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.