Mini-Projecto · Instalação de autómato para uma linha de engarrafamento
Contexto
A "Fonte Serrana", uma pequena engarrafadora de água, quer automatizar a estação de enchimento de uma linha piloto: encher garrafas até ao nível certo, detetar falhas de enchimento, medir a pressão da tubagem de água e permitir ao operador acompanhar tudo num painel de supervisão. Foste contratado/a como técnico/a de eletrónica e automação para projetar e implementar a instalação com autómato programável, da estrutura ao comando final da máquina.
Trabalhas individualmente ou a pares. O ambiente de trabalho é o software de programação de autómatos disponível na sala (TIA Portal, EcoStruxure, CODESYS ou equivalente, com simulação), mais os equipamentos, instrumentos e material eletrónico dos recursos da UC.
Requisitos
Funcionais
- Caderno de encargos redigido por ti, a partir do enunciado, com entradas, saídas, modos de funcionamento e restrições de segurança.
- Estrutura da instalação definida por camadas (campo, interface, controlo, supervisão, comunicação), com layout documentado.
- Pelo menos uma entrada analógica (sensor de pressão ou nível 4/20 mA, real ou simulado) com escala calculada e configurada.
- Pelo menos uma entrada rápida (encoder, real ou simulado) para contar garrafas ou medir avanço da linha.
- Programa em Ladder, com pelo menos um temporizador, um contador e uma sub-rotina.
- Sistema de aquisição de dados que regista os valores lidos (pressão, contagem de garrafas).
- Aplicação de supervisão (HMI/SCADA) com sinóptico, pelo menos um alarme e níveis de acesso definidos.
- Comando de uma máquina elétrica com dois sentidos ou dois modos, com intertravamento lógico documentado.
Não-funcionais
- Esquemas de comando e de potência normalizados e legíveis.
- Segurança: EPIs identificados, procedimento de corte/bloqueio de energia descrito.
- Documentação final: caderno de encargos, esquemas, tabela de E/S, manual de utilização resumido.
- Programa organizado em sub-rotinas, sem repetição desnecessária de código.
Fases
Fase 1 · Caderno de encargos (3h) Redigir o caderno de encargos: objetivo, entradas/saídas, modos de funcionamento, restrições de segurança e critérios de aceitação.
Fase 2 · Estrutura e layout (3h) Definir a estrutura por camadas e o layout físico da instalação (quadro, autómato, módulos, cablagem).
Fase 3 · Sinais e aquisição de dados (5h) Configurar a entrada analógica (escala) e a entrada rápida (encoder); montar o sistema de aquisição de dados e validar leituras.
Fase 4 · Programação em Ladder (6h) Programar a lógica principal: temporizador, contador, sub-rotina de arranque, tratamento dos sinais analógicos e rápidos.
Fase 5 · Supervisão (3h) Desenhar o sinóptico, associar tags, configurar alarmes e níveis de acesso na aplicação de supervisão.
Fase 6 · Comando da máquina e segurança (2h) Programar o comando com dois sentidos/modos e intertravamento; documentar EPIs e procedimento de bloqueio de energia.
Fase 7 · Apresentação (2h) Demonstrar a instalação simulada à turma, explicando as decisões do caderno de encargos ao comando final.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Caderno de encargos e estrutura da instalação | 15% |
| Configuração de sinais analógicos e rápidos + aquisição de dados | 20% |
| Programação em Ladder (temporizador, contador, sub-rotina) | 25% |
| Aplicação de supervisão (sinóptico, alarmes, acessos) | 15% |
| Comando da máquina com intertravamento e segurança | 15% |
| Documentação e apresentação | 10% |
Erros comuns
- Definir o caderno de encargos depois de já ter começado a programar.
- Confundir sinal em tensão com sinal em corrente na configuração da carta analógica.
- Tentar contar impulsos do encoder com uma entrada digital normal em vez de uma carta rápida.
- Usar variáveis inteiras para grandezas com casas decimais (pressão, percentagens).
- Programar os dois sentidos do motor sem intertravamento, arriscando um curto-circuito entre fases.
- Testar já com a carga real acoplada, sem primeiro testar em vazio.
- Entregar sem documentação atualizada (esquemas, tabela de E/S).
Bónus (opcional)
- Adicionar um relatório histórico de produção (garrafas/hora) na aplicação de supervisão.
- Simular uma falha de sensor (0 mA) e mostrar que o sistema a distingue de um valor real, graças ao zero vivo.
- Implementar uma segunda sub-rotina para um segundo tipo de garrafa, com parâmetros diferentes de enchimento.
- Propor a integração com um protocolo de comunicação industrial real (Modbus TCP) entre o autómato e um SCADA de demonstração.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que o intertravamento do comando de dois sentidos de um motor não pode depender só do programa? E explica com um exemplo próprio a vantagem do sinal 4/20 mA sobre o sinal 0/20 mA na deteção de avarias de cablagem.