Com relação aos testes aplicados para o levantamento dos dados referentes aos sistemas, real e emulado na FPGA, é estruturada uma sequência de quatro ensaios, os quais se dividem em duas tarefas cada: uma para o protótipo físico e outra para o modelo em hardware. Dessa forma, oito tarefas são realizadas com o
objetivo da elaboração de tabelas e gráficos de respostas dos sistemas. As tarefas constituintes dos ensaios apresentados são mostradas na Figura 16, compondo o quadro geral de ensaios. Assim, é possível verificar os quatro ensaios de forma sequencial, divididos entre as tarefas realizadas para o protótipo físico e para o modelo da FPGA.
Figura 16 - Diagrama em blocos dos ensaios aplicados. Fonte: Autor.
O primeiro ensaio consta de um sistema composto do motor de corrente contínua integrado em uma esteira transportadora, com o eixo acoplado em um encoder, tendo o CLP como elemento central de controle em malha fechada. Nesse processo, o CLP atua por meio de uma malha de controle PID na velocidade do motor. Os dados de setpoint e variável de processo são aplicados e monitorados por meio de um sistema de supervisão, respectivamente. Diversos valores para o ganho proporcional do controlador PID são utilizados, para uma análise completa do desempenho do sistema. Com a aquisição dos dados e assim o levantamento das curvas relativas ao sistema físico, o sistema composto pelo motor e encoder é substituído pelo hardware da FPGA. Assim, tem-se como objetivo nessa etapa de testes, a obtenção de dados com perfis semelhantes entre o protótipo físico e o sistema modelado na FPGA. Dessa forma, é finalizado o primeiro ensaio com a execução dos testes para o sistema físico e modelado, totalizando duas tarefas.
Na sequência da execução dos ensaios, tem-se um protótipo de planta real desenvolvida em pequena escala, para o controle por meio do CLP. Assim, tem-se como objetivo a obtenção de dados da planta referente aos acionamentos dos sistemas implementados conforme um sistema de manufatura. Assim como nos ensaios anteriores, a planta física é substituída pelo modelo embarcado na FPGA e assim a comparação dos resultados.
Como o segundo ensaio desse trabalho, os dados referentes a uma esteira transportadora de peças são recolhidos e na sequência os dados do modelo da FPGA equivalente à esteira. Nesse ensaio, dados referentes ao acionamento do motor da esteira com redução mecânica, e sinais de sensores de posição são recolhidos, porém diferentemente do ensaio anterior, nessa etapa o modelo dinâmico do sistema é desconsiderado, tendo como base na elaboração do modelo da FPGA, somente os requisitos estáticos. Finaliza-se nessa fase de execução de testes o segundo ensaio, também composto por duas tarefas.
No terceiro ensaio, um sistema de posicionamento de peça é avaliado, tomando como exemplo um posicionador de peças, onde o mesmo possui ação de avanço e retorno, com o monitoramento dos limites com chaves fim de curso. Considerando os testes para o sistema físico construído e na sequência para o modelo da FPGA, é finalizado o terceiro ensaio, também composto de duas tarefas.
No quarto e último ensaio, são somadas as arquiteturas dos dois ensaios anteriores, referentes ao processo de manufatura. É construída uma planta com
base em esteiras transportadoras e posicionadores, e da mesma forma que nos ensaios anteriores, um modelo equivalente para a FPGA, e assim a aquisição de sinais para os dois casos.
No geral, conforme mostrado na Figura 17, o CLP tem por função o controle de um processo industrial. Em determinado momento esse processo é representado por um protótipo físico, e em outro momento por um modelo equivalente implementado na FPGA.
Figura 17 - Emulação de processo de manufatura em FPGA para o CLP. Fonte: Autor.
Com os dados recolhidos para o processo com a planta real e com o modelo da FPGA, é realizada uma análise para verificação de desempenho para ambos os sistemas e assim a validação do método apresentado. Como o sistema tomou como base um sistema de manufatura, tem-se como ponto principal para validação da simulação, uma equivalência adequada entre os perfis de leitura de dados e acionamentos de atuadores, assim como uma equivalência dos resultados referentes ao processo de regulação de velocidade do motor conectado na esteira em controle de malha fechada.
Por meio da obtenção de dados que atestem a proximidade dos perfis de regulação de velocidade do motor, tanto pela curva levantada, como pelo tempo necessário para tal regulação, assim como nos acionamentos sequenciais da planta, será tratado como válido o método proposto. Dessa forma, espera-se por meio dos testes apresentados, a coleta de dados do processo de manufatura semelhantes
para ambos os processos, com respeito aos intervalos de tempos necessários para a execução das tarefas, assim como resultados semelhantes para o processo de controle de velocidade do motor.
3.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO
O capítulo apresentou os métodos utilizados na construção dos sistemas, considerando o protótipo físico e o modelo em FPGA para a emulação do processo, assim como uma forma sistemática dos quatro ensaios realizados. Dessa forma, tomou-se como ponto de partida o sistema de controle de esteira e, a partir desse, o desenvolvimento dos demais itens do protótipo, assim como a construção dos modelos da FPGA.
Na sequência é apresentada uma estrutura que compõe todos os ensaios necessários, assim como uma breve descrição inicial dos mesmos e como será tratada a validação do método de simulação.
Não foi objetivo desse capítulo a apresentação de sistemas mecânicos, assim como circuitos eletrônicos, os quais compõem os sistemas físicos. Informações relativas ao desenvolvimento dos modelos aplicados na FPGA não são apresentadas nessa etapa, ficando como objetivo central somente uma apresentação do desenvolvimento do projeto.
Na sequência do trabalho é apresentada no capítulo 4 a construção do protótipo físico e do sistema de automação, e no capítulo 5 os modelos da FPGA, conforme a Figura 18.
Figura 18 - Diagrama da sequência de apresentação dos temas. Fonte: Autor.
4 CONSTRUÇÃO DOS PROTÓTIPOS FÍSICOS
Os modelos escolhidos para o presente trabalho são: um sistema de controle de velocidade de esteira em malha fechada e um processo de manufatura discreta.
No primeiro sistema físico buscou-se a representação de um sistema que demandasse a utilização de uma malha de controle com um controlador PID. Tal malha de controle é frequentemente utilizada na indústria, sendo objeto de estudo em diversos cursos técnicos e de engenharia, quer no Brasil, quer no exterior.
Por outro lado, no segundo sistema físico, buscou-se a representação de um sistema de manufatura típico, com várias entradas e saídas de controle, caracterizando-se por um sistema a eventos discreto. Da mesma forma, trata-se de um exemplo de sistema similar aos utilizados como o objeto de estudo em diversos cursos técnicos e de engenharia, quer no Brasil, quer no exterior.
Com isso, nesse capítulo é apresentada uma descrição da construção dos protótipos físicos utilizados no projeto. Inicialmente é apresentado em detalhes o sistema de controle de velocidade de esteira, desde os circuitos eletrônicos, sistemas mecânicos e programa do CLP.
Da mesma forma, na sequência tem-se a descrição do protótipo de processo de manufatura, sendo apresentadas suas principais partes e funcionamento.
A descrição do sistema de automação, como modelagem em GRAFCET, integração dos dispositivos em redes, implementação do sistema de supervisão e conexão com banco de dados, também são mostrados nesse capítulo.