ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS 10ª Série Automação Industrial Engenharia Elétrica A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas programadas e supervisionadas e que tem por objetivos: Favorecer a aprendizagem. Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz. Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo. Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado. Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação. Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas práticos relativos à profissão. Direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação intelectual. Para atingir esses objetivos a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução. A sua participação nessa proposta é essencial para que adquira as competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional. Aproveite essa oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA: Eberval Oliveira Castro Faculdade Anhanguera de Jundiaí
Pág. 2 de 9 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES. Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionais descritas a seguir. Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à Engenharia. Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados. Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia. Produção Acadêmica Relatório 1 Fundamentos de Controladores Lógicos Programáveis: Etapa 1. Relatório 2 Programação de CLP usando linguagem Ladder: Etapa 2. Relatório 3 Simulação de sistemas baseados em CLP com IHM: Etapa 3. CD/DVD, contendo os resultados das simulações, catálogos, tabelas e folhas de dados: Etapa 3 e Etapa 4. Artigo, contendo o resultado final do trabalho: Etapa 4. Participação Para a elaboração dessa atividade, os alunos deverão previamente organizar-se em equipes e entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina. Essas equipes serão mantidas durante todas as etapas. Padronização O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT 1, com o seguinte padrão: em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; fonte serifada de boa legibilidade (Serif, Times New Roman etc. ) tamanho 12, cor preta; espaçamento de 1,5 entre linhas; se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas; com capa, contendo: nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; nome e RA de cada participante; título da atividade; nome do professor da disciplina; cidade e data da entrega, apresentação ou publicação. 1 Consultar o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em: < http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza o_de_trabalhos_acad m >.
Pág. 3 de 9 DESAFIO Automação pode ser entendida como a aplicação de tecnologias que visem a substituir tarefas de trabalho humano e/ou obter soluções rápidas e econômicas para a indústria e os serviços modernos. A automação é o estudo das maneiras de se implementar e realizar ações que tornam um processo ou sistema automático, sendo que essas ações podem ou não ter sua origem no controle. Muitos sistemas automáticos contemporâneos usam computadores capazes de realizar diversas tarefas fundamentais na automação industrial. Tais sistemas computacionais são conhecidos como computadores de processo e permitem, entre outras coisas, coletar informações sobre o processo a ser controlado, sintetizar leis de controle, simular desempenhos, implementar controle de tempo real, prover interface amigável (sistemas supervisórios) e realizar controle inteligente (aplicando inteligência artificial). Figura 1 Sistema logístico, usando esteiras automatizadas. Fonte: [s.n.]. Disponível online em <http://asextaonda.com.br/image.axd> Acesso em 20 abr. 2012. Neste desafio você desenvolverá o projeto de um sistema de controle para classificação de produtos em um sistema de esteira automatizado para ser instalado em um complexo logístico nos moldes dos sistemas usados em empresas de transporte de cargas expressas e aeroportos. Considerar um sistema de transporte e classificação baseado em esteiras, atuadores e sensores usados em uma empresa transportadora. Uma das esteiras do sistema recebe três tipos de produtos de tamanhos e cores diferentes: produto pequeno, na cor vermelha; produto médio, na cor verde e produto grande, na cor amarela. A separação dos produtos é feita através de um conjunto de pistões pneumáticos (atuadores) com sensores acoplados. Os produtos amarelos não sofrem intervenção de nenhum dos pistões e são depositados na caixa A (amarela) ao final da esteira. Os produtos vermelhos são depositados na caixa B (vermelha) através da ação do pistão localizado na parte inferior da figura 2c. Os produtos verdes são depositados na caixa C (verde) através da ação do pistão localizado na parte superior da figura 2c. Os detalhes do sistema podem ser vistos na figura 2 a seguir.
Pág. 4 de 9 Figura 2 Sistema de classificação de produtos baseado em esteira rolante. No final da esteira os produtos devem ser separados por tipo em caixas específicas com capacidades diferentes como se segue: 1 A caixa de produtos vermelhos comporta 50 produtos. 2 A caixa de produtos verdes comporta 36 produtos. 3 A caixa de produtos amarelos comporta 10 produtos. Há sensores acoplados aos pistões que indicam que um produto de determinado tamanho está passando em frente a ele, por exemplo, o pistão responsável por mover os produtos vermelhos possui um sensor que indica que um produto pequeno está passando por ele, enquanto o pistão responsável por mover os produtos verdes possui um sensor acoplado que indica a presença de um produto médio. Há um terceiro sensor ao final da esteira para os produtos grandes (amarelos). Todos os três sensores têm a saída em nível alto na presença do produto para o qual está calibrado para detectar e nível baixo na ausência de um produto ou na presença de produtos de outros tamanhos. Seu desafio será programar um Controlador Lógico Programável para controlar esse sistema. Objetivo do desafio Redigir um artigo final, contendo o projeto desenvolvido ao longo do semestre e entregar também um CD/DVD, contendo os arquivos das simulações realizadas.
Pág. 5 de 9 ETAPA 1 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: Conceito de CLP, Hardware e sensores e atuadores utilizados na indústria. Essa atividade é importante para desenvolver as habilidades e adquira os conhecimentos básicos para o desenvolvimento do projeto. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Pesquisar, na Biblioteca da sua unidade em livros, revistas e outros periódicos que tratem sobre Controladores Lógicos Programáveis. Desenvolver um texto de, no máximo, duas páginas sobre o tema Aplicações de CLP na indústria. Responder às perguntas abaixo, com base no material pesquisado, mas não se limitando a ele e anexar as respostas ao texto produzido. 1 Como poderia ser definido um CLP? Qual a diferença entre um CLP e um computador pessoal? 2 Quais os elementos básicos constituintes do hardware de um CLP? Faça um diagrama de blocos representando um CLP e ilustrando sua resposta. 3 Quais são os tipos de entrada/saída disponíveis em CLPs básicos? 4 O que são módulos de expansão? 5 Citar alguns tipos de recursos que podem ser adicionados a um CLP através de módulos de expansão. Passo 2 (Equipe) Fazer uma pesquisa sobre fabricantes e modelos de CLP disponíveis no mercado brasileiro, destacando os fabricantes nacionais. Passo 3 (Equipe) Montar uma tabela comparativa entre os CLPs pesquisados no passo anterior contendo: fabricante, modelo, tensão de alimentação, capacidade da memória, interfaces para comunicação/programação, módulos disponíveis e preço médio e, baseando-se nas características de cada um deles, discutir com seu grupo de trabalho e escolher o que melhor se adéqua às características do sistema que será desenvolvido neste projeto, levando em conta recursos disponíveis, custo do projeto, facilidade de manutenção etc. Passo 4 (Equipe) Entregar ao professor da disciplina um relatório chamado: relatório 1 Fundamentos de controladores lógicos programáveis, contendo as atividades propostas nos Passos 1, 2 e 3 desta Etapa.
Pág. 6 de 9 ETAPA 2 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: Instruções de bit, entradas e saídas digitais; introdução ao diagrama de contatos (ladder diagram). Instruções de contagem, temporização e memorização. Essa atividade é importante para desenvolver habilidades com programação de CLP em linguagem gráfica e crie os acionamentos básicos para o projeto deste desafio. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Pesquisar, na Biblioteca da sua unidade em livros, revistas e outros periódicos que tratem sobre o padrão IEEE 61131-3. Desenvolver um texto de, no máximo, duas páginas sobre o tema Linguagens para programação de CLPs. Responder às perguntas abaixo, com base no material pesquisado, mas não se limitando a ele e anexar as respostas ao texto produzido. 1 Quais as categorias de linguagem para programação de CLP definidas pela norma IEEE 61131-3?, 2 Fazer uma tabela comparativa contendo as principais características de cada uma delas, classificando-as inclusive em linguagens gráficas e linguagens textuais. 3 Qual a principal vantagem em se utilizar a programação ladder diagram (LD)? 4 Escrever em linguagem ladder as portas lógicas básicas: NOT, AND, OR, NAND, NOR e XOR. Passo 2 (Equipe) Fazer um diagrama, contendo os elementos do sistema mostrado na figura 2, incluindo todos os sensores e atuadores, incluindo o acionamento do motor da esteira. Considerar, dentro do sistema de esteiras, apenas o pistão pneumático com sensor acoplado. Escrever, em linguagem ladder um programa para acionar pistão pneumático por um segundo todas as vezes que o sensor estiver em nível alto, ou seja, todas as vezes que um produto a ser movido seja detectado. Passo 3 (Equipe) Adicionar um sistema de contagem, armazenando em uma memória as quantidades de produtos de cada tipo que passarem pela esteira. Criar um programa em Ladder para realizar o acionamento do motor elétrico da esteira com autor-retenção (contato de selo ). Considerar que haja duas botoeiras para comandar a esteira, uma para ligar e outra para desligar. Adicionar ao programa de acionamento de motor, desenvolvido anteriormente, um temporizador de modo a evitar que o motor seja religado antes de 5 minutos do último desligamento.
Pág. 7 de 9 Dica: Durante a partida direta de um motor elétrico de indução, a corrente de partida pode alcançar picos de 6 a 7 vezes a corrente nominal durante um curto período de tempo. Partidas sucessivas, especialmente com carga, podem danificar o equipamento elétrico (e mesmo os cabos de alimentação) por superaquecimento. Passo 4 (Equipe) Entregar ao professor da disciplina um relatório chamado: relatório 2 Programação de CLP, usando linguagem ladder, contendo as atividades desenvolvidas nesta Etapa, incluindo todos os programas. ETAPA 3 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: desenvolvimento de projeto de automação. Linguagens de programação: lista de instruções e diagrama de blocos. Desenvolvimento de projeto de automação com IHM. Essa atividade é importante para desenvolver habilidades de programação de CLPs, usando linguagem textual e implementar funcionalidades, usando Interface Homem- Máquina no seu projeto. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Escolher um ambiente integrado de desenvolvimento para trabalhar no projeto. Notar que a escolha do ambiente integrado (IDE Integrated Development Environment) deverá estar de acordo com a escolha da tecnologia a ser usada no seu projeto. Caso tenha dúvidas neste passo, consultar o professor da disciplina. Dica: Uma IDE para projeto, programação e simulação que pode ser baixada gratuitamente na Internet é o Software de Programação do Clic 02 - CLIC EDIT da WEG no endereço eletrônico abaixo. Site sugerido para pesquisa WEG. Disponível online em: <http://www.weg.net/br/produtos-e-servicos/geral/central-de- Downloads/Resultado-da-Busca/(group)/3>. Acesso em 19 de abr. 2012. Passo 2 (Equipe) Fazer um documento descritivo detalhado com pelo menos 3 páginas sobre interface gráfica da IDE escolhida, especialmente sua janela principal. Incluir também os passos básicos para a criação de um novo projeto, usando linguagem Ladder, Blocos Lógicos de Função e Lista de Instruções, caso haja suporte.
Pág. 8 de 9 Dica: Notar que nem todas as tecnologias permitem a programação em todos os tipos de linguagem previstos no padrão IEEE 61131-3. Estar atento para as linguagens suportadas pela tecnologia escolhida pela sua equipe de trabalho para o desenvolvimento deste projeto. Passo 3 (Equipe) Adicionar ao seu projeto uma IHM (Interface Homem-Máquina) capaz de mostrar as alterações nas variáveis usadas para contar os produtos na linha. Fazer a simulação do sistema, usando a IDE escolhida e adicionar os resultados, incluindo recortes de tela, ao relatório desta etapa. Passo 4 (Equipe) Entregar ao professor da disciplina um relatório chamado: relatório 3 Simulação de sistemas baseados em CLP com IHM, contendo as atividades desenvolvidas nesta Etapa, incluindo todos os programas. ETAPA 4 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: instruções avançadas: comparação, aritméticas. Entradas e saídas analógicas. Sistemas supervisórios - conceitos. Essa atividade é importante para concluir o projeto, desenvolvendo o programa de controle para o guindaste de pórtico. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Considerar que as caixas A, B e C para os produtos vermelho, verde e amarelo, respectivamente, devem ser automaticamente substituídas por um sistema robotizado sempre que estiverem cheias, por caixas vazias. A substituição de cada uma das caixas pelo robô leva exatamente 5 segundos. Inserir sinal de substituição a ser enviado ao robô sempre que uma das caixas estiver cheia. Passo 2 (Equipe) Inserir uma garantia de que não será adicionado um produto antes que a caixa seja substituída. Nesse caso, se chegar um novo produto do mesmo tipo e a caixa estiver sendo substituída, o motor da esteira deve ser desligado. Dica 1: Isso pode ser feito, adicionando temporizadores que são acionados sempre que uma substituição de caixa for iniciada. Caso um produto chegue antes da substituição ter
Pág. 9 de 9 ocorrido, ou seja, antes do temporizador ter sido zerado, o motor deve ser desligado até que o temporizador tenha contado o tempo necessário para que o robô complete sua tarefa. Dica 2: Considerar que um soft-starter foi adicionado ao sistema, permitindo que partidas sucessivas sejam realizadas no motor da esteira sem maiores prejuízos ao equipamento. Passo 3 (Equipe) Simular e realizar os ajustes necessários para o correto funcionamento do sistema. Discutir com sua equipe de trabalho sobre melhorias que poderiam ser adicionadas ao sistema e propor um sistema supervisório para ser utilizado neste projeto. Salvar recortes de tela de modo a demonstrar o correto funcionamento. Passo 4 (Equipe) Entregar ao professor da disciplina um artigo chamado: Artigo Final, contendo todas as informações e dados gerados, não se esquecendo de citar todas as fontes. Entregar também um CD/DVD, contendo os arquivos da simulação realizada, datasheets e outras informações que julgarem interessantes. Livro-texto da Disciplina MORAES, Cícero C. de. Engenharia de Automação Industrial. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2007.