Universidade Federal do Amazonas Faculdade de...

Universidade Federal do Amazonas

Faculdade de Tecnologia Programa de Pós-graduação Engenharia Elétrica – Mestrado

Metodologias de Projeto e Programação de Sistemas de Automação Prof. Dr. André Cavalcante

4º Trabalho

Projeto Produto UFAM Projeto e Implementação

Por Hiram Amaral

Entrega: 06/01/201

Manaus – Janeiro - 2014

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Manaus - AM Janeiro 2014

Projeto: Produto UFAM

Sumário

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 5

2. PROPÓSITO DO PROJETO PRODUTO UFAM .................................................. 6

3. REQUISITOS, PREMISSAS E RESTRIÇÕES ..................................................... 7

3.1. Requisitos do projeto ......................................................................................... 7

3.2. Premissas do projeto ......................................................................................... 7

3.3. Restrições do projeto ......................................................................................... 7

4. REQUISITOS DO PRODUTO UFAM ................................................................... 8

4.1. PRODUTO UFAM: VERSÃO 0 - O esboço ....................................................... 8

4.2. PRODUTO UFAM: VERSÃO 0 – O diagrama em blocos .................................. 8

4.3. PRODUTO UFAM: Requisitos funcionais .......................................................... 9

4.4. PRODUTO UFAM: Requisitos não funcionais ................................................... 9

5. MODELAMENTOS DO PRODUTO UFAM ........................................................ 10

5.1. Paradigma da Programação Estruturada: Select Case .................................. 10

5.1.1. Diagrama de contexto .................................................................................. 10

5.1.2. Diagrama de Transformação ........................................................................ 10

5.1.3. Diagrama de Estados ................................................................................... 11

5.2. Paradigma da Programação Orientada a Objetos com UML........................... 11

5.2.1. Diagrama de Pacotes interagindo com os atores ......................................... 11

5.2.2. Diagrama de casos de uso – Visão geral ..................................................... 12

5.2.3. Diagrama de casos de uso: Controlador ...................................................... 12

5.2.4. Diagrama de classes .................................................................................... 13

5.2.5. Diagrama de atividades ................................................................................ 14

5.2.6. Diagrama de Sequência ............................................................................... 15

5.3. Paradigma da Programação Ladder ................................................................ 16

5.3.1. Técnica da Máquina de Estados .................................................................. 16

3



5.3.2. Mapeamento as Entradas e Saídas do Processo ........................................ 17

5.3.3. Montagem da Máquina de estados do Produto UFAM ................................. 18

5.3.4. Montagem da tabela de transições .............................................................. 18

5.3.4.1 Transição do estado 1 para o estado 2 ..................................................... 19

5.3.4.2 Transição do estado 2 para o estado 3 ..................................................... 19

5.3.4.3 Transição do estado 3 até o estado 6=0 ................................................... 19

5.3.5. O Código do Produto UFAM......................................................................... 20

6. PRODUTO UFAM............................................................................................... 23

6.1. Modelamento real ............................................................................................ 23

6.1.1. Modelo de casos de uso .............................................................................. 23

6.1.2. Fluxo normal................................................................................................. 26

6.1.3. Fluxo de exceção ......................................................................................... 27

6.1.4. Descrição de casos de uso .......................................................................... 28

6.2. Especificações Técnicas dos Sistemas envolvidos ......................................... 38

6.2.1. O Sistema Micro controlado ......................................................................... 38

6.2.2. O Sistema de Atuadores .............................................................................. 40

6.2.3. O Sistema de Sensores ............................................................................... 40

6.2.4. O Sistema de Ar comprimido........................................................................ 41

6.2.5. O Sistema Elétrico ........................................................................................ 42

6.2.6. O Sistema Humano ...................................................................................... 42

6.3. Descrição de funcionamento ........................................................................... 43

6.3.1. Produto UFAM: Diagrama em bloco ............................................................. 44

6.3.2. Produto UFAM: Atuação da chave 1(CH1) Inicialização .............................. 45

6.3.3. Produto UFAM: Atuação inicial das eletroválvulas (SL1, SL2, SL3, SL4 e

SL5) 45

6.3.4. Produto UFAM: Atuação do sensor 0 (S0) e da lâmpada 0 (LP0) e do Motor.

46

4



6.3.6. Produto UFAM: Atuação do sensor 2 (LP2 + RL2)....................................... 48

6.3.7. Produto UFAM: Atuação do sensor 3 (LP3 + RL3)....................................... 49

6.3.8. Produto UFAM: Atuação do sensor 4 (LP4 + RL 4)...................................... 49

6.3.9. Produto UFAM: Atuação do sensor 5 (LP5 + RL 5)...................................... 49

6.3.10. Produto UFAM: Atuação do sensor 6 (LP6 + RL 6) .................................. 50

7. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 51

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 52

9. ANEXOS ............................................................................................................. 53

9.1. Relatório do RS Logix 500 ............................................................................... 53

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1. INTRODUÇÃO

O Projeto Produto UFAM nasceu da necessidade de se praticar os

ensinamentos teóricos da disciplina Metodologias de Projeto e Programas de

Sistemas de Automação ministrada pelo prof. Dr. André Cavalcante no Curso de

Mestrado da Universidade Federal do Amazonas – UFAM, no segundo semestre

de 2013.

O projeto, com as devidas alterações, servirá de base para a Qualificação

de Mestrado do Sistema Inteligente de Controle de Processo Evolutivo – SICPE.

O projeto foi modelado primeiramente, com a Programação Estruturada,

momento em foi utilizado o Software Select Case. O segundo modelamento foi

realizado utilizando o paradigma da Programação Orientada a Objeto, momento

em que foi utilizada a ferramenta UML. No terceiro modelamento utilizou-se a

Lógica Ladder e no quarto trabalho realizada a implementação do Produto UFAM

numa Linguagem de Programação Ladder aplicada ao PLC da Rockwell SLC500.

Para o segundo objetivo: a Qualificação - pretende-se alterar o código do

Produto UFAM desenvolvido em Ladder, utilizando-se JAVA, com seu Framework

JADE para agentes inteligentes e acrescentar inteligência ao sistema e montar as

bases do SICPE.

Esta especificação está organizada da seguinte forma: A seção 2

descreve o propósito do Projeto, os requisitos de alto nível são identificados na

seção 3, as premissas e as restrições são descritas nas seções 4 e 5, a seção 6

descreve as Especificações Técnicas dos principais componentes do Produto

UFAM; na seção 7 encontra-se a descrição de funcionamento do produto; a lógica

de programação utilizada no desenvolvimento é explanada na seção 8; os

requisitos do cliente analisados considerando o paradigma da Programação

Orientada a Objetos (POO) são descritos na seção 9; Os modelos de casos de

uso são estudados na seção 10; na seção 11 são apresentadas as principais

conclusões e na seção 12 identificaram-se as referências bibliográficas. Também

é apresentado como anexo, o relatório gerado automaticamente pelo software

RSLogix 500, onde são mostrados os principais itens de configuração utilizados no

código desenvolvido em Ladder.

6



.

2. PROPÓSITO DO PROJETO PRODUTO UFAM

O Projeto Produto UFAM – dada a ementa da disciplina Metodologia de

Projeto e Programação de Sistema de Automação – foi concebido com o

propósito de possibilitar que o mestrando crie as condições necessárias e

suficientes para praticar os ensinamentos teóricos recebidos em sala de aula.

Assim sendo, o Produto UFAM foi modelado de três formas diferentes:

1) Utilizou-se o software Select Case da Yourdon, software criado por

Edward Nash Yourdon para modelar o produto dentro do paradigma da

Programação Estruturada;

2) Utilizou-se ferramentas Unified Modeled Language (UML) para modelar

o produto dentro do paradigma da Programação Orientada a Objetos (POO);

3)Seguindo o programa da disciplina utilizou-se a Lógica Ladder para

modelar o produto seguindo as definições da Norma IEC 61131 e;

Finalmente o projeto foi implementado completando o ciclo teórico-prático

objetivado pela disciplina.

Este projeto tem como propósito o desenvolvimento de um sistema de

automação industrial para a produção do Produto UFAM formado por quatro blocos

contendo quatro letras: U, F, A e M. O desenvolvimento deste Projeto de Automação

Industrial deve satisfazer aos requisitos da disciplina Metodologia de Projetos e

Programas de Automação.

O Projeto se justifica devido ao fato dos alunos de mestrado demandar a

necessidade de praticar os ensinamentos teóricos recebidos em sala de aula.

O programa deverá utilizar os componentes encontrados no Laboratório de

Automação e Robótica da Universidade federal do Amazonas – UFAM.

7



3. REQUISITOS, PREMISSAS E RESTRIÇÕES

3.1. Requisitos do projeto

O Produto UFAM deverá ser Estampado automaticamente, sem contato

humano.

O Produto UFAM deverá ser produzido sobre uma esteira de esteira movida

a motor DC.

O Projeto deve expressar a prática dos conhecimentos transmitidos nas

aulas expositivas ministradas e concretizá-los na forma de um produto.

3.2. Premissas do projeto

O sistema deverá ter a condição de desligamento manual em casos de mau

funcionamento;

O sistema deverá ter baixo custo compatível com os sistemas de automação

similares.

3.3. Restrições do projeto

As disciplinas complementares deverão ser ministradas antes da

implementação do projeto;

Os custos com componentes não devem exceder ao valor de R$100,00.

O material necessário para a implementação deve constar ser fornecido pelo

Laboratório de Automação e Robótica da Universidade Federal do Amazonas –

UFAM.

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4. REQUISITOS DO PRODUTO UFAM

4.1. PRODUTO UFAM: VERSÃO 0 - O esboço

A versão 0 do Produto UFAM foi esboçada em Agosto de 2013 em sala de

aula e está ilustrada na Figura 1. Podem-se perceber na parte superior as

eletroválvulas, os sensores de entrada e saída, a esteira, uma placa de controle e o

um computador Pessoal (PC) controlando todo o sistema.

Figura 1 – Produto UFAM: Versão 0 – Esboço inicial

4.2. PRODUTO UFAM: VERSÃO 0 – O diagrama em blocos

Figura 2 – Produto UFAM: Versão 1 – Diagrama em blocos - Visão geral

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Com base no esboço da Figura 1 a no diagrama de bloco da Figura 2,

definiu-se os requisitos funcionais para Produto UFAM. Esses requisitos encontram-

se enumerados na Tabela 1 e os requisitos não funcionais encontram-se

enumerados na Tabela 2.

4.3. PRODUTO UFAM: Requisitos funcionais

RF1 - ligar chave on off: Quando o operador liga a chave on-off o Sistema é energizado, sensores, eletroválvulas e CLP .

RF2 - Setar produção: O temporizador deve ser setado para produzir uma quantidade de produtos pré-estabelecida

RF3 - carregar bloco: O operador deve inserir o bloco na esteira para que o mesmo seja detectado pelo sensor de entrada.

RF4 - ligar esteira(motor): Quando o bloco é detectado pelo sensor de entrada o motor é alimentado e movimenta a esteira.

RF5 - identificar bloco: O sensor detecta a presença do bloco na esteira

RF6 - desligar esteira(motor): O controlador interrompe a alimentação do motor, parando a esteira.

RF7 - estampar bloco: O controlador interrompe, por pré-determinado a alimentação da eletroválvula.

RF8 - identificar fim do bloco: Ao completar a estampagem do bloco, o produto é detectado por S6 e interrompe a alimentação do motor.

RF9 - retirar bloco da esteira: O produto chega ao fim da esteira e o sinalizador de produto pronto alerta que ao operador que o produto deve ser retirado da esteira.

RF10 - desligar chave on-off: Concluída a produção, o operador deve desligar a chave on-off e desligar totalmente o sistema.

Tabela 1 - Requisitos funcionais

4.4. PRODUTO UFAM: Requisitos não funcionais

RNF1. Os sensores devem ser identificados quando os mesmos estiverem com e sem alimentação.

RNF2. Quando o sistema for desligado pela botoeira, a lâmpada deve acender.

RNF3. Quando o produto feito chegar ao fim da esteira o sinalizador deve ligar.

RNF4. Quando as eletroválvulas estiverem estampando, uma lâmpada correspondente à sua posição deve ser identificada.

RNF5. O tempo que a eletroválvula usa para estampar a letra é ajustável.

RNF6. Ao ligar a chave on-off um led vermelho deve Tabela 2 – Requisitos não funcionais

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5. MODELAMENTOS DO PRODUTO UFAM

5.1. Paradigma da Programação Estruturada: Select Case

5.1.1. Diagrama de contexto

De posse do Diagrama em bloco, usou-se o Software Select Case para

produzir o Diagrama de Contexto que expressa a visão de alto nível do sistema a ser

produzido, conforme Figura 3.

Figura 3: Versão 1 no Select Case – Diagrama de Contexto

5.1.2. Diagrama de Transformação

O Select Case proporciona ao Projetista o desenvolvimento de projetos

baseada no paradigma da Programação Estruturada. No Diagrama de

Transformações (Figura 4) pode-se notar a as transformações das variáveis

envolvidas no sistema do Projeto Produto UFAM.

Figura 4: Versão 1 no Select Case – Diagrama de Transformação

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5.1.3. Diagrama de Estados

O diagrama de estado expressa as transformações de um determinado

estado para outro. Tem-se um estado inicial, uma entrada que altera seu estado e

produz transições entre a entrada e a saída do sistema. A Figura 5 ilustra o

diagrama de estado inicial do Produto UFAM desenvolvido no Select Case.

Figura 5: Versão 1 no Select Case – Diagrama de Estados

5.2. Paradigma da Programação Orientada a Objetos com

UML

5.2.1. Diagrama de Pacotes interagindo com os atores

Outro modelamento do Produto UFAM foi realizado utilizando-se a

Linguagem Unificada de Modelagem (UML). Na Figura 6 encontram-se definidos os

atores do sistema e seus relacionamentos com os subsistemas encontrados.

Figura 6: Diagrama de Pacotes interagindo com os atores

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5.2.2. Diagrama de casos de uso – Visão geral

O diagrama de casos de uso da Figura 7 ilustra as várias atividades

realizadas pelos atores do sistema. Nessa Figura tem-se uma visão geral do sistema

com seus atores e atividades desenvolvidas. Nas Figuras seguintes são ilustrados

outros diagramas que podem ser desenvolvidos pelo projetista para modelar o

sistema com base no paradigma da Programação Orientada a Objetos.

Figura 7: Diagrama de casos de uso – Visão geral

5.2.3. Diagrama de casos de uso: Controlador

Na Figura 8 encontra-se o caso de uso do controlador.

Figura 8 - Diagrama de casos de uso – Controlador

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5.2.4. Diagrama de classes

Nas Figuras 9, 10 e 11 encontram-se ilustrados três importantes diagramas

da Ferramenta UML: O Diagrama de Classe (Figura 9) é utilizado na construção de

modelos de classes do sistema. Esse é um dos mais ricos em termos de notação,

pois descreve desde o nome das classes, suas listas de atributos e de operações

que auxiliam o projetista na modelagem e até mesmo na codificação de seu sistema,

independente da linguagem de programação escolhida. Os diagramas de atividades

(Figura 10) são orientados a fluxos de controle. Assim, o diagrama de atividades

pode ser visto como um tipo de fluxograma onde se encontram expressas todas as

atividades que compõem o sistema em desenvolvimento. Na Figura 11, encontra-se

ilustrado o diagrama de sequência. Neste Diagrama de sequência podem-se

encontrar as iterações entre os objetos do sistema considerando-se o tempo, para

atingir esse objetivo, são utilizadas notações bem particulares para esse tipo de

diagrama como linhas de vida, envio de mensagens, criação e destruição de objetos,

conforme mostrado na Figura 11.

Figura 9: Diagrama de classes

14



5.2.5. Diagrama de atividades

Figura 10: Diagrama de atividades

15



5.2.6. Diagrama de Sequência

Figura 11: Diagrama de sequência

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5.3. Paradigma da Programação Ladder

5.3.1. Técnica da Máquina de Estados

Esta seção descreve a técnica para programação em Controladores lógicos

programáveis (CLP) utilizada no Produto UFAM utilizando-se a Linguagem

LADDER.

Atualmente, um dos maiores problemas no desenvolvimento para CLP, é

que os programas são feitos de forma empíricas, ou seja, sem a utilização da

lógica, o que ocasiona em programas sem estruturas bem definidas e longas.

Este fato em curto prazo terá a manutenção e ampliação muito complicada, e

muitas vezes até mesmo inviabilizando a continuidade do sistema.

Procurou-se, no Produto UFAM, a utilização de técnicas especifica para

programação Ladder que facilitasse de uma forma mais rápida e simples de

programar um CLP. A técnica apresentada é a maquina de estados finitos, do

inglês, Finite State Machine (FSM).

Uma máquina de estado é composta de Estados, que se comporta como

uma memoria, e armazena as informações das saídas em um determinado

momento do processo, ficando essas informações disponíveis para serem

trabalhadas pelos projetistas; de Transições, que é a condição necessária para

que ocorra a mudança de um estado para inicial para outro estado que altera as

características do estrado inicial; e de Saída que descreve a atividade que deve

ser realizada num determinado estado, após a transição ter sido concluída.

A máquina de estado é representada por um diagrama de fácil

visualização, conhecido como diagrama de transição de estado, que facilita o

entendimento de qualquer pessoa em conhecer o processo. Máquina de Estados

aplicada ao Produto UFAM

Seguindo o processo de desenvolvimento para automação de processo

deve-se primeiramente realizar o mapeamento das Entradas e Saídas do

processo, seguida pela montagem da máquina de estados, que possibilita a

montagem da tabela de transições, para então e finalmente realizar a montagem

da montagem da logica em linguagem LADDER.

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5.3.2. Mapeamento as Entradas e Saídas do Processo

Nas Tabelas 3 e 4 pode-se visualizar o mapeamento das entradas e das

saídas do processo. No mapeamento encontram-se os endereços utilizados pelo

SLC 500, que é o CLP que será utilizado para codificar em Linguagem Ladder.

MAPEAMENTO DE ENTRADAS

SAÍDAS Descrição Mapeamento Letra

1 LP1 Lâmpada correspondente ao solenoide 1 O:2/8 M

2 LP2 Lâmpada correspondente ao solenoide 2 O:2/9 A

3 LP3 Lâmpada correspondente ao solenoide 3 O:2/10 F

4 LP4 Lâmpada correspondente ao solenoide 4 O:2/11 T

5 LP5 Lâmpada correspondente ao solenoide 5 O:2/12 U

6 LP6 Lâmpada correspondente ao sensor 0 O:2/13 Motor

7 LP7 Lâmpada correspondente ao sensor 6 O:2/13 Motor

8 RL1 Relé correspondente ao sensor 1 O:2/1 M

9 RL2 Relé correspondente ao sensor 2 O:2/2 A

10 RL3 Relé correspondente ao sensor 3 O:2/3 F

11 RL4 Relé correspondente ao sensor 4 O:2/4 T

12 RL5 Relé correspondente ao sensor 5 O:2/5 U

13 RL6 Relé correspondente ao sensor 0 O:2/6

14 RL7 Relé do motor DC Motor

15 RL8 Relé do motor DC Motor

16 SL1 Solenoide correspondente à letra M O:2/8 M

17 SL2 Solenoide correspondente à letra A O:2/9 A

18 SL3 Solenoide correspondente à letra F O:2/10 F

19 SL4 Solenoide correspondente à letra T O:2/11 T

20 SL5 Solenoide correspondente à letra U O:2/12 U

21 M Motor DC O:2/13 Motor Tabela 3 - Mapeamento de Entradas do Processo

MAPEAMENTO DE SAÍDAS

ENTRADAS Descrição Mapeamento Letra

1 S0 Sensor de Entrada I:1/2

2 S1 Sensor correspondente à letra M I:1/8 M

3 S2 Sensor correspondente à letra A I:1/9 A

4 S3 Sensor correspondente à letra F I:1/10 F

5 S4 Sensor correspondente à letra T I:1/11 T

6 S5 Sensor correspondente à letra U I:1/12 U

7 S6 Sensor de Saída I:1/13 Motor

8 CH1 Chave on-off em ON (Start) I:1/0

9 CH1 Chave on-off em OFF (Stop) I:1/1 Tabela 4 - Mapeamento de Saídas do Processo

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5.3.3. Montagem da Máquina de estados do Produto UFAM

Figura 12: Máquina de Estados do Produto UFAM

5.3.4. Montagem da tabela de transições

Partindo do estado 0 onde temos todas as saídas em nível lógico baixo (0),

motivados pela chave de Entrada (CH1=0) desligada inicia-se as Transições

passando a CH1 para nível lógico alto (1). Neste momento, as saída passam do

estado LP6 (o sensor 0 fica energizado para detectar a presença de blocos na

entrada), SL1 a SL5 mudam de 0 para 1 (os solenoides são posicionados para

estamparem na presença de blocos);

Tabela 5 - Mapeamento de Entradas do Processo

LP1 LP2 LP3 LP4 LP5 LP6 LP7 RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7 RL8 SL1 SL2 SL3 SL4 SL5 M

Estado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Estado 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0

Estado 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Estado 3 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0

Estado 4 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0

Estado 5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0

Estado 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Estado 7 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

Estado 8 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0

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5.3.4.1 Transição do estado 1 para o estado 2

Partindo do estado 1, a entrada S0 passa do nível lógico 0 para1, momento

em que o bloco é detectado por S0, isso produz o estado 2, onde o motor (M) é

alimentado (M=1), a esteira se movimenta e LP1 vai a 0.

5.3.4.2 Transição do estado 2 para o estado 3

Partindo do estado 2, o sensor 1 (S1) que correspondente à letra A detecta a

presença do bloco, RL1 (Relé relativo ao sensor 1) vai para o nível lógico 1, o motor

pára, e SL1 interrompe a alimentação do solenoide da 1ª eletroválvula e a letra A e

estampada.

5.3.4.3 Transição do estado 3 até o estado 6=0

As transições vão ocorrendo conforme a detecção do bloco pelo sensor da

letra correspondente e atuação de sua eletroválvula até chegar o estado 6=0 que é

exatamente igual ao estado 1, e o processo é reiniciado. Este é o momento que na

prática, o operador retira da esteira o Produto UFAM feito e as saídas retornam aos

valores do estado 1.

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5.3.5. O Código do Produto UFAM

Figura 13 – Produto UFAM: Código na Linguagem Ladder 1/3

21



Figura 14 - Produto UFAM: Código na Linguagem Ladder 2/3

22



Figura 15 - Produto UFAM: Código na Linguagem Ladder 3/3

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6. PRODUTO UFAM

6.1. Modelamento real

6.1.1. Modelo de casos de uso

Analisando as Figuras 16 e 17 consegue-se identificar os atores do sistema. Esses

atores são ilustrados na Figura 18

Figura 16 – Atores do Sistema

• Operador: Ator externo que envolve toda a funcionalidade relacionada com

as atividades externas ao sistema.

• Controlador: Principal ator interno, responsável por controlar as entradas

e saídas do sistema.

• Sensor: ator interno, responsável por enviar os sinais de entrada ao

controlador.

• Atuador: Ator interno, que recebe os comandos do controlador e realizar

uma atividade mecânica.

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• Sensor fim de bloco: Ator interno responsável por informar a realização

de um de um bloco em produto.

Na Figura 17 pode ser visualizada a interação existente entre os pacotes e

os atores para a realização das funções do sistema. Fica claro também a atuação do

ator externo (Operador) inicializando o sistema através da ligação da chave,

ativando o motor através do carregamento do bloco na esteira e finalizando o

sistema através do requisito funcional de número 10.

Figura 17– Diagrama de Pacotes e os Subsistemas Identificados.

No diagrama de contexto conseguimos ter uma visão geral do sistema, onde

temos a identificação dos componentes deste interagindo com o processo. O

processo tem início com o acionamento da chave liga–desliga que fecha o circuito

de alimentação para o sistema. Os sensores de entrada (sensor1-M, sensor2-A,

sensor3-F, sensor4-T e sensor5-U) identificam a presença das letras que são

informadas ao sistema. O sistema por sua vez verifica o código da palavra e decide

se deve acionar o solenoide para carimbar a letra sobre o bloco. Quando a atividade

de carimbar é acionada, o motor DC tem sua alimentação cortada, a esteira para

com o bloco na posição da letra que deve ser carimbada e o solenoide é acionado

para carimbar a respectiva letra. Após o carimbo, o motor volta a funcionar, a esteira

volta a se movimentar até que uma nova posição de código de palavra demande a

atividade de carimbar. O processo é repetido até que a palavra seja completada.

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Figura 18 – Diagrama de casos de uso: Visão geral

A seguir, na tabela 6, pode-se ver a sequência do fluxo normal de operações

do sistema que foi ilustrada no diagrama de atividades da Figura 10. As atividades

constantes na Tabela 7 encontram-se misturadas. Essas atividades serão

explicadas nas descrições dos casos de uso, onde serão identificados os atores

principais e secundários responsáveis por cada atividade dentro do processo. O

fluxo de exceção é composto por operações não conformes que não permitem o

funcionamento normal do sistema. Caso uma das ações constantes no fluxo de

exceções for identificada deve ser tratada sob pena de inviabilizar o funcionamento

do sistema.

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6.1.2. Fluxo normal

01 - ligar chave on off

02 - Setar produção

03 - carregar bloco na esteira

04 - Sensor 0 detecta a presença do bloco

05 - ligar esteira(motor)

06 - Bloco chega na frente do sensor 1

07 - Bloco é identificado

08 - desligar esteira(motor)

09 - Alimentação da eletroválvula é interrompida

10 - O ar comprimido movimenta a eletroválvula e estampa a letra M

11 - Passado o tempo definido no temporizador, a esteira volta a se movimentar

12 - identificar fim do bloco

13 - A esteira volta a se movimentar


15 - RF6 - desligar esteira(motor)


17 - O ar comprimido movimenta a eletroválvula e estampa a letra A






23 - O ar comprimido movimenta a eletroválvula e estampa a letra F






29 - O ar comprimido movimenta a eletroválvula e estampa a letra U





34 - Sistema é desligado Tabela 6 - Fluxo normal do Produto do Produto UFAM

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6.1.3. Fluxo de exceção

01 - ligar chave on off não é acionada pelo operador

02 - Produção não é setada

03 - O bloco não é inserido na esteira

06 - Bloco não é detectado pelo sensor magnético. Tabela 7 - Fluxo de exceção

Caso haja algum dos pontos de exceção, o bloco ou função pode ser reinserido manualmente.

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6.1.4. Descrição de casos de uso

Projeto : Produto UFAM

Subsistema : Operador

Caso de Uso 1: Ligar chave on-off

Descrição: Este caso de uso é responsável pela ligação da chave on-off

que fornece energia para a alimentação elétrica dos sensores, levando-os para os

seus estados iniciais; alimenta as eletroválvulas colocando-as em estado

normalmente fechado, e alimenta o CLP, levando-o à condição de espera dos sinais

dos sensores.

Tabela 8 - descrição do caso de uso 1

Figura 19 – Diagrama de casos de uso 1

nome do caso de uso RF1 - ligar chave on off

Ator principal Operador

Atores secundários sistema

Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidosp para ligar o sistema.

pré-condições Não deverá haver curto entre terminais de alimentação

pós-condições Sensores, eletroválvulas e CLP alimentados.

Fluxo principal

Ações do ator ações do sistema

pressiona chave power O sistema alimenta todos os dispositivos, menos o motor

Restrições/validações

Fluxo de excessão

PROJETO PRODUTO UFAM - DESCRIÇÃO DE CASOS DE USO

29





Caso de Uso 2: Setar a produção

Descrição: Este caso de uso é responsável pela configuração da

quantidade total a ser produzida pelo sistema. O valor é setado pelo operador antes

que a produção tenha início.



nome do caso de uso RF2 - Setar produção



Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidos para setar a produção.

pré-condições sistema alimentado.

pós-condições produção setada.

Fluxo principal


digita o quantidade a ser

produzida. armazena o valor na memoria


Fluxo de excessão


30





Caso de Uso 3: Carregar bloco

Descrição: Este caso de uso é responsável pela inserção de unidades de

bloco para serem estampadas pelo sistema de eletroválvulas.



nome do caso de uso RF3 - carregar bloco.

Ator principal Operador.

Atores secundários sistema / motor / sensor.

Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidos carregar bloco.

pré-condições sistema alimentado e produção setada.

pós-condições bloco sobre a esteira.

Fluxo principal


coloca o bloco UFAM na esteira

no range do sensor o sistema aguarda a informação do sensor.


Fluxo de excessão


31




Subsistema : Controlador

Caso de Uso 4: Ligar a esteira

Descrição: Este caso de uso é responsável por receber a informação dos

sensores pelo CLP e aplicar energia aos terminais do motor DC para movimentar a

esteira.



nome do caso de uso RF4 - ligar esteira(motor)

Ator principal Controlador

Atores secundários solenoide / sensor

Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidos para ligar a esteira.

pré-condições sensor de entrada detecta o sensor 0

pós-condições Motor liga e movimenta esteira

Fluxo principal


Fornece alimentação 24V para

o motor Alimenta motor DC movimentando a esteira.


Fluxo de excessão


32





Caso de Uso 5: Identificar bloco

Descrição: Este caso de uso é responsável pela identificação do bloco

quando for detectado pelo sensor 1 que interrompe a alimentação do motor, parando

a esteira, e da eletroválvula correspondente à uma letra específica, para que esta

seja estampada no bloco.



nome do caso de uso RF5 - identificar bloco


Atores secundários sensor

Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidosp para desligar o motor.

pré-condições A esteira deve estar em movimento.

pós-condições A esteira deve estar parada.

Fluxo principal


Controlador interrompe

alimentação do motor DC. O sistema pára a esteira e aciona a eletroválvula para estampar.


Fluxo de excessão


33





Caso de Uso 6: Desligar a esteira

Descrição: Este caso de uso é responsável pela configuração da

quantidade que deverá ser produzida do Produto UFAM. Um valor pré-definido é

inserido no temporizador que interromperá o funcionamento do sistema quando o

valor for atingido.



nome do caso de uso RF6 - desligar esteira(motor)



Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidos para desligar a esteira.

pré-condições sensores identifica bloco correspondente à letra do solenoide

pós-condições

Fluxo principal


para a alimentação do motor desliga esteira para solenoide carimbar.


Fluxo de excessão


34




Subsistema : atuador

Caso de Uso 7: Estampa bloco

Descrição: Este caso de uso é responsável pela estampagem da letra

correspondente sobre o bloco.



nome do caso de uso RF7 - estampa bloco




pré-condições A eletroválvula deve estar normalmente fechada

pós-condições

Fluxo principal


Usuário pressiona a chave

power o sistema sealimemtado

coma Interrompe a alimentação da eletroválvula por tempo pré-determinado.


Fluxo de excessão


35




Subsistema: Sensor

Caso de Uso 8: Identificar fim de bloco

Descrição: Este caso de uso é responsável pela identificação de fim de

bloco.



nome do caso de uso RF8 - identificar fim do bloco



Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidosp para desligar o sistema.

pré-condições

pós-condições

Fluxo principal


Controlador interrompe

alimentação do motor DC. O sistema aciona a indicação de produto feito.


Fluxo de excessão


36





Caso de Uso 9: Retirar o produto UFAM da esteira

Descrição: Este caso de uso é responsável pela retirada do Produto UFAM

pronto e inserção de novo bloco sem estampo para que a produção setada seja

atingida.



nome do caso de uso RF9 - retirar bloco da esteira




pré-condições Produto deve estar realizado.

pós-condições

Fluxo principal



power o sistema de alarme Retorna alimentação para o motor DC.


Fluxo de excessão


37





Caso de Uso 10: Desligar a chave on-off

Descrição: Este caso de uso é responsável pelo desligamento da chave on-

desligado quando a produção setada for atingida em sua totalidade.



nome do caso de uso RF10 - Desligar sistema = desligar chave on-off



Resumo Descreve o os procedimentos a serem seguidosp para desligar o sistema.

pré-condições A produção deve ter sido concluída.

pós-condições sistema totalmente desligado.

Fluxo principal



power o sistema alimentado o controlador desliga a alimentação do sistema


Fluxo de excessão


38



6.2. Especificações Técnicas dos Sistemas envolvidos

O Produto UFAM foi desenvolvido, basicamente, através da interação entre

seis sistemas fechados: Um sistema micro controlado, que utiliza entradas

analógicas e digitais como entradas e saídas do sistema; Um sistema de atuadores,

composto por um motor DC alimentado com 24V DC, lâmpadas de 24V DC, uma

lâmpada de 127V AC, e eletroválvulas que são compostas por solenoides de 24VDC

e válvulas que atua com seis bar; Um sistema de Sensores composto por seis

sensores magnéticos e um sensor de presença: Um sistema de ar comprimido com

cinco ramificações de seis bar; Esses sistema são alimentados com por um sistema

elétrico que fornece 127V AC e 24 V DC e tem a sua inicialização dada por um

sistema humano composto de um operador que liga o sistema micro controlado e

insere um bloco magnético para que seja processado pelos demais sistema. Esses

sistemas são explicados em maiores detalhes a seguir:

6.2.1. O Sistema Micro controlado

Esse sistema é composto pelo Controlador Lógico Programável (CLP) da

Rockwell Automation (Figura 29). O SLC500 é o CLP modular que utiliza o

Controlador SLC 5/04 que possui memória de programa de 32K, desempenho de

alta velocidade típico de 0,90 ms/K, controle de até 4096 pontos de entrada e saída,

programação on-line, canal DH+ incorporado, comunicação de alta velocidade de

115,2K com canal RS-232 incorporado, suportando DF1 Full-Duplex para

comunicação ponto a ponto suficiente para a aplicação no sistema de automação

industrial desejado. Este sistema utiliza a fonte 1746-P4, podendo ser alimentada

com 127/220V AC e saída de 24V DC com 2,88A, com uma potência de 70 Watts.

39



– Figura 29 - SLC500 da Rockwell Automation

Na Figura 30 pode-se ter uma representação do sistema Micro controlado.

Figura 30 - Sistema Micro controlado

Tabela 18 - Alimentações dos módulos de Entrada e Saída do SLC500

40



A tabela 18 identifica as alimentações de entrada e saída do controlador

SLC500 e na Figura 29 encontra-se ilustrado o SLC500,

A combinação do SLC500 utilizado no Produto UFAM foi o chassis com 7 ranhuras

composto pela (1) fonte de alimentação 1746-P4 de 24VDC/2,88.A, pelo

Processador tipo (2) 1747-L542B 5/04 CPU com 32 K de memória, (3) o módulo de

entrada IA16 com 16 entradas 100/120 VAC, (4) o módulo de saída OW16 com 16

relés de 240VAC, (5) o módulo NI4 com 4 canais analógicos de entrada. o (6)

módulo NO4I com 4 canais de saída analógicos .

6.2.2. O Sistema de Atuadores

Esse sistema é composto por cinco eletroválvulas DFM 1610 da Festo com

potência máxima de 10 bar, contendo cinco solenoides de 24V com potência

máxima de 1,28W e cinco lâmpadas laranja em paralelo, conforme visualizado na

Figura 3, uma lâmpada de 127V AC, seis lâmpadas de 24V DC e um motor DC de

24V DC utilizado para movimentar a esteira.

Figura 31 - Sistema de atuadores do Projeto Produto UFAM

6.2.3. O Sistema de Sensores

Esse sistema é composto por sete sensores, sendo seis indutivos e um

capacitivo. Os sensores Indutivos são sensores que operam com campo

eletromagnético, e detectam apenas materiais ferromagnéticos. Os sensores

41



capacitivos são sensores que operam com o principio da capacitância e detectam

todos os tipos de materiais.

Sensores utilizados no Produto UFAM têm saída PNP que são utilizados

para comutar a carga ao potencial negativo. O módulo de saída possui um transistor

PNP que conecta a carga ao terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do

sensor e a tensão de funcionamento negativo (0V). A Figura 4 ilustra o sensor PNP,

seu esquema elétrico e a faixa de atuação desse tipo de sensor.

Figura 32 - ilustra os sensores PNP

A Figura 33 identifica a posição dos sensores que compõem o sistema de

sensores do Produto UFAM.


6.2.4. O Sistema de Ar comprimido

Esse sistema é composto por um módulo de controle de ar UAS FR8 da

Festo com capacidade de ramificação de 1/8 ( 1 para 8) saídas com pressão máxima

de 16 bar. Dessas 8 saídas, 5 são utilizadas para o Produto UFAM com uma

pressão máxima de 6 bar, conforme pode ser visualizado na Figura 34.

42




6.2.5. O Sistema Elétrico

Esse sistema é composto pela fonte de alimentação do SLC500, pela fonte

de 24V DC, pela botoeira do módulo da Festo, e pela Chave on-off (CH1) conforme

pode ser visualizado na Figura 35

Figura 35 - Sistema de elétrico

6.2.6. O Sistema Humano

Esse sistema é composto pelo operador do sistema que é responsável por

acionar a chave on-off (CH1), setar a produção a ser produzida inserir o bloco na

esteira, retirar o Produto UFAM da esteira e reiniciar o processo.

43



Figura 36 - Sistema Humano

6.3. Descrição de funcionamento

O Projeto Produto UFAM foi desenvolvido para operar em ambiente

industrial. O processo dentro desse ambiente é composto por um sistema elétrico,

um sistema eletromecânico, e um sistema de eletroválvula que são micro

controlados por sistema de software em linguagem Ladder, esse recebe informações

de sensores e chaves para atuar as eletroválvulas e o motor DC que movimenta a

esteira. Os sistemas interagem entre si para realizar a estampagem do Produto

UFAM. O processo inicia a partir ligação da chave on-off (CH1) e da inserção de um

bloco com quatro ou duas posições que são estampadas ao passarem através da

esteira do processo.

Considerando a Figura 37, ao ser ligada a chave on-off, o sistema é

energizado e os componentes do sistema de eletroválvula são alimentados e ficam

posicionados na condição de serem acionados para estamparem as letras ao

comando do CLP, conforme mostrado na Figura 38.

44



6.3.1. Produto UFAM: Diagrama em bloco

Figura 37 - Produto UFAM: Diagrama de blocos

Legenda

Legenda

1 LP1 Lâmpada correspondente ao solenoide 1

15 RL8 Relé do motor DC

2 LP2 Lâmpada correspondente ao solenoide dois

16 S0 Sensor de Entrada


17 S1 Sensor correspondente à letra M


18 S2 Sensor correspondente à letra A


19 S3 Sensor correspondente à letra F

6 LP6 Lâmpada correspondente ao sensor 0

20 S4 Sensor correspondente à letra T

7 LP7 Lâmpada correspondente ao sensor 6

21 S5 Sensor correspondente à letra U

8 RL1 Relé correspondente ao sensor 1

22 S6 Sensor de Saída


23 SL1 Solenoide correspondente à letra M


24 SL2 Solenoide correspondente à letra A


25 SL3 Solenoide correspondente à letra F


26 SL4 Solenoide correspondente à letra T


27 SL5 Solenoide correspondente à letra U

14 RL7 Relé do motor DC

28 CH1 Chave on-off

Tabela 19 - Legenda da planta do produto UFAM

45



6.3.2. Produto UFAM: Atuação da chave 1(CH1)

Inicialização

Para que o sistema fique energizado o operador necessita acionar a chave 1

(on-off) para a alimentação da rede 127/220VAC seja aplicada ao sistema elétrico do

hardware do Produto UFAM. A Figura 38 ilustra o sistema alimentado.

Figura 38 - Produto UFAM: Sistema alimentado

6.3.3. Produto UFAM: Atuação inicial das

eletroválvulas (SL1, SL2, SL3, SL4 e SL5)

O código Ladder do Produto UFAM está configurado para realizar a energização

sequencial das eletroválvulas no tempo de 0,5 segundos entre as mesmas. Assim sendo,

temos como resultado o posicionamento das eletroválvulas iniciando por SL1 e finalizado

por SL5.

46



Figura 39 - Produto UFAM: Eletroválvulas posicionadas

6.3.4. Produto UFAM: Atuação do sensor 0 (S0) e da

lâmpada 0 (LP0) e do Motor.

Figura 40 - Produto UFAM: Atuação do sensor 0

O bloco sem estampo, ao ser detectado pelo sensor 0 (S0) aciona o motor DC que

movimenta a esteira conduzindo o bloco na direção do sensor 1 (S1). A lâmpada LP0

identifica o status do sensor 0 (S0).

47



Figura 41 - Produto UFAM: Identificação de sensores

O bloco sem estampo, ao ser detectado pelo por S1, interrompe a alimentação do

motor DC. Neste momento, a alimentação da eletroválvula correspondente a S1 é

interrompida e o ar comprimido na eletroválvula, pressiona-a sobre o bloco estampando a

letra M.

Figura 42 - Produto UFAM: Identificação de sensores

Passado o tempo necessário, pré-determinado, para a estampagem, a alimentação

da eletroválvula e do motor retorna, movendo a eletroválvula para a posição inicial e

movimenta a esteira para frente.

48



6.3.5. Produto UFAM: Atuação do sensor 1 (LP1 + RL1)



O bloco, agora com a letra M estampada, move-se em direção aos demais

sensores que repete a ação de estampagem para as demais letras até completar a palavra

do Produto UFAM, conforme Figura 44.

Figura 44 - Produto UFAM: Estampagem da letra A


49





6.3.8. Produto UFAM: Atuação do sensor 4 (LP4 + RL 4)



Ao chegar ao fim da esteira, o bloco estampado é captado por S6 que

interrompe a alimentação do sistema e aciona o sinalizador (LP7) para que o

operador retire o produto UFAM da esteira e insira um novo bloco sem estampo. O

processo então reinicia até que a produção seja atingida.

50



Figura 48 - Produto UFAM: Bloco com quarto letras formando a palavra UFAM.




51



7. CONCLUSÃO

As atividades de análises realizadas para o desenvolvimento do sistema

comprovaram a necessidade que o projetista deve ter em realizar análises acuradas

para evitar retrabalhos ou até mesmo chegar ao ponto de projetar um sistema que

não atenderá às necessidades do cliente.

Partindo das informações que se tinha para projetar foi elaborada uma idéia

que foi rascunhada e discutida com a equipe em sala de aula. A cada discussão, o

entendimento e a segurança em torno do sistema foi crescendo ao ponto de

possibilitar a criação de um diagrama de contexto que foi expandido para que se

concretizasse em níveis mais baixo a elaboração do sistema.

Com a criação do diagrama de estados utilizou-se a Lógica Ladder para gerar

o código do sistema. Torna-se necessário, neste ponto, enfatizar a Importância do

conhecimento de circuitos elétricos, digitais e analógicos para poder montar um

código que tenha endereço certo. Em outras palavras, de posse desses

conhecimentos o projetista abre a caixa preta dos circuitos e pode, se necessário,

realizar as devidas alterações no hardware para que o software tenha um melhor

desempenho.

A questão da segurança foi outro ponto bastante enfatizado no

desenvolvimento do Projeto Produto UFAM, pois o projetista tem sempre que prever

as possíveis atitudes não conformes de operadores para evitar futuros danos à

saúde do ser humano e da máquina. Como o Produto UFAM estampa materiais com

uma pressão de 6 bar, foi inserida uma proteção no processo para evitar possíveis

contatos das eletroválvulas, em produção normal, com o operador do processo.

A análise para o desenvolvimento de um sistema deve ser exaustiva e é

condição necessária para o entendimento do processo e a criação de um modelo

teórico que possa ser efetivado com as diversas ferramentas disponíveis no

mercado.

Como previsto para futuros projetos, pretende-se alterar o código do produto

UFAM, realizar as devidas alterações em seu hardware para adequá-lo ao Projeto

de Qualificação de Mestrado do Sistema Inteligente de Controle de Processo

Evolutivo – SICPE.

52



8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CAVALCANTE, ANDRÉ L. D. Arquitetura Baseada em Agentes e Auto-Organizável para a Manufatura (Tese). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2012.

[2] IAS, UNIVERSITAT STUTTGART: Software Engineering for Real-Time Systems:

Notas de Aula de Tópicos de Engenharia de Software, UFAM, Manaus, 2005. [3] UML – Criando Diagramas Eficientes disponíveis:

http://www.slideshare.net/rodrigocasca/uml-criando-diagramas-eficientes acesso: 28 de Setembro de 2013.

[4] SWEBOK, SOFTWARE ENGINEERING BODY OF KNOWLEDGE Disponível em: http://www.swebok.org. acesso: 28 de Setembro de 2013. [5] PROGRAMAÇÃO LÓGICA DE CLP’s COM LADDER E FSM, Prof. ENGº Hamilton

Sena, disponível: http://hamiltonsena.net SENAI/Cascavel-PR Atualizado em:

25/03/2013, acesso: 5 de Janeiro de 2014. [6] Módulos de E/S Analógica (Cód. Cat. 1746-NI4, NIO4I, NIO4V, NO4I e NO4V)

Publicação 1746-6.4PT – Janeiro, 1996 [7] Uma visão geral dos produtos da família SLC 500 Família de Controladores

Programáveis SLC 500 1747-2.30PT . [8] Uma descrição sobre como instalar e usar o controlador SLC 500 de Estrutura

Fixa. Installation & Operation Manual for Fixed Hardware Style Programmable Controllers 1747-6.21

[9] Usuários de HHT para desenvolver aplicações de controle, um manual de

procedimentos e referências Allen-Bradley Hand-Held Terminal User Manual 1747-NP002

[10] Astah UML 6.6.4/41775 (Evaluation). Disponível: http://members.change-

vision.com/files/astah_UML

http://www.slideshare.net/rodrigocasca/uml-criando-diagramas-eficientes

http://www.swebok.org/

http://members.change-vision.com/files/astah_UML

http://members.change-vision.com/files/astah_UML

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9. ANEXOS

9.1. Relatório do RS Logix 500

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