DAS-5202: Modelagem e Controle de Sistemas Automatizados

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

2. 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. ATUADOR BOMBA ROBÔ Buffer de saída TAMPADOR Buffer de entrada ESTEIRA P1 P2 P3 P4 1m Estação de envasilhamento CLP Sinais de entrada Sinais de saída Fábrica de Cerveja

4. 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. 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 P1 (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. 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 Lógica do CLP

7. 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. 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 P1 • Avançar a esteira sem que as garrafas em P2, P3 e P4 tenham sido enchidas, tampadas e retiradas, respectivamente • Encher, tampar, ou acionar o robô sem garrafas nas posições P2, P3 e P4, respectivamente • Encher ou tampar duas vezes a mesma garrafa • Avançar a esteira sem nenhuma garrafa

9. 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. 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. Detalhes do CLP

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

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

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

16. Rede de Petri ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

17. Rede Petri: Atuador em Operação ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

18. Atuador Finalizou Operação ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

19. Esteira em Movimento ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

20. Esteira Finalizou Avanço ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

21. Tampador em Operação ERep1 EOp ERep2 E_start E_end ARep AOp BRep BOp TRep TOp RRep ROp Ast Aend Bst Bend Tst Tend Rst Rend Atuador Bomba Tampador Robô

22. Tarefas de Análise do Modelo • Seja R a rede de Petri do modelo do sistema e M0 sua marcação inicial • R é k-limitada para M0? • R é k-limitada para qualquer marcação inicial? • (R, M0) é reinciável? • Quais são os componentes conservativos? • Quais são os componentes repetitivos?

23. 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 P2 • Uma garrafa cheia em P3 • Uma garrafa cheia e tampada em P4

24. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Rede de Petri E_end E_start Esteira em Movimento

25. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Bomba Inicia Operação E_end E_start Esteira em Movimento

26. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Robô Inicia Operação E_end E_start Esteira em Movimento

27. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Todas as Máquinas Finalizaram Operação E_end E_start Esteira em Movimento

28. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Esteira em Movimento E_end E_start Esteira em Movimento

29. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end Esteira Avançou 1 metro E_end E_start Esteira em Movimento

30. 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. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 4 Garrafas P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (4g)

32. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 4 Garrafas – 4 Máquinas Operando P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (4g)

33. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 4 Garrafas – Tarefas Finalizadas P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (4g)

34. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 4 Garrafas – Esteira Avançando P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (4g)

35. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 4 Garrafas – Condição Inicial P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (4g)

36. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P1 com Garrafa P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

37. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Movendo Garrafa P1 -> P2 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

38. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P2 com Garrafa Vazia P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

39. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Enchendo Garrafa em P2 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P2->P3)

40. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P2 com Carrafa Cheia P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P2->P3)

41. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Movendo Garrafa P2 -> P3 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P2->P3)

42. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P3 com Garrafa Cheia P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P2->P3)

43. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Tampando Garrafa em P3 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P3->P4)

44. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Garrafa com Tampa em P3 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P3->P4)

45. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Movendo Garrafa P3 -> P4 P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P3->P4)

46. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P4 c/ Garrafa Tampada P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P3->P4)

47. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Robô Movendo Garrafa P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

48. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Robô Removeu Garrafa P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

49. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: Atuador Move Garrafa P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)

50. A_start B_start T_start R_start A_end B_end T_end R_end 1 Garrafa: P1 com Garrafa P1 s/g P1 c/g P2 vazia P2 cheia E_end E_start P2 s/g P3 cheia P3 c/tampa P3 s/g P4 c/g P4 s/g E_mov (1g, P1->P2)