M.A.P.A. - AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

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M.A.P.A. - AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
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QUESTÃO 1
Considerando-se que os motores das esteiras são acionados por inversores de frequência com realimentação por encoder para o fechamento da malha de controle de velocidade, o sensor de peça como sendo de proximidade do tipo fotoelétrico, o atuador pneumático e a cancela pneumática que são comandados por controle liga-desliga, o acionamento do sistema de visão de máquina ocorrendo à partir um bit digital de comando, determine a quantidade e o tipo de cada uma das variáveis de entrada e saída deste processo.
Resposta:
ENTRADAS: 
Entrada: Encoder do motor da esteira principal envia dados de sua velocidade para o CLP
Entrada: sensor de peça envia sinal de presença de peça
Entrada: sistema de visão de máquina envia sinal de peça conforme ou não-conforme
Entrada: Encoder do motor da esteira de derivação envia dados de sua velocidade para o CLP
SAÍDAS:
Saída: CLP envia um comando para o inversor de frequência ligar o motor da esteira principal
Saída: CLP envia o comando de velocidade para o inversor de frequência do motor da esteira principal
Saída: atuador pneumático recebe sinal do CLP para atuar o retorno é feito por mola
Saída: cancela pneumática recebe sinal do CLP para atuar, o retorno é feito por mola
Saída: CLP envia um comando para o inversor de frequência ligar o motor da esteira de derivação
Saída: CLP envia comando de velocidade para o inversor de frequência do motor da esteira de derivação
QUESTÃO 2
Com base no resultado encontrado na Questão 1, determine a quantidade mínima de I/Os que o CLP deve ter para controlar este processo e quais os tipos de I/Os devem estar previstos nos cartões deste controlador, levando-se em consideração para esta questão apenas cartões locais.
Resposta:
O CLP deve conter no mínimo 4 entradas e no mínimo 6 saídas, segue abaixo dos tipos de i/os necessários nesse CLP:
	ENTRADAS (TIPO)
	DESCRIÇÃO
	DIGITAL
	Encoder da esteira principal identifica velocidade
	DIGITAL
	Acionamento de presença do sensor de peça
	ANALÓGICO
	Avaliação de conformidade do sistema de visão
	DIGITAL
	Encoder da esteira de derivação identifica velocidade
	SAÍDAS (TIPO)
	DESCRIÇÃO 
	DIGITAL
	Acionamento do motor da esteira principal
	ANALÓGICO
	CLP envia comando de atualizar velocidade para inversor de frequência da esteira principal
	DIGITAL
	Acionamento do atuador pneumático 
	DIGITAL
	Acionamento da cancela pneumática 
	DIGITAL
	Acionamento do motor da esteira de derivação
	ANALÓGICO 
	CLP envia comando de atualizar velocidade para inversor de frequência da esteira de derivação
QUESTÃO 3
Em caso do uso de redes de comunicação de dados industriais (redes industriais), determine qual tecnologia de rede pode atender ao processo descrito na figura 1 incluindo todas as suas variáveis de I/O.
Resposta:
 A rede industrial ideal para o processo descrito na figura mencionada, é do tipo DEVICEBUS. A rede DeviceNet fornece rede de informações e controle aberto em nível de dispositivo para dispositivos industriais simples. Ela oferece suporte à comunicação entre sensores e atuadores e dispositivos de nível mais alto, como controladores programáveis e computadores. Com alimentação e sinal em um único cabo, oferece opções de fiação simples e com custo otimizado. pois os dispositivos que atuam no sistema das esteiras precisam realizar um controle de velocidade de mais dados em nível de bytes, conforme os inversores de frequência dos motores das esteiras. Também nos sistemas de visão de peça onde é necessário o processamento de bytes, a rede DeviceNet atende a esses requisitos.
QUESTÃO 4
Dado o funcionamento descrito no que tange à seleção das peças conforme e não-conforme, determine como é realizada a contagem de peças em cada uma das classificações (conforme e não-conforme) em termos de programação do CLP, apresentando a(s) linha(s) de programação em linguagem Ladder necessárias para contabilizá-las.
Resposta.
A linguagem Ladder é uma linguagem de alto nível utilizada para programar CLPs, capaz de realizar o controle de sistemas industriais complexos, substituindo os antigos circuitos controladores a relés que eram caros, de difícil manutenção e menos seguros. A principal vantagem de representar as lógicas de controle por meio de diagramas Ladder é que permite à engenheiros e técnicos de campo desenvolver "códigos" sem conhecimento prévio de outras lógicas de programação como o FORTRAN ou o C, devido à familiaridade com a lógica a relés. Além disso, pode-se facilmente montar um circuito elétrico físico a partir do software, e vice-versa. Um dos principais problemas apresentados pela linguagem é a incompatibilidade entre CLPs, mesmo entre modelos diferentes da mesma família, transferir um código de um controlador para outro ainda pode ser um trabalho custoso. Devido ao fato de todos os processos do diagrama serem realizados pelo processador (CPU) do CLP de forma sequencial, é preciso de uma estrutura de loop que executa uma certa quantidade de vezes por segundo, fazendo com que os resultados na saída sejam quase imediatos. Para isso, o CLP utiliza um Ciclo de Varredura que consiste nos seguintes passos:
Leitura das entradas e atualização da memória, que podem ser tantos as entradas externas como sensores e chaves, como entradas internas, como valores de bobinas e temporizadores.
Execução do programa, onde todos os passos da programação são realizados, da esquerda para a direita e de cima para baixo. Nenhum valor obtido nesse processo é utilizado nos cálculos, portanto se alguma bobina obtiver um novo valor e houver alguma chave associada a ela, esse valor não é alterado até a próxima execução do ciclo de varredura.
Escrita da memória e atualização das saídas, onde os novos valores obtidos no passo de Execução do programa são atualizados na memória e as saídas externas são alteradas
Existem 3 tipos de componentes na linguagem Ladder:
As entradas (ou contatos), que podem ler o valor de uma variável booleana;
As saídas (ou bobinas) que podem escrever o valor de uma variável booleana;
Os blocos funcionais que permitem realizar funções avançadas.
Os elementos estão associados à variáveis internas que podem tanto ser virtuais como entradas e saídas físicas de um CLP.
As entradas (ou contatos), existem dois tipos:
A entrada normalmente aberta (NA): instrução de LÓGICA DIRETA tem na programação o mesmo nível lógico vinculado ao endereçamento
A entrada normalmente fechada (NF): a instrução de LÓGICA INVERSA tem na programação o nível lógico inverso vinculado ao endereçamento. 
As saídas sempre são bobinas, relés contatores ou de estado sólido (óptico, PWM, DC etc.). Tal saída está ativa quando a variável booleana associada é verdadeira, caso contrário, ela está inativa.
As saídas (ou bobinas), existem dois tipos:	
A saída normalmente aberta, energizada quando a variável booleana associada é verdadeira: a instrução de SAÍDA LÓGICA tem na programação o resultado em nível lógico que à antecede.
A saída normalmente fechada, energizada quando a variável booleana associada é falsa: a instrução de SAÍDA LÓGICA INVERTIDA tem na programação o resultado em nível lógico inverso que à antecede.
Alguns tipos de bobinas especiais são chamados Blocos Funcionais, por possuírem implementações mais complexas, como as bobinas de SET e RESET, que funcionam de forma semelhante a Latches;
Os blocos funcionais permitem realizar operações mais complexas que a leitura ou escrita de variáveis. São exemplos de blocos funcionais os contadores, temporizadores, bobinas de set ou reset etc. Utilizando Diagramas de Blocos, pode-se inclusive criar blocos personalizados (funções encapsuladas) definidas pelo usuário para facilitar a organização. Algumas IDEs fornecem outras opções de blocos funcionais como comparadores (maior que, menor que e igual a), operadores matemáticos (adição, subtração, multiplicação e divisão) e portas lógicas. Ainda há a opção de obter bibliotecas com blocos já prontos para uso.	
Temporizadores são dispositivos utilizados para mediro tempo e atuar ao final do ciclo. Comumente os temporizadores são representados por dois símbolos, um indica um retardo na ativação e outro um retardo na desativação.
Na linguagem Ladder os temporizadores levam alguns argumentos para seu funcionamento, são eles:
Entrada para ativação dos temporizadores com delay na subida (TON), no momento que houver uma entrada verdadeira, o tempo programado começará a correr. Após o tempo determinado ser atingido, a saída do temporizador será verdadeira e permanecerá nesse estado enquanto a entrada for verdadeira. Quando o valor da entrada for falso o temporizador volta para o estado falso, sendo que caso outra entrada verdadeira seja aplica o processo ocorrerá novamente. Caso o sinal se torne falso antes de o temporizador atingir o valor máximo, sua contagem é resetada e a saída permanece falsa.
Para os temporizadores com delay na descida (TOF), no momento que aplicar-se uma entrada verdadeira, a saída do temporizador também será verdadeira. Quando o valor da entrada for de verdadeiro para falso, o temporizador contará o tempo programado e então sua saída se tornará falso quando o tempo pré-definido for atingido.
Os temporizadores têm uma grande importância na automatização de processos, devido ao fato de dar ao utilizador o controle do tempo de processos. Os temporizadores podem ser tanto digitais, sendo executados pelo processador, ou físicos, possuindo ligação com o CLP.
Os contadores são usados para incrementar ou decrementar um valor até alcançar o número pré-determinado de um processo. As mudanças de estado de um sinal externo são acumuladas, não importando o tempo, apenas a transição. São normalmente conectados a sensores digitais e deste modo é possível controlar o número de pulsos no contador, e quando o valor desejado é alcançado a bobina ligada à saída é acionada. Contadores são retentivos e no caso de queda de energia o valor acumulado não será perdido.
Existem três tipos de contadores, os de contagem crescente (CTU), decrescente (CTD) e o crescente e decrescente (CTUD). Para usar um contador inicialmente é necessário definir uma tag do tipo COUNTER.
Controlador CTU, para o seu funcionamento, o sinal da entrada (associada com a variável CU, do tipo BOOL) deve variar de 0 a 1 fazendo com que o contador adicione um ao seu acumulador (CV, do tipo INT) até alcançar o seu valor limite (PV, do tipo INT) para tornar o valor da sua saída (Q, do tipo BOOL) verdadeira. Caso ocorrer o acionamento da variável do tipo BOOL- RESET, o valor do CV será resetado.
Exemplo de aplicação: contar o número de cerâmicas produzidas em uma olaria, ao atingir o valor limite a linha de produção é interrompida para a retirada do lote. Após é reiniciada a contagem.
O funcionamento do CTD é o contrário do CTU, o sinal da entrada (associada com a variável CD, do tipo BOOL) deve variar de 1 a 0 fazendo com que o contador decremente um ao seu acumulador (CV, do tipo INT) até alcançar o seu valor mínimo (PV, do tipo INT) para tornar o valor da sua saída (Q) verdadeira. Caso ocorrer o acionamento da variável –do tipo BOOL- LOAD, o valor do CV será resetado.
Exemplo de aplicação: um dispositivo de uma fábrica de doces capaz de trocar as embalagens de pacotes de balas é acionado quando o pacote que está sendo enchido, o qual comporta trinta unidades, estiver cheio.
O funcionamento do CTUD é a junção de ambos os contadores (CTU E CTD), no qual as variáveis do tipo BOOL QU e QD representam as saídas do contador crescente e do decrescente.
Exemplo de aplicação: cortar pedaços de madeira com determinados comprimentos.
Contadores em cascata: dependendo a aplicação se faz necessário contar eventos que excedem o máximo permitido pelo contador, sendo assim, é possível interconectar dois ou mais contadores usando em forma de cascata. A técnica consiste em acionar uma instrução de um contador a partir da saída de outro com instrução semelhante.
Exemplo de aplicação: monitoramento de hora usando três contadores, para representar horas, minutos e segundos.
Bobinas SET/RESET	
Representadas pela bobina padrão com uma letra S (Set) ou R (Reset), esse tipo de bobina armazena um estado (verdadeiro, se a bobina for SET e falso se a bobina for RESET) em uma variável booleana toda vez que uma borda de subida é identificada. O estado então será mantido mesmo com a desenergização da bobina, até que uma outra chamada futura altere seu valor. Esse tipo de bobina facilita a implementação de sistemas com memória.
Programa foi feito em Ladder no software ZELIO SOFT2
QUESTÃO 5
Demonstre como ocorre a relação dos sistemas PIMS e MES no processo dado e qual o papel de cada sistema, apresentando exemplos que possam comprovar sua resposta, caso contrário a mesma será desconsiderada.
Resposta:
Devido a próxima revolução industrial, denominada Indústria 4.0 ou Manufatura Avançada que irão oferecer as empresas uma gama de inovações que auxiliam na melhoria dos processos e organização da indústria, transformando a gestão tradicional em um novo modelo que aumenta a sua eficiência e produtividade de forma segura. A indústria 4.0 baseia-se na gestão e análise eficiente dos dados coletados de todas as atividades realizadas na empresa, que, então, apontam a correta tomada de decisão dos gestores – o que é possível através da digitalização dos seus processos. Para auxiliar esses processos existe um sistema chamado MES (Manufacturing Execution Systems), que é capaz de ajudar a indústria a melhorar o processo de produção e aumentar o controle sobre os maquinários.
O sistema MES é capaz também de prever o cumprimento das metas, diminuir as paradas das linhas de produção, além de possibilitar a análise do impacto das ações através de indicadores e ajudar na adaptação e impedimento de problemas para minimizar os impactos negativos. Esse sistema está ligado diretamente ao chão de fábrica e a sua integração ao sistema ERP que é capaz de aumentar ainda mais a otimização do processo produtivo. Por isso o MES é uma ferramenta importante para as empresas, facilitando a digitalização da indústria.
O sistema PIMS (Plant Information Management Systems) é uma ferramenta muito útil para processar grande quantidade de informações, logo sendo útil em Plantas Industriais. Essa fermenta permite além de coletar, armazenar e cruzar informações da linha de produção, permite também acessar dados antigos, tornando assim um historiador.
Tanto os sistemas MES e PIMS são ferramentas que facilitaram o processo de fabricação da indústria, porque ambas têm a funcionalidade de antecipar as tendências, ajudar nas tomadas de decisões e armazenar dados históricos, além de ambas interagir com o sistema corporativo ERP e com os instrumentos cada vez mais interligados a internet (IOT) os controles de ativo ficam muito mais eficientes e facilmente interativos aos sistemas MES ou PIMS.
Antes as empresas precisavam de grandes servidores físicos para rodarem os sistemas MES ou PIMS para armazenar e analisar várias informações obtidas no chão de fábrica. Hoje o sistema MES e/ou PIMS é possível rodarem nas clouds, diminuindo ou eliminando assim os servidores físicos.
 O sistema PIMS irá organizar os dados de todas as operações em uma planta fabril (de qualquer tipo), estruturando-os em um banco de dados centralizado onde o sistema MES se utilizara como base para organizar certos pontos. No caso da fábrica de peças automotivas em questão, o sistema MES auxiliará no levantamento de dados do processo como produção, identificara tempo de máquinas ociosas determinando possíveis aumentou diminuição de demanda, fará o rastreio de não-conformidades das peças que saem da pintura e com isso procurar soluções para diminuir o reprocesso, planejando formas de eliminar os gargalos, desvios e falhas identificados, e realizar a manutenção (preventiva, preditiva e corretiva) dos equipamentos corretamente nos períodos corretos.