solução para ensinar Automação / CLP
na prática, à distância
DETALHES DO MÓDULO PRONTO DE AUTOMAÇÃO/CLP
COMPETÊNCIAS / PRINCIPAIS OBJETIVOS
Ao final desse curso os estudantes serão capazes de desenvolver sistemas de automação para máquinas e processos de pequeno porte com CLPs, utilizando intertravamentos, sequenciamento e outras abordagens.
CONTEÚDOS
Principais conceitos relacionados a controle lógico
Controladores Lógicos Programáveis: estrutura de hardware e software, características técnicas e especificações, linguagens de programação, principais instruções em ladder, tratamento de dados, formatos numéricos, aritmética, comparações, temporizadores e interfaces analógicas
Abordagem de máquinas de estados / SFC
Interpretação de diagramas elétricos
Interfaces entre o CLP, comandos elétricos e pneumáticos
MATERIAIS E MÉTODOS
Os estudantes aprenderão os conteúdos a partir do desenvolvimento de sistemas de automação para máquinas e processos nos ambientes virtuais. Eles receberão as instruções, a teoria e os contéudos necessários.
CONTEXTO GAMIFICADO (HISTÓRIA)
Nesse curso o estudante é um trainee em uma equipe de engenharia da fábricasim.
Ele/ela é apresentado à empresa e comunicado que há uma série de projetos de automação a serem desenvolvidos, para promover aumento de competitividade em cada um dos setores da fábrica.
Nesse contexto, o trainee(estudante) é requisitado a desenvolver projetos, e recebe todas as especificações, orientações, os conteúdos e outros materiais para estudar, aprender, implementar, testar e entregar o projeto.
OPÇÕES TECNOLÓGICAS (CLPS E SOFTPLCs)
Nesse curso o professor pode utilizar ferramentas como o Codesys Development, que é gratuito, o WinPLC7, que tem uma versão Lite gratuita, o Simatic Manager, o TIA Portal ou o Logix5000. Se a instituição decidir utilizar ferramentas como a da Siemens ou a da Rockwell, naturalmente precisa adquirir as licenças necessárias.
Observação importante: O TIA Portal tem uma versão trial que roda por 21 dias totalmente operacional, então é possível propor práticas com TIA para estudantes no EAD, desde que os alunos as executem em 21 dias.
DESAFIOS/PROJETOS
O curso está estruturado em 7 desafios, realizados em 4 ambientes virtuais: o portão do alojamento da fábrica, uma linha de formulação de pasta de gesso, um elevador, e um sistema em batelada.
O primeiro projeto é o mais simples possível: automatizar o portão do alojamento da fábrica onde aprende princípios básicos de automação e controle lógico. E depois dele o estudante segue pelos demais projetos, até automatizar a planta de pigmentação de tintas, utilizando sequenciamento, blocos de função, tratamento de sinais analógicos etc.
VEJA OS DETALHES DE CADA DESAFIO
DESAFIO 1
AUTOMATIZANDO O PORTÃO DO ALOJAMENTO DA FÁBRICA
Projeto: o estudante é solicitado a automatizar o portão da garagem do alojamento da fábrica. A razão é que a empresa planeja implementar um sistema de portaria remota.
Atividades:
1) Abrir/fechar o portão utilizando 2 botões
2) Utilizando os fins de curso para evitar colisões
3) Abrindo e fechando com pulsos nos botões
4) Intertravando para evitar curto-circuito
5) Utilizando somente o botão da parede
Conteúdos de automação: conceitos básicos de automação e CLP, entradas e saídas, sensores e atuadores, linguagem ladder, instruções booleanas básicas (NA, NF, bobina simples), partida direta de motores, intertravamentos.
Conteúdos de eletrotécnica: partida direta, proteção e fins de curso.
DESAFIO 2
OPERAÇÃO MANUAL DA LINHA DE FORMULAÇÃO DE PASTA DE GESSO
Projeto: a fábrica recebe uma linha de produção que chegou de outra fábrica. Todavia o CLP “perdeu o programa”, por isso é preciso desenvolver um novo sistema de automação.
O trianee(estudante) é requisitado a trabalhar nesse projeto em duas fases: 1) operação manual, e 2) operação automática. Este desafio é a fase 1.
Atividades:
1) Operações manuais
2) 3 transportadores com 1 botão
3) Adicionando água
Ajustando os transportadores
Novos conteúdos de automação: memória e memória imagem, ciclo de scan do CLP, intertravamentos, instruções e comandos retentivos, técnicas de sequenciamento utilizando memórias.
Novos conteúdos de eletrotécnica: painel de automação e comando de motores completo, interpretação de diagramas elétricos, mapeamento de entradas e saídas a partir do diagrama elétrico.
DESAFIO 3
AUTOMAÇÃO DA LINHA DE FORMULAÇÃO DE PASTA DE GESSO
Projeto: o estudante é conduzido no processo completo de automação da máquina utilizando intertravamentos, memórias, temporizadores, lidando com entrada analógica, e escalonamento/normalização de sinal. Ele automatiza a máquina incrementalmente, ao longo da realização de 8 atividades.
Atividades:
1) Transporte até a estação de dosagem
2) Transporte até a estação de mistura
3) Enchendo o recipiente
4) Descendo o misturador
5) Subindo o misturador
6) Acionando o misturador
7) Quase lá (só alguns ajustes)
8) Linha 100% em automático
Novos conteúdos de automação: temporizadores, contadores, leitura e escalonamento de sinais analógicos, condução no uso de memórias e comandos retentivos.
Novos conteúdos de eletrotécnica: sinais analógicos.
DESAFIO 4
IMPLEMENTANDO MELHORIAS NA AUTOMAÇÃO DO PORTÃO
Projeto: Nesse projeto os estudantes precisam implementar recursos para que o portão do alojamento seja totalmente comandado utilizando um único botão, tal como ocorre em um controle remoto de portão eletrônico.
Tasks:
1) Abrindo e fechando utilizando 1 botão
2) Adicionando o comando de parada
3) Adicionando a reversão após parada
Novos conteúdos de automação: instruções de detecção de borda, múltiplos comandos por impulso de um único botão.
DESAFIO 5
AUTOMATIZANDO A LINHA DE FORMULAÇÃO DE PASTA DE GESSO COM (SFC)
Projeto: o trainee(estudante) é requisitado a implementar um novo sistema de automação que promova aumento de performance da linha de formulação de pasta de gesso. Para isso, ele vai precisar aprender a implementar a solução utilizando máquinas de estados (SFC).
Tasks:
1) SFC Parte 1: steps e transições
2) SFC Parte 2: ações
3) Melhorando a performance da máquina
4) Implementando o SFC em ladder
5) SFC para o dosador
6) SFC para o misturador
7) Máquina 100% automatizada com SFC
Novos conteúdos de automação: máquinas de estados, SFC, implementação de SFC em ladder.
DESAFIO 6
OPERAÇÃO MANUAL DA LINHA DE FORMULAÇÃO DE PASTA DE GESSO
Projeto: a esturtura da fábrica é verticalizada e é preciso montar um novo elevador. O pessoal da mecânica já fabricou e instalou. A instalação elétrica está pronta. Agora a automação precisa implementar um sistema e comissionar o equipamento.
Tasks:
1) Implementando uma solução para 2 pavimentos
2) Adicionando o 3° pavimento
3) Usando a abordagem de origem-destino ao invés de SFC
Novos conteúdos de automação: quando não utilizar SFC, abordagem de movimentação origem-destino.
Novo conteúdos de eletrotécnica: relés e circuitos de segurança, interface entre CLP e inversores de frequência.
DESAFIO 7
AUTOMATIZANDO A PLANTA DE COLORAÇÃO DE TINTA
Project: colorir manualmente as tintas está sendo muito improdutivo e tem baixa repetibilidade. Por isso o trainee(estudante) precisa automatizar uma planta para formular automaticamente as pigmentações.
Tasks:
1) Criando blocos de função
2) Operação semi-automática
3) Operação automática
Conteúdos de automação: organização da aplicação em blocos, modularização do projeto, chamadas de múltiplas instâncias de um mesmo bloco.
RECURSOS DISPONÍVEIS NOS AMBIENTES
PAINEL ELÉTRICO
A imagem abaixo mostra o painel elétrico de uma das máquinas do curso. Você pode verificar que ele é muito similar a um painel elétrico real de automação e comando de motores. Ele tem a entrada de energia, proteções, acionamentos, relé de segurança, fonte 24Vdc, PLC, relés de interface, conectores, contatores, inversor de frequência e tudo mais.
DIAGRAMAS ELÉTRICOS
Observe que os diagramas elétricos que o estudante utiliza no curso são elaborados em padrão industrial. Isso é fundamental porque o estudante se familiariza com o que encontrará na vida profissional.
EXEMPLOS DE DIAGRAMAS DO PAINEL DE ACIONAMENTO DE MOTORES
EXEMPLOS DE DIAGRAMAS DO PAINEL DE AUTOMAÇÃO/CLP
RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS (TROUBLESHOOTING)
A competência para resolver problemas em máquinas rapidamente e de forma “certeira” é muito valorizada na indústria. Por isso nossa solução inclui um recurso (imagem à direita) onde o estudante pode introduzir um defeito na máquina sem saber que defeito está introduzindo. Exemplos de defeitos são: bobina de um contator aberta, mal contato em um relé, botão sem funcionar, sensor queimado e alteração na resistência de um condutor de sinal analógico.
Ao introduzir o defeito, a máquina, naturalmente, vai ter um comportamento anormal (como na vida real) e o trabalho do estudante é identificar a causa do problema para substituir o componente danificado.
Quando o estudante identificar o componente defeituoso, pode substituí-lo utilizando o console de reparos (imagem abaixo).
MÉTODO DE VALIDAÇÃO/DESAFIOS
Nos cursos de automação, as validações das atividades são realizadas verificando-se se o comportamento sequencial da máquina corresponde às especificações apresentadas nas instruções. A figura abaixo ilustra o computador de um estudante com a nossa plataforma aberta à direita, e o Codesys à esqueda.