AI-5 1 - Lógica estruturada

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Análise e projeto baseado em lógica 
estruturada e diagrama de estados
Automação Industrial - 2021.3
Prof. Ilan Sousa Correa
Universidade Federal do Pará (UFPA)
Instituto de Tecnologia (ITEC)
Faculdade de Eng. da Computação e Telecomunicações (FCT)
Análise e projeto baseado em lógica 
estruturada e diagrama de estados
Introdução; Projeto baseado em sequência binária; Diagramas de 
temporização; Exemplos
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UFPA/ITEC/FCT
2021.3 - Automação Industrial
Prof. Ilan Correa
Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Introdução
● Técnicas de projeto digital estruturado são muito importantes em engenharia, pois que permitem projetar 
programas mais confiáveis e seguros
● A não utilização de técnicas de projeto podem resultar em programas com “bugs” e que demandam um 
tempo de depuração, implicando em desperdício de recursos, até mesmo parada na produção.
● Pequenas aplicações
○ Podem ser implementada sem grande necessidade de um projeto inicial e depuradas facilmente
○ Este tipo de procedimento não é aceitável quando se desenvolve sistemas do tipo missão crítica, sistemas com muitas 
alterações temporais no comportamento e sistemas de automação industrial de grande porte
● Aplicações de maior porte em caso de um projeto fraco
○ Estudos em engenharia de software mostram que utilizam em média 
■ 10% do tempo de desenvolvimento na elaboração do projeto, 
■ 30% na escrita do programa, 
■ 10% na elaboração da documentação, 
■ 50% do tempo total de desenvolvimento na depuração de bugs do programa
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Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Introdução
● Aplicações de maior porte em caso de utilização de boas práticas de desenvolvimento
○ Programa de maior qualidade e confiabilidade
○ Maior esforço na fase de projeto, utilizando-se técnicas estruturadas
○ Pode consumir em média até menos da metade do tempo quando comparado ao desenvolvimento de programa mal 
projetado.
● Resultado
○ Elaboração do projeto deve ser considerável, resultando em menor tempo de depuração. 
○ Confiabilidade do programa é aumentada 
○ Tempo de desenvolvimento é reduzido, 
○ Custo do serviço mais competitivo.
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Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Introdução
● Técnicas estruturadas
○ Baseadas em lógica seqüencial e combinatória, asseguram que o programa com comportamento confiável e previsível
○ Muitos sistemas de controle são seqüenciais pela sua própria natureza
○ Os sistemas seqüenciais são sistemas cujo comportamento das saídas dependem, além dos estados lógicos das 
entradas, também dos estados lógicos atuais e passados das próprias saídas.
● Funcionamento de um sistema sequencial
○ Pode ter múltiplos passos ou estados de operação
■ Cada estado pode ser chamado de modo
■ O sistema comporta-se de forma diferente
○ Exemplos:
■ Em sistemas industriais, podemos citar como exemplo comuns de estados operacionais os estados de start-up, 
shut-down, e de operação normal de um determinado processo
■ Em um semáforo, os estados das luzes devem mudar segundo uma seqüência previamente estabelecida
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Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Introdução
● Funcionamento de um sistema sequencial
○ Exemplos:
■ Em algumas situações especiais, pode ser que a ocorrência de eventos externos dotados de algum nível de 
prioridade, possa alterar o comportamento do sistema
■ (Exemplo do semáforo) Existência de botões de comandos através dos quais um pedestre pode alterar o tempo 
de duração do sinal vermelho, de modo a dar tempo para uma travessia segura da via.
● Técnicas de projeto digital
○ Sequência binária: utilizada onde a seqüência dos passos de um processo é direta e não sofre muitos desvios de fluxo
○ Fluxograma: indicadas para situações onde poderá haver diversas alterações de fluxo de seqüência no processo
○ Redes de Petri: técnicas mais avançadas para sistemas de maior porte e com múltiplos estados de operação e, até 
mesmo, com múltiplos processos
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Introdução
● Técnicas de projeto digital
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Projeto baseado em sequência binária
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estados
Projeto baseado em sequência binária
● Um projeto baseado em seqüência binária segue o seguinte roteiro:
○ O projetista deverá primeiramente identificar os passos (ou etapas) seqüenciais do processo (ou subprocesso) a ser 
automatizado.
○ Escrever os passos na ordem correta e enumerar os passos em ordem crescente, sendo o primeiro passo denominado 
de passo 1 e os demais passos são numerados na seqüência: passo 2, passo 3, etc.
○ Para cada passo deverá ser assinalado um bit (flag) que, quando ativado, indicará qual é o passo que estará habilitado 
para execução. Apenas um passo poderá estar ativado em um determinado instante.
○ Determine a lógica necessária à ativação/desativação do passo correto, a medida que o processo evoluir. Implemente 
esta lógica em diagrama Ladder. 
○ Escreva separadamente a lógica ladder necessária para executar as funções de cada passo (ou etapa).
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Projeto baseado em sequência binária
● Exemplo: controle de um elevador de carga entre dois níveis (top e bottom)
○ Descrição
■ O elevador deverá se deslocar para cima quando o botão Up for pressionado e para baixo quando o botão Down 
for pressionado.
■ As chaves limites nos extremos do percurso, Top e Bottom, são utilizadas para parar o elevador no respectivo 
nível, quanto uma delas estiver acionada. 
■ Quando o sistema for ligado, a posição inicial do elevador deverá ser parado no piso inferior.
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Projeto baseado em sequência binária
● Exemplo: controle de um elevador de carga entre dois níveis (top e bottom)
○ Descrição
■ O elevador deverá se deslocar para cima quando o botão Up for pressionado e para baixo quando o botão Down 
for pressionado.
■ As chaves limites nos extremos do percurso, Top e Bottom, são utilizadas para parar o elevador no respectivo 
nível, quanto uma delas estiver acionada. 
■ Quando o sistema for ligado, a posição inicial do elevador deverá ser parado no piso inferior.
○ Passos
■ 1) Elevador movendo-se para baixo.
■ 2) Elevador parado no piso inferior aguardando pressionamento do botão UP
■ 3) Elevador movendo-se para cima.
■ 4) Elevador parado no piso superior aguardando pressionamento do botão DOWN
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estados
Projeto baseado em sequência binária
● Exemplo: controle de um elevador de carga entre dois 
níveis (top e bottom)
○ Implementação em diagrama Ladder:
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Diagramas de temporização
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estados
Diagramas de temporização
● São adequados para lógica ladder para processos que são dependentes de eventos com durações conhecidas
● Lógica é baseada em temporizadores utilizados para ativar/desativar as saídas de acordo com especificações 
apropriadas de tempo
● O método se resume em:
○ 1) Obter um primeiramente um prévio entendimento do processo.
○ 2) Identificar as saídas que são dependentes de eventosno tempo
○ 3) Desenhar um diagrama de tempo para as saídas. 
○ 4) Assinalar um temporizador para cada transição de nível lógico ocorrendo nas saídas.
○ 5) Escrever uma lógica ladder para examinar os valores dos temporizadores e ativar ou desativar as saídas de acordo 
com o especificado no diagrama de tempo.
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estados
Diagramas de temporização
● Exemplo: projeto de um comando para abertura automática de portas
○ Descrição verbal: Um sistema de abertura automática de portas, utilizado por deficientes, físicos possui um botão (tipo 
push button) para comando da abertura das portas. Quando o botão é pressionado a primeira porta abrirá 
imediatamente e permanecerá aberta durante 10 segundos. A segunda porta abrirá após 2 segundos do acionamento 
do botão e permanecerá aberta por 14 segundos. 
○ Diagrama de tempo para projetar o comando
■ Existem três instantes de tempo críticos, os quais correspondem a transições, são 2s, 10s, 16s
■ Necessário utilizar três temporizadores
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estados
Diagramas de temporização
● Exemplo: projeto de um comando para abertura 
automática de portas
○ Diagrama Ladder:
■ Na primeira linha do diagrama ladder é feito o 
selamento do botão de comando de abertura, 
este selamento é desfeito após o fechamento da 
segunda porta
■ A variável lógica auto é utilizada para ativar 
simultaneamente os três temporizadores, os 
quais são programados para gerar transições nos
instantes são 2s, 10s, 16s
■ A lógica necessária para abertura é então
escrita para utilizar os eventos dos timers.
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Exemplos
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estados
Exemplos
● Escrever um programa ladder capaz de gerar o seguinte diagrama de tempo para um a saída B após ativação 
de um comando de entrada A. Após A ter sido pressionado, a qualquer mudança no estado de A deverá ser 
ignorado
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Exemplos
● Escrever um programa ladder capaz de gerar o seguinte 
diagrama de tempo para um a saída B após ativação de 
um comando de entrada A. Após A ter sido pressionado, 
a qualquer mudança no estado de A deverá ser ignorado
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Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Exemplos
● Escrever um programa ladder capaz de gerar o seguinte 
diagrama de tempo para um a saída B após ativação de 
um comando de entrada A. Após A ter sido pressionado, 
a qualquer mudança no estado de A deverá ser ignorado
○ O diagrama Ladder não obedece completamente a especificação
acima, pois, se on (A) for liberado, todos os temporizadores
desligam.
○ Modificar o diagrama Ladder para atender completamente às
especificações.
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estados
Exemplos
● Projetar um programa em lógica ladder para implementação do diagrama de tempo abaixo, referente a três 
saídas lógicas: X, Y e Z. A seqüência deverá iniciar quando uma entrada for ativada.
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estruturada e diagrama de estados
Exemplos
● Projetar um programa em lógica ladder para 
implementação do diagrama de tempo abaixo, 
referente a três saídas lógicas: X, Y e Z. A 
seqüência deverá iniciar quando uma entrada for 
ativada.
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Análise e projeto baseado em lógica estruturada e diagrama de 
estados
Exemplos
● Um processo de empacotamento deverá ser controlado com um comando baseado em PLC. A seqüência 
geral de operação é descrita abaixo. Desenvolva um programa Ladder utilizando um projeto baseado em 
seqüência binária
○ A máquina empacotadora deverá estar em estado de espera (idle) até a chegada de uma peça
○ Quando a peça chega, ela ativar um sensor de presença. Então, o PLC deverá ativar um atuador que manterá retida 
(saída lógica hold) a peça, durante o empacotamento.
○ A quantidade de papel necessária ao o empacotamento da peça é liberado mantendo-se a saída lógica paper ativa por 
um intervalo de tempo de 1.0 segundo.
○ A peça é envolta pelo papel ativando-se a saída lógica crease por um intervalo de tempo de 0.5 segundo.
○ Uma fita adesiva é aplicada ativando-se a saída lógica tape por 0.75 segundos.
○ A peça é liberada fazendo-se a desativação da saída lógica hold.
○ O processo pausa até que o sensor de chegada de peça fique novamente desativado (indicando que a peça que acabou 
de ser empacotada foi, de fato, liberada), retornando após isso para o estado de espera (idle)
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Análise e projeto baseado em lógica 
estruturada e diagrama de estados
Exemplos
● Um processo de empacotamento deverá ser controlado 
com um comando baseado em PLC. A seqüência geral 
de operação é descrita abaixo. Desenvolva um programa 
Ladder utilizando um projeto baseado em seqüência 
binária
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Referências
Material do professor Walter Barra, disponível no pasta da disciplina
Automating Manufacturing Systems with PLCs; Livro gratuito; Autor: Hugh Jack 
https://freecomputerbooks.com/Automating-Manufacturing-Systems-with-PLCs.html
http://www.freeinfosociety.com/media/pdf/2908.pdf
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https://freecomputerbooks.com/Automating-Manufacturing-Systems-with-PLCs.html
http://www.freeinfosociety.com/media/pdf/2908.pdf
Dúvidas?
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