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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
RELATÓRIO DO TRABALHO
Autores:
João Vitor Moura de Queiroz
Vinicius Souza Claudino
Henrique Leal
Florianópolis
2024
SUMÁRIO
1 INTRODUÇĂO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 DESCRIÇÃO DO SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 MODELAGEM DO SISTEMA USANDO RPRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.1 MODELAGEM MODULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2 RESULTADO DA COMPOSIÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4 PROPOSTA DE CONTROLE DO SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.1 RPIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.2 MÉTODO DE CONVERSÃO RPIC-LADDER. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5 ANÁLISE DE PROPRIEDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
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1 INTRODUÇĂO
Na indústria, comumente se usa o paradigma de sistemas a eventos discretos para a
representação e programação de plantas industriais. No entanto, nem sempre é intuitivo
trabalhar diretamente com a programação desses sistemas, que a depender da complexi-
dade da planta, pode se tornar um desafio grande. Além disso, a ocorrência de situações
inesperadas na operação do sistema pode ser um problema crítico, comportamentos assim
muitas vezes não são previstos durante o desenvolvimento do sistema.
Nesse sentido, existem tecnologias que apoiam a construção de sistemas desse tipo,
nesse trabalho, foi usado como base o conceito de Redes de Petri, que utiliza representação
gráfica e base matemática para definir a dinâmica de um sistema distribuído discreto. Com
esse formalismo, é possível analisar o comportamento da planta antes da implementação,
além de facilitar a programação e manutenção do sistema.
Foi desenvolvido, usando Redes de Petri, um sistema para a bancada Testing, que
é um dos módulos que simulam os processos de uma planta industrial. O trabalho apre-
senta todas as etapas do desenvolvimento desse sistema, desde a descrição dos requisitos,
modelagem em Redes de Petri Rotuladas Estendidas, modelagem em Rede de Petri In-
terpretada para Controle, método de conversão e análise de Propriedades.
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2 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA
2.1 DESCRIÇÃO DO SISTEMA
O objetivo da bancada Testing é identificar se a peça recebida está dentro do padrão
de altura esperado. Incialmente recebe a peça da bancada anterior, que por meio de um
elevador é levada até uma posição de teste, onde um transdutor é responsável por verificar
a altura da peça. Caso a peça esteja conforme o esperado, ela é enviada para a próxima
bancada, caso contrário, é colocada em um buffer de descarte. O modelo diagramático
apresentado na figura 1, mostra o fluxo de funcionamento da bancada.
Figura 1 – Diagrama descritivo do sistema
Para a modelagem o sistema foram utilizados os eventos apresentados no quadro 1
Sensor Sensibilidade Direção de Detecção Preço
SW18010P Alta Sensibilidade Não direcional R$ 4,72
SW18020P Média Sensibilidade Não direcional R$ 4,72
SW18020P Baixa Sensibilidade Não direcional R$ 4,72
Flat Vibration Switch Baixa Sensibilidade Horizontal R$ 4,72
Fonte: Autor
Quadro 1 – Eventos do Sistema
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3 MODELAGEM DO SISTEMA USANDO RPRE
Para esta seção, será apresentado a modelagem em Redes de Petri Rotuladas Esten-
didas da bancada Testing. Foi elaborado primeiramente uma modulagem modular feita
por trê módulos diferentes, um para cada atuador importante na bancada, são estes: O
elevador, o pistão e a pista de ar, para que então uma composição desses módulos seja
feita, resultando na RPRE final.
3.1 MODELAGEM MODULAR
Levando em conta algumas restrições de segurança, como não abaixar o elevador
enquanto o pistão está ativado e também o limite de peças no buffer e conexões com a
bancada anterior (ao esperar uma peça chegar no elevador) e com a bancada seguinte
(ao liberar uma peça correta apenas quando a bancada seguinte permitir), foi alcançado
os seguintes módulos, onde cada lugar e transição terão sua explicação feita na rede
composta, para evitar repetições:
Figura 2 – RPRE referente à pista de ar.
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Figura 3 – RPRE referente ao pistão.
Figura 4 – RPRE referente ao elevador.
3.2 RESULTADO DA COMPOSIÇÃO
Após a modelagem dos módulos de cada atuador, foi feito uma composição dos
modelos das figuras 2, 3 e 4 num modelo principal que representa o funcionamento da
bancada inteira, indicado na figura 5.
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Figura 5 – RPRE referente à bancada Testing.
Os significados por trás dos lugares e transições estão indicados na tabela 1.
Rótulo Significado Rótulo Significado
p1 - i Estado inicial, esperando peça t1 - a Chegada de peça na
bancada
p2 - up Elevador subindo t2 - fdcc Chegada no Fim
de Curso (cima)
p3 - c Conferindo altura da peça t3 - y Peça correta
p4 - w Esperando liberação da
bancada seguinte t4 - ok Bancada seguinte
livre
p5 - timerY Tempo para peça ser passada
adiante t5 - toY Tempo limite para
peça adiante
p6 - downY Elevador descendo sem peça t6 - fdcbY Chegada no Fim
de Curso (baixo), sem peça
p7 - downN Elevador descendo com uma
peça (errada) t7 - n Peça errada
p8 - timerN Tempo para peça errada ser
descartada t8 - fdcbN Chegada no Fim
de Curso (baixo), com peça
p9 - B Número de peças descartadas
no buffer t9 - toN Tempo limite para
peça ao descarte
p10 - F Estado que alerta quando
buffer está cheio t10 - f Buffer encheu, transição imediata
t11 - RO Após remover as peças do
buffer, recomeçar operação
Tabela 1 – Tabela de rótulos de lugares e transições da RPRE.
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4 PROPOSTA DE CONTROLE DO SISTEMA
Após a elaboração da Rede de Petri Rotulada Estendida para a bancada Testing, esta
seção irá demonstrar a Rede de Petri Interpretada para Controle (RPIC) modelada para
a mesma bancada, além de alguns recortes de cada módulo da conversão da RPIC para
o Ladder, elaborado no artigo "Bridging the Gap Between Design and Implementation
of Discrete-Event Controllers", junto de algumas liberdades tomadas pelos membros do
grupo que não seguem a metodologia fielmente, mas que não afetam o desempenho geral
do modelo.
4.1 RPIC
A modelagem da RPIC foi feita baseando tanto no funcionamento da bancada Tes-
ting como o funcionamento do painel, para que possa ser controlado quando a bancada
para, começa ou reinicia.
Figura 6 – RPIC referente à bancada Testing.
Os significados por trás dos lugares e transições novos, junto das ações e eventos,
estão representados na tabela 2. Vale destacar que as eventos como x− são do tipo
negados e ações como x∗ são do tipo impulsional.
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Lugar/Transição
novos Significado Ação/Evento Significado
Full Estado emergencial onde o
buffer está cheio S Elevador sobe
stopping Bancada para o que está fazendo D Elevador desce
stopped Bancada vai à um estado inativo
e espera reinicialização P Pista de ar
reset Remove as peças que estão no
elevador ou na pista de ar E Pistão ejetor
ready Bancada está pronta pra começar
operação FDCC Sensor de fim de curso
de cima
s Operador deseja interromper a
operação FDCB Sensor de fim de curso
de baixo
stoppedT Elevador chegou no "andar"
de baixo SH Sensor de altura
rN Reinicialização não descartou
uma peça SPB Sensor de liberação da
bancada seguinte
rY Reinicialização descartou uma
peça λ Evento sempre ocorrente
rD Reinicialização concluída StoB Botão "STOP"
BO Começar operação StaB Botão "START"
fO Buffer encheu a partir da operação
normal RB Botão "RESET"
fR Buffer encheu a partir da
reinicialização LR Luz do botão "RESET"
t0 a t11 Transições para interrupção do
sistemaLS Luz do botão "START"
LQ1 Luz "Q1"
LQ2 Luz "Q2"
Tabela 2 – Tabela de rótulos de lugares e transições da RPIC.
4.2 MÉTODO DE CONVERSÃO RPIC-LADDER
A conversão de RPIC para Ladder é feita em 5 módulos, que são eles:
• M1, associado à identificação de ocorrência de eventos externos;
• M2, associado à condições de disparamento de transições;
• M3, que descreve a evolução de fichas na rede de Petri;
• M4, que define a marcação inicial;
• M5, que define quais ações ocorrerão em quais estados do sistema;
Seguem a seguir alguns recortes de cada módulo feito em Ladder.
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Figura 7 – Recorte de módulo M1.
Figura 8 – Recorte de módulo M2.
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Figura 9 – Recorte de módulo M3.
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Figura 10 – Network para módulo M4.
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Figura 11 – Recorte de módulo M5.
Durante o desenvolvimento, algumas decisões foram tomadas que fogem dessa me-
todologia, a primeira delas foram as transições que ocorrem pelo botão "STOP", que ao
invés de ser feito uma condição diferente para cada transição, apenas o apertar do botão
"STOP"habilita as transições t0 a t11, que por sua vezes atribuem o valor de fichas de
seu respectivo lugar à 0, ao invés de subtrair o número de fichas do local correto.
Outra divergência feita da metodologia foi na transição a, na qual é detectada uma
peça no elevador enquanto ele está inativo. Notou-se que o elevador começa a subir rápido
demais quando uma peça é detectada, então foi colocado um timer junto do evento de
detecção de peça, algo que nas regras da criação de uma RPIC, estaria errado.
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Figura 12 – Fichas sendo forçadas ao invés de calculadas.
Figura 13 – Transição ligado à evento e temporizada.
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5 ANÁLISE DE PROPRIEDADES
Será usado a análise do software "TINA"para determinar as propriedades da RPRE
e da RPIC. Vale destacar que a RPIC analisada conterá apenas os elementos do funcio-
namento da bancada, pois as transições ligadas ao painel complicaram muito a análise do
"TINA"(assim exigindo muito poder computacional), principalmente as transições atre-
ladas ao botão "STOP". Algumas mudanças foram feitas também para forçar a transição
de quando o buffer enche, algo que não seria necessário para o Ladder, por isso não foi
apresentado desta forma quando as redes foram introduzidas.
Figura 14 – RPRE com transição forçada.
Figura 15 – Propriedades da RPRE: Limitada, viva e reversível.
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Figura 16 – RPIC com transição forçada e apenas funcionamento da bancada.
Figura 17 – Propriedades da RPIC: Limitada, viva e reversível.
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6 CONCLUSÃO
Este relatório consta como foi feito o desenvolvimento do projeto de laboratório na
bancada testing, focado na modelagem através de redes de Petri, RPRE’s e RPIC’s. A
divisão da bancada foi feita em três partes, elevador, pistão e pista de ar, que depois
foram compostas em uma única RPRE, isso possibilitou a compreensão completa sobre o
funcionamento de cada componente antes de trabalhar na bancada como um todo.
Em seguida, a RPRE foi usada para criar uma RPIC, que levou em consideração o
comportamento da bancada e o painel de controle, para permitir operações de "START",
"STOP"e "RESET". Essa RPIC foi então convertida para o Ladder, usando o artigo
"Bridging the Gap Between Design and Implementation of Discrete-Event Controllers".
A utilização de redes de Petri permitiu a representação de forma precisa e compre-
ensiva do comportamento do processo, facilitando a detecção de falhas e a otimização do
mesmo.
Esse trabalho proporcionou o espaço necessário para aprofundar a compreensão sobre
o funcionamento, necessidade e praticidade do uso de redes de Petri no desenvolvimento
e aprimoramento de sistemas de controle discreto.
Porém é necessário trazer atenção ao fato que redes de Petri necessitam atenção
ao comportamento do processo sendo controlado para evitar acidentes, assim como a
habilidade de reagir a qualquer contratempo.
Em suma, este relatório não só mostra como o projeto foi desenvolvido, como trás
atenção a capacidade de Redes de Petri para a compreensão e otimização de sistemas
complexos.