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Page1 DAS-5202: Modelagem e Controle de Sistemas Automatizados Profs. Eduardo Camponogara & José Cury.

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1 Page1 DAS-5202: Modelagem e Controle de Sistemas Automatizados Profs. Eduardo Camponogara & José Cury

2 Page2 Objetivos Motivar o trabalho prático Apresentar um exemplo de problema de automação Desenvolver um modelo em Redes de Petri Proceder à análise do modelo

3 Page3 Fábrica de Cerveja CLP Sinais de entrada Sinais de saída Estação de envasilhamento Buffer de entrada Buffer de saída TAMPADOR BOMBA ROBÔ ATUADOR P1 P2P3 P4 ESTEIRA 1m

4 Page4 Estação de Envasilhamento A linha de produção da fábrica de cerveja está equipada com uma estação de envasilhamento (EE) A estação de envasilhamento consiste de uma esteira e quatro máquinas, dispostas em série que recebem comandos de um CLP –Atuador (move garrafas vazias para a esteira) –Bomba (enchimento das garrafas) –Tampador –Robô (braço mecânico que remove garrafas)

5 Page5 Comandos do CLP O controlador lógico programável (CLP) comanda a operação EE através da sequência de passos: –O atuador avança, depositando uma garrafa vazia em P 1 (A_start) –A esteira avança de 1 metro (E_start) –A bomba enche a garrafa de cerveja (B_start) –A esteira avança de 1 metro (E_start) –A garrafa é tampada (T_start) –A esteira avança de 1 metro (E_start) –O robô retira a garrafa da esteira (R_start)

6 Page6 Lógica do CLP Execute indefinidamente –Envia: A_start –Aguarda: A_end –Envia: E_start –Aguard: E_end –Envia: B_start –Aguarda: B_end –Envia: E_start –Aguarda: E_end –Envia: T_start –Aguarda: T_end –Envia: E_start –Aguarda: E_end –Envia: R_start –Aguarda: R_end

7 Page7 Observações Sobre a Lógica do CLP A EE foi projetada para operar uma garrafa por vez, não permitindo que o autador seja acionado antes que o robô retire a garrafa da esteira Quais problemas poderiam surgir se operássemos várias garrafas em paralelo?

8 Page8 Problemas Com Múltiplas Garrafas Problemas podem surgir da diferença de velocidade das máquinas e falta de coordenação –Acionar qualquer uma das máquinas quando a esteira estiver avançando –Sobrepor garrafas em P 1 –Avançar a esteira sem que as garrafas em P 2, P 3 e P 4 tenham sido enchidas, tampadas e retiradas, respectivamente –Encher, tampar, ou acionar o robô sem garrafas nas posições P 2, P 3 e P 4, respectivamente –Encher ou tampar duas vezes a mesma garrafa –Avançar a esteira sem nenhuma garrafa

9 Page9 Ineficiência da Estação A EE é ineficiente –As máquinas não operam simultaneamente, reduzindo consideravelmente a capacidade de produção Problema de Automação Industrial –Um engenheiro de controle e automação industrial foi contratado para projetar uma lógica que induza maior eficiência da estação de envasilhamento

10 Page10 Detalhes do CLP O técnico responsável pela manutenção da linha de produção tem grande conhecimento de programação de CLPs Ele poderá implementar a lógica projetada pelo engenheiro, desde que esta faça uso dos sinais de entrada e saída da tabela a seguir

11 Page11 Detalhes do CLP MáquinaSinalTipoDetalhes Atuador Pneumático A_startSaídaInicia depósito de uma garrafa no pallet A_endEntradaSinal fim de operação do atuador EsteiraE_startSaídaInicia avanço de 1 m da esteira E_endEntradaSinal fim de operação da esteira Bomba de Cerveja B_startSaídaComando inicia enchimento B_endEntradaSinal fim de enchimento TampadorT_startSaídaComando começa tampar garrafa T_endEntradaSinal garrafa tampada RobôR_startSaídaComando retira garrafa R_endEntradaSinal garrafa foi removida

12 Page12 Tarefa #1: Funcionamento Básico Desconsidere o fluxo de garrafas na esteira, modele o funcionamento do sistema com uma restrição que impeça a esteira de avançar quando o atuador, a bomba, o tampador e/ou o robô estiverem operando

13 Page13 Rede de Petri: Sistema em Repouso A_start A_end B_end Atuador em Operação E_start B_start E_end Atuador em Repouso Bomba em Operação Bomba em Repouso Esteira em Repouso Esteira Avançando

14 Page14 Rede de Petri: Esteira Avançando A_start A_end B_end Atuador em Operação E_start B_start E_end Atuador em Repouso Bomba em Operação Bomba em Repouso Esteira em Repouso Esteira Avançando

15 Page15 Tarefa #2: Lógica Atual Modele a lógica de controle atual (apenas uma garrafa na esteira)

16 Page16 Rede de Petri ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

17 Page17 Rede Petri: Atuador em Operação ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

18 Page18 Atuador Finalizou Operação ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

19 Page19 Esteira em Movimento ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

20 Page20 Esteira Finalizou Avanço ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

21 Page21 Tampador em Operação ARepAOpBRepBOpTRepTOpRRepROp AstAendBstBendTstTendRstRend ERep 1 ERep 2 EOp E_startE_end AtuadorBombaTampadorRobô

22 Page22 Tarefas de Análise do Modelo Seja R a rede de Petri do modelo do sistema e M 0 sua marcação inicial –R é k-limitada para M 0 ? –R é k-limitada para qualquer marcação inicial? –(R, M 0 ) é reinciável? –Quais são os componentes conservativos? –Quais são os componentes repetitivos?

23 Page23 Tarefa #2: Lógica Alternativa Desenvolva uma lógica de controle através da qual a esteira trabalhe sempre cheia. Considere a esteira inicialmente configurada como segue: – uma garrafa vazia em P 2 –Uma garrafa cheia em P 3 –Uma garrafa cheia e tampada em P 4

24 Page24 Rede de Petri A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

25 Page25 Bomba Inicia Operação A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

26 Page26 Robô Inicia Operação A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

27 Page27 Todas as Máquinas Finalizaram Operação A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

28 Page28 Esteira em Movimento A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

29 Page29 Esteira Avançou 1 metro A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end E_start E_end Esteira em Movimento

30 Page30 Tarefa #3: 2a. Lógica Alternativa Projetar uma lógica de controle flexível, que permita à esteira operar uma, duas, três ou quatro garrafas em paralelo.

31 Page31 4 Garrafas A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (4g)

32 Page32 4 Garrafas – 4 Máquinas Operando A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (4g)

33 Page33 4 Garrafas – Tarefas Finalizadas A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (4g)

34 Page34 4 Garrafas – Esteira Avançando A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (4g)

35 Page35 4 Garrafas – Condição Inicial A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (4g)

36 Page36 1 Garrafa: P 1 com Garrafa A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

37 Page37 1 Garrafa: Movendo Garrafa P 1 -> P 2 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

38 Page38 1 Garrafa: P 2 com Garrafa Vazia A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

39 Page39 1 Garrafa: Enchendo Garrafa em P 2 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 2 ->P 3 )

40 Page40 1 Garrafa: P 2 com Carrafa Cheia A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 2 ->P 3 )

41 Page41 1 Garrafa: Movendo Garrafa P 2 -> P 3 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 2 ->P 3 )

42 Page42 1 Garrafa: P 3 com Garrafa Cheia A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 2 ->P 3 )

43 Page43 1 Garrafa: Tampando Garrafa em P 3 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 3 ->P 4 )

44 Page44 1 Garrafa: Garrafa com Tampa em P 3 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 3 ->P 4 )

45 Page45 1 Garrafa: Movendo Garrafa P 3 -> P 4 A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 3 ->P 4 )

46 Page46 1 Garrafa: P 4 c/ Garrafa Tampada A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 3 ->P 4 )

47 Page47 1 Garrafa: Robô Movendo Garrafa A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

48 Page48 1 Garrafa: Robô Removeu Garrafa A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

49 Page49 1 Garrafa: Atuador Move Garrafa A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

50 Page50 1 Garrafa: P 1 com Garrafa A_startA_endB_startB_endT_startT_endR_startR_end P 2 s/g P 2 vazia P 1 s/gP 1 c/g P 2 cheia P 3 cheiaP 3 c/tampa P 3 s/g P 4 c/gP 4 s/g E_startE_end E_mov (1g, P 1 ->P 2 )

51 Page51 Próximos Passos Projetar transições para casos envolvendo 2 e 3 garrafas Podemos projetar lógica mais simples e compacta? –O modelo exemplo terá em torno de: 2x16 transições para avançar a esteira 2x4 transições para executar as operações 14 lugares para as máquinas e em torno de 16 lugares para operações de avanço da esteira

52 Page52 Próximos Passos Projetar Lógica Executar simulação com objetivo de verificar o comportamento do sistema sob controle da lógica projetada Executar análise das propriedades da rede de Petri

53 Page53 Projeto -- Objetivos Em grupos de até 3 alunos, desenvolver trabalho de modelagem e controle de um sistema, colocando em prática as teorias apresentadas na disciplina (redes de Petri e autômatos)

54 Page54 Projeto -- Tarefas Identificar um problema prático que envolva a análise e síntese de controlador para uma aplicação que se enquadre na classe de sistemas a eventos discretos (SEDs) Modelar o respectivo sistema Especificar um comportamento desejado para o sistema

55 Page55 Projeto -- Tarefas Analisar o comportamento do sistema sem controlador e destacar os possíveis problemas decorrentes da inexistência de coordenação Projetar um controlador para atender as especificações e analisar a solução proposta Redigir um relatório das atividades e fazer uma apresentação oral

56 Page56 Projeto -- Avaliação Critérios para Avaliação dos Trabalhos: –clareza da elaboração do problema –a riqueza do problema proposto (complexidade, criatividade, representatividade e adequação à teoria); –modelos e fidelidade da modelagem; –completude e corretude da análise e da solução; –relatório; e –apresentação oral dos resultados.

57 Page57 Fim Obrigado pela presença!


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