Manual de exercícios de aplicação completo para estudo PDF

Preview

Summary

Manual de exercícios de aplicação completo para estudo, aulas práticas com o programa da UC utilizado (Fluidsim)...

Description

1 - Introdução. O ensino de sistemas de controlo e automação exige que o aluno programe situações reais para que haja um confronto da teoria com a prática ‘’de aprender, fazendo’’, utilizando bancadas didáticas físicas. Contudo, estas ferramentas reais são onerosas, dado o grande número de equipamentos envolvidos. Por outro lado, é do conhecimento dos programadores de sistemas automáticos, o quão difícil é testar um determinado sistema. A extrapolação dos resultados de entradas incorretas devidas a avarias em sensores e/ou interruptores tornase bastante complexa. Uma possível falha no controlo pode levar sistemas estáveis a comportarem-se de forma imprevisível, com todas as desvantagens daí inerentes para a segurança do processo a controlar. Assim, essa programação pode ser feita com ferramentas virtuais, embora as bancadas didáticas físicas sejam melhores para o aluno, pelo facto de apresentarem características muitas vezes desprezados pelos simuladores- como ruídos (perturbações), limites de controlo e efeitos não lineares-, além de possuir uma dinâmica real do processo e possibilitar o uso de equipamentos empregados na industria. Mas a possibilidade de simular um determinado programa, prevendo um grande conjunto de situações, de um modo rápido e sem necessidade de utilizar o sistema automático, é obviamente uma vantagem importante, que assegura um desenvolvimento mais seguro e expedito de aplicações. Este manual explicará como a simulação, utilizando o conceito MIL (Model-in-theloop) pode ser utilizada, e também como deve ser elaborada. As simulações encontram-se num CD, presente em anexo.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 1

2 – Sistemas Automáticos. De uma maneira geral, um sistema automático é constituído por duas partes: parte operativa e parte de comando (Figura 1). A parte de comando elabora as ordens necessárias à execução do processo, em função da informação que recebe à entrada (programa, interação homem-máquina e informação proveniente de partes de comando de outros sistemas), e da informação de retorno da parte operativa. A parte operativa é o sistema a automatizar através da parte de comando. É constituída essencialmente por atuadores e sensores que estabelecem a ligação à parte de comando. A informação é enviada por esta, via amplificadores e atuadores (elétricos, hidráulicos e pneumáticos), sendo o estado da parte operativa fornecido pelos sensores (interruptores de posição com contacto, detentores de proximidade, termómetros, células de carga, etc.)

Figura 1 - Partes constituintes de um sistema automático.

3 - Model-in-the-Loop. O Model-in-the-loop (MIL) tem a função de simular sistemas automáticos sem necessitar de nenhuma componente real, tanto o controlador como a parte física se encontram modelizadas. Isto acarreta várias vantagens no ensino da automação, dado que o aluno pode utilizar o programa onde queira e quando queira, necessitando apenas do seu computador pessoal com a ferramenta instalada.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 2

É de referir, que a Universidade já realizou diversas parcerias com a empresa OMRON, assim, estas simulações serão executadas nos programas específicos da mesma, ou seja, no Cx-ONE ( Cx-Programmer, Cx-Simulator e Cx-Designer).

4 - Elaboração das simulações utilizando o CX-One. Para que as simulações sejam elaboradas, é necessário utilizar o CX-ONE (CXProgrammer, CX-Simulator e o CX-Designer) como ambiente de trabalho. Estás simulações são elaboradas através da modelação da parte operativa dos sistemas automatizados descritos. Ou seja, através de uma base de dados, onde estão modelados os alguns dos elementos pertencentes a sistemas automatizados: - Pneumáticos - Hidráulicos - Eletropneumáticos - Eletro-hidráulicos - Elétricos O desenvolvimento das simulações consiste na junção das modelações dos sistemas em causa. Utilizando os passos descritos na tese de mestrado “Desenvolvimento de protótipos virtuais para simulação Software-In-the-Loop”, a modelação dos sistemas pretendidos são convertidos em linguagem Ladder. Em seguida, o programa desenvolvido em linguagem Ladder é colocado no CX-ONE (CX-Programmer).

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 3

4.1 - CX-ONE. O CX-One permite aos utilizadores criar, configurar e programar um conjunto de dispositivos, como, por exemplo, PLCs, HMIs, bem como redes e sistemas de controlo de movimento utilizando apenas um pacote de software com um número de licença e instalação. Deste modo, a complexidade da configuração é significativamente reduzida permitindo a programação ou configuração de sistemas de automatização com uma formação mínima. CX-One contem: Programming CX- Programmer CX- Simulator CX- Designer Networks CX-Integrator

CX-Motion MCH

CX- ConfiguratorFDT

Regulating and Switching

CX-Protocol

CX-Process

Network Configuration

Sensing

Motion& Drives

CX-Sensor

CX-Motion Pro CX-Motion CX-Drive CX-Position CX-Motion NCF _____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 4

4.1.1 - CX-Programmer. O

CX-Programmer

oferece

uma

plataforma de software PLC comum para todos os tipos de controladores PLC da Omron – desde os micro PLC até aos sistemas de processamento Duplex. Isto permite uma conversão e reutilização fáceis do código PLC entre diferentes tipos de PLC e a reutilização completa de programas de controlo criados por gerações mais antigas de software de programação PLC.

4.1.1.1 - Criação de um programa no CX-Programmer, para ser conectado a um PLC Virtual. Pode-se abrir o CX-Programmer através do menu START ou no ambiente de trabalho.

Em seguida, o software abre-se, aparecendo aparecendo uma pequena janela:

Em primeiro lugar, escolhe-se o nome do servidor do PLC, neste caso, como se pretende utilizar um PLC virtual, escolhe-se o servidor CP1L. _____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 5

E na ligação de serviço escolhe-se USB.

Agora, pode-se iniciar o programa, clicando-se em OK.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 6

Para o CP1L, tem-se as entradas/saídas desde 0.00 …. 0.99 até 1000.00 … 1000.99.

4.1.2 - CX-Simulator. Para simular o programa virtualmente deve-se ir ao menu Simulation ===> Star PLCPT Integrated Simulation. Assim, a simulação é iniciada. É de referir que a modelação da parte de comando deve estar elaborada na parte inicial do programa e a da parte operativa no final. Em seguida, é necessário visionar o desenvolvimento de programas. Assim, utilizaremos o CX-Designer para elaborar esta função.

4.1.3 - CX-Designer.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 7

O CX-Designer é utilizado para criar dados

de

ecrã

para

terminais

programáveis da série NS. O CXDesigner também pode verificar a operação dos dados de ecrã criados no computador. O permite

um

CX-Designer

processo

desenvolvimento para

a

de criação,

simulação e lançamento de projetos de ecrã. Os utilizadores podem desenvolver ecrãs de modo mais eficiente com o software de suporte fácil de utilizar. O CX-Designer possui cerca de 1000 objetos funcionais padrão com os gráficos e funções avançadas associados, por isso, mesmo utilizadores inexperientes podem criar facilmente ecrãs, apenas ao dispor objetos funcionais num ecrã.

4.1.3.1 - Utilização do CX-Designer para a elaboração de simulações virtuais. O CX-Designer tem a função pode ser comparado a uma interface homem-máquina, e consegue comunicar com os PLCs virtuais. Em função do funcionamento das simulações elaboradas no CX-Programmer e simuladas no CX-Simulator, diversos pontos-chave mudarão de estado. Assim, o software CX-Designer irá descrever o desenrolar do programa em função dessas alterações de estado. Por exemplo, se consideremos apenas um sensor de contato , com o ponto w0.00, este estará associado a uma imagem no CX-Designer, que para ser conectada devera-se seguir os seguintes passos: Abrir-se o CX-Designer através do menu START ou no ambiente de trabalho.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 8

Em seguida, o software abre-se, aparecendo aparecendo uma pequena janela:

Em primeiro lugar, escolhe-se o “model” do CX-Designer, neste caso escolhe-se o NS15-TX0[]-V2. EM seguida abre-se a menu bitmap.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 9

Introduz-se uma imagem, através da tecla “browse”.

Para finalizar associa-se essa imagem ao endereço desejado “0.00”. clicando em “control flag”.

Na função “display” escolhe-se a opção “indirect” e clica-se em “Set(2)…”

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 10

Altera-se a Area para “Work Area”.

E na secção “Number” coloca-se o endereço desejado. Se desejarmos transmitir uma informação ao CX-Programmar através de uma unidade de manipulação, é necessário seguir os seguintes passos: Abre-se o CX-Designer como foi explicado anteriormente.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 11

5 - Simulação dos Sistemas Automáticos. Os sistemas simulados neste trabalho permitem o ensino dos conceitos fundamentais do controlo de sistemas. Neste manual, serão apresentados 13 exercicios, com o seu respetivo problema. Ou seja, para cada exercicio, o utilizador terá que controlá-lo dependendo de certas especificações, registadas no mesmo manual. Resumidamente, terá que ser elaborado um grafcet e ladder para cada um dos sistemas, e coloca-los nos ficheiros (Cx-Programmer) em anexo. Posteriormente, serão utilizados os ficheiros (Cx-Designer), também eles presentes em anexo, que simularão, em função da programação do utilizador o sistema. Em função dessa simulação, poder-se-á verificar se a programação foi efetuada com sucesso.

5.1 - Sequência de Resolução dos Problemas. A simulação baseia-se nos dois ficheiros. Escritos no CX-Programmer e CX-Designer. O primeiro, escrito no CX-Programmer tem o objetivo de simular o funcionamento da parte operativa e de comando do sistema. A parte operativa está virtualizada nesse ficheiro, a parte de comando, que o utilizador desenvolverá será feita pelo mesmo. Resumidamente, o utilizador, dependendo da sequência que pretenda efetuar, terá que desenvolver a partir da linguagem ladder o controlo dessa sequência de acontecimentos, e colocá-la no ficheiro do CX-Programmer ‘’Exercicio X’’. Em seguir pode testar se a sequência foi elaborada corretamente, através do ficheiro do CX-Designer ‘’Exercicio X. Para comprovar, se a solução apresentada é idêntica à verificada neste trabalho, pode ser consultada a pasta “soluções_simulação” 5.1.1 - Descrição do Problema. Em cada subcapítulo do próximo parágrafo encontramos os enunciados dos problemas que se pretendem implementar no sistema. _____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 12

5.1.1.1 - 1ºPasso. Elaboração da sequência através da linguagem grafcet. 5.1.1.2 - 2ºPasso. Elaboração da sequência através da linguagem ladder. 5.1.1.3 - 3ºPasso. Abrir o ficheiro “Exercicio X” do CX-Programmer.

5.1.1.4 - 4ºPasso. Colocar o programa (linguagem ladder) no ficheiro. Pelo facto das simulações da parte de comando e operativa estarem simultaneamente em contacto, estas necessitam de possuir o mesmo endereço dos pontos com a mesma função. Assim, o programa colocado no ficheiro terá que respeitar estas condições de endereço apresentadas no capítulo seguinte, após o enunciado proposto.

5.1.1.5 - 5ºPasso. Por fim, para verificar se a sequência está a funcionar corretamente, abrimos o ficheiro ‘’Exercicio X” do CX-Designer. _____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 13

Em seguida testamos o programa, através de ‘’Tools’’ e ‘’Test’’.

Em seguida, clicamos na opção ‘’No’’, para não alterar a estrutura de simulação.

Por fim clicamos em ‘’Start’’ e o ficheiro de teste abre.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 14

Com o ficheiro de teste aberto, este pode ser iniciado através da ativação dos botões (start) e desativado (Stop), conforme o problema proposto.

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 15

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 16

6 - Enunciados e Solução dos Exercícios.

6.1 - Exercício 1 – Garra. 6.1.1 – Enunciado. Elabora o respetivo Grafcet de comando do sistema seguidamente apresentado. O funcionamento pretendido para o sistema é o seguinte: - O carrinho que está sobre os carris tem uma pinça acoplada e tem como finalidade “pegar” em peças que chegam através do tapete B e colocá-las numa plataforma – acoplado a um cilindro vertical – que, ao descer, as coloca na direção do cilindro horizontal que as “empurra” para um tapete de saída C; - A pinça descreve o movimento em “U” e só deve descer para pegar uma peça quando houver uma peça em posição para o efeito; - Para simplificação, considere que a peça fica apertada após dois segundos decorridos desde o início da ordem para apertar; - Considere que, quando o carro estiver do lado direito, com a pinça pronta para descer, e uma peça não aparecer, o carrinho deve ficar parado nessa posição; - Considere um funcionamento do sistema que minimize o tempo de ciclo; - A posição inicial é a apresentada na figura. Não é permitido que considere outra posição inicial;

Figura 2 - Sistema e sensores constituintes do sistema a modelar.

- Para simplificação, considere: - D – Atuador que faz o carrinho mover-se para a direita; _____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 17

- E – Atuador que faz o carrinho mover-se para a esquerda; - DP – Atuador que faz descer a pinça; - SP – Atuador que faz subir a pinça; - AP – Pré-atuador (monoestável) que faz apertar a pinça; - H – Pré-atuador (monoestável) que faz avançar o cilindro horizontal; - V1 e V2 – Pré-atuador (biestável) responsável pelo avanço e recuo, respetivamente, do cilindro vertical; - se1 – sensor que deteta a presença de peça no tapete B; - se2 e se3 – sensores que detetam, respetivamente, o carrinho nos extremos à esquerda e à direita; - se4 e se5 - sensores que detetam, respetivamente, o carrinho nos extremos superior e inferior. - a_1 e a_0 – sensores de posição do cilindro vertical avançado e recuado respetivamente. - h_1 e h_0 - sensores de posição do cilindro horizontal avançado e recuado respetivamente.

6.1.2 - Modelo controlador. A - Variáveis de Entrada e Saída. Tabela 1 - Descrição, Words e Bits de todas as Entradas do Exercício 1

Entrada START STOP se1 se2 se3

se4

Descrição Botão de iniciação do sistema. Botão de paragem do sistema; Sensor que deteta a presença de peça no tapete B; Sensor que deteta o carrinho no extremo à esquerda; Sensor que deteção carrinho no extremo à direita;

Word & Bit 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04

Sensor que detetam o 0.05 carrinho no extremo superior;

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 18

se5

Sensor que detetam o 0.06 carrinho nos extremo inferior;

h_0

Sensor de posição do cilindro horizontal recuado; Sensor de posição do cilindro horizontal avançado; Sensor de posição do cilindro vertical recuado; Sensor de posição do cilindro vertical avançado.

h_1 a_0 a_1

0.07 0.08 0.09 0.10

Tabela 2 - Descrição, Words e Bits de todas as Saídas do Exercício 1.

Saída D E DP SP AP H V2 V1

Descrição Atuador que faz o carrinho mover-se para a direita; Atuador que faz o carrinho mover-se para a esquerda; Atuador que faz descer a pinça; Atuador que faz subir a pinça Pré-atuador (monoestável) que faz apertar a pinça; Pré-atuador (monoestável) que faz avançar o cilindro horizontal; Pré-atuador (biestável) responsável pelo recuo do cilindro vertical; Pré-atuador (biestável) responsável pelo avanço do cilindro vertical.

Word & Bit 100.00 100.01 100.02 100.03 100.04 100.05 100.06 100.07

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 19

B - Especificação de controlo.

Figura 3 - Representação da modelação da parte de comando do exercício 1.

C - Conversão da especificação de comando para linguagem .

CTi_0= /X0./X1

CTi_10

CT0 = X0.START

=/X10./X11./X12./X13./X14./X15./X16

CT1 = X1.STOP

./X17./X18./X19./X20

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 20

CT10 = X10. X1.se2.se4

X14 = CT13 + X14./CT14

CT11 = X11.se3

X15 = CT14 + X15./CT15

CT12= X12.se1

X16 =CT15 + X16./CT16

CT13 = X13.se5

X17 = CT16 + X17./CT17

CT14 = X14.2s/X14

X18 = CT17 + X18./CT18

CT15 = X15.se4

X19 = CT18 + X19./CT19

CT16 = X16.se2

X20 = CT19 + X20./CT20

CT17 = X17.se5

X30 = CTi_30 + CT34 + X30./CT30

CT18 = X18.X30

X31 =CT30 + X31./CT31

CT19 =X19.2s/X19

X32 = CT31 + X32./CT32

CT20 = X20.se4

X33 = CT32 + X33./CT33

CTi_30 =/X30./X31./X32./X33./X34

X34 = CT33 + X34./CT34

CT30 = X30.a_1

X40 = CTi_40 + X40./CT40

CT31 = X31.a_0

X41 = CT40 + X41./CT41

CT32 = X32.h_1 CT33 = X33.h_0

Para finalizar, elabora-se os pontos que

CT34 = X34.a_1

cada etapa ativa/desativa.

CTi_40 = /X40./X41 CT40 = X40. h_1 CT41 = X41.5s/X41

V2 = X31 H= X32 V1 = X34

Em seguida elabora-se a atividade das etapas:

D = X11

X0= CTi_0 + CT1 + X0./CT0

DP = X13 + X17

X1 = CT0 + X1./CT1 X10 = CTi_10 + CT20 + X10./CT10 X11 = CT10 + X11./CT11 X12 = CT11 + X12./CT12

AP = X14 + X15 + X16 + X17 + X18 SP = X15 + X20 E = X16

X13 = CT12 + X13./CT13 M = X41

_____________________________________________________________________________________ Ferramenta de Simulação Model-in-the-loop 21

...