Automatismos. Lino Marques. Versão de 15/02/2007. Automação Industrial. Lino Marques 2008

Transcrição

1 Lino Marques Versão de 15/02/2007 1

2 Conteúdo 2.1 O que são automatismos? 2.2 Arquitectura de um automatismo 2.3 Elementos de automatismos industriais 2.4 Especificação funcional: o método GRAFCET 2

3 O que são? Sistemas que executam tarefas de forma autónoma (i.e., sem a intervenção humana) 3

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6 Localização na hierarquia da automação Inter-fábricas Coordenação global Fábrica Planeamento e Gestão da Produção Sector Supervisão Célula Sincronização de operações Unidade Máquina Controlador Sensores & Actuadores 6

7 Industriais Automatismo Industrial Medidas Actuação Matéria prima Energia Conhecimento Entradas Planta Industrial (Processo técnico) Produtos 7

8 Arquitectura típica de um automatismo industrial Fieldbus Processamento DSP ou µc Interface Humano Conversão A/D Conversão D/A Condiciona mento de sinal Drivers de potência Sensores Transdutores Actuadores 8

9 Diagrama de blocos de um automatismo genérico 9

10 Elementos de um automatismo Controller HMI 10

11 Controladores 11

12 Actuadores 12

13 Actuadores (2) 13

14 Detectores Saídas em colector aberto: Facilidade de adaptação a diferentes níveis de tensão Ligação de múltiplos detectores em paralelo Imunidade ao ruído 14

15 Detectores (2) 15

16 HMI 16

17 Tecnologia dos automatismos Cablada Pneumática Hidraulica Eléctrica Relés Electrónica Em geral ocupa muito espaço, Revela pouca flexibilidade para alterações, Dificuldade em detectar e reparar avarias, Não está adaptada a funções de controlo complexas. Programada PLC Computador 17

18 Controladores Industriais Pneumáticos Aparecem a partir da década de 30, e dominam o mercado até à década de Electrónicos aparecem na década de 50 e com o aparecimento dos microprocessadores, passam a dominar o mercado a partir da década de 80 18

19 História Mechanical devices Electro-mechanical relay systems 1970s PLCs, simple one-bit architectures 1980s PLCs with continuous (PID) control 1980s Grafcet (SFC) for sequence control 1990s IEC programming languages Now Soft PLCs 19

20 Estruturas básicas de controlo automático Malha aberta Malha fechada 20

21 Exemplo: Sistema de aquecimento de água num permutador de calor Regulação automática Regulação manual 21

22 Controlador ON-OFF Clássico Com Histerése 22

23 Controlo Discreto Sistemas de Controlo Discreto Sistemas de Eventos Discretos Máquinas de Estados Diagramas de estados Grafcet Codificação de Máquinas de Estados 23

24 Sistemas de eventos discretos Sistemas de Eventos Discretos (DES) são sistemas com um número discreto de estados comandados por eventos. Isto é a progressão dos seus estados depende exclusivamente dos acontecimentos discretos ocorridos ao longo do tempo (ver apontamentos de Sistemas Digitais). DES: O espaço de estados é um conjunto discreto. O mecanismo de transição de estados é comandado por eventos. Os eventos não necessitam de ser sincronizados (e.g., por um relógio). Várias abordagens de modelação, (e.g., máquinas de estados). 24

25 Máquinas de Moore e de Mealy Moore Machine Outputs are function solely of the current state Outputs change synchronously with state changes Mealy Machine Outputs depend on state AND inputs Input change causes an immediate (asynchronous) output change X Inputs Mealy only; no connection for Moore State Register Combinational Logic for Next State (FF Inputs) Comb. Logic for Outputs) Z Outputs State Feedback Clock 25

26 Máquinas de Moore e de Mealy Equivalência entre os diagramas de estados Moore Machine Reset/0 0 (N D + Reset)/0 Reset 0 N D + Reset Mealy Machine Reset/0 N/0 Reset [0] N N D/0 5 D/0 N D 5 [0] D N/0 N D/1 N+D/1 N D/0 [0] N+D N D 15 Reset/1 15 [1] Reset Outputs are associated with State Outputs are associated with Transitions 26

27 Diagramas de estado (Statecharts) D. Harel, 1987 Statecharts = Grafos estado-transição Hierarquia Concurrencia Memória Mecanismos de comunicação entre componentes concurrentes Fortemente relacionados com linguagens de programação síncronas 27

28 Diagramas de estado Ferramentas Diversas ferramentas de modelação, simulação e geração de código (e.g., ferramentas UML). Stateflow para Matlab/Simulink Semântica Harel no seu trabalho original apenas apresentou uma definição informal de semântica para diagramas de estado. Actualmente existem várias semânticas diferentes. Em 1996, Harel apresentou a sua semântica (Statemate) e comparou-a com 11 outras existentes... 28

29 Grafcet Formalismo expandido das máquinas de estado para implementar sequências de controlo. Nome industrial: Sequential Function Charts (SFC) Definido em França em 1977 como um método de especificação formal e projecto de controladores lógicos. Normalizado por IEC 848 e parte da IEC Inspirado na teoria de autómatos e redes de Petri Relacionado com linguagens sincronas. 29

30 Processo de normalização 30

31 IEC Parte 3: Linguagens de programação Definição de cinco linguagens interligadas : Sintaxe e Semântica de duas linguagens textuais e duas gráficas: Instruction List (IL) Structured Text (ST) Ladder Diagram (LD) Function Block Diagram (FBD) Linguagem para estruturação da programação: Sequential Function Chart (SFC) 31

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