte, B - (reuo de B) A oorrêni dest ção, ordem B, irá onduzir representção do movimento um s já oupd (iníio do ilo de trlho) origndo deste modo um disriminção de estdos presentes e pssdos A utilizção de um memóri é nests situções indispensável A memóri, deverá possuir dois estdos distintos, e (ver Figur 4) e será introduzid logo que representção do movimento omporte o retorno um s já oupd A introdução de um nov memóri, origin sempre o desdormento d superfíie iniil do mp, segundo o eio referente à memóri introduzid A ordem Y, será representd no mp de tl form que só se verifique lterção do estdo d memóri mntendo-se inlterável os estdos dos ilindros intervenientes A reposição o estdo iniil de qulquer memóri deve efetur-se sempre que possível pós relizção dos movimentos dos ilindros Complet representção d sequêni, de movimentos do ilo de trlho (ver Figur 3), será gor neessário deduzir s funções que rterizm s ordens de vnço e reuo dos ilindros (sinis de omndo ds válvuls distriuidors) No mp, d um dests ordens é representd por um superfíie que se trduzirá num função lógi [4] As funções lógis de omndo são definids pels epressões que se presentm seguidmente (sinis de tução dos ilindros de duplo efeito A, B, e C respetivmente):

4 A A 2 B B 4 3 () C C 6 5 Memóris X X (2) Y Y 4 ESQUEMA ELÉCTRICO DE COMANDO Um ds mis vlis que dvém d utilizção deste método, é simpliidde de otenção do esquem elétrio de omndo do iruito Este, resultrá d plição diret ds equções de movimento dos ilindros pneumátios otids nteriormente (ver Equções e 2) O proesso de implementção que iremos seguir dividi-se em três fses: rição ds memóris, sequêni de movimentos proprimente dit e limentção d pltform de pré-emlgem Num iruito purmente pneumátio, implementção ds memóris fz-se reorrendo válvuls 5/2 i-estáveis que, por si só grntem s ondições iniiis d sequêni de movimentos, (ver Figur 4) Figur 4 Implementção de um memóri em pneumáti Em eletropneumáti, s memóris são essenilmente relés e, omo tl, possuem um omportmento mono-estável Torn-se portnto neessário efetur um montgem de memorizção ou sej, um uto-limentção, Figur 5 Figur 5: Implementção de um iruito de uto-limentção X X _ 24V V NX X X K K K K X

5 Como poderá oservr n Figur5, o ontto X, orresponde à ondição de tivção d memóri pr o estdo X e, ondição indid por X orresponderá à reposição d memóri o seu estdo iniil (tivção do estdo NX) A tução do ilindro D (simples efeito), result d entrd de frsos n pltform de pré-emlgem e por isso será tudo pós o ontdor de entrd tingir o vlor 5 Este, deverá fir tudo (posição de vnço) pós o quinto movimento de vnço O omndo deste ilindro em omo os ontdores que lhe estão ssoidos estão representdos n Figur 6 Figur 6 Condições de tivção do ilindro D () Pr elorção e simulção do iruito pneumátio, em omo do iruito elétrio de ontrolo (ver Figur 8), foi utilizdo o softwre de simulção de iruitos pneumátios Automtion Studio A ompetitividde no mundo industril eige que desde o sensor mis simples té o proessdor industril mis ompleo, tudo fç prte de um dei funionl n qul oneitos omo o ontrolo desentrlizdo, supervisão e gestão d informção, tenhm d vez mis importâni Por outro ldo, interligção entre os equipmentos, ontroldores e omputdores ri um ligção trnsprente que filit supervisão e oordenção entre proessos prlelos ou dependentes Assim, informção onverte-se num dos vlores mis importntes pr optimizção do proesso glol proporionndo-nos vlioss ferrments pr tomd de deisões n melhori d produção [6] A resolução de um qulquer prolem utilizndo ontroldores lógios progrmáveis (PLCs), pssrá em primeiro lugr pel definição dos seus três loos funionis; entrds, síds e lógi Assim, e pr o prolem em estudo, definemse omo entrds todos os sinis provenientes dos fins de urso dos ilindros, do ou dos otões de rrnque em omo do sistem de ontrolo de entrd de emlgens n pltform de pré-emlgem Os sinis de síd, por seu ldo, orrespondem à tução dos solenóides ds válvuls distriuidores dos tudores, (ver Figur 7) Fins de urso Sensor otão de rrnque Bloo lógio Solenóides Figur 7 Bloo funionl A implementção ds memóris será em tudo semelhnte o proesso utilizdo no ontrolo elétrio já que, lingugem de onttos trnsform o digrm elétrio funionl num simologi lógi semelhnte A memóri X será então definid segundo o digrm Ldder [7] presentdo n Figur 9

6 Figur 8: Implementção do ontrolo do iruito pneumátio Por seu ldo implementção d memóri Y, n form de digrm Ldder, será relizd de ordo om mesm filosofi, ou sej omo o representdo n Figur Figur 9: Implementção d memóri X

7 Figur : Implementção d memóri Y 5 CONCLUSÕES Tem sido nosso ojetivo, reompensr o ensino d utomção om um mior proimção dos lunos à relidde industril e, omo tl, devemos ser proporionr-lhes um visão mis rngente n prendizgem d utomção Pel su simpliidde, ompreensão e utilizção, o método qui desrito, tem permitido relizção de plições mis próims d relidde industril O so qui referido é disso um eemplo Por isso, e n qulidde de indivíduos om responsiliddes no ensino d utomção, julgmos ter ontriuído, om est nov téni, pr um melhor ensino d engenhri d utomção, prtiulrmente no âmito d engenhri meâni Nturlmente, que ind muito hverá fzer, ms est é sem dúvid um tref que nos e umprir 6 BIBLIOGRAFIA [] Mglhães, A J P, Almeid, F G, Flndo de Automção, DEMEGI FEUP (Doumento interno), 996, Portugl [2] Werner Deppert, Redution des Coûts pr l Pneumtique, Vogel Buhverlg Wurzurg, 987, Germn [3] Tu, H, Ciruitos Digitis e Miroproessdores, MGrw-Hill 982, Portugl [4] Sntos, A A, Silv, A F, Automção Pneumáti, Pulindústri Edições Ténis, 22, Portugl [5] Eregov, M D, Lng, T, Moreno, J H, Introdution to Digitl Sstems, John Wile & Sons, 999, EUA [6] Omron, Ct Comunições /99, Omron Elétronis, 999, Portugl [7] Pessen, Dvid W, Industril Automtion Ciruit Design nd Components, John Wile & Sons, 987, New York