Post on 26-Sep-2018
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Redução do esforço físico
Automatizaçãodo transporte
Automatizaçãoda navegação
A VELA
O TEAR
Automatização detarefas repetitivas
HISTÓRIA
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
A máquina perfeita.As diferentes soluções para a sua substituição
O CORPO HUMANO
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MODELOO HOMEM COMO MÁQUINA
OS ACTUADORES
Substituição das mãosdas pernas do Homem.
O MECANISMO
Substituição da estruturaassea do Homem.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
AS PRIMEIRAS MÁQUINAS
AS FONTES DE ENERGIASubstituição dos
musculos do Homem.
Antes
A Máquina a vapor
Hoje
O Motor eléctrico
Funcionam sobre a supervisão do homem,São rígidas,Não adquirem informação.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
A MÁQUINA AUTOMÁTICAFuncionam ento autónomo,Comando rudimentar,
Operações simples e repetitivas,Estrutura rígida,
OS SENSORESSubstituição dos
sentidos do Homem.
A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA
Necessidade de sistemas mais complexos,Verificação de erros,
Diversidade de sensores e actuadores,Custo mais elevado,
Necessidade de adaptação a novos produtos,
APARECIMENTO DO COMPUTADORe dos
SISTEMAS MECATRÓNICOS
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
O SISTEMA MECATRÓNICO
OS SENSORESSubstituição dos
sentidos do Homem.
Máquinas flexíveis,Capacidade de actuação “inteligente”,Grande capacidade de processamento,Versatilidade, simplicidade,Custos virtualmente nulos,Comando de reduzidas dimensões,Reprogramável.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MÁQUINA AUTOMÁTICA FLEXÍVEL
Se a necessidade de processamento da informação não é elevada e apenas se pretende a flexibilidade da máquina e elevados graus de automatismo com capacidade de reprogramação, utiliza-
se como comando o:
AUTÓMATO PROGRAMÁVEL
Na realização da:
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
OBJECTIVOS DA AUTOMAÇÃO
SEGURANÇA MERCADO
Protecção de pessoasCondições de trabalho
PRETENDE-SE
PRETENDE-SE
< Custos> Produtividade> Qualidade> Penetração no
mercado
PARA OBTER
< Custos sociais> Interesse pelo trabalho
PORQUE
Há concorrênciaProdutos têm ciclos de
vida curtos
> Flexibilidade> Integração
PARA OBTER
SEM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
Gera desempregoCOM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
Gera novas profissões
PRUDÊNCIA !
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
TIPOS DE AUTOMAÇÃO
FIXA
PROGRAMADA
FLEXÍVEL
Altos investimentosAltas taxas de produçãoConfiguração rígida (alteração difícil)Operações simplesEquipamento específico
(máquina de embalar chocolates)
Altos investimentosTaxas médias de produçãoConfiguração semi-flexível
(possibilidade de reprogramação)Equipamento genérico
(máquina de controlo numérico)
Investimentos muito elevadosProdução contínua
(diferentes produtos simultâneos)Configuração flexível
(alteração por software)Equipamento geral
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Variedade de
produtos
Volume de produçãopequeno médio elevado
pequena
média
elevada
métodosmanuais FIXA
FLEXÍVEL
PROGRAMADA
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO
Complexidade
1º NÍVEL
2º NÍVEL
3º NÍVEL(alto)
(médio)
(baixo)
FUNÇÃO
Gestão global
Processo
MonitorizaçãoProtecçãoGestão local
Coordenação
Controlo
Actuação Actuação
(custo)
Fixaou
Programada
Programadaou
Flexível
Flexível
TIPO
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
ESTRUTURAS DE AUTOMAÇÃO
ESTRELA (STAR)
ANEL (RING)
LINHA(BUS)
Controlo(master)
Processo Processo Processo Processo
Nível Superior
Processo
Processo
Processo
Processo
ProcessoProcesso
ProcessoProcessoProcessoProcesso
Gestãolocal
Nível Superior
Comunicação intra-processos e níveis superiores via master
Nível Superior
Comunicação intra-processos e níveis superiores via processo (1º nível)Não existe marster. Informação transmitida por repetição. Sistema lento.
Comunicação intra-processos via BUS. Sistema rápido. Comunicação comníveis superiores via master (2º nível).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
AUTOMATISMOS
MODELO DE BURR
cérebro
esqueleto
Músculosolhostactosabor
aparelhodigestivo
Alimentação Detritos
O HOMEM
comando
estrutura
actuadoressensores
potênciaEnergia Resíduos
A MÁQUINA
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MODELO CLÁSSICO
Parte Operativa
Parte Comando
Actuadores
Processo
ControloAmpl. Ordens
Sensores Informações
Comunicação
interface
OUTROS AUTOMATISMOS
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
TECNOLOGIAS
CABLADA Eléctrica Relés
Electrónica
Fluídica PneumáticaHidráulicaHidrícaVácuo RELÉ
PROGRAMADAAutómatos Programáveis
Micro-Processadores
Mini-Computadores
COMANDO NUMÉRICO
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
DOMÍNIO DAS TECNOLOGIAS
Quantidades afabricar
Complexidade do Automatismo
5
50
500
AUTÓMATOS PROGRAMÁVEIS
PNEUMÁTICA
RELÉS
MICRO e MINICOMPUTADORES
PLACAS ELECTRÓNICAS DEDICADAS
PLACAS ELECTRÓNICAS STANDARD
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
PROJECTO DOS AUTOMATISMOS
PROBLEMA
ANÁLISE
ANTE-PROJECTOPARTE OPERATIVA PARTE COMANDO
Projecto Projecto
Fabrico Fabrico
Ensaios Ensaios
INTEGRAÇÃOMONTAGEM
TESTES E ENSAIOS
PRÉ-PRODUÇÃO
EXPLORAÇÃO
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
SISTEMAS PNEUMÁTICOS
COMPONENTESCILINDROS
Ar Ar
Núcleo Magnético
Embolo móvel
Simples efeito
Duplo efeito
Amortecimento
Haste passante
Tandem
Sem haste
Magnético
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
COMPONENTESVÁLVULAS
Quadrados indicam nº de posições
Linhas indicam as vias (entradas ou saídas)
Uma válvula é definida por dois números
(nº de vias/nº de posições)
Setas ligam vias numa dada posição
Tampões indicam vias sem ligação
As vias são indicadas apenas na posição de repouso
Válvulas (2/2)
normalmente fechada
normalmente aberta
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
COMPONENTESOUTRAS VÁLVULAS
(3/2) normalmente fechada
(3/2) normalmente aberta
(3/3) normalmente fechada
(4/2)
(4/3) normalmente fechada
(4/3) em carga ou descarga
(5/2)
Pressão
EscapeEscape
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
COMPONENTESPILOTAGEM DAS VÁLVULAS
PILOTO - Comando para mudança da posição
RETORNO - Voltar à posição de repouso
AR Pneumática Mola
Eléctrica Mecânico
Comando mecânico comretorno por mola
(fim de curso)
(memória)Comando pneumático AR AR
(PLC)Comando eléctrico comretorno por mola
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
0
1 avançado recolhidoem avanço em recolhaMOVIMENTAÇÃO DUM CILINDRO
A+ A-A-
Existem 2 fins de curso e uma válvula por cilindro
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
EXEMPLO Equações de comandodA+ = b- m 0dA- = a+
dB+ = a- . m 1dB- = b+
dM+ = a+dM- = b+
b- b+
B
B+ B-
a- a+
A
A+ A-
M+ M-
m0m1
CONTROLO DUM CICLO EM L
A+A-B+B-
A+
B+A-
B-
01
2
3
Na escolha de componentes deste circuito há um erro. Qual ?
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
EXEMPLOset A = b- m 0reset A = a+
set B = a- . m 1reset B = b+
set M = a+reset M = b+
CONTROLO DUM CICLO EM L
SISTEMAS AUTOMÁTICOS
b- b+
B
B+
a- a+
A
A+
ENTRADAS
SAIDAS
PROGRAMA
OBJECTIVO
Redução e normalização do equipamento a utilizar na montagem.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
AUTOMATOS PROGRAMÁVEISDEFINIÇÃO
NEMA (National Electric Manufacturer's Association - USA)
Aparelho electrónico digital que utiliza uma memória programável para armazenar instruções e para implementar funções específicas tais como, operações lógicas, sequênciais, temporizadas e aritméticas para controlo de máquinas e processos.
CAMPO DE APLICAÇÃO
Uso de um interruptor Comando manual
COMANDO DE UMA LÂMPADA
Utilização dum APRecolha de informação (interruptor)Actuação do AP (acender lâmpada)
DESNECESSÁRIO
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Sistema de lâmpadas comandado por Autómato
Programável
Permite todas as opções que se pretendam implementar:
Afasta ladrõesEfeitos luminosos
SIMULAÇÃO DE PRESENÇA E ACTIVIDADE NUMA CASA
Comando solarCélula foto-eléctrica.Interruptor comandadopelo sol.
Comando por movimentoUtilização de temporização.
IDEALMENTE:
LIMITAÇÕES:O tamanho do AP.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Arquitectura de gestão de um edifício inteligente
CONTROLO E COMANDO DE UM EDIFÍCIO INTELIGENTE
edifício equipado de tal forma que toda a instalação eléctrica existente (iluminação, ar-condicionado, elevadores, etc...) é comandada por forma a minimizar o consumo e a optimizar os resultados
Nível de automatização extremamente complexa,pela dimensãopela comunicação
Utilização de sensores (luminosos, presença, fumo, temperatura, etc...)E actuadores (lâmpadas, motores, valvulas, etc...).
Sistema constituido por vários AP’sAP's de grandes capacidadesTarefas específicas (controlo de luzes, comando de elevadores, etc...)Uso de AP´s para supervisão Uso de AP´s para a gestão das ordens globais de edifício
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
VANTAGENS
FLEXIBILIDADEAplicação em utilizações distintas.Mesmo tipo de autómato para várias máquinas, Redução dos custos de manutençãoAlterações feitas por simples reprogramação reduzido tempo de intervenção.
EXPANSIBILIDADEAumento das E e/ou S com as necessidades.Depende do tipo de autómato utilizado.É genérica em maior ou menor grau a todos eles.
BAIXO CUSTOAutómatos de muito baixo custoCapacidades suficientes para aplicações em A.I.
SIMULAÇÃOPrograma desenvolvido laboratorialmente.Programa executado por simulação.Isolamento do fabrico e montagem.Diminuição dos tempos de instalação.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
OBSERVAÇÃOO funcionamento observado em tempo real.Execução de programas passo a passo.
VELOCIDADEExecução a alta velocidade, Controlo de diversas máquinas em simultâneo se necessário.Velocidade medida em ms/K (ms por cada 1024 inst.).Extremamente importante no controlo. A ser considerada pelo projectista.
FACILIDADE DE PROGRAMAÇÃODiferentes tipos de programação:
digital.linguagem de
contactos.
FIABILIDADEMais fiável do que os relés electromegnéticos, memórias e temporizadores normalmente utilizados no comando de máquinas.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
SEGURANÇAPrograma não pode ser modificado acidentalmente.
DOCUMENTAÇÃOReposição da documentação em alguns minutos, Autómatos imprimem o programa em memória.
TECNOLOGIAAinda recentePessoal de manutenção não preparado.
AMBIENTEPode inviabilizar a utilização de AP's.
Altas temperaturas;Vibração permanente;Trovoadas constantes.
PREÇOAplicações, extremamente simples, podem ser excessivamente caras.
DESVANTAGENS
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
TIPOS DE AUTÓMATOS
ESTRUTURA DE CONSTRUÇÃO
COMPACTOS
MODULARES
Nº fixo de entradas e saídas,E e S só digitais,Constituições tipicas:
12 E, 10 S24 E, 16 S40 E, 24 S
Baratos,Expansão difícil.
Constituição modular,Expansão por bus,Módulo principal - o CPU,Podem agregar-se módulos:
Digitais,Analógicos,Contagem,Comunicação, etc...
Bus expansível,Nº máximo de módulos.
Estrutura de construção,Potencialidades, eGamas
Divisão por:
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
POTENCIALIDADES
VelocidadeTempo para executar 1K (1024) instruções.AP rápido - 0,5 ms/kAP lento - 200 ms/kEscolha depende da complexidade do processo a gerirMaioria dos processos são lentos.
Instruções disponíveis
Operações lógicas (AND, OR, etc...);Contagem (crescente e decrescente);Temporizações;Saltos de instruções; eOperações de comparação (>, <, =).
Conjunto mínimo
Operações matemáticas ( * ; / ; - ; + );Detecção de flancos das variáveis;Operações de deslocamento;Operações de rotação; eOperações de transferência.
Conjunto alargado
Escolha depende das necessidades do processo a gerir
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Comunicação
SEM COMUNICAÇÃONão podem comunicar com outros Aplicação limitada a processos autónomos.
COMUNICAÇÃO EM REDEMódulos com protocolo específico de rede (ex. TELWAY; BUS DE TERRENO; etc...) Integração em sistemas de
Controlo, Comando e Supervisão.
Comunicação de alta velocidade.Automatos do mesmo fabricante Rede é específica.
COMUNICAÇÃO GENERALIZADAForma de integrar qualquer AP o sistema Módulos de transmissão/recepção assincronos
(Ex: RS232C, RS485, TTY, etc..), Transmissão em código ASCII.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Memória
Linguagens
Limita o nº de instruções a utilizar.Medida em K bytes (1K = 1024).Memórias de 1K; 2K; 4K; 8K; 16K; 32K e 64K
Memória interna:mapas e tabelas de funcionamento.medida em
temporizadores, contadores, entradas, saídas e memórias .
capacidades comuns:T C M16 16 12832 32 128
128 128 256
pode inviabilizar um programa .
STL - Modo de programação universal.Comum a todos os AP´sPode tornar difícil a programação
GráficasLógica de Contactos (LAD);Blocos Funcionais; (CSF) eGrafcet
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Estrutura do software
Programação linear ou estruturada.Linear
instruções sequênciais.
Estruturada construção de subrotinas ou blocos facilita a construção de programas repetitivos ou complexos
BaixaGAMAS
São compactos ou modulares.Nº de entradas/saídas limitadas.Normalmente programados por STL.São baratos.São aplicados em controlo de processos simples.
Média
Alta
Capacidades de E/Sanalógicas.Possibilidades de comunicação via rede.Capacidade de programação gráfica.Conjunto de instruções é limitado.
Modulares (módulos de comunicação, supervisão, etc...)CarosNão têm limitações de entradas/saídas .Podem permitir aplicações em robótica.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
LINGUAGENS
- LISTA DE INSTRUÇÕES- LÓGICA DE CONTACTOS- BLOCOS FUNCIONAIS; e- GRAFCET (não é uma linguagem).
Lista de Instruções (STL) - Statement List -
constituida por menemónicas das operações lógicas a implementar
Lógica de Contactos (LAD) - Ladder Diagram -
constituida por um sistema gráficoque permite verificar a passagem da corrente eléctrica pelos diferentescontactos (sensores) que devem estarnuma determinada posição para fazeractuar uma dada saída (actuador).
Blocos Funcionais (CSF) - Control System Flow-Chart -
constituida por uma simbologia gráficasemelhante aos esquemas electrónicos.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
STL - Statement List -
Estrutura das instruções (norma DIN 19239)
Exemplo:
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
LAD - Ladder Diagram -
Norma DIN 19239, Sistema gráfico definida por contactos,
normalmente abertos (não deixam passar a corrente) e normalmente fechados (deixam passar a corrente).
CONTACTO NORMA DIN 19239
ABERTO
FECHADO
Dois estados (aberto/fechado) - elementos da lógica binária,
ABERTO
FECHADO
0
1
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Operações lógicas representadas por séries e paralelos de contactos,
LAD OPERAÇÃO
A*B (Produto lógico)
A+B (Soma lógica)
da função lógica
representação em LAD
Programação em LAD
equações lógicas do programa
LAD linguagem próxima dos esquemas eléctricos normais
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
CSF - Control System Flow-Chart -
Função lógica definida por um rectângulo.Variáveis:
entrada pela esquerdaresultado do lado direito
A conjugação de blocos determina equações lógicas.
equação lógica
Representação CSF
Definição duma equação lógica de comando por CSF
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
INSTRUÇÕES BÁSICAS
LOAD I 7.12
LISTA DEINSTRUÇÕES
LÓGICA DECONTACTOS
BLOCOSFUNCIONAIS
LOADNOT M 3.7
AND I 0.0AND I 3.5
AND(AND O 2.5OR I 3.0)
ANDNOT I 0.4
OR C 5
OR(AND O 2.5OR I 3.0)
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
LISTA DEINSTRUÇÕES
LÓGICA DECONTACTOS
BLOCOSFUNCIONAIS
)
LOAD I 8.5AND M 3.2ORNOT T 5SET O 0.4ANDNOT M 3.2OR C 3RESET M 2.4
AND I 8.5= O 2.4
FIM
NOP Não existente Não existente
Não existente Não existente
ORNOT T 10
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
INSTRUÇÕES ESPECIAIS
LOAD [formato] variável,[acumulador]
LOAD B OB3,A
TRANSFER [formato] [acumulador],variável
TRANSFER W B,M7
EXCHANGE do_acumulador,para_acumulador
EXCHANGE A,B
ROTAÇÕES
RODRotação à direita
Rotação à direita com carry RCD
ROERotação à esquerda
Rotação à esquerda com carry RCE
Rxx [formato] [acumulador]Rxx W A
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
DESLOCAMENTOS
DLEDeslocamento lógico à esquerda
Deslocamento lógico à direita DLD
DADDeslocamento aritmético à direita
Dxx [formato] [acumulador]Dxx W B
CONVERSÕES
BPDBinário para Decimal
DPBDecimal para Binário
xPx [acumulador]xPx A
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
CONTADORES
AND I 0.3ANDNOT T5IC C6
AND I 0.3ANDNOT T5R C6
AND I 0.3ANDNOT T5S [Acc],C6
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
TEMPORIZADORES
AND I 0.3ANDNOT T5LOAD K.mIT T7
AND I0.3R T7
COMPARAÇÕES
LOAD C6LOAD C8comparação= variável
FLAGS 0 1 ZERO
C6 > C8C6 >= C8C6 <> C8
C6 = C8C6 >= C8C6 <= C8
0
1C6 < C8
C6 <= C8C6 <> C8
não possível
NEGATIVE
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
OPERAÇÕES ARITMÉTICAS
LOAD val_1LOAD val_2operaçãoTRANSFER variável
ADIÇÃO,SUBTRACÇÃO,MULTIPLICAÇÃO eDIVISÃO
SALTOS
SS[cond]
[cond] = flagomissão independente
R RESZ zeroN negativeO overflowC carry
CHAMADA A BLOCOS
CBS[cond]
[cond] = flagomissão independente
R RESZ zeroN negativeO overflowC carry
FIM DE BLOCO
FBS[cond]
[cond] = flagomissão independente
R RES
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
GRAFCETNão é uma linguagem.Define o comportamento dinâmico do comando,e não as funções lógicas a serem executadas. É uma representação gráfica do programa.
Os ELEMENTOS DE BASE
A etapa termina e é desactivada activando-se a etapa seguinte.Desta forma o programa entra em execução sequêncial.
ETAPA
Define um bloco de funções a executar e é consideradaterminada quando a variável de transição for verdadeira.
As etapas são numeradas.
TRANSIÇÃO
Representada por uma variável (ou variáveis) de transição.
Condição de evolução de uma etapa para outra.
Se a variável de transição é actuada, a etapa é desactivadae activada a seguinte (ou seguintes).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
3
4
m
8
14
a
15
8
14
a
15
b
sequêncial paralela alternativa
Execução
Alternativas de transição
Estática
A passagem de uma etapa a outra pressupõe que a etapaanterior esteja activa e que a transição seja satisfeita.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Flanco ascendente
Flanco descendente
A passagem de uma etapa a outra pressupõe que a etapaanterior esteja activa e que a transição sofra uma variaçãode zero (falsa) a um (verdadeira).
A passagem de uma etapa a outra pressupõe que a etapaanterior esteja activa e que a transição sofra uma variaçãode um (verdadeira) a zero (falsa).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
INICIALIZAÇÃO
A situação inicial, caracteriza o comportamento (estado)do comando em relação à máquina no instante de ligar. Corresponde à passagem do estado de todas as etapas inactivas, para pelo menos uma etapa activa (a inicial).
Situação de etapa inicial activa, apenas durante a inicialização do processo.
Situações com duas etapas iniciais activas no arranque do processo.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
ACÇÕESAs acções definem a sequência de instruções a realizar durante uma etapa do processo.
São descritas pormenorizadamente.
Pode estabelecer-se um Grafcet próprio,
ou descreve-las textualmente (Grafect de 1º nível).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
A descrição das diferentes acções a tomar numa etapa pode ser realizada, numa segunda fase (Gafcet de 2º nível),por:
linguagem de contactos
ou por blocos funcionais.
O GRAFCET de 2º nível depende da tecnologia a utilizar.
No caso dos AP's, a descrição detalhada far-se-à porlista de instruções que permita a inclusão da sequênciano autómato escolhido.
Comandoeléctrico
Comandopneumático
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
As acções podem ser:
CONDICIONAISrealizando-se apenas quando a etapa está activa e uma (ou mais condições) são satisfeitas.
INCONDICIONAISrealizando-se sempre, desde que a etapa esteja activa.
LIGAÇÕES ORIENTADAS
Se o fluxo de funcionamento indicado pelo Grafcet, não érealizado de "cima para baixo", há obrigatoriedade de se colocar setas de orientação de fluxo.
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