AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 2

GRAFCET

Nestor Agostinisibratec@sibratec.ind.br

Rio do Sul (SC), 12 de março de 2014

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1. Generalidades:

Todos os circuitos vistos até o momento (na parte 1) pertencem ao grupo dos circuitoscombinacionais. Estes circuitos têm como principal característica apresentar uma mesma saídapara uma mesma combinação de entradas, ou seja, a saída é perfeitamente definida pela entrada.Há um outro tipo de circuitos, denominados de sequenciais cuja saída, além de depender dasentradas, depende também do estado em que o circuito se encontrava anteriormente e/ou de outroseventos envolvidos no processo.A lógica combinacional é suficiente para a análise de processos combinacionais, porém não éadequada a análise de processos sequenciais e a maioria dos processos industriais são sequenciaisA ferramenta que será analisada aqui para estes processos é o Grafcet.

Na sequência deste trabalho será utilizado o padrão de Grafcet utilizado nos controladores lógicosprogramáveis Millenium III da Crouzet. Caso alguém tenha interesse em receber o software deprogramação destes controladores envie um e-mail para sibratec@sibratec.ind.br ou pode fazer odownload direto em um desses links:

http://www.crouzet.com/english/support/downloads.htm

O software é totalmente gratuito e completo, ou seja, não é uma versão de demonstração.

Grafcet é uma técnica de representação de sistemas baseada em diagramas gráficos, derivada dasredes de Petri. Além de representar o processo o Grafcet é também uma linguagem deprogramação de CLPs, o que o torna muito prático. A ideia básica do Grafcet é a de separar umsistema ou processo em etapas e analisar uma etapa de cada vez. Desta maneira consegue-se umavisualização muito simples e geral do problema a ser solucionado. A representação em Grafcetpode ser utilizada para qualquer sistema, mesmo que não seja exatamente um sistema deautomação.

Antes de dar prosseguimento imagine essas situações:

a) Pegar uma caneta e transportá-la de uma posição para outra.Esse problema pode ser separado em etapas, exatamente como é a filosofia do Grafcet. Veja:Etapa 1: Pegar a canetaEtapa 2: Erguer a canetaEtapa 3: Deslocar a caneta até a nova posiçãoEtapa 4: Baixar a canetaEtapa 5: Soltar a caneta.

Esta seria a divisão deste problema em etapa. Cada etapa pode ser analisada de modo individual.

b) Preparar e depois beber uma xícara de café com leite e açúcar.Etapa 1: Colocar o pó na xícaraEtapa 2: Colocar o leite na xícaraEtapa 3: Colocar o açúcar na xícaraEtapa 4: Colocar água na xícaraEtapa 5: Pegar uma colherEtapa 6: Erguer a colherEtapa 7: Transportar a colher até a xícara

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Etapa 8: Baixar a colherEtapa 6: Mexer o caféEtapa 7: Erguer a colherEtapa 8: Deslocar a colher até a posição apropriadaEtapa 9: Baixar a colher na posição adequadaEtapa 10: Pegar a xícara de caféEtapa 11: Erguer a xícaraEtapa 12: Deslocar o café até a bocaEtapa 13: Beber o caféEtapa 14; Afastar a xícara da bocaEtapa 15; Baixar a xícara

Note que os dois problemas apresentados bem como sua solução em etapas é algo totalmenteintuitivo. Isso são operações simples feitas no dia a dia. É assim que funciona o Grafcet!

2. Características do Grafcet:

a) Padronização pela norma IEC 848 (Sequential Function Charts)b) Desenvolvido na Europa pela Universidade + Indústria: Segue formalismo rigoroso + Aplicabilidade em situações reaisc) Propicia processamento paralelo dos grafos independentesd) Sintaxe reduzida. Poucos e poderosos elementose) Projeto independente do CLP. Projeto pode preceder a aquisição do CLP. Proporcionauma especificação viva do sistemas de controle.f) Possui ferramentas para traduzir os programas em Grafcet para Ladder.g) Facilita identificação de erros de projeto.h) Reduz tempo de desenvolvimento do projeto em cerca de 50%.i) Permite simular todo o projeto antes da implementação no CLP. Todo o projeto lógicopode ser simulado em um PC.j) Facilita comunicação na discussão das especificações entre as diversas pessoasenvolvidas no projeto.k) Notação mais compacta que lógica ladder.l) Programação naturalmente estruturada segundo modelo top-down.

Elementos de um Grafcet: etapas, transições, arcos, receptividade, ações e regras de evolução.O gráfico da Figura 2.1 mostra como o Grafcet é visto nos controladores Millenium III.

TRANSIÇÃO

ETAPA INICIAL

ETAPA

ATIVAÇÃODA ETAPA

AÇÃO DA ETAPA

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Figura 2.1: Esquema básico do Grafcet

2.1. EtapaUma etapa é um estado no qual o comportamento do circuito de comando não se altera frente aentradas e saídas. Em um dado instante uma etapa pode estar ativa ou inativa. O conjunto deetapas ativas num determinado instante determina a situação em que se encontra o Grafcet. Etapainicial é a etapa que se torna ativa logo após o início do funcionamento do Grafcet. Veja na figuraanterior a nomenclatura para a etapa inicial. Pode existir uma ou mais etapas iniciais de acordocom a característica do problema a ser modelado.

2.2. Ativação da etapaÉ um sinal aplicado à etapa que faz com ela passe a condição de ativa à próxima etapa. Ex; se aetapa inicial estiver ativa, assim que for aplicado um sinal na entrada de ativação, o próxima etapaé que se torna ativa.

2.3. Ação da etapaAs ações representam os efeitos que devem ser obtidos sobre os mecanismos controlados em umadeterminada situação (“o que deve ser feito”). Representam também ordens de comando (“comodeve ser feito”). Quando a etapa está ativa ela gera a ação da etapa. Assim que a etapa deixar deser ativa a ação também deixa de existir.

2.4. Transição e receptividadeRepresentada graficamente por linhas que ligam etapas, significa a evolução do Grafcet de umasituação para outra.Em um dado instante, uma transição pode estar válida ou não. Uma transição está válida quandotodas as etapas imediatamente precedentes estiverem ativas. A passagem de uma situação paraoutra só é possível com a validade de uma transição, e se dá com a ocorrência da transição.

Exemplo: Projetar um Grafcet para acionar três motores M1, M2 e M3 através de chaves pushButton (chave de pulso), de modo que a sequência de ligação seja sempre M1 – M2 e M3. Nãodeve ser possível ligar M2 se M1 não estiver ligado. Também não deve ser possível ligar M3 seM2 não estiver ligado.

Solução ladder:

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Figura 2.2: Aparência dos Diagramas Ladder

Solução Grafcet: Esse é um Grafcet muito simples e que pode ser implementado somente com osblocos do próprio Grafcet. A primeira etapa é a etapa inicial, que fica ativa logo após a ligação doCLP. Quando for pressionado o botão LIGA M1, o motor M1 liga. O mesmo vale para as outrasduas chaves push Button. Como não foi definido nada a respeito do retorno ao ponto de origem,no final é necessário desativar o Grafcet para que o sistema ressete.

Figura 2.3: Grafcet do problema dos três motores

Ao ser compilado o Grafcet fica assim, mostrando a etapa ativa

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Figura 2.4: Grafcet do problema dos três motores - simulação

Aplicando dois cliques (push Button tem que voltar a desligar) na chave LIGA M1. Veja M1ligado,

Figura 2.5: Grafcet do problema dos três motores - simulação

Para os outros motores, acontece o mesmo que o descrito para M1.

Uma melhoria que poderia ser introduzida é uma chave desliga com retorno ao início para iniciaruma nova seção. Veja como ficou o Grafcet:

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Figura 2.6: Grafcet do problema dos três motores realimentado

O exemplo apresentado é realmente simples pois não há nada além dos blocos do próprio Grafcet.Mas nem sempre é assim. Na maior parte dos sistemas existem as ordens vinculadas ao bloco deGrafcet. Essas ordens são as ações que devem ser tomadas quando a etapa estiver ativa. O Grafcetseguinte apresenta um sistema em duas etapas, onde a segunda etapa possui uma ordemtemporizada. O bloco B04 é um temporizador cujo tempo de atuação pode ser escolhido quando obloco é colocado no Grafcet.

Figura 2.7: Grafcet com ordem na etapa

Aqui assim que B02 for pressionada (2 vezes), o bloco B01 se torna ativo e o motor B03 liga. Otemporizador B04 inicia a contagem e quando o valor setado for alcançado é enviado um sinal àentrada do bloco B01 que desliga o motor B03 e volta o comando a B00. Agora um novopressionamento de B02 repete o ciclo.

3. Ordens:

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Uma ação pode conter ordens de comando do tipo: contínua, condicional, memorizada, comretardo, limitada no tempo e impulsional.

3.1. Ordem contínua

Figura 3.1: Grafcet – ordem contínua

Tipo de ordem de comando cuja emissão depende da ativação da etapa a qual estiver associada.

3.2. Ordem condicional

Figura 3.2: Grafcet – ordem condicional

Tipo de ordem de comando cuja emissão além da ativação da etapa associada, depende de umaoutras condições lógicas a serem satisfeitas.

3.3. Com retardo

Figura 3.3: Grafcet – ordem com retardo

Trata-se do caso particular de ordem condicional em que a dependência é associada a um retardode tempo. Muito utilizada em sistemas sincronizados no tempo.

3.4. Limitada no tempo

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Figura 3.4: Grafcet – ordem limitada no tempo

A ordem é emitida logo após a ativação da etapa, porém com duração limitada a um valor detempo específico.

3.5. Impulsional

Figura 3.5: Grafcet – ordem impulsional

Semelhante à limitada, mas com tempo de duração “infinitesimalmente” pequeno (corresponde aociclo de varredura do CLP comum).

3.6. Memorizada

Figura 3.6: Grafcet – ordem memorizada

Ação específica para ligar (SET) e outra para desligar (RESET).

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4. Comandos de desvio e de junção:Dentro da estrutura Grafcet também estão previstos, desvios, junções etc. Os blocos seguintesrealizam essas funções:

4.1. Divergência em OU (OR):

Quando o Grafcet chega a um bloco de divergência em OU, ele irá tomar um dos caminhos. Nãoserá possível seguir pelos dois caminhos e o caminho tomado será o primeiro que receber a ordemde avançar.

Figura 4.1: Divergência em OU

No Grafcet da Figura quando o bloco B05 (divergência em OU) estiver ativo, o caminho a seguirserá:- B09 se em primeiro lugar for dada a ordem em B06- B10 se em primeiro lugar for dada a ordem em B07A partir do momento em que um dos caminhos é escolhido, não será mais possível realizar ooutro. A principal utilidade desta divergência é quando se precisa selecionar entre dois possíveiscaminhos, dependendo da situação anterior do processo.

Exemplo: Suponha uma máquina separadora de peças. As em boas condições seguem umcaminho e aquelas que não satisfazem os requisitos são enviadas para outro local. Um possívelGrafcet para isso seria:

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Figura 4.2: Convergência em OU

A chave B06 inicia o processo. Logo após chega-se a divergência em OU, onde é necessáriodecidir entre um dos dois caminhos. Se a peça for aprovada é enviado um sinal em B02 e oGrafcet segue o caminho B04. Quando a peça é posicionada no local adequado dá-se um sinal emB10 e o Grafcet volta ao início. O outro caminho é analisando da mesma maneira. Observe queaqui foi utilizado o bloco B07 que é uma convergência em OU.

4.2. Convergência em OU (OR):

Este bloco, já utilizado no exemplo anterior faz o fechamento dos caminhos abertos por blocosque fazem divergência. No exemplo a divergência em Ou abriu dois caminhos e a convergênciaem OU os fechou novamente.

4.3. Divergência em E (AND):A divergência em E abre dois caminhos no Grafcet e ambos são executados. Suponha um processoem duas peças precisam ser preparadas para depois serem juntadas para produzir uma outra peça.Cada caminho seria a preparação de uma peça e, no final, elas são juntadas através de umaconvergência em E. Note que na convergência em E o processo fica aguardando as duas peças.Não é possível passar adiante antes que as duas peças cheguem a esse ponto. Tente simular oGrafcet abaixo chegando com apenas uma das peças à convergência em E. Veja que mesmoaplicando o comando de ordem em B14 o Grafcet fica parado. Somente quando as duas peçaschegam é que é possível seguir adiante. As convergência e divergência em E são muito úteis parasincronizar processos.

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Figura 4.3: Divergência e convergência em E

4.4 Convergência em E (AND):É o bloco destinado a juntar os dois caminhos abertos por alguma divergência de modo quesomente quando os processos dos dois caminhos estejam concluídos é que será possível seguiradiante.

4.5. Etapa inicial com resset:O Grafcet padrão do CLP Millenium III possui uma etapa inicial com resset. Na figura essa etapaé o bloco B27. Veja que essa etapa possui duas entradas: uma de reinicialização (ligada a B19) eoutra de transição (ligada a B28).

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Figura 4.4: Sincronização em E

A etapa inicial com resset pode ser usada da seguinte maneira:

- A qualquer momento a aplicação de um pulso na entrada de reinicialização fará com que oprocesso volte ao início;- Enquanto a entrada de reinicialização estiver em nível alto o sistema fica travado, ou seja, não épossível iniciar o processo com essa entrada da etapa inicial com resset em nível alto.- No caso de falta de energia, se a etapa inicial for a normal, o sistema voltará ao início quando aenergia retornar. No caso da utilização da etapa inicial com resset, o sistema retorno no ponto emque faltou energia, a não ser que seja aplicado um pulso na entrada reinicialização quando aenergia retornar.

Convém tomar cuidado com essa opção do sistema retornar no ponto em que houve a falta deenergia porque nem sempre essa condição é segura.

A partir deste ponto serão apresentados vários exemplos de aplicação de Grafcet.

5. Exemplos de aplicação de Grafcet:

5.1. Carrinho de transporte Suponha um carrinho para transporte de algum produto da seguinte maneira:- A posição de repouso é sempre a esquerda com o sensor “a” acionado;- O processo inicia com o pressionamento da botoeira “m”;- Quando a botoeira for pressionada o carrinho se desloca para a direita até acionar o sensor “b”;- Logo após acionado o sensor “b” abre a comporta “carrega” e o carrinho é carregado;- Quando o sensor “p” for acionado é porque o peso correto foi atingido;- Neste instante fecha a comporta “carrega”;- O carrinho aguarda 5 s para o fechamento da comporta e inicia o retorno para a esquerda;- O carrinho começa se deslocar para a esquerda até atingir o sensor “a”.

Aqui termina o nosso exemplo. Não há necessidade de determinar a sequência do processo. Apresentar um Grafcet de controle deste processo.

Figura 5.1: Carrinho de carga

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Solução: A solução deste problema, assim como a solução de qualquer outro problemaenvolvendo Grafcet, irá depender de como se imagina o funcionamento e de que tipo de sensores,chaves e acionamentos são usados. Aqui supõe-se a chave como sendo push Button com retorno,ou seja, sempre é necessário dar dois toques na chave. Os sensores são do tipo normalmente abertoe fecham quando a ação prevista para ocorrer neles acontece. Quando essa ação é retirada, elesabrem novamente. Aí está uma possível solução. O timer está programado para aguardar o temposolicitado de 5 s.

Figura 5.2: Grafcet do problema do carrinho

5.2. Exemplo de estrutura com sequência linear – Máquina de estampar peças (SILVEIRA& SANTOS, 1998)Uma máquina de estampagem de peças é formada por um dispositivo de carregamento porgravidade, um cilindro alimentador (cilindro 1), um cilindro estampador (cilindro 2) e um cilindroextrator (cilindro 3). Todos os cilindros são acionados por válvulas pneumáticas e possuemretorno por molas. A máxima excursão dos cilindros é monitorada pelos sensores S1, S2 e S3 tiporeed-switch. A retirada da peça é realizada por um sopro de ar comprimido, obtido peloacionamento da válvula pneumática EV4 e monitorada pela ação do foto sensor (FS). Para iniciaro processo é necessário ligar uma chave elétrica de partida (PTD). A sequência de operaçãoconsiste em:- Colocar a peça no molde;- Recuar êmbolo do cilindro 1;- Estampar a peça durante 2 segundos;- Recuar o estampador;- Acionar o sopro de ar;- Retirar a peça;

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- Reiniciar o processo para uma nova peça.

Figura 5.3: Máquina de estampar

Solução:

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Figura 5.4: Grafcet do problema da máquina de estampar

Essa é uma possível solução imaginando o uso de chaves fim de curso com NA e NF e sem preveros intertravamentos necessários à segurança do processo. Assim os sensores S1, S2 e S3 aparecemduas vezes: uma como contato NF e outra como contato NA. O primeiro teste, feito com o blocoB07 é para assegurar que todos os sensores estão na sua posição normal no início da operação.Isso evita que a máquina parta em qualquer estado. Em seguida aciona EV1 até que o sensor S1-NA acione. Quando isso ocorre é acionado EV2 por um tempo determinado pelo timer B16.Decorrido esse tempo o sistema aciona EV3 e EV4. Ele fica nesta situação até ocorrer S3-NA.Quando S3-NA ocorre, EV3 é desativado e EV4 continua ativo até que ocorra o evento FS.Quanto FS acontece o sistema volta ao início e um novo ciclo é iniciado.

6. EXERCICIOS GRAFCET:

1. Elaborar um Grafcet para comando de um semáforo rodoviário em um cruzamento no qual otempo de passagem (sinal verde) em todas as vias é de 20 s. Vamos supor que não há sinalamarelo. A figura seguinte mostra a situação das vias. Trata-se de um cruzamento de 4 vias commão dupla e condição de realizar todos os tipos de cruzamentos. Assim apenas um sinal verdedeve ficar ligado enquanto os outros três devem estar em vermelho. Esse processo fica sempre

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seguindo a sequência SEMÁFORO 1 � SEMÁFORO 2 � SEMÁFORO 3 � SEMÁFORO 4 �SEMÁFORO 1 e assim por diante.

SEMÁFORO 1

SE

MÁ

FO

RO

2

SEMÁFORO 3

SE

MÁ

FO

RO

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Existem várias soluções possíveis para este problema. Uma delas é apresentada abaixo. Nestasolução é utilizado o bloco CAM. A chave D1 é usada para iniciar o processo.

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Vejam a simplicidade do software. Os tempos de verde e vermelho podem ser livrementecontrolados nos timers.

2. Elaborar um Grafcet para um dispositivo automático destinado a selecionar caixas de doistamanhos diferentes, que se compõe de uma esteira rolante de alimentação de caixas, de umdispositivo de detecção que permite reconhecer sem ambiguidade o tipo de caixa presente, de trêscilindros pneumáticos comandados por eletroválvulas, de sensores de posição para cada cilindro,sendo PI (posição inicial), PM (posição média), PF (posição final) e de duas esteiras rolantes desaída. O braço (1) empurra as caixas pequenas diante do braço (2) e este translada sobre a esteirade saída para caixas pequenas. O braço empurra as caixas grandes diante do braço (3) e estetranslada para a esteira de saída de caixas grades. O detector (A) percebe a presença de uma caixae o detector (B) identifica o tamanho da caixa, pois atua quando ela for do tipo grande, conformeilustra a figura (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

3. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Grafcet para atuar de forma que quando E1 eE2 estiverem ativas, se ocorrer a transição T1, ative E3 ( e desative E1 e E2), mas se ocorrer atransição T2, ative E4 (e desative E1 e E2) (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

4. Dadas quatro etapas (E1, E2, E3 e E4), elaborar o Grafcet para atuar de forma que quando E1estiver ativa e ocorrer a transição T1, ou quando E2 estiver ativa e ocorrer a transição T2, entãoativem-se as etapas E3 e E4 (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

5. Elaborar um Grafcet para comandar um sistema com partilha de recursos conforme ilustrado nafigura 4.36. Um carro de transporte de peças deve atender a dois grupos de operários situados emdiferentes posições (A e B). Se um operário localizado em A pressionar a botoeira P1, o carro Ideve efetuar o trajeto ACA. Se um operário localizado em B pressionar a botoeira P2, o carro IIdeve efetuar o trajeto BCB. Os comandos só serão aceitos se os carros estiverem na respectivaposição de repouso. O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para a esquerda.O acionamento do carro I é feito por M1 para a direita e M2 para a esquerda. O acionamento docarro II é feito por M3 para a direita e M4 para a esquerda. O atuador V1 controla o destino docarro, sendo que quando V1=0 implica que o carro efetua o percurso AC, e quandoV1=1 implicaque o carro efetua o percurso BC. Como a parte final do percurso é partilhada pelos dois carros,

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terá que existir exclusão mútua no acesso ao percurso DC. Assim, quando atingirem a zona D, oscarros só poderão avançar se o percurso DC estiver livre (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

6. Considere o sistema eletrônico de refrigeração do motor de um automóvel. O radiador possuidois sensores de temperatura S1 e S2, que disparam a 60 e 90 graus centígrados respectivamente.O sistema funciona automaticamente do seguinte modo: Quando a temperatura da água doradiador atinge os 90ºC (S2 = 1), o motor da ventoinha do radiador começa a funcionar, sóparando quando a temperatura da água descer abaixo dos 60ºC. Veja o respectivo diagrama deestados deste sistema:

Estado Ventoinha Significado físico0 0 Motor abaixo dos 90ºC. Ventoinha desativada, liga-se quando a temp.

chega a 90º.1 1 Motor acima dos 90ºC. Ventoinha ativa, desliga-se quando a temp.

desce dos 60º.

Diagrama de estadosApresente um Grafcet para este sistema.

7. A figura seguinte apresenta um sistema automático de furação.

Pretende-se fazer dois furos numa peça. O cilindro A éresponsável por fixar a peça e as unidades B e C porefetuarem os respectivos furos. O processo inicia-se com aativação de um botão de início “Start”. As unidades com asbrocas (cilindros B e C) têm de descer individualmente edevem subir juntas, de forma a que a peça não seja danificada.

Defina as entradas e saídas do sistema. Caracterize cada uma delas. Faça um Grafcet do processo

8. Uma máquina utilizada para a colocação de pinos em estatores é composta por uma parte decomando eletrônica (AP), por um conjunto de cilindros e motores pneumáticos que constituem os

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seus atuadores e por uma bobina de fio, de secção quadrada, que será cortado, durante o seu ciclode funcionamento, com o comprimento correspondente à altura do pino desejada.

Cada estator tem um nº máximo possível de 10 pinos podendo, no entanto, os pinos seremcolocados com uma sequência pré-definida, selecionando-se para isso, o programacorrespondente.O ciclo base para colocação de um pino é definido por:

- rotação de 36° do suporte do estator (avanço do cilindro D)- recuperação do sistema de rotação (recuo do cilindro D)- introdução do fio na cavidade (desce cilindro A)- avança lâmina para cortar fio (avança cilindro B)- retorno da lâmina à posição de repouso (recua cilindro B)- é solto o fio no cilindro de fixação (recua cilindro C)- recuperação do comprimento do pino (sobe cilindro A)- fixação do fio, já com o comprimento correspondente ao próximo pino a ser cravado (avançacilindro C).

O sistema inicia o seu ciclo de funcionamento quando se pressiona o botão de START.

a) Caracterize as entradas e saídas do sistema.b) Caracterize as condições de inicialização e o ciclo de funcionamento para o cravamento de umpino no estator.c) Apresente um Grafcet para o sistema

Armazém

Tapete 3

Tapete 2

Tapete 1

Cilindro A

Cilindro B

Cilindro C Cilindro D

Cilindro E

Cilindro F

Posto defuração 1

Posto defuração 2

Posto defuração 2

visto de lado

Posto defuração 1

visto de lado

Cilindro E Cilindro C

Cilindro dofuro

central

Cilindro dosfuros

laterais

CONTADOR

Cilindro H

Cilindro I

Peça Peça

Sensor de posição depeça S1

START

9. Observe com muita atenção a figura anterior. Ela representa, de forma esquemática, umpequeno sistema de fabricação, cujo processo consiste em furar chapas quadradas. Numa primeirafase (posto de furação 1) abrem-se 4 furos simétricos tal como mostra a figura. Numa segunda fase(posto de furação 2) é realizada a abertura de um furo central de diâmetro superior em relação aos

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anteriormente efetuados. Seguidamente as peças trabalhadas são encaminhadas para um armazém,onde existe um contador que mantém o controlo dos lotes que saem do circuito produtivo.

O cilindro A tem a função de empurrar a matéria prima para a esteira 1 que a encaminha até aoposto de furação 1. Os cilindros B, D, e F têm, respectivamente, a função de empurrar as peçaspara o tapete 2, 3 e armazém. É função do sistema de controlo o comando dos tapetes logo, seránecessário a colocação de sensores que, quando atuados, provoquem o início do funcionamento dorespectivo tapete, só parando quando as peças chegam ao seu destino. Os tapetes só comportamuma peça de cada vez, pelo que a atuação dos cilindros A, B, e D vai depender do estado do tapetepara onde irão empurrar a peça. O controle de cada esteira é independente dos restantes, logo estespodem funcionar ao mesmo tempo. Os cilindros C e E servem para fixar a peça de modo a poderrealizar-se a furação, pelo que devem ser atuados antes da operação começar. Quando o número depeças feitas chegar ao valor de 20 unidades faz-se ouvir uma sirene de modo que um operadorsubstitua o palet com as peças prontas que se encontra no armazém. Notar que quando o operadorretira a palet a sirene para de tocar.a) Defina e caracterize as entradas e saídas do sistema de comando. Pode colocar os sensores queachar necessários de modo a construir o GRAFCET que implemente todas as características dosistema. Sugestão: Considere igualmente a colocação de variáveis, que indiquem se os tapetes têmou não peças a viajar, ou a sofrer os processos de fabrico.

b) Defina as condições iniciais do sistema.

c) Implemente um GRAFCET funcional que consiga controlar as esteiras, satisfazendo todos ospontos do projeto.

10. A figura seguinte apresenta um sistema automático para abertura e fechamento de uma portacom uma chave.

O cilindro A encarrega-se de colocar e retirar a chave da fechadura e o cilindro B movimenta achave nos dois sentidos, para fechar e abrir a porta, respectivamente. Na ponta da haste do cilindroA, existe um rolamento que é ligado a um tambor, em forma de roda dentada, ao qual está fixa achave. O avanço e recuo do tambor são guiados pela cremalheira do cilindro B; ao fazer-se B+ ouB- o tambor roda de forma a fechar ou abrir a porta respectivamente.

Considere o ciclo relativo ao fecho da porta seguido da sua abertura.

a) Defina as entradas e saídas do sistema e caracterize cada uma delas.b) Faça um Grafcet do sistema

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11. Elaborar um Grafcet para uma máquina de imprimir cartazes, conforme ilustrado na figura4.37. O rolo 1, que contém tinta fornecida pelo dispositivo ligado ao pistão W, arrasta o papelquando o rolo 2 sobe acionado pelo pistão V (o ponto O é fixo). Assim, quando o ressalto do rolo1aciona o sensor ‘a’, V é ativado, pressionando o papel contra o rolo. 1. quando o sensor ‘a’ éliberado, inicia-se o processo de impressão, ativando o pistão W. O fornecimento de tinta continuaaté o ressalto do rolo 1 acionar o sensor ‘b’. Neste momento, o pistão V é desativado, permitindoque o rolo 2 liberte o papel. Quando o sensor ‘b’ for liberado, a guilhotina sobre a máquina ficapronta para um novo ciclo de trabalho (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

12. Elaborar um Grafcet para um sistema de transferência de peças, composto por duas esteiras dechegada (A e B), uma garra de pega (G) alojada em um carro sobre trilhos (T), dois cilindrospneumáticos (P e V) de liberação de peças e uma esteira de evacuação (C) delas. Os atuadores esensores do sistema são os seguintes (SILVEIRA & SANTOS, 1998).

� D: Motor que aciona o carro para a direita;� E: Motor que aciona o carro para a esquerda;� PP: Atuador que faz a garra pegar uma peça;� LP: Atuador que faz a garra soltar uma peça;� V+: Eletroválvula que comanda o avanço de V;� V-: Eletroválvula que comanda o recuo de V;� P+: Eletroválvula que comanda o avanço de P;� P-: Eletroválvula que comanda o recuo de P;� X: Sensor de presença do carro na posição do repouso;� Y: Sensor de presença do carro sobre a esteira A;� Z: Sensor de presença do carro sobre a esteira B;� Spp: Sensor de peça pega pela garra;� Sv+: Sensor que indica máximo avanço do cilindro V; � Sv-: Sensor de posição de recuo total do cilindro V;� Sp+: Sensor que indica máximo avanço do cilindro P;� Sp-: Sensor de posição de recuo total do cilindro P.

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Seu funcionamento consiste em verificar a presença de peça em uma das esteiras de chegada, queserá então paga pela garra e transportada até a bandeja do cilindro V já previamente na posiçãoalta. A seguir, o cilindro V desce a peça até o nível do cilindro P que, então, evacua a peça pelaesteira C. prever um sistema de prioridade de forma a não acumular peças em uma esteira.

7. EXERCÍCIOS PARA O TRABALHO PRÁTICO

Cada equipe de, no máximo, 3 alunos, receberá um dos seguintes exercícios práticos de automaçãoindustrial para ser resolvido e apresentado em forma de trabalho escrito e em disquete. O trabalhodeve ser feito todo de acordo com a metodologia oficial da UNIDAVI. O trabalho deve conter:introdução, fundamentação teórica do método utilizado para solução, apresentação da solução comesquemas, diagramas, tipos de chaves utilizadas e tudo o que for necessário ao perfeitoentendimento da solução. Ao final apresentar uma conclusão.NOTA IMPORTANTE: O software será simulado no laboratório e deverá funcionar corretamente.

7.7.1. Considere o processo industrial descrito abaixo e apresentado na Figura 7.1:· O nível de água dentro de um reservatório destinado à alimentação de um sistema de irrigação écontrolado por três detectores de nível (N1, N2 e N3). A alimentação do reservatório é efetuadapor três bombas (B1, B2 e B3).· Cada vez que o nível de água desce abaixo de um dos detectores de nível uma das bombas deveser acionada. Isto é, se o nível da água ficar abaixo do nível 1, deve ser acionada uma bomba, se onível ficar abaixo do nível 2 deverão entrar em funcionamento duas bombas e assimsucessivamente.· Se, entretanto, o nível da água no reservatório ultrapassar o nível 3 deverá ser desligada a últimabomba que entrou em funcionamento, se subir acima do nível 2 deverá ser desligada a penúltimabomba que entrou em funcionamento, e se subir acima do nível 1 deverá ser desligada a primeirabomba que entrou em funcionamento.

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· Para equilibrar o tempo de funcionamento de cada bomba, o esquema de controle deveconsiderar uma partida cíclica. Isto é, após a sequência de funcionamento B1 – B2 – B3 (mesmoque incompleta), devem ser consideradas as sequências B2 – B3 – B1 e B3 – B1 – B2respectivamente.

Relativamente ao processo anteriormente descrito:1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamento associado.Considere todos os elementos necessários incluindo o equipamento associado ao comando,controle e proteção das bombas.2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet). Considere apenas o nível 1, semconsiderar os pormenores de funcionamento das bombas.

Figura 7.1: Processo industrial de controle de vazão

7.7.2. Considere o processo industrial descrito a seguir e mostrado na Figura 7.2:· Um determinado produto é composto por três componentes, designados por A, B e C.· A dosagem dos componentes A e B é efetuada cumulativamente através da balança 1. Para cadadose de produto final deverão ser considerados 15 Kg do componente A e 5 Kg do componente B.· A dosagem do componente C é efetuada através da balança 2. Para cada dose de produto finaldeverão ser considerados 20 Kg do componente C.· Para que o produto final seja homogêneo os três componentes são misturados, em recipientepróprio, durante 20 minutos.· A esteira transportadora, acionada por um motor assíncrono trifásico, destina-se a transportar oproduto final para o silo de armazenagem.Relativamente ao processo anteriormente descrito:1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamentos associados.2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet).

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Figura 7.2: Processo industrial de dosagem de materiais

SOLUÇÃO:

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7.7.3. Considere o processo industrial representado na Figura 7.3, onde propositadamente seomitiram todos os sensores, detectores e atuadores:· O processo refere-se a uma linha de enchimento de recipientes de resíduos industriais líquidos.Estes resíduos chegam ao depósito a uma temperatura de cerca de 150º, no entanto a suatransferência para os recipientes somente pode ser efetuada se a sua temperatura for inferior a 50º.

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Deste modo existe uma serpentina, percorrida por água fria, mergulhada no depósito com opropósito de esfriar o líquido.· Sempre que a temperatura do líquido, no interior do depósito, for inferior a 50º, e desde que umrecipiente esteja corretamente posicionado, dever-se-á efetuar o enchimento do referido recipiente.Assim que este esteja completamente cheio um motor aciona a esteira a fim de posicionar umoutro recipiente. A introdução e extração dos recipientes da esteira é responsabilidade de outroprocesso.· O resíduo industrial líquido dentro do depósito deve estar sempre entre 20% e 80% dacapacidade do depósito. Não deverá ocorrer enchimento de recipientes se a quantidade de líquidodentro do depósito for inferior a 20% da sua capacidade total.· Sabe-se que a capacidade de cada recipiente é de 100 litros e que a velocidade de enchimento éfeita a 10 litros por minuto.· Todo o processo é comandado através de uma botoeira LIGA/DESLIGA. Caso seja pressionadao botão de DESLIGA e se esteja realizando o enchimento de algum recipiente o mesmo deverá serterminado antes do processo ser interrompido.Com relação ao processo descrito:1. Elabore a lista de entradas e saídas, acompanhada da lista de equipamentos associados.2. Posicione todos os sensores, detectores e atuadores (de campo) necessários ao funcionamentodo processo.3. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet).

Figura 7.3: Processo de enchimento de recipientes

7.7.4. Considere um escritório com duas salas, onde o painel elétrico apresenta seis circuitos,conforme mostrado na Figura 7.4.· Pretende-se que um CLP programável, instalado dentro do painel elétrico, desempenhe asseguintes funções:· Comandar a iluminação, em cada sala, em função do nível de iluminação exterior e da ocupaçãoda respectiva sala.· Medir a energia consumida.· Inibir os circuitos de tomadas durante o fim de semana.· Contar o número de horas de funcionamento dos disjuntores.

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· Comandar o aquecimento, em cada sala, em função da temperatura interior.· Inibir o comando do aquecimento em caso de abertura de janela.

Especifique o sistema de automatização, isto é, apresente uma lista das entradas e saídas (digitais eanalógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas. Representena planta do escritório a localização dos sensores utilizados.

Figura 7.4: Automação de escritório composto de duas salas

7.7.5. Considere uma esteira transportadora, que possui associadas as seguintesinformações:· Acionamento· Detecção de sentido do movimento· Desvio de Tela 10º e 18º· Emergência de arame· Medição da corrente elétrica absorvida· Detector de transito de produtoExecute o(s) diagrama(s) de comando não esquecendo de utilizar todas as informaçõesdisponíveis, sabendo que o programa deverá:· Aguardar 3 e 5s pelo retorno do movimento e detecção de rotação se houver qualquer falha.· Parar se não houver transito de produto após aguardar um tempo de 10 minutos defuncionamento.· Parar se o desvio tela de 18º for ativado.· Parar de imediato se a emergência for ativada.· Fornecer um alarme sonoro caso a corrente absorvida seja superior a 110 A por um períodosuperior a 3 minutos ou a 130 A num período superior a 1 minuto.

especificações técnicas e funcionais.· Todos os equipamentos elétricos são alimentados a partir de um mesmo quadro elétrico - QE.Os contatores de comando e as proteções elétricas encontram-se alojadas neste quadro.· O Motor M1 aciona a esteira TR, onde são transportadas caixas de papelão.· As caixas são colocadas em TR por um sistema autônomo, que só funciona quando a esteira TRestiver funcionando. A indicação do funcionamento de TR deverá ser transmitida ao referidosistema através de uma saída digital do CLP programável.· O Carro C pode transportar um máximo de 50 caixas.· Depois de cheio, o carro deverá ser puxado de (A) para (B), onde é automaticamentedescarregado. O tempo desta operação é de 180 segundos.· Após o carro ser descarregado ele deverá retornar à posição (A).

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Especifique o sistema de automatização, isto é, apresente uma lista das entradas e saídas (digitais eanalógicas) previstas, bem como os sensores e atuadores associados a cada uma delas e a sualocalização na instalação.

Figura 7.5: Montagem industrial

7.7.7. O Sr. Madeira é o dono de uma pequena serraria chamada MADEIRA & FILHOS epretende automatizar a única máquina de corte existente nas suas instalações. A máquina émostrada na Figura 7.6.Questionado sobre o que deve fazer a máquina de corte, o Sr. Madeira forneceu a seguintedescrição literal do processo de corte:· Após pressionar um botão (INÍCIO) a máquina de corte desloca-se para a direita. O disco decorte deve ser ligado antes de atingir as toras de madeira e desligado após efetuar o corte dosmesmos. Logo depois de desligado o disco de corte deve ser elevado. Quando a posição superiorfor atingida (disco levantado) o movimento de subida deve parar e a máquina deve deslocar-separa a esquerda até atingir a sua posição inicial. Dois segundos após atingir a posição inicial obraço da lâmina deve baixar. Todo o processo se reinicia por atuação no botão INÍCIO.· Toda a sequência automática pode ser parada por atuação numa botoeira de parada deemergência (EMERG). Um novo recomeço só é possível com a máquina na posição inicial. Ocontrole deve permitir a comutação entre comando manual e comando automático de modo apermitir que a máquina possa ser deslocada manualmente para a sua posição inicial.

1. Quais sensores/detectores e atuadores você aconselharia o Sr. Madeira a adquirir paraautomatizar a sua máquina de corte.2. Elabore o diagrama descritivo do processo de corte (Grafcet).

Figura 7.6: Máquina de corte de madeira

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7.7.8. Considere um quadro geral de baixa tensão constituído por um único barramento, tal comose apresenta na Figura 9.7. Este possui oito disjuntores de saída (numerados de 1 a 8) e doisdisjuntores de entrada (Dt e Dg). Todos os disjuntores são motorizados, possuindo dois comandosde 24Vdc (um para ligar e outro para desligar). A alimentação provem da rede pública (através deum transformador de 630kVA) ou de um grupo de alimentação de emergência (100kVA). Apresença de tensão proveniente da rede pública é detectada pelo relé Ru. O comando do grupo deemergência deve ser efetuado através de um único comando (ligar/desligar) mediante um relé livrede tensão. O módulo CVM providencia uma leitura da potência instantânea.Descrição literal do processo:· Em regime normal a instalação é alimentada por intermédio de um posto de transformação, apartir da rede pública de distribuição.· Em regime de emergência (em caso de falha da rede) a alimentação de energia é assegurada porum grupo diesel de emergência.· Em caso de falta de tensão da rede pública, por um período superior a dois segundos, deve serdada ordem de ligar o grupo de emergência e o disjuntor Dt deverá ser aberto. Dez segundos apósa ordem de arranque do grupo de emergência o disjuntor Dg deve ser fechado, ficando a instalaçãoem regime de emergência.· Em regime de emergência todas as cargas (disjuntores 1 a 8) devem ser desligadas antes de ligaro disjuntor Dg. Após ligar o disjuntor Dg as cargas deverão ser ligadas sequencialmente, emintervalos de vinte segundos, mas somente se a potência consumida for inferior a 90% da potênciado grupo de emergência. Caso esta potência seja excedida deverão ser desligadas primeiro ascargas de maior índice numérico (8-7-6-5-4-3). As cargas 1 e 2 são prioritárias nunca devem serdesligadas.· Caso seja detectada tensão na rede pública por mais de cinco segundos o disjuntor Dg deve abrire o disjuntor Dt deve fechar. Quinze segundos após ter sido fechado o disjuntor Dt deve serretirada a ordem de funcionamento ao grupo de emergência. Todas as cargas que eventualmente seencontrem desligadas devem ser religadas.

1. Elabore a lista de pontos de entrada/saída completa (incluindo além da especificação dos pontoso equipamento associado).2. Elabore o diagrama descritivo do processo de inversão normal/emergência (Grafcet).

7.7.9. Considere o seguinte funil de carga que contem uma mistura de bolas com duas coresdiferentes.· O objetivo é separar o conteúdo do funil para dois recipientes separados, através de um canoinclinado com dois registros e dois sensores.· O registro A permite parar as bolas imediatamente após a saída do funil, permitindo ao sensor decor detectar que tipo de bola se encontra nesse local (medindo o nível de luz refletida). Após esteregistro existe um segundo sensor para detectar a passagem de uma bola.· O registro B é posicionado na junção de dois outros canos que permitem dirigir as bolas paradois recipientes distintos. Se o registro B se encontra na posição normal (não atuado) as bolasentram no recipiente 2. Em caso contrário entrarão no recipiente 1.· Existe ainda uma sirene para alertar em caso de existir um bloqueio nos canos ou que o funil seencontra vazio.

1. Elabore a lista de pontos (entrada/saída) completa (incluindo além da especificação dos pontoso equipamento associado).2. Elabore o diagrama descritivo do processo (Grafcet).

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Figura 7.7: Separação de bolas coloridas

7.7.10: Considere uma instalação fabril cuja planta é apresentada na Figura 7.8. Esta planta possui três quadros elétricos, com o número de sinais entrada/saída indicado junto dosmesmos, sob a forma entrada/saída. Deverá ser considerado um posto de supervisão no localassinalado pelo símbolo PC. Os cabos deverão ser passados ao longo das paredes da instalação.Considerando a lista de preços apresentada opte, justificadamente, por uma solução de topologiacentralizada ou distribuída.

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Figura 7.8: Instalação elétrica de planta industrial

7.7.11 Elabore o diagrama referente ao processo mostrado na Figura 7.9:

Figura 7.9: Processo industrial

· Um misturador de líquidos é constituído por 3 tanques. O tanque 1 é usado para misturar oslíquidos dos tanques 2 e 3. As válvulas A, B e D podem ser utilizadas para permitir, ou não, acirculação de liquido. A válvula C é utilizada para introduzir ar comprimido a fim de facilitar amistura. L1, L2 e L3 são sensores de nível digitais.· Após a mistura as válvulas A, B e C são fechadas e a válvula D é aberta para permitir a saída do

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líquido misturado. Quando o liquido no tanque 1 desce abaixo de L1 a válvula D é fechada. Aomesmo tempo a válvula A é aberta para admitir liquido do tanque 2. O liquido entra para o tanqueaté que o nível no tanque 1 atinja L2. A válvula A é fechada e a válvula B é aberta para permitir aentrada de liquido do tanque 3. Quando o nível de liquido atingir L3 a válvula B é fechada.· A mistura é então acelerada abrindo a válvula C, durante 10 segundos, através de entrada do arcomprimido.· Após a mistura a válvula C é fechada e o liquido sai, abrindo a válvula D.

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