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Automação IndustrialGrafcetEquação Geral de EtapaResolução de Exercícios

Casimiro Baptista

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GRAFCET - Elementos

Elementos de Base: – Etapa – Acção

– Receptividade – Transição – Segmento ascendente – Segmento descendente

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GRAFCET - Etapas

ArranqueNormal Inicial

Actividade – Activa

– Inactiva

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GRAFCET - Transição

Uma transição indica a possibilidade de evolução que existeentre duas etapas e da mesma forma a sucessão de acçõesna parte operativa.

A cada transição está associada uma receptividade queexprime a condição necessária para passar de uma etapa aoutra.

A transição escreve-se sobre a forma de proposição lógica queenvolve: – variáveis de entrada, que traduzem o estado dos mais diversos

sensores, botões, etc; – variáveis temporais.; – estado corrente das etapas do grafcet, isto é o estado das variáveis Xi.

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GRAFCET - Transição

Exemplos de receptividades: – A+B – Arranque.Alarme – X23 – T*X20

As mudanças de estado do grafcet fazem-se por transposiçãodas transições em resposta a determinados acontecimentosna parte operativa ou parte de comando do sistema.

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GRAFCET - Exemplo

Um cilindro deve, na ausência de um sinal de alarme ALARMEexiste uma condição denominada E e um sinal de ARRANQUempurrar uma peça para a zona de maquinação. O cilindro écomandado por uma válvula V como se mostra na figura. Existem dofins de curso do tipo tudo ou nada, FC0 que tem o valor 1 quando cilindro está recolhido e FC1 que tem o valor 1 quando o cilindro esestendido.

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GRAFCET - Exemplo

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GRAFCET - Exemplo

Cinco entradas provêm dos sensores FC0 e FC1 (são avariáveis booleanas que valem 0 quando o sensor não detectnada e valendo 1 quando o sensor é actuado), do estado do

botão ARRANQUE e dos sinais lógicos ALARME e E.O estado das etapas Xi marcam as fases activação/desactivaçãdas etapas em funcionamento.

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GRAFCET - Exemplo

Evolução dos distintos sinais e estados.

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GRAFCET – Arcos orientados

Um segmento ou arco, liga sempre uma etapa a uma transiçãoou uma transição a uma etapa. Os arcos orientados permitemconstruir diferentes formas de fluxo de controlo de etapas.

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GRAFCET – Arcos orientados

Grafos construídos utilizando diferentes arcos orientados.

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GRAFCET – Receptividades

Uma receptividade está associada a cada transição. É umafunção booleana calculada a partir das entradas do Grafcet eque podem ser variáveis booleanas, estados de etapas ou

temporizações. Variáveis booleanas. – São variáveis lógicas que seguem o valor das entradas físicas associadas.

Uma receptividade pode ser escrita como um função lógica, utilizandooperadores como AND, OR, NOT, etc. Outra possibilidade é a utilização dflancos ascendentes ou descendentes de variáveis booleanas. Assim, areceptividade assume o valor 1 apenas pelo tempo necessário para que sepossa proceder à captação da mudança de estado da entrada físicaassociada à variável.

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Variáveis de Estado. – São variáveis booleanas Xi que assumem o valor 1 desde que a etapa i

que lhes está associada esteja activa. A sua utilização comoreceptividades, permite estabelecer comunicação entre grafos, tal comomostra a figura.

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Temporizações. – Uma variável temporizada Sn é uma variável booleana em que o modo de

avaliação permite ter em conta a contragem de tempo. Pode ser escritade forma genérica como:

– Onde:variável de entrada

é o atraso considerado na mudança de estado de 0 para 1 da variável deentrada.

é o atraso considerado na mudança de estado de 1 para 0 da variável deentrada.

21 // t E t S

nn

n E

1t

2t

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GRAFCET – Acções

Em GRAFCET são considerados três tipos de acções: – Acções contínuas; – Acções Condicionais:

Simples;Com atraso;Limitadas no tempo.

– Memorizadas.

Norma genérica

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Acções contínuas.

Símbolo

Diagrama

Equação A=Xn

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Acções condicionais. Simples.

Símbolo

Diagrama

Equação A=Cond.Xn

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Acções condicionais. A ordem é retardada.

Símbolo

Diagrama

Equação A=t/Xn /d. Xn

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Acções condicionais. A ordem é limitada no tempo.

Símbolo

Diagrama

Equação A=t/Xn /L . Xn

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Acções memorizadas.

Símbolo

Diagrama

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GRAFCET – Regras de evolução

O GRAFCET possui cinco regras de evolução que determinamcausas e os efeitos da transposição das transições.

– Regra 1 - Condição Inicial

– Regra 2 - Condição de validação

– Regra 3 - Condição de transposição

–Regra 4 - Transposição simultânea

– Regra 5 - Conflito de activação

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GRAFCET – Condição Inicial

Regra 1

No instante inicial, só as etapas iniciais estão activas.

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GRAFCET – Condição de validação

Regra 2

Para que uma transição esteja validada é necessário quetodas as etapas a montante estejam activas.

Validada

Não-validada

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GRAFCET – Condição de validação

Regra 2

Para que uma transição esteja validada é necessário quetodas as etapas a montante estejam activas.

Validada

Não-validada

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GRAFCET – Condição de transposição

Regra 3

Uma transição só é transponível se estiver validada e areceptividade associada for verdadeira.

Transponível

Nãotransponível

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Regra 3

Uma transição só é transponível se estiver validada e areceptividade associada for verdadeira.

Transponível

Nãotransponível

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Efeitos A transposição de um transição provoca os seguintes efeitos,pela ordem indicada: – desactivação de todas as etapas a montante da transição; – activação de todas as etapas a jusante da transição.

Antes

Depois

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GRAFCET – Transposição simultânea

Regra 4

Todas as transições transponíveis num dado instante,são transportas simultaneamente.

Antes datransposição

Depois datransposição

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GRAFCET – Conflito de activação

Regra 5

Se uma etapa é simultaneamente desactivada por acçãode uma transição a jusante e activada por acção de umatransição a montante, então permanece activa.

Antes datransposição

Depois datransposição

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GRAFCET – Estruturas

Sequência única Saltos Retomas desequência

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Divergência Convergência

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Paralelismo Sincronicidade

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GRAFCET – Conversão Ladder

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GRAFCET – Exemplos

Um máquina de lavar industrial é controlada por um autómato Siemens S7200 CPUNo entanto o autómato não controla directamente os actuadores do processo nem lêestado dos sensores, limitando-se a enviar ordens para um outro autómato que execesse trabalho específico.

As ordens que o autómato envia são as seguintes:

Q0.0 activo – Procedimento de Pré-lavagemQ0.1 activo – Procedimento de LavagemQ0.2 activo – Procedimento de EnxaguamentoQ0.3 activo – Procedimento de TratamentoQ0.4 activo – Procedimento de Centrifugação

Tem acesso aos seguintes sinais:

I0.0 – Quando passa de 0 para 1 significa arranque da máquinaI0.1 – Quando colocado a 1 significa Programa 1 escolhidoI0.2 – Quando colocado a 1 significa Programa 2 escolhidoI0.3 – Quando colocado a 1 significa Programa 3 escolhidoI0.4 – Quando colocado a 1 significa Programa 4 escolhido

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O funcionamento da máquina é o seguinte: depois de detectar um bordo ascendenteem I0.0 o autómato deve começar a dar as ordens ao outro autómato segundo umadeterminada sequência e consoante o programa escolhido. A sequência para cadaprograma é a seguinte:

Nota: T é a duração de cada fase em minutos .

Assume-se que os sinais indicadores de programa escolhido são exclusivos.

A. Faça o Grafcet de nível 1 que resolva o problema.B. Faça o Grafcet de nível 2 e respectiva legenda, tendo em conta o autómato a utilizC. Escreva um programa em linguagem Ladder que traduza o Grafcet anterior e que

seja passível de implementar no autómato anteriormente referido.

P1

T

P2

T

P3

T

P4

T

Pré-Lavagem 5 Pré-Lavagem 10 Pré-Lavagem 10 Pré-Lavagem 10 Lavagem 15 Lavagem 20 Lavagem 20 Lavagem 20 Enxaguamento 2 Enxaguamento 2 Enxaguamento 5 Enxaguamento 2 Lavagem 10 Lavagem 10 Tratamento 2 Lavagem 20 Enxaguamento 2 Enxaguamento 2 Enxaguamento 2 Enxaguamento 2 Centrifugação 3 Centrifugação 3 Lavagem 10 Lavagem 10

Enxaguamento 2 Enxaguamento 2 Centrifugação 3 Centrifugação 3

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Esta câmara destina-se a realizar dois programasdistintos de esterilização:Programa 1:1. Fecho da porta de entrada, depois de o utilizador

carregar num botão destinado a dar a ordem de

arranque.2. Subida da pressão até 2 bar, o que vai implicar asubida da temperatura até 134 ºC. Manutençãodestas condições durante 5 minutos.

3. Descida da pressão até –0.5 bar. Manutençãodestas condições durante 2 minutos.

4. Subida da pressão até 2 bar, o que vai implicar asubida da temperatura até 134 ºC. Manutençãodestas condições durante 10 minutos.5. Escoamento e arejamento da câmara até se atingira pressão atmosférica.

6. Escoamento da câmara durante 2 minutos.7. Abertura da porta de saída.8. Fecho da porta de saída e abertura da porta de

entrada após o operador carregar num botão

destinado a dar essa ordem.

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Programa 2:1. Fecho da porta de entrada, depois de o utilizador

carregar num botão destinado a dar a ordem dearranque.

2. Subida da pressão até 1,7 bar, o que vai implicar a

subida da temperatura até 125 ºC. Manutençãodestas condições durante 15 minutos.3. Descida da pressão até –0.5 bar. Manutenção

destas condições durante 2 minutos.4. Subida da pressão até 2 bar, o que vai implicar a

subida da temperatura até 134 ºC. Manutençãodestas condições durante 25 minutos.

5. Arejamento da câmara até se atingir a pressãoatmosférica.6. Escoamento da câmara durante 2 minutos.

7. Abertura da porta de saída.8. Fecho da porta de saída e abertura da porta de

entrada após o operador carregar num botãodestinado a dar essa ordem.

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Notas explicativas:• O aumento da temperatura deve-se ao aumento da

pressão na câmara. No entanto a temperatura evoluimais lentamente que a pressão, de forma que apesarda pressão na câmara poder ter atingido 2 bar, implicaum certo tempo de espera até se atingirem os 134ºC.

O mesmo se aplica ao caso dos 1,7 bar e 125 ºC.• A exaustão de vapor, o vácuo, a entrada de vapor e oescoamento são comandadas por válvulasnormalmente fechadas.

• Para elevar a pressão só pode estar aberta a válvula deentrada de vapor.

• Para colocar a pressão em valores negativos só podeestar aberta a válvula de vácuo.

• Para que a câmara se encontre à pressão atmosférica

deve ser aberta a válvula da exaustão de vapor.• Dada a natural condensação dentro da câmara, antes

de se abrirem portas deve ser ligada a válvula deescoamento.

• As portas são comandadas por cilindros de bi-estáveis.• As portas possuem sensores de contacto que

determinam se encontram completamente abertas oucompletamente fechadas.

• A escolha do programa a executar é feita através deum chave.

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FIM

Podem acordar

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