Resp. ExercÝcios [05] RA (1)

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Modelagem, acionamento e controle
(automação seqüencial)
RESOLUÇÃO DA 
SÉRIE DE EXERCÍCIOS 5
Exemplos práticos de modelagem de sistemas automatizados seqüenciais
�
Nesta série de exercícios, propomos exemplos práticos de sistemas automatizados seqüenciais freqüentemente utilizados em aplicações industriais. Os problemas deverão ser resolvidos segundo a mesma sistemática utilizada no exemplo apresentado a seguir. 
Exemplo de aplicação
Automação de uma prensa mecânica destinada à fabricação de peças
A Figura-exemplo 5.1 representa esquematicamente a parte operativa de uma prensa mecânica destinada à fabricação automatizada de peças. Ela é constituída dos seguintes elementos:
Punção inferior fixo em (C).
Punção superior (A) e matriz (B) móveis.
Subconjunto de colocação de material.
Subconjunto de extração da peça comprimida.
Figura-exemplo 5.1
I. Especificações funcionais
O ciclo de trabalho dessa prensa é o seguinte:
A matriz está na posição alta de seu curso e o punção inferior, nela inserido, delimita, na parte inferior, um espaço suficiente para receber a matéria a comprimir. O punção superior está então na sua posição mais alta, o que desobstrui a parte superior da matriz e permite a introdução da matéria.
Quando a matéria pulverulenta está colocada, o punção superior desce, comprime-a ao penetrar na matriz, e depois sobe para a posição alta.
A matriz desce até que o punção inferior aflore, liberando a peça que acaba de ser comprimida. Essa peça pode ser retirada em seguida.
Finalmente, a matriz retoma o seu lugar e um novo ciclo pode então começar.
II. Estudo da parte Comando
Consideremos a prensa parada, à espera de um novo carregamento de material. Punção e matriz estão imóveis, e sua descida só será comandada pelo CLP após receber a informação "material carregado".
Mas essa mesma informação, se for renovada por erro durante a subida do punção, não terá qualquer efeito sobre o comportamento da parte Comando. Diremos que o CLP era “receptivo” no primeiro caso, para a informação "material carregado", mas não era no segundo caso.
A parte Comando permanece numa “etapa” enquanto seu comportamento se mantém constante. Ela permanece nessa “etapa” até que as informações para as quais é “receptiva” provoca a passagem de uma “transição”, conduzindo a uma nova etapa, onde o Comando adaptará então um novo comportamento. 
Podemos descrever o funcionamento da parte Comando como uma sucessão alternada de etapas e transições, conforme mostra o Grafcet funcional do problema proposto. Em conseqüência disso, associaremos:
a cada etapa, as ações a efetuar;
a cada transição, as informações que permitem sua transposição, na forma de uma condição lógica chamada “receptividade”. 
Figura-exemplo 5.2
Observação: Na Figura-exemplo 5.2, as ligações sem seta estão implicitamente orientadas do alto para baixo.
Essas ações só poderão ser obtidas quando a parte Comando emitir ordens convenientes no momento requerido. Os momentos requeridos serão determinados a partir dos dados ou informações provenientes da parte Operativa. O Grafcet mostra:
as ligações da etapa à transição e da transição à etapa;
as etapas e as ações que estão associadas a elas;
as transições e as receptividades que estão associadas a elas.
III. Descrição da parte Comando pelo Grafcet
Etapa 1: Ação, colocação do material. 
Transição 1-2: Receptividade, material colocado e arranque do ciclo.
Etapa 2: Ação, descida do punção.
Transição 2-3: Receptividade, fim da compressão. 
Etapa 3: Ação, Subida do punção 
Transição 3-4: Receptividade, punção na posição alta. 
Etapa 4: Ação, Descida da matriz. 
Transição 4-5: Receptividade, matriz na posição baixa. 
Etapa 5: Ação, Extração da peça comprimida. 
Transição 5-6: Receptividade, peça evacuada.
Etapa 6: Ação, Subida da matriz.
Transição 6-1: Receptividade, matriz na posição alta.
A descrição por meio do Grafcet demonstra ser mais cômodo representar esse funcionamento na forma gráfica, ilustrando os estados correspondentes da parte Operativa.
Às ações indicadas, estritamente necessárias ao funcionamento da prensa, poderiam ser juntadas outras ações para o mundo exterior, tais como a ligação de sinalizadores luminosos etc. (por exemplo, chamada do operador para extração da peça na etapa 5).
Finalmente, note-se que atribuímos um papel particular a uma das etapas: a etapa inicial. A escolha dessa etapa é imposta por considerações funcionais, ligadas à parte Operativa.
Passagem para o nível 2: especificações tecnológicas
O Grafcet mostrado anteriormente é de nível 1 (especificação funcional), pois só leva em consideração o aspecto funcional sem qualquer implicação tecnológica.
Não sabemos, por exemplo, como dar ao punção, fisicamente, a ordem de descida, nem que mecanismo será utilizado para extração da peça. No Grafcet nível 2, serão definidos os aspectos tecnológicos relacionados à escolha dos acionadores e dos sensores.
Por simplificação, não serão considerados paradas de emergência os modos de funcionamento, assim como as proteções.
a) A colocação de material é assegurada manualmente pelo operador. Um sinalizador luminoso (V) fica aceso durante todo o tempo que durar a carga e, quando ela cessa, o operador autoriza o prosseguimento das operações acionando um botão de pressão (d).
b) Os movimentos do punção e da matriz são comandados por êmbolos hidráulicos de duplo efeito. As posições alta e baixa do punção e da matriz são controladas com o auxílio de detectores de fim de curso (respectivamente a0, a1, b1 e b0).
c) A extração da peça é obtida por meio de um jato de ar, com 1 s de duração. O jato de ar é comandado por uma eletroválvula (E).
Figura-exemplo 5.3
IV. Grafcet de nível 2
Lista de variáveis (ordens):
Para o meio exterior e para o operador
V: sinalização luminosa “sob tensão”
Comando dos acionadores
a+: Descida do punção	
a-: Subida do punção
b+: Descida da matriz
b-: Subida da matriz	
E: Extração
Ligar a temporização
LT1: ligar a temporização de extração
Desenvolvimento do ciclo		
d: autorização de arranque do ciclo 
Fim de curso dos acionadores	
a1: posição baixa do punção;
a0: posição alta do punção;
b0: posição baixa da matriz;
b1: posição alta da matriz. 
Fim da temporização
FT1: fim da temporização de extração 
V. Grafcet de nível 2 (tecnológico)
Figura-exemplo 5.4
Entradas e saídas da parte Comando
��
Figura-exemplo 5.5
Solução dos exercícios
Exercício 5.1  Sistema de transferência com elevador
Descrição da planta
As extremidades das esteiras A e B se encontram próximas, em um mesmo nível, e a esteira C situa-se à esquerda das duas (a esteira A fica entre B e C), porém num nível mais baixo. Sobre elas existe um trilho, por onde se move um carrinho, no qual foi instalada uma garra de preensão para apanhar os produtos das esteiras A e B e depositá-los na esteira C. Essa garra se movimenta para cima e para baixo por meio de um pistão fixado ao carrinho. Devido ao desnível, um elevador é utilizado para receber os produtos, trazidos pelo carrinho, no nível em que encontram as esteiras A e B, descendo ao nível da esteira C. Uma gaveta, movida por um pistão empurra os produtos do elevador para a esteira C. A Figura-solução 5.1 ilustra o processo.
Figura-solução 5.1  Processo de transferência com elevador
Solução proposta
Descrição das entradas e saídas do sistema
Saídas do controlador
c+	para mover o carrinho da direita para a esquerda 
c-	para mover o carrinho da esquerda para a direita
d-	para abaixar a garra de preensão
d+	para elevar a garra de preensão
d	para fechar a garra de preensão (que se abre com uma mola)
e+	para mover o elevador até o nível das esteiras A e B
e-	para movero elevador até o nível da esteira C
g+	para estender o pistão, empurrando o produto do elevador para a esteira C
g-	para recolher o pistão a sua posição de repouso.
	
Entradas para os sensores
ca	que indica que o carrinho se encontra sobre a esteira A
cb	que indica que o carrinho se encontra sobre a esteira B
cc	que indica que o carrinho se encontra sobre a esteira C
da	que indica que a garra se encontra elevada
db	que indica que a garra se encontra abaixada
ea	que indica que o elevador se encontra no nível das esteiras A e B
eb	que indica que o elevador se encontra no nível da esteira C
ga	que indica que a gaveta se encontra na posição de repouso
gb	que indica que a gaveta se encontra sobre a esteira C
pa	que indica presença de produto na esteira A
pb	que indica presença de produto na esteira B
e, finalmente, uma entrada para uma chave seletora
p	que indica a prioridade entre as esteiras A e B na remoção dos produtos.
	Ao ser ligado, o controlador coloca todos os dispositivos em posição de repouso e aguarda a chegada de produtos nas esteiras A ou B. Quando ocorre a remoção do produto da esteira B, a garra se eleva, durante o percurso da esteira B ao elevador, para evitar colisão com produtos que podem estar presentes ou chegando ao final da esteira. Isso não ocorre na remoção dos produtos da esteira A, que se encontra mais próxima da esteira C.
	A operação de subida da garra (se houver) e a de movimento do carrinho em direção à esteira C são feitas concomitantemente com a operação de subida do elevador. Da mesma forma, enquanto a gaveta executa sua função, a garra se eleva, ficando pronta para a próxima transferência. 
Descrição funcional através do Grafcet
�
Figura-solução 5.2  Grafcet tecnológico para o sistema de transferência.
Descrição tecnológica através do Grafcet
Figura-solução 5.3  Grafcet funcional para o sistema de transferência.
d) Implementação do sistema de acionamento, supervisão e comando em CLP, realizando a identificação das entradas e saídas utilizadas no esquema de montagem proposto e relação de entradas e saídas empregando os mnemônicos adequados.
Na implementação do sistema seria utilizado um CLP, motor de c.c., garra pneumática, cilindros pneumáticos com retenção, sensor óptico ou indutivo de presença do carro e sensor óptico de presença da peça, conforme é apresentado a partir das E/S utilizadas apresentadas anteriormente. 
Figura-solução 5.4  Representação da parte Comando para o sistema de transferência.
�
Exercício 5.2  Sistema automatizado para mistura de produtos
a) Grafcet tecnológico				b) Variáveis de E/S
 EMBED PBrush ��
Figura-solução 5.5
�
Exercício 5.3  Controle de posicionamento automático de um sistema de furação de peças
a) Grafcet tecnológico					b) Variáveis de E/S
 EMBED PBrush ��
Figura-solução 5.6
�
Exercício 5.4  Sistema automatizado de separação de caixas
a) Grafcet tecnológico 					b) Variáveis de E/S
Figura-solução 5.7
 
Exercício 5.5  Sistema automatizado de usinagem e inspeção de peças 
a) Grafcet tecnológico				b) Variáveis de E/S
Figura-solução 5.8
�
Exercício 5.6  Máquina automatizada para preparação de bebidas quentes
a) Descrição funcional através do Grafcet (nível 1)
Figura-solução 5.9
b) Descrição tecnológica através do Grafcet (nível 2)
Passagem ao nível 2 – Especificações tecnológicas
Para facilitar o entendimento e simplificar o sistema devemos fazer as seguintes observações:
O reservatório de água quente (R1) é controlado numa faixa de temperatura entre 80 e 95 °C. Já o reservatório R2, de água gelada, é controlado entre 5 e 8 °C. Os dois possuem controles constantes, por isso não são citados no programa.
O fato de a água quente de R1 estar levemente pressurizada dispensa o uso de bombas para as eletrovávulas V1,V2,V3 e V4. Já para V5, o fluido de R2, que está frio, desce por gravidade, mesmo por que não há nenhum tipo de mistura nessa opção.
Todos os ingredientes ‘Café solúvel’, ‘Leite em pó’ etc. são instantâneos (solúveis em água).
MV é um vibrador para os minissilos dos produtos de mistura; serve para facilitar a dosagem e evitar incrustamentos, sendo sempre acionado juntamente com D1, D2, D3, ..., D10.
A mistura dos produtos é feita pela turbulência da vazão no duto de sucção das bombas BO1, BO2, BO3 e BO4, o que dispensa hélices e agitadores.
O ciclo tem início com a inserção de moedas ou notas, detectada pelos sensores S1 e S2.
A posição dos copos é monitorada pelos sensores S3 e S4.
A garra G movimenta os copos.
O motor MG aciona a garra no sentido horário e anti-horário.
O cilindro elétrico CE libera o copo com um pulso.
Os botões ‘Café’, ‘Chocolate’, ‘Capuccino’, ‘Chá’ e ‘Água’ são representados respectivamente por B1, B2, B3, B4, B5 e suas respectivas lâmpadas L1, L2, L3, L4 e L5, que os iluminam.
Princípio de funcionamento do sistema 
Lista de variáveis (ordens)
Para o meio exterior e para o usuário (consumidor)
L1, L2,L3,L4 e L5 ( Sinalização luminosa ativada
COMANDO DOS ACIONADORES
I1	(	Inserir nota de R$1,00 / Início do ciclo (acionar S1)
I2	(	Inserir moedas de R$0,50 / Início do ciclo (acionar S2)
Figura-solução 5.10
Figura-solução 5.10
P1	(	Posicionar copos (acionar S3).
P2	( 	Mostrar opções (acionar S4+S1)
P3	(	Mostrar opções (acionar S4+S2)
AB1	(	Acionar botão ‘Café’
AB2	(	Acionar botão ‘Chocolate’
AB3	(	Acionar botão ‘Capuccino’
AB4	(	Acionar botão ‘Chá’
AB5	(	Acionar botão ‘Água’
LD1 (	Dosar café solúvel – Ligar temperatura de dosagem do café solúvel (na válvula D1 e motovibrador, MV)
LD2 (	Dosar açúcar – Ligar temporização de dosagem de açúcar (na válvula D2 e motovibrador, MV)
LD3 (	Dosar achocolatado adoçado – Ligar temporização de dosagem de achocolatado (na válvula D3 e motovibrador, MV)
LD4 (	Dosar leite em pó – Ligar temporização de dosagem de leite em pó (na válvula D4 e motovibrador, MV)
LD5 (	Dosar achocolatado adoçado – Ligar temporização de dosagem de achocolatado (na válvula D5 e Motovibrador, MV)
LD6 (	Dosar leite em pó – Ligar temporização de dosagem de leite em pó (na válvula D6 e motovibrador, MV)
LD7 (	Dosar canela – Ligar temporização de dosagem de canela (na válvula D7 e motovibrador, MV)
LD8 (	Dosar café solúvel – Ligar temporização de dosagem de café solúvel (na válvula D8 e motovibrador, MV)
LD9 (	Dosar chá – Ligar temporização de dosagem de chá (na válvula D9 e motovibrador, MV)
LD10 (	Dosar açúcar – Ligar temporização de dosagem de açúcar (na válvula D10 e motovibrador, MV)
LV1	(	Ligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V1)
LV2	(	Ligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V2)
LV3	(	Ligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V3)
LV4	(	Ligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V4)
LV5	(	Ligar temporização de dosagem de água gelada (na válvula V5)
LBO1	(	Ligar temporização de ejeção da mistura “Café” (na bomba BO1)
LBO2	(	Ligar temporização de ejeção da mistura “Chocolate” (na bomba BO2)
LBO3	(	Ligar temporização de ejeção da mistura “Capuccino” (na bomba BO3)
LBO4	(	Ligar temporização de ejeção da mistura “Chá” (na bomba BO4)
P2	(	Retirar copo (desacionar S4)
F	(	Fim do serviço (acionar S3)
REFERÊNCIAS DE COMANDO NO PROCESSO 
PCE	(	Liberar copo (pulsar CE)
MG1	(	Copo na saída dos dosadores (giro de MG no sentido horário)
AP1	(	Opções habilitadas (apagar L1, L4 e L5)
AP2	(	Opções habilitadas (apagar L2 e L3)
DB1	(	Desabilitar opção ‘Chá e água’ (apagar L4 e L5)
DB2	(	Desabilitar opção ‘Chocolate’ (apagar L3)
DB3	(	Desabilitar opção ‘Capuccino’ (apagar L2)
DB4	(	Desabilitar opção ‘Café água’ (apagarL1 e L5)
DB5	(	Desabilitar opção ‘Café e chá’ (apagar L1 e L4)
FD1	(	Desligar temporização de dosagem de café em pó 
FD2	(	Desligar temporização de dosagem de açúcar 
FD3	(	Desligar temporização de dosagem de achocolatado 
FD4	(	Desligar temporização de dosagem de leite em pó 
FD5	(	Desligar temporização de dosagem de achocolatado 
FD6	(	Desligar temporização de dosagem de leite em pó 
FD7	(	Desligar temporização de dosagem de canela 
FD8	(	Desligar temporização de dosagem de café em pó 
FD9	(	Desligar temporização de dosagem de chá 
FD10	(	Desligar temporização de dosagem de açúcar 
FV1	(	Desligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V1)
FV2	(	Desligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V2)
FV3	(	Desligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V3)
FV4	(	Desligar temporização de dosagem de água quente (na válvula V4)
FV5	(	Desligar temporização de dosagem de água gelada (na válvula V5)
FBO1	(	Desigar temporização de ejeção da mistura ‘Café’
FBO2	(	Desligar temporização de ejeção da mistura ‘Chocolate’
FBO3	(	Desligar temporização de ejeção da mistura ‘Capuccino’
FBO4	(	Desligar temporização de ejeção da mistura ‘Chá’
MG2	(	Garra na posição inicial (giro de MG no sentido anti-horário)
A	(	Acender L1, L2, L3, L4 e L5
Grafcet tecnológico – nível 2
Figura-solução 5.11
�
c) Descrição correspondente em Ladder
Figura-solução 5.12
d) Implementação detalhada em CLP através de Grafcets de níveis I e II
Acionamento de motor de c.c. em duas posições
a) Acionamento do botão X0: giro no sentido horário até o sensor X2. Acionamento do botão X1, giro no sentido horário até o sensor X3 .
b) Acionamento do botão X0: giro no sentido horário até o sensor X2 e retorno, no sentido anti-horário, até o sensor X3.
Figura-solução 5.13
Grafcet funcional - Nível 1
Figura-solução 5.14
Passagem ao nível 2 – Especificações tecnológicas
Trata-se de fato de um sistema bem simples, em que a inversão da rotação depende apenas da troca de polaridade de um dos fios.
Comando dos acionadores
A ( Acionamento do botão X0
B ( Acionamento do botão X1
Referências de comando no processo
C ( Rotação no sentido horário até sensor X2
D ( Rotação no sentido anti-horário até sensor X3
Grafcet tecnológico - Nível 2
Figura-solução 5.15
Grafcet funcional – Nível 1
Comandos dos acionadores
Figura-solução 5.16
X ( Acionamento do botão X0
Y ( Desaceleração, T = 3 s
Referências de comandos no processo
Z ( Rotação no sentido horário até o sensor X3
W ( Rotação no sentido anti-horário até sensor X2
Figura-solução 5.17
Grafcet tecnológico - Nível 2
Acionamento de um cilindro pneumático
a) O acionamento do botão X0 recua o êmbolo até o sensor X2; o acionamento do botão X1 avança o êmbolo até o sensor X3.
b) O acionamento do botão X0 recua o êmbolo até o sensor X2 e depois avança-o até o sensor X3.
Figura-solução 5.18
Grafcet funcional – nível 1
Figura-solução 5.19
Comando dos acionadores
K( Acionamento do botão X0
L( Acionamento do botão X1
Referências de comando no processo
M ( Retorno até o sensor X2
O ( Avanço até o sensor X3
Grafcet tecnológico – Nível 1
Figura-solução 5.20
Grafcet funcional - Nível 1
Figura-solução 5.21 
Comando dos acionadores
I ( Acionamento do botão X0
J ( Retorno
Referências de comando no processo
K ( Êmbolo na posição X2
Y ( Êmbolo na posição X3
Grafcet tecnológico – Nível 2
Figura-solução 5.22
LIGA A ESTEIRA C, RETORNA A GAVETA E COLOCA O SISTEMA EM ESPERA PARA NOVA PEÇA
7
ACIONA A GAVETA PARA DESLOCAR A PEÇA PARA A ESTEIRA C
6
AGUARDA O ELEVADOR NA POSIÇÃO SUPERIOR E DEPOSITA A PEÇA
5
RETORNA O CARRO PARA A POSIÇÃO DA ESTEIRA C
4
DESLOCA O CARRO E ACIONA AS GARRAS PARA PREENSÃO DA PEÇA
3
AGUARDA PEÇAS EM A OU B
2
AGUARDA POSIÇÃO INICIAL DAS GAVETAS
 CARRO E ELEVADOR
1
INÍCIO
0
b1	Seletora, liga o ciclo do misturador
A+	Libera a passagem produto A
A- 	Fecha a passagem do produto A
B+ 	Libera a passagem do produto B
B- 	Fecha a passagem do produto B
C+	Libera a passagem do produto C
C-	Fecha a passagem do produto C
M+	Liga a hélice do misturador
M-	Desliga a hélice do misturador
TA 	Tempo do produto A
Fta	Fim do tempo do produto A
TB	Tempo do produto B
Ftb	Fim do tempo do produto B
TC	Tempo do produto C
ftc 	Fim do tempo do produto C
TM	Tempo do misturador
Ftm	Fim do tempo do misturador
TLM	Tempo de liberação do misturador
Ftlm	Fim do tempo de liberação do misturador
Comandos
F+	Descida da furadeira
F-	Subida da furadeira
Fva	Velocidade alta 
Fvb	Velocidade baixa
Chaves e sensores
b1	Liga ciclo
s1	Sensor descer em velocidade baixa
s2	Fim do curso de descida
h	Fim do curso de subida
Comandos
LCB	Leitura de código de barras
C+	Avança o cilindro principal
CA+	Avança o cilindro A
CB+	Avança cilindro B
C-	Recua o cilindro principal
CA-	Recua o cilindro A
CB-	Recua o cilindro B
Sensores
sp	Sensor de presença de caixa
a	Move a caixa para a esteira A
b	Move a caixa para a esteira B
Ca	Caixa em A
Cb	Caixa em B
sca+	Caixa na esteira A
scb+	Caixa na esteira B
sca-	Recuo do cilindro A
scb-	Recuo do cilindro B
c	Cilindro principal recuado
Comandos
C+	Avança o cilindro de carregamento
C-	Recua o cilindro de carregamento
F+	Avança a furadeira
F-	Recua a furadeira
F2+	Avança para inspecionar
F2-	Recua para inspecionar
C2+	Avança o cilindro para descarregar
C2-	Recua o cilindro para descarregar
M+	Rotaciona a mesa
M-	Para rotação da mesa
Sensores
a1	Sensor de posicionamento em A1
a2	Sensor de posicionamento em A2
a3	Sensor de posicionamento em A3
c+	Limite de avanço do cilindro C
c-	Limite de recuo do cilindro C
sf+	Limite de avanço da furadeira
sf-	Limite de recuo da furadeira
sf2+	Limite de avanço da inspeção
sf2-	Limite de recuo da inspeção
c2+	Limite de avanço cilindro C2
c2-	Limite de recuo cilindro C2
Rok	Rotação OK
� EMBED AutoCAD.Drawing.15 ���
� EMBED AutoCAD.Drawing.15 ���
� EMBED AutoCAD.Drawing.15 ���
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
_1194444110.bin
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