UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA SUZANA RIBAS DE ALMEIDA

  

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE

MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

SUZANA RIBAS DE ALMEIDA

  

IMPLEMENTAđấO DE CONTROLE SUPERVISốRIO EM CLPS

USANDO LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL

JOINVILLE – SC

2012

SUZANA RIBAS DE ALMEIDA

  

IMPLEMENTAđấO DE CONTROLE SUPERVISốRIO EM CLPS

USANDO LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL

  Dissertação apresentada à Universidade do Estado de Santa Catarina como requisito para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica.

  Orientador: Prof. Dr. André Bittencourt Leal Coorientador: Prof. Dr. Agnelo Denis Vieira JOINVILLE – SC

  FICHA CATALOGRÁFICA

A447i

  Almeida, Suzana Ribas de Implementação de Controle Supervisório em CLPs Usando Linguagem de Alto Nível / Suzana Ribas de Almeida orientador: Dr. André Bittencout Leal. – Joinville, 2012.

  117 f. : il ; 30 cm. Incluem referências.

  Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Mestrado em Engenharia Elétrica, Joinville, 2012.

  1.Automação de Sistemas. 2.Teoria de Controle Supervisório. I. Leal, André Bittencourt. CDD 629.8

  Ao meu marido Henrique Brüggmann Mühle pelo apoio, ajuda e carinho.

  Aos meus pais Ana Helena Ribas de Almeida e Eduardo Withers de Almeida pelo incentivo.

  

AGRADECIMENTOS

  Gostaria agradecer a todos que me ajudaram na realização deste trabalho, principalmente: Ao meu orientador, Prof. Dr. André Bittencourt Leal, pela orientação e dedicação. Ao meu coorientador, Prof. Dr. Agnelo Denis Vieira, pela disponibilidade, ajuda na revisão, sugestões e pela oportunidade de poder usar as instalações físicas da PUCPR para realização prática do trabalho.

  Aos bolsistas Thiago Oliveira e Renan Sebem pelo auxílio no desenvolvimento do trabalho.

  À FAPESC pela ajuda financeira. Aos amigos pela amizade e compreensão.

  

RESUMO

  DE ALMEIDA, Suzana Ribas. Implementação de controle supervisório em CLPs usando

  

linguagem de alto nível, 2012. 118f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica – Área:

  Automação de Sistemas) – Universidade do Estado de Santa Catarina, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Elétrica, Joinville, 2012. Hoje em dia a competitividade entre as empresas está cada vez maior. Em um sistema de produção, a eficácia, a velocidade e a flexibilidade são importantes, pois significam redução de custos. Os sistemas de automação atuais estão cada vez mais complexos, justificando a necessidade de programas de controle mais eficientes, sem erros e de fácil manutenção. Entretanto, na maioria das aplicações práticas a solução destes problemas é feita com base na experiência do projetista, não seguindo uma metodologia formal, o que resulta em programas com erros e de difícil entendimento e manutenção, uma vez que só o projetista entende perfeitamente as soluções adotadas. A Teoria de Controle Supervisório (TCS) é um método para a síntese da lógica de controle de sistemas automatizados. Ela permite que problemas de controle sejam solucionados de modo formal, garantindo uma solução minimamente restritiva e não bloqueante e que atenda às especificações de controle. Entretanto, esta teoria ainda não é amplamente adotada em ambientes industriais, sendo a carência de métodos de implementação dos supervisores obtidos via TCS um elemento que contribui para que isso aconteça. Assim, esta dissertação se propõe a apresentar uma metodologia de implementação de controle supervisório em Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Neste trabalho, a síntese de supervisores é feita de acordo com a abordagem modular local, que traz os benefícios de uma metodologia formal e ainda permite explorar a modularidade da planta e das especificações de controle. A implementação é baseada numa arquitetura estruturada em três níveis: supervisor, interface e sistema a ser controlado. Para a implementação em CLP são empregadas três linguagens distintas de programação, as linguagens de alto nível

  

Sequential Function Charts (SFC) e Structured Text, bem como a linguagem Ladder Diagram

  em algumas partes. O desenvolvimento da metodologia foi baseado em dois trabalhos: a tese de doutorado de Vieira (2007) e a dissertação de mestrado de Cruz (2011) e permitiu reunir as vantagens apresentadas em cada um destes. Para comparação entre a metodologia proposta e as duas metodologias citadas, foram feitos diversos testes em uma célula de manufatura existente na PUCPR, bem como simulações em CLP e em computador. Os resultados mostram que a metodologia proposta neste trabalho permite a implementação de programas em CLP que, num mesmo ciclo de varredura, são capazes de tratar todos os eventos não controláveis ocorridos na planta e ainda um evento controlável por célula de controle. Além disso, o uso de linguagens de alto nível resulta em um programa de mais fácil interpretação e manutenção, possibilitando ainda o reaproveitamento de códigos. Nesta dissertação também são abordados alguns problemas de implementação da estrutura de controle supervisório em CLPs, apresentando-se propostas para solucioná-los, bem como propriedades que, se atendidas, garantem que o problema não ocorra.

  

Palavras-chave: Sistemas a Eventos Discretos. Controlador Lógico Programável (CLP).

  Abordagem Modular Local. Teoria de Controle Supevisório. Sequential Function Charts

  

ABSTRACT

  DE ALMEIDA, Suzana Ribas. Implementation of Supervisory Control in PLCs Using

  

High-Level Language, 2012. 118f. Dissertation (Master Course in Electrical Engineering –

  Area: Automation Systems) – Santa Catarina State University, Post-Graduation Program in Electrical Engineering, Joinville, 2011. Nowadays the competition between companies is increasing. In a production system, efficiency, speed and flexibility are important means for cost reductions. The complexity of automation systems has been increasing, which makes necessary the implementation of more efficient control programs, free of errors and easy to maintain. However, in most practical applications the solution of these problems is dependent on designer's experience and doesn’t follow a formal methodology, which results in programs with errors and difficulties to understand and maintain, since only the designer understands the adopted solutions. The Supervisory Control Theory (SCT) is a method extensively researched in academic circles for the synthesis of control logic of automated systems. It allows control problems to be solved in a formal way, ensuring a minimally restrictive and no blocking solution that meets the control specifications. However, this theory is not widely used in industrial environments yet, once the methods for implementation of supervisors obtained by TCS are still deficient. Thus, the intention of this Dissertation consists of showing a methodology for implementation of supervisory control in Programmable Logic Controllers (PLCs). In this work, the synthesis of supervisors is made in accordance to local modular approach, which brings the benefits of a formal methodology and allows exploring the modularity of the plant and the control specifications. The implementation is based on an architecture structured in three levels: supervisor, interface and system to be controlled. For the implementation in CLP three different programming languages are applied: the high-level languages Sequential Function Charts (SFC) and Structured Text and the low-level Ladder Diagram language in some parts. The development of the methodology was based on two works: a doctoral thesis by Vieira (2007) and master thesis by Cruz (2011) and brought together the advantages presented in each one of these. To compare the proposed methodology and the two mentioned methods, several tests were made on a manufacturing cell available at PUCPR and simulations on a PLC and computer as well. The results show that the use of the methodology proposed in this work makes possible to implement PLC programs that are able to treat all non-controllable events occurred in the system to be controlled and treat one controllable event by each control cell in the same scan cycle. Furthermore, the use of high-level languages results in a program of easier interpretation and maintenance, also enabling reutilization of codes. In this work some problems related to CLPs implementations are also showed and proposals for solving them are presented, as properties as well that, if accepted, ensure that the problem does not occur.

  

Keywords: Discrete Events Systems. Programmable Logic Controller (PLC). Local Modular

Approach. Supervisory Control Theory. Sequential Function Charts (SFC). Ladder Diagram.

  Structured Text.

  LISTA DE SÍMBOLOS

  Σ Σ – alfabeto de eventos Σ * – linguagem composta por todas as possíveis sequências de eventos Σ c – alfabeto de eventos controláveis u – alfabeto de eventos não controláveis L – linguagem ε L – prefixo fechamento de L σ – palavra de comprimento nulo

  , A, B, T, L, M – eventos s – cadeia de eventos (Q, Σ, f, q0, Qm) – quíntupla que representa um autômato Σ Q - é o conjunto de estados δ - o alfabeto

  • função de transição de estados do autômato q0 - estado inicial δ

  Qm - conjunto dos estados marcados (q, σ) – função de transição para o par q e σ

  G – autômato para a planta Lm(G) – linguagem marcada por G L(G) – linguagem gerada por G || – operador de produto sincrono

  Ac

  • – componente acessível S – Supervisor S/G – sistema controlado SRA, SRB, SRC, SRD – supervisores reduzidos E – Especificação de controle K – Linguagem alvo C(K,G) – conjunto de sublinguagens de K que são controláveis em relação a G

  SupC(K,G) – suprema linguagem controlável

  

LISTA DE ABREVIATURAS

Teoria e Arquitetura de Controle Supervisório

  DECON9 – DEcomposing the CONtrol Implementation DEpending on the

  CONtrolability of the events

  MS – Nível Supervisores Modulares

  Nível Procedimentos Operacionais

  OP – PS – Nível Sistema Produto RSP – Representação por Sistema Produto SC – Sistema de Controle SEDs – Sistemas a Eventos Discretos SP – Sistema Produto TCS – Teoria de Controle Supervisório

  Método de implementação

  Emg – Emergency Man –Manual PSI – Physical System Initialization SI – Software Initialization Sup – Supervised

IEC 61131-3

  CLP – Controlador Lógico Programável FB – Function Block (elemento para estruturação do programa do CLP) FBD – Function Block Diagram (linguagem de programação de CLP) FC – Function (elemento para estruturação do programa do CLP) LD – Ladder Diagram (linguagem de programação de CLP)

  SFC – Sequential Function Chart (linguagem de programação de CLP) ST – Structured Text (linguagem de programação de CLP)

  Outros

  PUCPR – Pontifícia Universidade Católica do Paraná

  

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Autômato G .......................................................................................................... 23Figura 2.2 – Definição de composição síncrona de Cury (2001) ............................................. 24Figura 2.3 - Sincronização G1||G2 com eventos em comum ................................................... 24Figura 2.4 - Linha de transferência industrial (QUEIROZ E CURY, 2000) ............................ 26Figura 2.5 - Autômato das máquinas (CRUZ, 2011) ............................................................... 26Figura 2.6 - Autômatos das especificações (CRUZ, 2011) ...................................................... 27

  Figura 2.7- Controle supervisório monolítico (RAMADGE e WONHAM, 1989) .................. 28

Figura 2.8 - Células de controle................................................................................................ 29

  Figura 2.9- Esquema de controle modular local (QUEIROZ e CURY, 2000) ......................... 30

Figura 2.10 – Representação por sistema produto .................................................................... 31

  Figura 2.11- Supervisores locais (CRUZ, 2011) ...................................................................... 32

Figura 2.12 - Supervisores reduzidos (CRUZ 2011) ................................................................ 33Figura 3.1 - Arquitetura segundo Ramadge e Wonham (1989) ............................................... 34Figura 3.2 - Arquitetura de controle supervisório, Queiroz e Cury (2002) .............................. 35Figura 3.3 - Processo cíclico do CLP ....................................................................................... 36Figura 3.4 - Símbolos da linguagem Ladder Diagram ............................................................. 38Figura 3.5 - Programa em Ladder Diagram ............................................................................. 39Figura 3.6 – Símbolos da linguagem SFC ................................................................................ 39Figura 3.7 - Autômato susceptível ao efeito avalanche (HASDEMIR et al., 2008) ................ 40Figura 3.8 - Programa em Ladder Diagram com efeito avalanche .......................................... 41Figura 3.9 - Programa em Ladder Diagram sem efeito avalanche .......................................... 41Figura 3.10 - Autômato susceptível ao efeito avalanche (HASDEMIR et al., 2008) .............. 42Figura 3.11 –Proposta de Vieira (2007) para efeito avalanche ................................................ 43

  Figura 3.12- Diagrama temporal .............................................................................................. 44

Figura 3.13 - Problema da incapacidade de reconhecer a ordem dos eventos ......................... 44Figura 3.14 - Autômato susceptível ao problema de sincronização inexata ............................ 45Figura 3.15 - Propriedade 1 ...................................................................................................... 45

  Figura 3.16- Propriedade 2 ....................................................................................................... 46

Figura 3.18 - Autômato susceptível ao problema da escolha ................................................... 47Figura 4.1 – Fluxograma proposto por Cruz (2011) ................................................................. 49Figura 4.2 - Fluxograma completo da rotina principal (CRUZ, 2011) .................................... 50Figura 4.3 – Programa principal - OB1 .................................................................................... 51Figura 4.4 - Parte da sub-rotina de leitura ................................................................................ 52Figura 4.5 - Bloco ATUALIZA ................................................................................................ 53Figura 4.6 – Eventos não controláveis no subsistema Gi (a) ENC G1; (b) Autômato G1 ....... 54Figura 4.7 –Eventos não controláveis nos supervisores (a) ENC SA; (b) Autômato SA ........ 54Figura 4.8 Ố Parte do programa de DESABILITAđỏES ......................................................... 55Figura 4.9 – Bloco TRATA ESCOLHA .................................................................................. 56Figura 4.10 –Eventos controláveis no subsistema Gi (a) EC G1; (b) Autômato G1 ................ 56Figura 4.11 –Eventos controláveis no supervisor (a) EC SA; (b) Autômato SA ..................... 56Figura 5.1 - Programa Main (VIEIRA, 2007) .......................................................................... 59Figura 5.2 - Ordem de chamada de blocos ............................................................................... 60Figura 5.3 - Supervisores reduzidos ......................................................................................... 61Figura 5.4 - Bloco FC dg2 ........................................................................................................ 62Figura 5.5 – Autômatos equivalentes a) com autolaço e b) sem autolaço ................................ 63Figura 5.6 - Exemplo de autômato da planta ............................................................................ 64Figura 5.7 - Novo autômato H2 para a planta G2 .................................................................... 64Figura 5.8 - SFC para o subsistema G2 .................................................................................... 66Figura 5.9 - SFC para o supervisor SRB .................................................................................. 67Figura 5.10 - Desabilitação de eventos controláveis ................................................................ 67Figura 5.11 - Célula de Manufatura (VIEIRA, 2007) .............................................................. 69Figura 5.12 - RSP para a célula de manufatura (VIEIRA, 2007) ............................................. 70

  Figura 5.13- Supervisores reduzidos para a célula de manufatura (VIEIRA, 2007) ................ 72

Figura 5.14 - Parte do Bloco MS .............................................................................................. 73Figura 5.15 - FB para o supervisor slb1 ................................................................................... 73Figura 5.16 - Desabilitação do evento A1 ................................................................................ 73Figura 5.17 – Parte do bloco PS, chamada do dg0 e G0 .......................................................... 74Figura 5.18 – Bloco FC dg0 ..................................................................................................... 74Figura 5.19 – SFC G0 ............................................................................................................... 75

  Figura 5.20- Parte do bloco OP ................................................................................................ 76

Figura 6.3 – Parte do bloco PS ................................................................................................. 81Figura 6.4 - Implementação do bloco G0 ................................................................................. 82Figura 6.5 – Chamada dos supervisores com eventos não controláveis ................................... 83Figura 6.6 - Chamada dos supervisores com eventos controláveis .......................................... 84Figura 6.7 - Supervisor slb2 ..................................................................................................... 84Figura 6.8 - Atualização das desabilitações.............................................................................. 85

  Figura 6.9- Parte o bloco MS, eventos zerados ........................................................................ 85 Figura 6.10- FB OP a0 .............................................................................................................. 86

Figura 6.11 - Autômato susceptível ao efeito avalanche .......................................................... 87Figura 6.12 - SFC susceptível ao efeito avalanche .................................................................. 88Figura 6.13 - Programa MS ...................................................................................................... 89Figura 6.14 - Chamada do “TRATA_ESCOLHA” no bloco Action_sup ................................ 91Figura 6.15 - Bloco de escolha ................................................................................................. 91Figura 7.1 - TIME_TCK e início do NCiclo ............................................................................ 92Figura 7.2 - Incremento de NCiclo ........................................................................................... 93Figura 7.3 - Chamada do Registra3 no G5 ............................................................................... 93Figura 7.4 - Function Block Registra3 ..................................................................................... 94Figura 7.5 - Function Block Registra ....................................................................................... 97Figura 7.6 - Chamada do FB Registra4 .................................................................................... 99

  Figura 7.7- FB Registra4 ........................................................................................................ 100

  

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Plantas locais ........................................................................................................ 31Tabela 4.1 - Resultado da execução do DECON9.................................................................... 57Tabela 5.1 - Eventos por célula de controle ............................................................................. 62Tabela 5.2 - Conversão Gi – Hi ................................................................................................ 64

  Tabela 5.3- Transições de H2 ................................................................................................... 65

Tabela 5.4 Eventos desabilitados.............................................................................................. 66Tabela 5.5 Eventos que causam mudança de estado ................................................................ 67Tabela 5.6 - Semântica de estados e eventos (VIEIRA, 2007)................................................. 71Tabela 6.1 – No. de estados e de transições do conjunto de supervisores (VIEIRA, 2007). ... 87Tabela 7.1 - Primeiro teste na planta ........................................................................................ 94Tabela 7.2 - Primeiro teste simulado no CLP ........................................................................... 96Tabela 7.3 - Primeiro teste simulado no computador ............................................................... 96Tabela 7.4 - Segundo teste, proposta de Vieira (2007) ............................................................ 98Tabela 7.5 - Segundo teste, nova proposta ............................................................................... 99Tabela 7.6 – Terceiro teste na planta ...................................................................................... 102Tabela 7.7 - Terceiro teste – simulado ................................................................................... 104Tabela 7.8 - Tamanho do código, comparação com a proposta de Vieira ............................. 106

  Tabela 7.9- Tamanho do código, comparação com a proposta de Cruz (2011) ..................... 107

  

SUMÁRIO

  1 INTRODUđấO .............................................................................................................. 19

  1.1 OBJETIVOS ......................................................................................................... 20

  1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................... 20

  

2 CONTROLE SUPERVISÓRIO DE SISTEMAS A EVENTOS DISCRETOS ........ 22

  2.1 SISTEMA A EVENTOS DISCRETOS ............................................................... 22

  2.1.1 Linguagem ................................................................................................ 22

  2.1.2 Autômato .................................................................................................. 23

  2.1.3 Composição síncrona ................................................................................ 24

  2.2 TEORIA DE CONTROLE SUPERVISÓRIO (TCS) .......................................... 25

  2.2.1 Identificação do conjunto de subsistemas envolvidos no problema ......... 26

  2.2.2 Modelagem da planta ............................................................................... 26

  2.2.3 Mapeamento dos eventos controláveis e não controláveis dos subsistemas ............................................................................................... 26

  2.2.4 Modelagem das especificações ................................................................. 27

  2.2.5 Síntese dos supervisores ........................................................................... 27

  2.3 ABORDAGEM MONOLÍTICA .......................................................................... 27

  2.3.1 Obtenção do modelo da planta G ............................................................. 28

  2.3.2 Obtenção do modelo da especificação E .................................................. 28

  2.3.3 Cálculo da linguagem alvo K ................................................................... 28

  2.3.4 Cálculo da linguagem controlável SupC(K,G) ......................................... 28

  2.4 ABORDAGEM MODULAR LOCAL ................................................................. 29

  2.4.1 Representação por sistema produto .......................................................... 30

  2.4.2 Obtenção das plantas locais ...................................................................... 30

  2.4.3 Obtenção das especificações locais .......................................................... 31

  2.4.4 Obtenção das linguagens controláveis ...................................................... 32

  2.4.6 Obtenção dos supervisores reduzidos ....................................................... 32

  2.5 CONCLUSÃO AO CAPÍTULO .......................................................................... 33

  3 IMPLEMENTAđấO DE CONTROLE SUPERVISốRIO EM CLPs ..................... 34

  3.1 ESTRUTURA DE IMPLEMENTAđấO ............................................................. 34

  3.2 IMPLEMENTAđấO EM CLPs ........................................................................... 35

  3.3 ALGUMAS LINGUAGENS DE PROGRAMAđấO ......................................... 37

  3.3.1 Ladder Diagram ........................................................................................ 37

  3.3.2 SFC - Sequential Function Chart e Structured Text ................................. 38

  3.4 PROBLEMAS NA IMPLEMENTAđấO ............................................................ 40

  3.4.1 Causalidade ............................................................................................... 40

  3.4.2 Efeito avalanche ....................................................................................... 40

  3.4.3 Incapacidade de reconhecer a ordem dos eventos .................................... 42

  3.4.4 Sincronização inexata ............................................................................... 44

  3.4.5 Escolha ..................................................................................................... 47

  3.5 CONCLUSÃO AO CAPÍTULO .......................................................................... 48

  

4 METODOLOGIA DE IMPLEMENTAđấO DECON9 ............................................. 49

  4.1 APRESENTAđấO DA METODOLOGIA ......................................................... 49

  4.2 ESTUDO DE CASO: LINHA DE TRANSFERÊNCIA INDUSTRIAL ............. 50

  4.2.1 Primeiro passo – Inicialização dos estados .............................................. 52

  4.2.2 Segundo passo – Leitura das entradas ...................................................... 52

  4.2.3 Terceiro passo ........................................................................................... 53

  4.2.4 Quarto passo ............................................................................................. 54

  4.2.5 Quinto passo ............................................................................................. 54

  4.2.6 Sexto passo ............................................................................................... 55

  4.2.7 Sétimo passo ............................................................................................. 56

  4.2.8 Oitavo passo ............................................................................................. 56

  4.2.9 Nono passo ............................................................................................... 57

  4.3 RESULTADOS .................................................................................................... 57

  

5 METODOLOGIA DE IMPLEMENTAđấO EM SFC (VIEIRA, 2007) .................. 58

  5.1 PROPOSTA DE IMPLEMENTAđấO ................................................................ 58

  5.2 REPRESENTAđấO EM SFC ............................................................................. 61

  5.2.2 Implementação dos supervisores, FC MS ................................................ 66

  5.2.3 Implementação do FC OP ........................................................................ 68

  5.3 CÉLULA DE MANUFATURA ........................................................................... 68

  5.3.1 Bloco MS .................................................................................................. 71

  5.3.2 Bloco PS ................................................................................................... 74

  5.3.3 Bloco OP .................................................................................................. 75

  5.4 CONCLUSÃO AO CAPÍTULO .......................................................................... 76

  6 IMPLEMENTAđấO EM SFC COM TRATAMENTO DE MULTIPLOS

EVENTOS NÃO CONTROLÁVEIS .................................................................................... 77

  6.1 CHAMADA DOS BLOCOS ................................................................................ 79

  6.1.1 Bloco PS ................................................................................................... 79

  6.1.2 Bloco MS .................................................................................................. 83

  6.1.3 Bloco OP .................................................................................................. 85

  6.2 SOLUđấO DE PROBLEMAS DE IMPLEMENTAđấO .................................. 86

  6.2.1 Causalidade ............................................................................................... 86

  6.2.2 Efeito avalanche e perda de informação ................................................... 87

  6.2.3 Sincronização inexata ............................................................................... 90

  6.2.4 Problema da escolha ................................................................................. 90

  6.3 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO .......................................................................... 91

  

7 COMPARAđỏES ENTRE AS METODOLOGIAS ................................................... 92

  7.1 PRIMEIRO TESTE – DIFERENÇA ENTRE EVENTOS................................... 93

  7.2 SEGUNDO TESTE – EVENTOS NO MESMO CICLO. ................................... 96

  7.3 TERCEIRO TESTE – MONITORAMENTO DE TODOS OS EVENTOS ........ 99

  7.4 TAMANHO DE PROGRAMA .......................................................................... 105

  7.5 TAMANHO DE PROGRAMA COMPARANDO COM CRUZ (2011) ........... 106

  7.6 CONCLUSÃO AO CAPÍTULO ........................................................................ 108

  

8 CONSIDERAđỏES FINAIS ....................................................................................... 109

  8.1 CONCLUSÃO .................................................................................................... 109

  8.2 TRABALHOS FUTUROS ................................................................................. 111

  8.2.1 Divisão do bloco PS ............................................................................... 111

  8.2.2 Sincronização inexata – propriedade 2 ................................................... 111

  8.2.4 Programação em Structured Text ........................................................... 111

  8.2.5 Geração automática de código ................................................................ 111

  

REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 113

1 INTRODUđấO

  Para que as empresas sejam competitivas no mercado atual é necessário melhorar a qualidade dos seus produtos e diminuir seus custos de produção. Uma das maneiras de se conseguir isto consiste em automatizar processos de manufatura ou simplesmente aperfeiçoar sistemas já automatizados. A Teoria de Controle Supervisório (TCS), (Ramadge e Wonham, 1989), é uma ferramenta no processo de síntese da lógica de controle para sistemas automatizados. No sistema real existe uma série de subsistemas que trabalham em conjunto, cada qual com um comportamento distinto. Para o sistema funcionar, é necessário atender a algumas especificações. Um controle é necessário para que se garanta o atendimento a especificações. Este controle é feito a partir de um ou mais supervisores. Na TCS, a modelagem do comportamento da planta e das especificações de controle é feita por meio de autômatos de estados finitos. Ramadge e Wonham (1989) apresentam a abordagem monolítica, onde apenas um supervisor é sintetizado a fim de controlar a planta. Queiroz e Cury (2000) introduzem a abordagem modular local, que explora a modularidade da planta e das especificações de forma a sintetizar um conjunto de supervisores locais, cada qual atuando sobre uma parte da planta, mas de forma a garantir o cumprimento de todas as especificações de controle.

  O objetivo deste trabalho consiste em estudar a implementação da TCS em Controladores Lógicos Programáveis (CLP). Muitos trabalhos, (LEDUC e WONHAM, 1995; LEDUC, 1996; LAUZON et al. 1997; FABIAN e HELLGREN, 1998; DIETRICH et al., 2002; HELLGREN et al., 2002; LIU e DARABI, 2002; QUEIROZ e CURY, 2002; CHANDRA et al., 2003; MANESIS e AKANTZIOTIS, 2005; AFZALIAN et al., 2008; HASDEMIR et al., 2008; LEAL et al., 2009; POSSAN e LEAL, 2009; entre outros ), em sua maioria apresentam implementações utilizando a linguagem Ladder Diagram e abordagem monolítica. Queiroz e Cury (2000) implementam em CLP utilizando Ladder Diagram, porém tratam apenas um evento por ciclo de varredura. Para a síntese dos supervisores foi usada a Abordagem Modular Local. Vieira (2007) implementou utilizando Sequential Function

  Charts

  (SFC) tratando mais eventos por ciclo de varredura, um para cada supervisor. Foi utilizada a arquitetura de Controle Supervisório proposta por Queiroz e Cury (2000) que utiliza uma estruturada em três níveis: um supervisor, uma interface e o sistema a ser controlado. Esta interface consiste no sistema produto e procedimentos operacionais. Cruz (2011) utilizou a linguagem Ladder Diagram, porém trata mais eventos por ciclo de modular local. Porém, na sua implementação não utilizou a arquitetura de Queiroz e Cury, pois não tem os procedimentos operacionais.

  Neste trabalho será utilizada a arquitetura de controle supervisório segundo Queiroz e Cury (2000), utilizada a linguagem Sequential Function Charts (SFC) como em (VIEIRA, 2007) e adotada a proposta de tratar vários eventos por ciclo de varredura do CLP, como em (CRUZ, 2011). Além da linguagem SFC serão utilizadas também as linguagens Structured

  Text e Ladder Diagram.

  O termo linguagem de alto nível será utilizado para denotar as linguagens SFC e, principalmente, para a linguagem Structured Text que é bloco estruturada e sintaticamente se assemelha à linguagem Pascal. Além disso, estas linguagens são mais flexíveis e estruturadas que a linguagem Ladder Diagram.

  1.1 OBJETIVOS

  O objetivo principal deste trabalho consiste em apresentar uma metodologia de implementação de controle supervisório em CLPs que utilize uma linguagem de mais alto nível do que a linguagem Ladder Diagram usualmente empregada nas indústrias. Além disso, esta metodologia deve resultar em programas mais eficientes do que os obtidos por intermédio de metodologias encontradas na literatura, sendo capazes de tratar mais eventos por ciclo de varredura.

  1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO

  Esta dissertação está estruturada da seguinte forma. No Capitulo 2 é apresentado o controle supervisório de sistemas a eventos discretos (SEDs) onde são discutidas as formas de representação dos SEDs por linguagem e autômatos. Também é mostrada a teoria de controle supervisório (TCS), como é feito o desenvolvimento de um projeto e duas técnicas de síntese dos supervisores, a abordagem monolítica e a abordagem modular local. O capítulo 3 trata da implementação da estrutura da teoria de controle supervisório em CLPs e alguns problemas de implementação que foram tratados neste trabalho. São ainda mostradas duas formas de implementação: em linguagem Ladder Diagram e em Sequential Function Chart (SFC). No capítulo 4 é dedicado a proposta de implementação de Cruz (2011), denominada DECON9, capítulo 5 é mostrado a proposta de implementação de Vieira (2007) que utiliza Sequential

  Function Chart

  (SFC), é mostrado um estudo de caso para exemplificar. No capítulo 6 é apresentado a proposta deste trabalho que utiliza SFC, onde é possível tratar mais eventos por ciclo de varredura que na proposta de Vieira (2007). São também mostradas algumas soluções de problemas de implementação. Os estudos de caso utilizados por Cruz (2011) e por Vieira (2007) foram implementados com esta nova proposta, a partir dos quais é mostrada uma comparação no capítulo 7. O capítulo 8 é dedicado para a conclusão deste trabalho e sugestões trabalhos futuros.

  

2 CONTROLE SUPERVISÓRIO DE SISTEMAS A EVENTOS

DISCRETOS

  Neste capítulo é apresentado o que são os Sistemas a Eventos Discretos (SEDs), mostrando suas formas de representação por linguagens e autômatos. É apresentada a Teoria de Controle Supervisório (TCS) e as etapas para o desenvolvimento de um sistema de controle segundo a TCS. São também apresentadas duas formas de fazer a síntese do supervisor, a abordagem monolítica e a abordagem modular local.

2.1 SISTEMA A EVENTOS DISCRETOS

  Segundo Cassandras e Lafortune (1999), “um Sistema a Eventos Discretos (SED) é um sistema de estados discretos, dirigido a eventos, isto é, sua evolução de estado depende da ocorrência de eventos discretos assíncronos no tempo”. Segundo Cury (2001), SED é um sistema dinâmico que evolui de acordo com a ocorrência abrupta de eventos físicos, em intervalos de tempo, em geral, irregulares e desconhecidos. Eventos são estímulos sem duração de tempo que afetam o comportamento de um sistema. Um evento pode ser o início de operação de uma máquina, o início de transporte, o resultado de um sistema de classificação, etc.

  Entre a ocorrência de dois eventos consecutivos, o sistema permanece em um determinado estado. A ocorrência de um evento pode causar então uma transição ou mudança de estado no sistema, de forma que sua evolução no tempo pode ser representada pela trajetória percorrida no seu espaço de estados (CURY, 2001).

  O comportamento lógico de um SED pode ser representado por linguagens e autômatos, Redes de Petri, Cadeias de Markov e Teoria das Filas, dentre outros formalismos. Neste trabalho serão utilizadas linguagens e autômatos para representar tal comportamento.

2.1.1 Linguagem

  Linguagem é uma representação do comportamento de um SED. Em um sistema, a mudança de estado depende de um evento. Um alfabeto, Σ, é um conjunto finito de eventos, como por exemplo Σ = {a, b, c, d, e}. As palavras são sequências finitas formadas pelos símbolos do alfabeto e a linguagem L é um conjunto das palavras, como, por exemplo, L = {ab, abc, ae, abcc} (CASSANDRAS e LAFORTUNE, 1999). Uma palavra vazia é representada por ε, Σ* é o conjunto contendo todas as sequências compostas por eventos de Σ, desta palavra. O prefixo-fechamento, L , é o conjunto de todas as sequências de Σ* que são prefixos de sequências de L (CURY, 2001).

2.1.2 Autômato

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