Espec Automação Industrial - parte 1

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11/02/2014
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ESPECIALIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
PROF. DR. GUILHERME BEZZON
DEFINIÇÕES:
AUTOMAÇÃO: A automação possibilita através da 
eletrônica e da informática, a introdução de “inteligência” 
aos sistemas tradicionalmente mecânicos, possibilitando 
maior desempenho, flexibilidade, confiabilidade sem 
necessariamente, um aumento de custos.
Utiliza técnicas para construção de sistemas ativos 
capazes de executar uma atuação ou ação corretiva, 
buscando uma eficiência ótima do sistema através do 
controle do mesmo.
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TIPOS DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO
-Malha aberta: movimento é automático, 
repetitivo, sem correção, onde a saída independe 
da entrada.
-Malha fechada: sinal depende do erro entre set-
point e saída
Processo
Atuador
Controlador
Sensor
PROCESSOS:
-Contínuos: envolvem variáveis contínuas ou 
analógicas. Ex.: indústrias químicas, alimentos, 
farmacêuticas, etc.
-Discretos: envolvem variáveis discretas. Ex.: 
manufatura seriada, sistemas de montagem, 
automobilística
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TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROLE:
CONTÍNUO: utilizado com variáveis analógicas 
(pressão, temperatura, vazão, nível, etc.) através de 
sistemas com realimentação (malha fechada).
DISCRETO: utilizado com sinais lógicos 
(contatores, disjuntores, relés, chaves, válvulas 
solenóides, botões, leds, etc.) através de lógica 
digital (normalmente em malha aberta).
EXEMPLOS DE SISTEMAS A EVENTOS DISCRETOS
Exemplo 1: Estoque: os eventos são as chegadas de produtos e as 
chegadas de transportes para a saída de produtos.
Exemplo 2: Contator energizável pelas chaves L1 ou L2 e L3 
simultameamente: C = L1 + L2.L3
L1
L2 L3
C
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Exemplo 3: Semáforo em um cruzamento de ruas em T
Situações: (1,2) = veículos vindo de 1 e virando para 2
(1,3) = veículos vindo de 1 e virando para 3
(2,3) = vindo de 2 e indo para 3
(3,2) = vindo de 3 e indo para 2
a) Vermelho para (1,2) e (1,3), verde para (2,3) e (3,2)
b) Verde para (1,2) e (1,3), vermelho para (2,3) e (3,2)
S
3
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COMPOSIÇÃO DE UM PROJETO DE AUTOMAÇÃO
COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA AUTOMATIZADO:
-Parte operativa (PO) →→→→ atuação dos operadores
-Parte de comando (PC) →→→→ coordena as ações da PO
PO PC
Sinal
Atuação
Ordens de
Comando
Retorno de 
Informações
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PO
PC
Processo físico a automatizar.
Ex.: motores, ferramentas, garras, 
atuadores hidráulicos e pneumáticos, 
sensores, etc.
Comanda as entradas e elabora as 
saídas, coordena as ações da PO.
Ex. CLP, microcontrolador, PC, etc.
Especificações de um Projeto de Automação:
Especificações funcionais: descrever o funcionamento do sistema 
a automatizar, informando as funções, informações e comandos da 
PO sem analisar as tecnologias envolvidas (Nível 1)
Especificações tecnológicas: determinação de como o sistema 
automatizado deve ser fisicamente. Neste nível, devem ser fornecidas 
informações sobre a natureza da parte tecnológica. (Nível 2)
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Sugestão de Roteiro para Execução de um Projeto de 
Automação:
1. Descrição do Problema de Automação;
2. Descrição dos Objetivos do Projeto;
3. Especificações da PO: descrição dos dispositivos mecânicos, elétricos e 
eletrônicos a serem utilizados: sensores, transdutores, atuadores, dispositivos de 
comunicação, etc.
4. Especificação da PC: tecnologia e linguagens de controle e supervisão a serem 
utilizadas: controladores e supervisórios
5. GRAFCET: Nível 1 – Especificações funcionais
Nível 2 – Especificações tecnológicas
6. Programação do Controlador (Ex.: CLP → Ladder)
7. Programação do Sistema Supervisório ou Interface Homem-Máquina (IHM)
1. Descrição do Problema de Automação: descrição das 
características do sistema a automatizar. Em geral o responsável 
ou operador do sistema ou equipamento conhece suas principais 
características, que devem ser exploradas como fonte de 
informações para a elaboração do Projeto de Automação.
2. Descrição dos Objetivos do Projeto: o que se pretende 
automatizar no sistema ou equipamento. Qual o nível de 
automação requerido ? Verificar as principais deficiências do 
sistema que devem ser sanadas com a automação proposta. 
Deve-se lembrar que quanto maior o grau de automação (número 
de sensores e atuadores) mais eficiente e confiável se tornará o 
sistema, mas o custo também aumenta.
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3. Especificação da PO: definição e especificação dos 
sensores, sistemas de transdução, atuadores, sistemas físicos 
de comunicação e quaisquer outros elementos de hardware 
necessários ao projeto. Deve-se lembrar que a confiabilidade e 
precisão desses dispositivos está diretamente relacionado ao 
custo dos mesmos.
4. Especificação da PC: quais são as tecnologias de 
comando, controle e supervisão a serem utilizadas no projeto. 
Deve-se especificar o tipo de controlador e o tipo de 
linguagem a ser utilizada. Deve-se especificar também o 
sistema supervisório e/ou interface homem-máquina para o 
projeto em função dos requisitos do sistema de comunicação 
utilizado.
5. GRAFCET: Gráfico funcional de comandos etapa-
transição
- Definição de maneira clara e objetiva das especificações 
funcionais
- Representação gráfica das especificações
- Sucessão de etapas e transições
- Tem como objetivo modelar o sistema de automação, 
facilitando sua compreensão e programação do controlador e 
sistema supervisório.
Grafcet Nível 1 → Especificações Funcionais
Grafcet Nível 2 → Especificações Tecnológicas
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6. Programação do Controlador: Programação do controlador 
lógico programável em função do diagrama sequêncial (GRAFCET). 
Definição da lista de entradas e saídas e memórias do controlador.
7. Programação do Sistema Supervisório ou Interface Homem-
Máquina (IHM): Definição de tags, parâmetros, endereçamentos e telas 
para o sistema supervisório ou interface homem-máquina em função dos 
sensores, atuadores e lógica do programa desenvolvido.
GRAFCET - Definições Básicas:
1) Etapa:
1
2) Ação associada a uma etapa:
3 Avança cilindro 1
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Representação de mais de uma etapa
3 Avança cilindro 1 Aciona motor 1 Recua cilindro 2
ou
3 Avança cilindro 1
Aciona motor 1
Recua cilindro 2
Armazenamento de ação (SET/RESET): ação é mantida 
mesmo após a desativação da etapa até ser finalizada por 
outra etapa.
4 Avança cilindro 1S
7 Recua cilindro 1R
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3) Transição: indica a possibilidade de evolução entre etapas
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3
2
3
Botão 1 ligado e 
Botão 2 desligado
B1.B2
4) Temporização:
8
9
10
Avançar Cilindro 1
Acender Lâmpada 1
T/8/5s
T/8/1min
Etapa 9 ocorre 5 seg 
após etapa 8
Etapa 10 ocorre 1 min 
após etapa 8
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5. Sequências Seletivas (Alternativas): Usadas para representar 
decisões, nas quais é definida apenas uma sequência a ser seguida:
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18
20
21
25
d
a
c
l
pk
a.ba.b
6. Sequências Simultâneas (Paralelas): Após a ativação, por meio de 
uma única transição, cada sequência tem sua evolução independente.
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18
20
21
25
c k
a
d
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Exemplo 1: O operador aperta dois botões e começa o ciclo. A peça é 
deslocada até o local de furação e após a fixação da mesma, a furadeira 
se aproxima, realizando a operação de furar. Terminada a operação, a 
furadeira retorna e a peça é retirada. As peças são colocadas e retiradas 
manualmente.
 
Exemplo 2: Máquina de Estampar Peças
Elementos: 
-Dispositivo de carregamenteo
-Cilindro 1 (alimentador)
-Cilindro 2 (estampador)
-Cilindro 3 (extrator)
-Eletroválvulas: EV1; EV2; EV3
-Sensores de fim de curso: S1; S2; S3
-EV4 – expulsão da peça: sopro de ar
Sequência: Cilindros recuados
PTD – chave de partida manual
colocar peça no molde
recuar o êmbolo do cilindro alimentador
prensar o estampo sobre a peça (aguardar 2 segundos)
atuar o extrator e o bico de ar para retirar a peça
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Exemplo 4: O dispositivo de furação de peças da
figura segue a seguinte sequência: Após o
acionamento manual de um botão de partida (PTD), o
cilindro A avançaaté posicionar a peça no local de
furação, expulsando a peça já furada da sequência
anterior. Após posicionamento da peça, o cilindro A
retorna e em seguida, os cilindros de fixação, B1 e B2
avançam e fixam a peça a ser furada. Após a fixação
da peça, o motor (M) da furadeira é ligado e o
cilindro C avança a peça, juntamente com o sistema
de fixação em sentido da furadeira até que se realize o
processo de furação. Finalmente, o cilindro C retorna
e o motor M é desligado. Pede-se o grafcet funcional
(nível 1), o grafcet tecnológico (nível 2) e a lista de
entradas e saídas.
Dispositivos utilizados:
PTD: botão de partida manual que deve ser acionado
para o início da sequência
A, B1, B2 e C: cilindros de dupla ação
A-, A+, B1-, B1+, B-, B2+, C-, C+ : Sensores de início
e final de curso (respectivamente)
S1, S3, S5, S7: Solenóides responsáveis pelo avanço
dos cilindros A, B1, B2 e C
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Exemplo 5 (estrutura com seleção de sequência): Máquina de seleção de bebidas 
quentes
Botão de partida – Ptd AC – alimentação de copo descartável
Condição inicial – presença de copo – Sensor SC
Usuário – Chave seletora B
B1 – Café puro
B2 – Café com leite
B3 – Chocolate quente
Reservatórios: Válvulas de dosagem temporizadas
R1 – Café solúvel VR1
R2 – Leite em pó VR2
R3 – Chocolate VR3
R4 – Açúcar VR4
R5 – Água quente VR5
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Liberação de açúcar – Chave seletora A
A1 – Amargo VR4 – 0 seg
A2 – Doce VR4 – 4 seg
A3 – Extradoce VR4 – 6 seg
Receitas:
Café puro (B1): - 3 seg de café e 5 seg de água quente
Café com leite (B2): - 2 seg de café, 3 seg de leite e 7 seg de água quente
Chocolate (B3): - 2 seg de leite, 3 seg de chocolate e 6 seg de água quente
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Exercícios Propostos:
1. Elaborar o Grafcet para um sistema de semáforo para um cruzamento de duas vias:
Semáforo 1 Semáforo 2
VM1
AM1 AM2
VD1 VD2
VM2
2. Uma esteira acionada pelo motor E transporta garrafas de três tamanhos (pequena, 
média e grande) que sensibilizam três sensores óticos A, B e C, conforme ilustra a figura 
abaixo. O processo tem início quando a botoeira L é acionada e interrompido pela botoeira 
D. A seleção do tipo de garrafa é feita a partir de uma chave seletora de três posições (P, 
M e G). Assim, caso, por exemplo, sejam selecionadas garrafas grandes, a esteira deve 
parar e o alarme AL soar, caso uma garrafa pequena ou média seja detectada. Após 
retirada manual da garrafa indesejada, o operador de religar o sistema em L. Pede-se o 
grafcet para o sistema:
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3. Um sistema de identificação de peças é composto basicamente por três sensores (A, B e C) e 
dois cilindros (C1 e C2) de dupla ação comandados por válvulas de acionamento simples 
solenóide, retorno por mola (V1 e V2). Os cilindros possuem sensores de final de curso (S1 e 
S2), respectivamente. O objetivo do dispositivo é identificar peças boas, peças para retrabalho e 
peças refugadas. As peças são transportadas continuamente por uma esteira. Caso a peça seja 
para retrabalho, o cilindro C1 avança e retira a peça da esteira 3 segundos após ela ter passado 
pelos sensores. Caso a peça seja refugada, o cilindro C2 retira a peça da esteira 5 segundos após 
ela ter passado pelos sensores. As peças boas seguem normalmente pela esteira. Pede-se o 
grafcet para o sistema.
Sensores:
A – Identifica presença de peça na esteira Peças boas: entre 50 e 100 mm
B – Identifica peça entre 50 e 100 mm Peças refugadas: abaixo de 50 mm
C – Identifica peça acima de 100 mm Peças para retrabalho: acima de 100 mm