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4515485-26532100-323390-13635500Projeto finalRede de SemáforosLeonor Varandas N? M 8708Luís Mendes N? M 8759Pedro Silva N? M 8798Automa??o IndustrialDocente: Professor Doutor Pedro Dinis GasparDepartamento de Engenharia Eletromec?nicaUniversidade da Beira InteriorCovilh?, PortugalCovilh? e UBI, Abril de 2018?ndice TOC \o "1-3" \h \z \u 1.Introdu??o/descri??o PAGEREF _Toc516486539 \h 31.1.Módulos mais importantes utilizados PAGEREF _Toc516486540 \h 41.1.1 Temporizador PAGEREF _Toc516486541 \h 41.1.2. Programador Cíclico - Drum PAGEREF _Toc516486542 \h 62.Configura??o do processo PAGEREF _Toc516486543 \h 72.1.Diagrama funcional do processo PAGEREF _Toc516486544 \h 112.2.Configura??o das entradas e saídas PAGEREF _Toc516486545 \h 122.3.Configura??o dos temporizadores PAGEREF _Toc516486546 \h 132.4.Configura??o das memórias PAGEREF _Toc516486547 \h 142.5.Configura??o dos Programadores Cíclicos - Drums PAGEREF _Toc516486548 \h 162.6.PLC a utilizar e expans?es PAGEREF _Toc516486549 \h 193.Procedimento PAGEREF _Toc516486550 \h 204.Conclus?o/Discuss?o dos Resultados PAGEREF _Toc516486551 \h 26Introdu??o/descri??oCom o presente trabalho pretende-se projetar o circuito de comando para o controlo automático de uma rede de semáforos na cidade da Covilh?, mais precisamente dois cruzamentos de semáforos, o cruzamento de semáforos da Garagem de S. Jo?o e o cruzamento de semáforos logo a seguir onde está a bomba da Galp. 7677158826500277749013589000724784173438Figura SEQ Figura \* ARABIC 1 - Cruzamento das Garagens de S. Jo?o e da Galp.0Figura SEQ Figura \* ARABIC 1 - Cruzamento das Garagens de S. Jo?o e da Galp.? necessário ter em conta, para a realiza??o correta e viável do projeto, n?o só as características próprias do local em estudo (características de localiza??o e de tráfego automóvel) como também as seguintes condi??es:Um sistema de “chave de polícia”;Bot?es para pe?es;Um sistema de dete??o de falha do autómato (arranque a frio).Para tal, usámos o programa Twido suite para a programa??o de autómatos programáveis ou PLC’s (Programmable Logic Controller) e a linguagem de programa??o Ladder.Posteriormente o objetivo será testar o programa num sistema de teste que representa uma montagem equivalente ao sistema de semáforos dos cruzamentos mencionados. Este sistema permite um controlo de cada uma das passadeiras a partir de um interruptor externo e possui ainda um interruptor para uso geral.Figura SEQ Figura \* ARABIC 2 - Maquete do sistema de semáforosMódulos mais importantes utilizados1.1.1 TemporizadorOs temporizadores permitem utilizar a no??o de atraso. A sua simboliza??o é a seguinte: %TM n (0<n<127).Existem três tipos de temporizadores:TON: atraso à opera??o;TOF: atraso à inopera??o;TP: temporiza??o de impulso.Neste caso específico foram usados temporizadores de tipo TON e TP.O temporizador de tipo TON tem por fun??o atrasar a opera??o da saída em rela??o à entrada através de um tempo preciso. Quando a entrada IN é validada, o tempo inicia. A saída Q é validada quando o tempo termina (%TM0.V=%TM0.P). A saída Q passa ao estado lógico “baixo” ao mesmo tempo que a entrada.Figura SEQ Figura \* ARABIC 3 - Gráfico que explica o temporizador de tipo TONO temporizador de tipo TP tem por fun??o gerar um impulso de dura??o precisa. Quando a entrada IN é validada, o tempo arranca e a saída Q é validada. Para quando%TM0.V=%TM0.P e a saída Q passa ao estado lógico “baixo”. O tempo válido de Q é sempre o mesmo.Figura SEQ Figura \* ARABIC 4 - Gráfico que explica o temporizador de tipo TPFigura SEQ Figura \* ARABIC 5 - Representa??o do temporizador1.1.2. Programador Cíclico - DrumPara a realiza??o do exercício utilizámos o programador cíclico Drum (Tambor). A cada passo ou “step”, corresponde o estado das várias saídas. Estes estados s?o definidos na configura??o do programador cíclico e as transi??es s?o realizadas a cada flanco ascendente e seguidamente descendente. A sua nota??o é a seguinte: %DRn. Figura SEQ Figura \* ARABIC 6 - Representa??o do Programador Ciclo Drum no programa TwidoConfigura??o do processoAnálise dos fluxos de tr?nsito possíveis para o cruzamento da Galp:0-6351)001)2104390-6352)2)412496095253)3)1789679185144Figura SEQ Figura \* ARABIC 7 - Possíveis fluxos do cruzamento da Galp0Figura SEQ Figura \* ARABIC 7 - Possíveis fluxos do cruzamento da GalpAnálise dos fluxos de tr?nsito possíveis para o cruzamento da Garagem de S. Jo?o:Figura SEQ Figura \* ARABIC 8 - Possíveis fluxos do cruzamento da Garagem de S. Jo?oDepois de definida a sequência de tr?nsito é ent?o possível articular a circula??o de pe?es. Existem passadeiras que podem normalmente ser atravessadas sem conferir distúrbios de tr?nsito, mas existem outras, cuja permiss?o de passagem requer a ativa??o de um bot?o de press?o por parte dos pe?es e até, nalguns casos, inibi??o direta de trafego automóvel.A partir destas considera??es elaborámos inicialmente uma tabela de etapas, sendo as transi??es feitas através de temporizadores e programadores cíclicos. Depois elaborámos um diagrama funcional do processo para nos conseguirmos orientar melhor na elabora??o do projeto.Figura SEQ Figura \* ARABIC 9 - Nomenclatura dos semáforos de acordo com o enunciado do problemaAs seguintes tabelas listam as etapas:1? Cruzamento(Galp)Figura SEQ Figura \* ARABIC 10 - Tabela de estados do cruzamento da GalpS1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, e S9, equivalem a cada semáforo para os carros e o P1, P2, P3 e P4 equivalem aos semáforos para os pe?es.De forma geral, as passagens de estado v?o ser determinadas pela passagem do tempo adquirida pelo contador de tempo. Depois de ser alcan?ado o tempo total associado ao fim de todos os estados o contador reinicializa.Para este semáforo temos sempre 9 estados a correr em loop e dois estados alternativos que apenas entram em curso quando chamados pelos dois bot?es de press?o que existem para os pe?es. Posto esta situa??o, fomos obrigados a recorrer a um trabalho de dimensionamento para que quando for autorizada a passagem aos pe?es haja sempre circula??o de carros por um sentido em que seja possível. Desta forma nas duas alternativas, temos sempre a circula??o de carros, tendo um sistema bastante eficiente.Quando está a decorrer o estado 3, o programa vai procurar saber se alguém carregou num dos bot?es da passadeira, se alguém carregou, procede de imediato para a alternativa 1 e posteriormente regressa ao estado 3, permitindo, desta forma, ter uma transi??o em que os semáforos para os carros se mantém e o dos pe?es passa a verde. Quando estamos a percorrer o estado 9 vamos verificar novamente se o outro bot?o foi acionado e caso tenha sido percorremos a alternativa 2, passando posteriormente para o estado 1. Com isto, conseguimos adaptar os semáforos dos pe?es em posi??es (steps) certos, evitamos estados adicionais e transi??es desnecessárias. 2? Cruzamento (Garagem S. Jo?o)Figura SEQ Figura \* ARABIC 11 - Tabela de estados do cruzamento da Garagem de S. Jo?oNeste caso temos 6 estados sempre a correr em loop e um estado alternativo que apenas entram em curso quando chamados pelos dois bot?es de press?o que existem para os pe?es. Aqui optámos por criar um estado alternativo em que, quando o semáforo dos pe?es for ativo (verde), os semáforos para os carros passariam todos a vermelho. Este estado (alternativa 3) é chamado na transi??o do estado 3 para 4 e do estado 6 para 1.Em ambos os cruzamentos foi tido em conta um tempo de seguran?a entre estados, de forma a garantir um atraso das transi??es para verde (do semáforo dos pe?es) para precaver embates ou atropelamentos pela passagem dos carros durante o amarelo.O nosso sistema é dotado também de um bot?o (fixo) I3.5, chamado de chave de polícia, para eventos especiais ou algum tipo de avaria do sistema. Esta chave passa todos os semáforos para os carros a laranja intermitente e desliga os pe?es.No entanto, existem situa??es entre os dois cruzamentos com vários níveis de incompatibilidade, isto é, a circula??o de tr?nsito numa das vias nem sempre é correspondida, o que se pode traduzir-se num engarrafamento, caso a permuta??o entre estados n?o seja suficientemente rápida para escoar os veículos retidos entre os dois cruzamentos.Diagrama funcional do processoA chave de policia funciona como interrup??o e desliga todas as saídas, pondo em intermitente as saídas destinadas ao amarelo.256476581915Start00Start221551595250314896558420239331558420314261521082031362652298700011741152743202386965267970003844636284595Estado 000Estado 03606165218440634365302260415226531686585407515875Estado 000Estado 03179445433768500317944537814250055721254048125023945855564505-2114556006465-21907557702450-724535156591000585724014071600031743653807460181546555727603536315145161000176466515405100042735555727604146551540510474853038074604748530143891041840153445510415226528409904164965226441041713151101090415226553721012312655196840121856546266101205865406146012122153488690123126529235401218565234569012185651216660120586563881012185654826051267013646459Alternativa 300Alternativa 350916611265151Alternativa 300Alternativa 34967085121671804980421358676938380563080616Estado 500Estado 538173892470670Estado 400Estado 438519101889125Estado 300Estado 337409583669376P3 ou P400P3 ou P4360910936344510037271041300192P3 ou P400P3 ou P435959471265324003844636732790Estado 200Estado 23830782155748Estado 100Estado 110046285432829P200P2658437540131000-6582075385319Alternativa 200Alternativa 2-6091391395730Alternativa 100Alternativa 1-73140553095818797634817803Estado 800Estado 88936184235912Estado 700Estado 78672943674802Estado 600Estado 68933872531341Estado 400Estado 48797633106767Estado 500Estado 58797631963767Estado 300Estado 3-741218133632810110361395153P100P1651684136271000865852829310Estado 200Estado 2880283253885Estado 100Estado 13611707300793835964672392102359577418102123610322654050359577474930655466474950766015541703876542943039110651949247347165722536029906572251896110649605760730649605181610Configura??o das entradas e saídasTabela SEQ Tabela \* ARABIC 1 - Configura??o das entradas PortoEndere?oComentárioEntrada%I3.0P1Entrada%I3.1P2Entrada%I3.2P3Entrada%I3.3P4Entrada%I3.5CHEntrada%I3.7StartTabela SEQ Tabela \* ARABIC 2 - Configura??o das saídas %Q0.xPortoEndere?oComentárioSaída%Q0.0S2_VSaída%Q0.1S2_ASaída%Q0.2S2_ESaída%Q0.3S1_VSaída%Q0.4S1_ASaída%Q0.5S1_AConsiderando V=verde, A=amarelo e E=encarnadoTabela SEQ Tabela \* ARABIC 3 - Configura??o das saídas %Q1.xPortoEndere?oComentárioSaída%Q1.0S3_VSaída%Q1.1S3_ASaída%Q1.2S3_ESaída%Q1.3S4_VSaída%Q1.4S4_ASaída%Q1.5S4_ESaída%Q1.6P1_ESaída%Q1.7P1_VSaída%Q1.8P2_VSaída%Q1.9P2_ESaída%Q1.10S5_ESaída%Q1.11S5_ASaída%Q1.12S5_VSaída%Q1.13S6_VSaída%Q1.14S6_ASaída%Q1.15S6_ETabela SEQ Tabela \* ARABIC 4 - Configura??o das saídas %Q2.xPortoEndere?oComentárioSaída%Q2.0S10_ESaída%Q2.1S10_ASaída%Q2.2S10_VSaída%Q2.3P3_VSaída%Q2.4P3_ESaída%Q2.5S7_ESaída%Q2.6S7_ASaída%Q2.7S7_VSaída%Q2.8S8_ESaída%Q2.9S8_ASaída%Q2.10S8_VSaída%Q2.11P4_VSaída%Q2.12P4_ESaída%Q2.13S9_ESaída%Q2.14S9_ASaída%Q2.15S9_VConfigura??o dos temporizadoresTodos os temporizadores usados, excepto um, s?o do tipo TON , calibrados para segundos em que, consoante o estado, atua com diferentes tempos. Estes temporizadores tem a utilidade de ligar a saída após x segundos, ativando com esta, através de blocos de opera??o, um estado na Drum e fazendo o reset da memória anterior e o set da memória seguinte. Estas memórias s?o usadas para manter os temporizadores em funcionamento.A aplica??o faz uso de 20 temporizadores:%TM0: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM1: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 3%TM2: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 2%TM3: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM4: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 3%TM5: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 2%TM6: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM7: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 3%TM8: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 2%TM9: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 15%TM10: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 15%TM11: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM12: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 3%TM13: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 2%TM14: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM15: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 3%TM16: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 2%TM17: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20%TM19: Timer de tipo Tp, base de 1 segundo e preset de 20%TM20: Timer de tipo Ton, base de 1 segundo e preset de 20Apesar do funcionamento da maior parte dos temporizadores ser igual, optámos por utilizar sempre temporizadores diferentes, pois em exercícios anteriores tivemos que resolver alguns bugs relacionados com o software devido ao uso dos mesmos temporizadores para diversas opera??es ao mesmo tempo.Configura??o das memórias%M0%M1%M2%M3%M4%M5%M6%M7%M8%M9%M10%M11%M12%M13%M14%M15%M16: CHAVE_POLICIA%M17%M20%M21%M22%M30: A_MEM_AUX%M31: B_MEM_AUX%M32: C_MEM_AUX%M33: D_MEM_AUX%M34: E_MEM_AUX%M35: F_MEM_AUX%M36: H_MEM_AUX%M37: I_MEM_AUX%M38: J_MEM_AUX%M39: L_MEM_AUX%M40%M41%M42%M43%M44%M45%M46%M47%M48%M49%M50%M51%M52%M53%M54%M55%M61%M62%M63%M64%M70: BOT?O_PASSADEIRA_1%M71: BOT?O_PASSADEIRA_2%M100%M101%M110%M111%M132: A_FRIO%M196%M197: INTERMITENTE_INICIO%M198: AUX_TON20%M199: INICIO_PROGRAMA%M200%M201%M202%M203%M204%M205%M206%M207%M208%M209%M210%M211%M212%M213%M214%M215%M216%M217%M218%M219%M220%M221%M222%M230: BOT?O_PASSADEIRA_3%M231: BOT?O_PASSADEIRA_4%M240Configura??o dos Programadores Cíclicos - DrumsPara o cruzamento da Galp:Inicialmente como temos 11 estados e 19 saídas, uma drum n?o chega para a concretiza??o sequencial de todos estes estados, tendo sido necessário usar 4 drums para conseguirmos fazer um sistema. Foi preciso correr duas a duas em paralelo e para tal tínhamos de desligar duas drums e ligar as outras duas quando ocorresse essa transi??o. A pensar nisso, decidimos deixar um estado em branco nas duas primeiras drums, permitindo-nos assim, ativar esse estado (todas as saídas passam a nível baixo) para passarmos para as drums seguintes. Assim, o step 0 funciona como RESET e ajuda a evitar o conflito entre o par de drums que acabou o seu percurso e o que entrará em funcionamento. Este conflito advém do facto de na passagem de testemunho entre drums haver perda da característica sequencial. Em virtude do controlo de uma drum n?o poder ser feito de forma direta sobre as saídas físicas dos módulos do autómato, este é efetuado de forma indireta, a partir de bits de memória que depois s?o ligados às saídas físicas.Drum?s em paralelo: Drum 0 com Drum 329737059906000left8382000 Drum?s em paralelo: Drum 1 com Drum 430099001016000Relativamente aos estados alternativos, estes situam-se nas drums 1 e 4 no step 3 e 4.Para o cruzamento da Garagem de S. Jo?o: Neste cruzamento como o número de saídas e o número de estados era inferior, conseguimos colocar tudo numa só Drum (Drum 2).left25781000PLC a utilizar e expans?esA maquete onde irá ser testado este projeto possui um PLC Module TWDLMDA20DRT, duas expans?es para saídas TWDDRA16RT e uma expans?o de entradas TWDDDI16DT. Figura SEQ Figura \* ARABIC 12 - PLC Module TWDLMDA20DRT, duas expans?es para saídas TWDDRA16RT e uma expans?o de entradas TWDDDI16DT.Figura SEQ Figura \* ARABIC 13 - Representa??o do PLC e suas expans?es no Twidosuite no TwidosuiteProcedimentoArranque em amarelo intermitenteNesta rung iniciamos o temporizador TP com um pulso de %I3.7, para que sejam ativas as saídas que consistem em assumir estados vazios da drum, ou seja, para conseguirmos desligar todos as saídas, e também para que sejam ativas duas memórias auxiliares, uma que nos irá ativar diretamente as saídas (amarelo) em serie com o S6 e ativar um set, a outra para ligar um temporizador seguinte (TON). De mencionar também que o arranque a frio, S0, liga diretamente a uma memória %M196. Desta forma, sempre que o sistema sofre uma quebra de energia, o programa vem ter a esta rung iniciando, de novo, o estado de amarelo intermitente.Nesta rung, com a memória (%M198) vinda da rung 0, ativamos um TON para proceder ao inicio dos estados e para desligar inclusive a memória auxiliar vinda de cima. Estes dois temporizadores funcionam em paralelo para que, através de um impulso de start, entre em processo de intermitente e passados 20 segundos pare este processo e dê inicio ao programa (steps).Chave do políciaNesta rung, sempre que é ativada a entrada %I3.5 é, consequentemente, ativada uma memória. Este bot?o, ao contrario dos bot?es de press?o, tem de ser um bot?o em que se fixa o estado. Esta memória estará ligada nas saídas como um interruptor de fim de curso para fazer desligar todas as saídas (verde, vermelho e amarelo), sendo posteriormente ligada em paralelo (apenas nas rungs destinadas á saída do amarelo) em série com um interruptor designado S6, permitindo-nos por o amarelo intermitente em todos os semáforos. Podemos observar isso nas duas rungs que se seguem.Neste caso, aplicamos a chave de policia como fim de curso na saída verde de um semáforo, conseguindo assim desligar essa mesma saída.Neste caso usamos a memória %M16 como fim de curso (caso esteja num estado em que o amarelo está a decorrer, temos de desligar essa possibilidade porque n?o queremos o amarelo fixo) e em paralelo temos ent?o essa mesma memória em serie com S6, para fazermos piscar o amarelo. De mencionar também que vem a memória %M197 de cima (inicio do programa em que o amarelo está intermitente durante 20 segundos).Cruzamento da Galp/passadeiraNestas rungs, como os bot?es das passadeiras s?o de press?o, temos de acoplar uma memória para manter este estado guardado.Nesta Rung, iniciamos o 1? estado, em que quando pressionado (press?o) o start, o programa come?a a ser executado, sendo que ativa duas drums em paralelo (a 0 e a 3) e desliga as outras (4 e 1 obriga a proceder ao estado 7, que em ambas tem tudo a 0). A memória %M39 vem do fim do ciclo, o que permite recome?ar novamente. Em paralelo ao start tem ent?o %M39 e %M70 negado, que permite que apenas proceda a esta transi??o se o bot?o dos pe?es n?o for ativo, pois caso seja, este deve pausar até que o bot?o da passadeira passe novamente ao estado original.Nesta rung, quando o bot?o da passadeira é ativo e quando o processo chega ao estado 1 (estado esse onde a memória %M39 é ativa), como vimos anteriormente, o sistema entra em pausa e executa esta rung, fazendo com que se ative o verde para os pe?es e se mantenha os semáforos para os carros como o último step.Após 15 segundos, o sistema faz reset à memória do bot?o dos pe?es e como %M39 se encontrava ativa e se desliga a %M70, o sistema pode agora executar a rung 5(1? step).Este sistema é totalmente idêntico para ambos os bot?es dos pe?es.Step do cruzamento da GalpNeste caso, este é o segundo estado, em que em primeira a??o ativa de imediato a %M30 e come?a a contagem do TON, que ao fim de 20 segundos faz reset a essa mesma memória, ativa a memória necessária para o estado seguinte e faz a transi??o nas drums. Este processo é consecutivo até ao ultimo step.Nestas duas rungs (13 e 14) situa-se o fim das transi??es. Na rung 13 procede-se à ultima transi??o e a rung 14 apenas serve para ao fim de 2 segundos voltar ao inicio através da memória %M39.As nossas saídas est?o associadas a memorias de entrada que vem das Drums.Cruzamento da Garagem de S.Jo?oNeste cruzamento as fun??es s?o exatamente iguais ao primeiro cruzamento apresentado, tanto na transi??o de estados como na utiliza??o e tratamento de dados proveniente dos bot?es de press?o dos pe?es. A chave de policia tem também o mesmo funcionamento.Conclus?o/Discuss?o dos ResultadosPara uma realiza??o correta deste projeto foi necessário passar primeiramente por uma identifica??o e análise do problema para, posteriormente se chegar a uma solu??o e à sua cria??o. Nesta primeira fase foi feita uma análise exaustiva das características do problema e das possibilidades de solucionamento, permitindo-nos partir de forma mais segura para a segunda fase, a de programa??o do autómato. Relativamente à segunda fase, foi aqui que foram sentidas as maiores dificuldades, n?o só ao nível de falhas do próprio programa como também das seguintes limita??es: bugs quando usado o mesmo temporizador para fun??es diferentes, a estrutura??o do arranque a frio e principalmente a organiza??o dos estados de forma a termos transito a fluir durante a passagem de pe?es, ou seja, n?o ser necessário colocar todos os semáforos a vermelho para a passagem de pe?es.Em algumas situa??es pensamos na possibilidade e na vantagem de “ligar” os dois cruzamentos, por exemplo o S1 e o S6 ficarem verdes em simult?neo e o mesmo para o S9 e o S5. No entanto, refutamos esta ideia com o facto da dist?ncia entre os cruzamentos ser muito grande, assim como o tráfego nestes mesmos semáforos, pois consequentemente iria resultar num aumento excessivo de permanência do sinal vermelho nos restantes semáforos e, possivelmente, em bugs no que toca aos bot?es de o pontos positivos, conseguimos definir o sistema para fazer face a situa??es que originem arranques inesperados, em que poderá ou n?o haver perda de dados, originados por quebras de energia na alimenta??o do autómato (por parte da bateria e/ou rede). Estas situa??es s?o as designadas acima de arranque a frio. ? importante ainda referir que os tempos utilizados nos temporizadores s?o apenas para simula??o.Por fim, consideramos que os objetivos a que nos propusemos foram superados com êxito e que este trabalho nos permitiu um forte contacto, em ambiente académico, com um dispositivo de t?o vasta utiliza??o como é o autómato. ................
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