DAS-5202: Modelagem e Controle
de Sistemas Automatizados
Profs. Eduardo Camponogara & José Cury
Page1
Objetivos
•
•
•
•
Motivar o trabalho prático
Apresentar um exemplo de problema de automação
Desenvolver um modelo em Redes de Petri
Proceder à análise do modelo
Page2
Fábrica de Cerveja
ATUADOR
BOMBA
ROBÔ
Buffer de saída
TAMPADOR
Buffer de entrada
ESTEIRA
P1
1m
P2
P3
P4
Estação de envasilhamento
Sinais de entrada
CLP
Sinais de saída
Page3
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)
Page4
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)
Page5
Lógica do CLP
• Execute indefinidamente
– Envia: A_start
– Aguarda: A_end
– Envia: T_start
– Aguarda: T_end
– Envia: E_start
– Aguard: E_end
– Envia: E_start
– Aguarda: E_end
– Envia: B_start
– Aguarda: B_end
– Envia: R_start
– Aguarda: R_end
– Envia: E_start
– Aguarda: E_end
Page6
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?
Page7
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
Page8
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
Page9
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
Page10
Detalhes do CLP
Máquina
Sinal
Atuador
A_start
Pneumático
Tipo
Detalhes
Saída
Inicia depósito de uma garrafa
no pallet
A_end
Entrada Sinal fim de operação do atuador
E_start
Saída
E_end
Entrada Sinal fim de operação da esteira
Bomba de
Cerveja
B_start
Saída
B_end
Entrada Sinal fim de enchimento
Tampador
T_start
Saída
T_end
Entrada Sinal garrafa tampada
R_start
Saída
R_end
Entrada Sinal garrafa foi removida
Esteira
Robô
Inicia avanço de 1 m da esteira
Comando inicia enchimento
Comando começa tampar garrafa
Comando retira garrafa
Page11
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
Page12
Rede de Petri: Sistema em Repouso
Atuador em
Repouso
E_start
Esteira em
Repouso
Esteira
Avançando
A_end
Atuador em
Operação
A_start
B_end
E_end
Bomba em
Repouso
Bomba em
Operação
B_start
Page13
Rede de Petri: Esteira Avançando
Atuador em
Repouso
E_start
Esteira em
Repouso
Esteira
Avançando
A_end
Atuador em
Operação
A_start
B_end
E_end
Bomba em
Repouso
Bomba em
Operação
B_start
Page14
Tarefa #2: Lógica Atual
• Modele a lógica de controle atual (apenas uma
garrafa na esteira)
Page15
Rede de Petri
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page16
Rede Petri: Atuador em Operação
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page17
Atuador Finalizou Operação
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page18
Esteira em Movimento
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page19
Esteira Finalizou Avanço
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page20
Tampador em Operação
ERep1
EOp
E_start
ARep AOp
BRep BOp
Ast
Bst
Aend
Atuador
E_end
TRep TOp
Bend
Bomba
ERep2
Tst
RRep ROp
Tend
Tampador
Rst
Rend
Robô
Page21
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?
Page22
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
Page23
Rede de Petri
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page24
Bomba Inicia Operação
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page25
Robô Inicia Operação
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page26
Todas as Máquinas Finalizaram
Operação
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page27
Esteira em Movimento
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page28
Esteira Avançou 1 metro
A_start
A_end
E_end
E_start
B_start
B_end
T_start
T_end
R_start
R_end
Esteira em
Movimento
Page29
Tarefa #3: 2a. Lógica Alternativa
• Projetar uma lógica de controle flexível, que
permita à esteira operar uma, duas, três ou quatro
garrafas em paralelo.
Page30
P1 s/g
4 Garrafas
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (4g)
Page31
4 Garrafas – 4 Máquinas Operando
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (4g)
Page32
4 Garrafas – Tarefas Finalizadas
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (4g)
Page33
4 Garrafas – Esteira Avançando
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (4g)
Page34
4 Garrafas – Condição Inicial
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (4g)
Page35
1 Garrafa: P1 com Garrafa
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page36
1 Garrafa: Movendo Garrafa P1 -> P2
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page37
1 Garrafa: P2 com Garrafa Vazia
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page38
1 Garrafa: Enchendo Garrafa em P2
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page39
1 Garrafa: P2 com Carrafa Cheia
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page40
1 Garrafa: Movendo Garrafa P2 -> P3
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page41
1 Garrafa: P3 com Garrafa Cheia
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P2->P3)
Page42
1 Garrafa: Tampando Garrafa em P3
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page43
1 Garrafa: Garrafa com Tampa em P3
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page44
1 Garrafa: Movendo Garrafa P3 -> P4
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page45
1 Garrafa: P4 c/ Garrafa Tampada
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P3->P4)
Page46
1 Garrafa: Robô Movendo Garrafa
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page47
1 Garrafa: Robô Removeu Garrafa
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page48
1 Garrafa: Atuador Move Garrafa
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page49
1 Garrafa: P1 com Garrafa
P1 s/g
A_start
P2 vazia
E_end
P2 s/g
B_start
P3 cheia
P3 s/g
T_start
P4 c/g
R_start
P1 c/g
A_end
P2 cheia
B_end
E_start
P3 c/tampa
T_end
P4 s/g
R_end
E_mov (1g, P1->P2)
Page50
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
Page51
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
Page52
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)
Page53
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
Page54
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
Page55
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.
Page56
Fim
• Obrigado pela presença!
Page57