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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBACENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

SISTEMAS DE EVENTOS DISCRETOSAvaliação 1

Thommas Kevin Sales Flores

João Soares Farias Neto

Samile Graciely Ramos Leite

João Pessoa

2018

Centro de Energias Alternativas e RenováveisDepartamento de Engenharia Elétrica

Caixa Postal 5115, Campus I - Cidade Universitária CEP: 58059-970, João Pessoa - PB, Brasil

1



LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Imagem do sistema proposto................................................................................6

Figura 2 – Bancada da experimental da WEG.......................................................................7

Figura 3 - Esteiras didáticas..................................................................................................7

Figura 4 - Bancada didática com reservatórios, bomba, sensores, válvula e indicadores

luminosos...............................................................................................................................8

Figura 5 – Placa de condicionamento elétrico e placa de aquisição de dados......................9

Figura 6 – Diagrama de estados e eventos 1......................................................................13

Figura 7– Diagrama de estados e eventos 2.......................................................................14

Figura 8 – Código em linguagem LADDER parte 1.............................................................15

Figura 9 – Código em linguagem LADDER parte 2............................................................16

Figura 10 – Código em linguagem LADDER parte 3...........................................................17



Figura 13 - Visão geral da montagem em laboratório..........................................................20

Figura 14 - Bloco de programação Labview........................................................................21

Figura 15 - Sinótico do supervisório....................................................................................22

Figura 16 - Curva dos eventos e estados obtida no experimento........................................23



2



LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Tabela de eventos..............................................................................................11

Tabela 2 – Tabela de eventos.............................................................................................12

Tabela 3 – Relação entre código LADDER e entradas físicas............................................14

Tabela 4 – Relação entre código LADDER e saídas físicas................................................15



3



SUMÁRIO

1 OBJETIVO.......................................................................................................................5

2 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA........................................................................................6

3 MATERIAIS E MÉTODOS..............................................................................................7

4 DESENVOLVIMENTO DAS QUESTÕES.......................................................................9

4.1 QUESTÃO 01...........................................................................................................9

4.2 QUESTÃO 2...........................................................................................................12

4.3 QUESTÃO 3...........................................................................................................14

4.4 QUESTÃO 4...........................................................................................................19

4.5 QUESTÃO 5...........................................................................................................20

5 CONCLUSÃO................................................................................................................23



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1 OBJETIVO

Nesta avaliação deverão ser aplicados conhecimentos sobre eventos e estados de um

sistema discreto, implementação de um sistema utilizando o controlador lógico

programável TPW03, bem como o desenvolvimento do supervisório para monitoramento

dos estados através do LABVIEW, a placa de condicionamento e o hardware de aquisição

de dados da família USB NI 6000. A performance do sistema deverá ser avaliada.



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2 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

O sistema proposto, visa emular um processo industrial onde há duas esteiras,

sensores do tipo fim de curso, dois reservatórios, uma bomba d’agua, sensor de nível,

válvula solenoide. lâmpadas de sinalização e botões, conforme ilustrado na Figura 1.

Figura 1 - Imagem do sistema proposto.

O sistema é composto por duas esteiras inicialmente desligadas que podem

suportar até 3 peças de forma aleatória. Ao receber um sinal pulsado, ambas começam a

funcionar simultaneamente iniciando o primeiro ciclo de operação. Cada esteira possui um

sensor para detectar a presença das peças, que quando detectadas, acionam o comando

para desligar as esteiras.

No momento em que as duas peças são retiradas das esteiras, um pulso elétrico

ativa um contator de 10 segundos que posteriormente, ativa a bomba hidráulica

transportando toda a água do tanque inferior para o tanque superior, até o instante em que

o sensor de nível é acionado desligando a bomba hidráulica. Após o sensor de nível ser

acionado e a bomba desligada, a válvula solenoide é ativada, transportando a água do

tanque superior para o tanque inferior por um período de 120 segundos.

Ao final do período de 120 segundos, uma lâmpada é ligada sinalizando o início do

próximo turno do processo por mais dois ciclos, finalizando todo o processo desligando o

sistema. Existe um botão de verificação do processo, onde é possível executar uma pausa

no sistema para eventuais manutenções e retornar o ciclo de onde foi pausado.



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3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização deste experimento, foi usado a bancada didática da WEG, a qual

contém um Controlador Lógico Programável (CLP) do modelo TPW03 40HR-A (Figura 3),

duas esteiras didáticas (Figura 4), bancada didática que contém: reservatório de água,

sensor de nível, válvula solenoide e indicadores luminosos.

Figura 2 – Bancada da experimental da WEG.

Figura 3 - Esteiras didáticas.



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Figura 4 - Bancada didática com reservatórios, bomba, sensores, válvula e indicadores

luminosos.

Para fazer a aquisição de dados da planta, usou-se um computador, uma placa de

aquisição de dados da National Instruments do modelo NI USB-6009 e uma placa de

condicionamento elétrico, onde os sinais advindos do CLP de 24V são reduzidos para 5V,

ou seja, compatível com a placa de aquisição de dados. Estes equipamentos estão

ilustrados na Figura 5, onde o objeto a esquerda é a placa de condicionamento elétrico e a

direita a placa de aquisição de dados.

Figura 5 – Placa de condicionamento elétrico e placa de aquisição de dados.



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4 DESENVOLVIMENTO DAS QUESTÕES

Nesta seção, serão explicitados as questões propostas e o modo com o qual foi

chegado aos resultados.

4.1 QUESTÃO 01

Definir os eventos e estados do sistema, justificando suas definições.

Pode-se definir como evento tudo aquilo que seja capaz de mudar o estado da

variável do processo. Dessa forma, a lista a baixo elucida a consequência de cada um

desses eventos.

Pressionar o botão iniciar (Q1): Este botão coloca todo o sistema em funcionamento, ou

seja, aciona o motor das esteiras e habilita os sensores ao longo da planta.

Ligar motor da esteira 1: muda o estado do motor da esteira de desligado para ligado,

fazendo com que as peças que são colocadas na esteira cheguem até os sensores.

Ligar motor da esteira 2: muda o estado do motor da esteira de desligado para ligado,

fazendo com que as peças que são colocadas na esteira cheguem até os sensores.

Peça detectada no sensor da esteira 1: quando este evento ocorre, o motor da esteira 1

é desligado e o contador de peça incrementa uma vez.

Peça detectada no sensor da esteira 2: quando este evento ocorre, o motor da esteira 2

é desligado e o contador de peça incrementa uma vez.

Peça retirada da esteira 1: quando a peça é retirada e houver peça na outra esteira que

não foi retirada, esta voltará a funcionar, caso contrário, ela parará e iniciará uma

contagem de 10 segundos.

Peça retirada da esteira 2: quando a peça é retirada e houver peça na outra esteira que

não foi retirada, esta voltará a funcionar, caso contrário, ela parará e iniciará uma

contagem de 10 segundos.

Acionar bomba do reservatório inferior: Este evento fará com que a água armazenada

no reservatório inferior seja transportada através de um ducto para o reservatório superior.



9



Nível máximo no reservatório superior: O sensor de nível localizado na parte superior

deste reservatório, detectará este evento, pois o sensor funciona como uma chave, que ela

esse sinal de ligado, quando detectado o nível máximo e desligado caso contrário.

Abrir válvula: Quando o nível máximo é detectado, mudará o estado da válvula, cujo o

estado é normalmente fechado para aberto por 120 segundos, fazendo com que o líquido

armazenado no reservatório superior seja escorrido ao reservatório inferior.

Ligar lâmpada 1: A mudança de estado deste sinalizador luminoso, indica que os 120

segundos de válvula aberta se encerraram, fechando a válvula, zerando os valores

armazenados nos contadores de peças e reinicia um novo ciclo.


segundos de válvula aberta se encerraram, fechando a válvula, zerando os valores

armazenados nos contadores de peças e reinicia um novo ciclo.


segundos de válvula aberta se encerraram, desta forma, zera-se todos os valores

armazenados dos contadores e temporizadores, espera 5 segundos e desliga todo o

sistema

Pressionar botão de pausar (Q2): Este botão pausa o sistema, ou seja, tudo que estava

sendo executado muda seu estado para o estado em que o sistema se encontraria

desligado, por exemplo: bomba ligada para bomba desligada, válvula aberta para válvula

fechada.

Pressionar botão de zerar todo o sistema (Q6): Este botão muda o estado de todos os

elementos presentes no sistema para o estado inicial, ele também zera todos os valores de

contadores e temporizadores.



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Em vista disto, para facilitar a visualização destes eventos, observe a Tabela 1, a

qual está listado cada um deles.

Tabela 1 - Tabela de eventos

EVENTOS

e1 Pressionar o botão iniciar (Q1)

e2 Ligar motor da esteira 1

e3 Ligar motor da esteira 2

e4 Peça detectada no sensor da esteira 1

e5 Peça detectada no sensor da esteira 2

e6 Peça retirada da esteira 1

e7 Peça retirada da esteira 2

e8 Acionar bomba do reservatório inferior

e9 Nível máximo no reservatório superior

e10 Abrir válvula

e11 Ligar lâmpada 1



e14 Pressionar botão de pausar (Q2)

e15 Pressionar botão de zerar todo o sistema (Q6)

Na teoria de Autômatos, o estado de um circuito lógico digital ou algoritmo, é um

termo técnico para todas as informações armazenadas em um determinado ponto no

tempo, para qual o circuito ou algoritmo tem acesso. Sendo assim, elementos como

motores, sensores de presença e sinalizadores luminosos podem assumir dois estados:

ligado ou desligado, já válvulas do tipo solenoide podem assumir dois estados também,

porém eles são: aberto e fechado.

Por outro lado, a capacidade de carga da esteira é um valor que pode ser

incrementado conforme a capacidade máxima, ou seja, podendo assumir valores de 0 até

o máximo comportado. Sendo assim, a Tabela 2 lista os estados de cada elemento



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presente no sistema estudado.

Tabela 2 – Tabela de eventos.

ELEMENTO ESTADO

Motor da esteira 1 s1 = {Ligado, Desligado}

Motor da esteira 2 s2 = {Ligado, Desligado}

Sensor fim de curso esteira 1 s3 = {Ligado, Desligado}

Sensor fim de curso esteira 2 s4 = {Ligado, Desligado}

Bomba s5 = {Ligado, Desligado}

Capacidade da caixa da esteira 1 s6 = {0, 1, 2 e 3}

Capacidade da caixa da esteira 2 s7 = {0, 1, 2 e 3}

Válvula s8 = {Aberta, Fechada}

Sensor de nível s9 = {Ligado, Desligado}

Lampada 1 s10 = {Ligado, Desligado}



4.2 QUESTÃO 2

Realizar o diagrama de estados em função dos acontecimentos dos eventos.

Neste tópico, será apresentado os diagramas de estado em função dos

acontecimentos dos eventos, este diagrama serve para mostrar o comportamento do

sistema mediante algum evento, ou seja, o efeito do evento nos diversos elementos que

compõe a planta estudada.

Na figura 7, está ilustrado a seguinte cadeia de eventos e suas devidas mudanças

de estados. Considere que no estado inicias os motores das esteiras estão desligados,

assim como a válvula 1 (V1 = 0), os sensores detectores de peças (S1 = 0 & S2 = 0), as

lâmpadas (L1 = 0 & L2 = 0 & L3 = 0), o sensor de nível (S3 = 0) e a bomba hidráulica (BH

= 0).



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Ao apertar o botão de ligar, será gerado um pulso o qual aciona o sistema e liga os

motores 1 e 2, estes só serão desligados quando os sensores fim de curso 1 e 2

detectarem algum objeto, como pode ser visualizado na figura abaixo.

Figura 6 – Diagrama de estados e eventos 1.

Na figura 8, está ilustrado a continuação da Figura 7, dessa forma, ao retirar as

peças da esteira 1 e 2, os sensores serão desligados e após 10 segundos o estado da

bomba será alterado para ligado, ficando assim até que o sensor de nível do tanque

superior seja acionado, mudando o estado para ligado.

Por conseguinte, a válvula solenoide é aberta por 120 segundos e ao final deste

tempo se fechará e ligará a primeira lâmpada, reiniciando assim o processo. Isto será

repetido 3 vezes e no ultimo todo o sistema será desligado e zerado todos os contadores e

temporizadores.



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Figura 7– Diagrama de estados e eventos 2.

4.3 QUESTÃO 3

Realizar e simular o diagrama LADDER do processo.

Nesta seção, será apresentado o código desenvolvido em linguagem LADDER e os

parâmetros descritos no problema foram utilizados como entradas e saídas. Para facilitar a

compressão, observe às Tabelas 3 e 4, a qual estão relacionados a terminologia usadas

no código LADDER às entradas e saídas da planta.

Tabela 3 – Relação entre código LADDER e entradas físicas.

LADDER Entradas FísicaX001 Botão de iniciar o sistemaX002 Botão de pausar o sistemaX006 Botão de parar o sistema X003 Sensor da esteira 1



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X004 Sensor da esteira 2X005 Sensor de nível do tanque superior

Tabela 4 – Relação entre código LADDER e saídas físicas.

LADDER Saídas FísicaY001 Motor da esteira 1Y002 Motor da esteira 2Y003 Bomba d’agua Y004 Válvula solenoideY005 Lâmpada 1Y006 Lâmpada 2Y007 Lâmpada 3

Em posse das informações contidas nas tabelas anteriores, podemos elucidar cada

linha do código desenvolvido.

Ao pressionar o botão de início (X001), ativa a memória 1 (M1) e fecha o selo, isto

garante a energização do sistema. Por sua vez, M1 liga os motores 1 (Y001) e 2 (Y002), os

contatos normalmente fechados X003, C100, Y004, X004 e C101 garantem que os

motores sejam desligado caso algum destes eventos ocorram: peça chegou na esteira, ou

seja, sensor da esteira 1 e 2 ativo (X003 e X004), contador de peça chegou no valor

máximo (C100 e C101) e caso a válvula solenoide esteja ativa (Y004).

Sendo assim, o sensor da esteira 1 (X003) e o da esteira 2 (X004) estão

configurados para que na borda de subida acionem as memoria M3 e M4, as quais servem

para informar ao sistema que alguma peça chegou e incremente os contadores C001 e

C002, responsáveis por contar o número máximo de peças.

Figura 8 – Código em linguagem LADDER parte 1.



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Na figura 10, quando as peças são retiradas das esteiras e o sistema está ligado, às

memórias M2, M3 e M1 são ativas, consequentemente ativando o contator T250, o qual

conta 10 segundos, ao fim da sua contagem, o sistema aciona a bomba (Y003).

Por conseguinte, quando o tanque superior chega ao volume máximo, o sensor de

nível (X005) é ativo, zerando o contador de 10 segundos (T250), as memorias M2 e M3, as

quais dizem que foi retirada alguma peça da esteira e ativa a memoria 10 (M10), cuja à

função é habilitar à saída para ativar a válvula solenoide (Y004) e ativar o temporizador de

120 segundos (T251). Note que M1 sempre está presente em série ao longo do processo,

isso garante que os eventos só ocorreram se o sistema estiver ativo.




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Na Figura 10, temos que quando for contado os 120 segundos do temporizador

T251, este resetará a memória M10, que por conseguinte desabilitará a alimentação para a

válvula solenoide, como também incrementa os contadores C102, C103 e C104, cujo os

valores da contagem servem para indicar em qual ciclo o processo está, eles contam 1, 2 e

3, respectivamente. Por fim, é resetado o temporizador de 120 segundos (T251).


Na Figura 11, temos os acionamentos das lâmpadas 1, 2 e 3 através dos



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contadores C102, C103 e C104, respectivamente. Dessa forma, quando os contadores de

ciclo (C102, C103 e C104) chegarem ao seu valor máximo, acionará as saídas (Y005,

Y006 e Y007) e resetará os contadores de peça C100 e C101, reiniciando um novo ciclo.

Já no último ciclo, há um contador de 5 segundos (T252) que desligará todo o sistema.


Na figura 12, há em paralelo o botão de zerar todo o sistema (X006) e o

temporizador de 5 segundos citado no parágrafo anterior (T252), estes são responsáveis

em zerar todos os contadores, temporizadores e memorias que há no código desenvolvido,

ou seja, fazendo com que o sistema volte ao seu estado inicial.




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4.4 QUESTÃO 4

Usando o item (3), implementar o processo de automação baseado em estados e

eventos discretos na bancada WEG e o CLP TPW03.



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A implementação deste processo, consiste em utilizar os elementos citados na

seção de 2, onde os diversos elementos foram conectados ao CLP presente na bancada

didática da WEG através de cabos tipo banana. Para fazer a aquisição de dados, foram

usados a placa de aquisição de dados NI USB-6009 e o circuito de condicionamento

elétrico, para reduzir as tensões do CLP para 5V.

Usando o computador presente no laboratório, foi possível transferir o código

LADDER desenvolvo vido no item 4.3 através da porta serial. Na Figura 13 está a

representação das conexões.

Figura 13 - Visão geral da montagem em laboratório.

O processo foi apresentado ao Professor Dr. Juan Moisés Maurício Villanueva na

manhã da sexta-feira (17/08/2018), este constatou que todos os requisitos exigidos nas

questões propostas foram atendidos. O sistema funcionou conforme o especificado na

seção 4.2, onde houve o estudo teórica dos eventos e estados do mesmo.



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4.5 QUESTÃO 5

Implementar o supervisório para o monitoramento dos estados usando LABVIEW, a

placa de condicionamento e a placa de aquisição de dados da família USB NI 6000.

Realizar o monitoramento no supervisório dos estados da Bomba (B1), dos Motores das

Esteiras 1 e 2 e da Válvula (V1). O monitoramento é no domínio do tempo em função dos

acontecimentos dos eventos.

Para implementar esta etapa da atividade, foi usado o software da National

Instruments, Labview, onde permite ao usuário elaborar supervisório, gerar gráficos e

sinóticos de sistemas.

Para realizar a aquisição de dados, usou-se a placa citada no item 2, cujo a

resolução de entrada é de 14 bits e a máxima taxa de amostragem é de 48 KS/s. Então,

usou-se 4 entradas analógicas com 100 S/s, configuradas com o referencial ao terra, são

elas: AI0, AI1, AI2 e AI3, as quais correspondem aos sinais advindo da placa de

condicionamento elétrico, que por conseguinte corresponde os valores do estado da

bomba, motor da esteira 1, motor da esteira 2 e válvula solenoide.

Além disso, foi usado os diversos elementos disponíveis no próprio software para

representar o sistema, como canos, tanques, barras, botões e gráficos. Na Figura 14 está

representado a programação em bloco, nota-se a presença do DAQ assistant (elemento

responsável por configurar as portas de entrada e saída), a caixa de Write to Measurement

File (bloco responsável por salvar os dados adquiridos em .xlsx).

Figura 14 - Bloco de programação Labview.



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Na Figura 15, temos a visão geral do supervisório, no canto direito está contido os

gráficos dos estados da bomba, motor da esteira 1, motor da esteira 2 e válvula solenoide.

Já no centro, está um gráfico que contém todos estes estados, dando um panorama dos

estados do sistema e por fim no canto esquerdo temos a visualização do sinótico do

sistema.

Figura 15 - Sinótico do supervisório.



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De posso do arquivo .xlsx, gerou-se o gráfico presente na Figura 16, onde nele a

está representado às mudanças de estados da bomba (curva cor azul), motor da esteira

1(curva cor rosa), motor da esteira 2 (curva cor laranja) e válvula (curva cor roxa).

Pode-se observar, que o sistema inicialmente está desligado, ou seja, os estados de

todos os elementos citados no parágrafo anterior estão desligado, após acionar o botão

iniciar, os estados do motores da esteira 1 e 2 são acionado (curvas rosa e laranja),

quando uma peça é detectada na esteira 1, esta muda o estado do motor de ligado (5V)

para desligado (0V), o mesmo ocorre com o motor da esteira 2.

Em seguida, é aguardado a contagem de 10 segundo e ao chegar ao seu final, a

bomba é ativada (curva cor azul), quando o reservatório superior chega ao limite máximo,

o sensor de nível é ativado, abrindo a válvula solenoide por 120 segundo (curva roxa). Por

fim, a válvula solenoide é fechada e os motores da esteira 1 e 2 são ligados novamente).

Figura 16 - Curva dos eventos e estados obtida no experimento



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5 CONCLUSÃO

Portanto, com a execução deste experimento, foi possível colocar em prática os

conhecimentos obtidos na disciplina e constatar o correto funcionamento daquilo que foi

proposto no item 2, pois aquilo que foi projetado nos itens 4.1 e 4.2. Sendo assim, ao

comparar às Figuras 6 e 7 com às Figuras 15 e 16, notou-se que elas possuem o mesmo

comportamento, ou seja, o sistema funcionou conforme o especificado.



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