Em uma aula prática de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), um professor utiliza a bancada didática apresentada na Figura 1 para demonstrar aos estudantes a implementação de uma linha automatizada de envase de garrafas utilizando a linguagem Ladder (LD). Para a atividade, considere:

● o seguinte funcionamento da bancada didática: i) inicialmente, o motor da esteira (Q0.1) permanece ligado, transportando as garrafas até a posição de envase; ii) quando uma garrafa é detectada pelo sensor S1 (I0.0), o motor da esteira (Q0.1) é desligado e a válvula solenoide (Q0.0) é ligada para iniciar o enchimento da garrafa; iii) a válvula solenoide (Q0.0) permanece ligada enquanto o sensor S2 (I0.1) não detectar que o líquido atingiu o nível especificado; iv) durante esse período, a garrafa permanece parada na posição de envase, mantendo o sensor S1 (I0.0) continuamente acionado; v) quando o sensor S2 (I0.1) detectar que o nível especificado foi atingido, a válvula solenoide (Q0.0) deverá ser desligada e o motor da esteira (Q0.1) deverá ser ligado novamente, transportando a garrafa para a etapa seguinte do processo;

● que as nomenclaturas I0.0 e I0.1 correspondem aos endereços das entradas digitais, enquanto Q0.0 e Q0.1 correspondem aos endereços das saídas digitais do CLP;

● que os sensores S1 e S2 são do tipo PNP, indicando nível lógico 1 apenas quando acionados.

Com base nas informações da atividade e na Figura 1, assinale a alternativa que apresenta uma implementação em linguagem Ladder (LD), conforme a IEC 61131-3, compatível com a lógica de acionamento descrita.

Durante uma atividade prática de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), o professor propõe aos estudantes a modernização da linha automatizada de envase apresentada na Figura 1, com o objetivo de discutir a expansão da arquitetura de um CLP modular e sua integração com dispositivos de automação industrial.

O CLP da bancada didática está equipado apenas com módulos de entradas e saídas digitais, utilizados no controle da válvula solenoide e do motor da esteira. Entretanto, sua arquitetura permite a instalação de módulos adicionais de entradas e saídas, analógicos ou digitais, bem como de interfaces de comunicação compatíveis com a Unidade Central de Processamento (CPU), sem a necessidade de substituí-la.

Para a atividade, os estudantes deverão especificar os recursos necessários para que a modernização da linha atenda simultaneamente aos seguintes requisitos:

● monitorar continuamente o nível do reservatório por meio de um transmissor com sinal de saída analógico de 4–20 mA;

● permitir o ajuste contínuo da velocidade da esteira por meio de um inversor de frequência comandado pelo CLP, utilizando uma interface de comunicação compatível com o padrão físico RS-485;

● disponibilizar informações de produção e operação para um sistema supervisório, sendo a comunicação entre o CLP e o sistema supervisório realizada por meio de uma interface de comunicação compatível com o padrão físico Ethernet.

Com base nas informações da atividade e na arquitetura dos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), assinale a alternativa que apresenta uma solução adequada para atender aos requisitos descritos.

Como parte de uma atividade didática sobre cinemática e planejamento de trajetórias, um manipulador planar do tipo RR foi programado para executar um movimento entre dois pontos. O manipulador possui dois elos com comprimentos L₁ = 10 cm e L₂ = 5 cm. Em determinado instante da trajetória, as juntas encontram-se nas posições θ₁ = 30° e θ₂ = 60°. A posição do efetuador no plano cartesiano é dada por

Com base nas informações apresentadas e nos conceitos de cinemática e planejamento de trajetórias, assinale a alternativa correta.

A Figura 2 apresenta um sistema de controle em malha fechada.

Figura 2 – Diagrama de blocos de um sistema de controle.

 

Considerando R(s) como o sinal de referência (setpoint) e Y(s) como a saída do sistema, assinale a alternativa que representa corretamente a função de transferência equivalente entre a entrada e a saída do sistema, ou seja, H(s) = Y(s)/R(s).

Considere um sistema dinâmico cuja entrada u(t) é uma tensão elétrica e a saída y(t) é uma variável de processo em velocidade. Para identificar a dinâmica desse sistema, foi realizado um ensaio em malha aberta, aplicando-se um degrau de amplitude 40 V no instante t = 15 s. A resposta temporal da saída é apresentada na Figura 3.

Figura 3 – Resposta ao degrau do sistema.  

Considere ainda que:

1) O sistema pode ser representado por um modelo linear de primeira ordem;

2) Observa-se, na Figura 3, que o valor final da saída é de 40 rad/s;

3) O sistema atinge o tempo de assentamento, segundo o critério de 2%, no instante t = 35 s.

Assinale a alternativa que determina a função de transferência em malha aberta que relaciona Y(s) à entrada U(s).

Considere o sistema contínuo representado pelo diagrama de blocos da Figura 4, com realimentação unitária negativa. Sejam U(s), X₁(s), X₂(s) e Y(s) as transformadas de Laplace dos sinais u(t), x₁(t), x₂(t) e y(t), respectivamente. Considere ainda que x₁(t) e x₂(t) representam as variáveis de estado do sistema, enquanto u(t) e y(t) representam, respectivamente, a entrada e a saída.

Figura 4 – Diagrama de blocos de um sistema de controle. 

Assinale a alternativa que determina as matrizes A, B, C e D da representação em espaço de estados do sistema, na forma:

ẋ = Ax + Bu, y = Cx + Du.

A Figura 5 apresenta o Lugar Geométrico das Raízes (LGR) de um sistema de controle em malha fechada para valores crescentes do ganho K.

Figura 5 – Lugar Geométrico das Raízes do sistema.

O diagrama de blocos correspondente é apresentado na Figura 6.

Figura 6 – Sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa.  

Considerando a variação do ganho K, assinale a alternativa que apresenta corretamente o ganho crítico K_cr, no qual o sistema atinge o limite de estabilidade e passa a apresentar oscilações sustentadas, bem como a respectiva frequência angular dessas oscilações.

Considere o sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa apresentado na Figura 7.

Figura 7 – Sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa.

A planta do sistema é dada por: 

Em que C_i é um controlador, cujos ganhos satisfazem K_p > 0, K_i > 0, em que K_d, K_i e K_d representam, respectivamente, os ganhos proporcional, integral e derivativo. Admita que todos os sistemas em malha fechada sejam assintoticamente estáveis. Considere os seguintes controladores para C_i.

Assinale a alternativa que classifica corretamente os sistemas quanto ao seu tipo e ao erro em regime permanente.

No estudo da estabilidade de sistemas lineares, a análise da resposta em frequência permite avaliar como variações de ganho influenciam a estabilidade relativa do sistema. Assim, considere a função de transferência em malha aberta

Para fins de análise por meio dos diagramas de Bode, considera-se a aplicação de um ganho proporcional K = 10, resultando na função de transferência em malha aberta KG(s). A Figura 8 apresenta os diagramas de Bode de G(s) e KG(s), destacando as frequências de cruzamento de ganho (ω_gc1 e ω_gc2) no diagrama de magnitude e os correspondentes pontos no diagrama de fase, utilizados na determinação da margem de fase (Φ_M).

Figura 8 – Diagramas de Bode dos sistemas G(s) e KG(s). 

Com base na função de transferência apresentada, nos diagramas de Bode da Figura 8 e nos efeitos da aplicação do ganho proporcional sobre a resposta em frequência desse sistema, assinale a alternativa correta.

Em uma aula prática de Análise e Implementação de Controladores Discretos, um docente apresenta aos estudantes o projeto de um controlador digital utilizando a técnica de projeto discreto direto no plano z. Para representar adequadamente a interface física entre o computador e o processo, a planta contínua foi discretizada utilizando o método do segurador de ordem zero (ZOH), obtendo-se o equivalente discreto:

A partir desse modelo, projetou-se um controlador digital para satisfazer requisitos de estabilidade e desempenho transitório. A lei de controle resultante, pronta para ser programada em um microcontrolador com período de amostragem T = 0,5s, é dada pela seguinte equação a diferenças:

u[k] = u[k − 1] + 3e[k] − e[k − 1],

em que e[k] representa o sinal de erro amostrado e u[k] o sinal de controle aplicado à planta no instante atual.

Considerando que a malha de controle possui realimentação unitária negativa, analise as seguintes afirmações.

I - A função de transferência do controlador no domínio z é

II - O controlador apresenta um polo em z = 1, o que indica que ele é assintoticamente estável, pois a condição de estabilidade é |z_p| ≤ 1.

III - O uso do ZOH na discretização da planta é importante porque modela o comportamento do conversor digital-analógico (D/A), que mantém a tensão constante entre os instantes de amostragem.

IV - Como a planta discretizada possui polo em z = 0,75, o sistema em malha fechada terá erro estacionário nulo para uma entrada em degrau, independentemente da ação do controlador.

Quais estão corretas?

No projeto de sistemas de controle, os compensadores são amplamente empregados para modificar a resposta dinâmica e o desempenho em regime permanente. Entre as estruturas mais utilizadas estão os compensadores de avanço (Lead), atraso (Lag) e avanço-atraso (Lead-Lag), cada um com características específicas de resposta em frequência.

Com base nesses conceitos, assinale a alternativa correta.

Em uma atividade prática de Controle de Sistemas, um docente utiliza um sistema de posicionamento eletromecânico para demonstrar o projeto de controladores por realimentação de estados. A dinâmica linearizada do sistema, em torno de um ponto de operação, é representada no espaço de estados por:

ẋ = Ax + Bu,

em que:

Em seguida, adotou-se um controlador por realimentação de estados, utilizando a técnica de posicionamento de polos, na forma u = −Kx, com K = [k₁ k₂]. O objetivo do projeto é posicionar os polos de malha fechada em:

s₁ = −1 e s₂ = −2.

Com base nessas informações, analise as afirmações a seguir.

I - O sistema em malha aberta é instável, pois a matriz A possui pelo menos um autovalor com parte real positiva.

II - A matriz do sistema em malha fechada (A), com realimentação de estados, é dada por 

III - Para posicionar os polos de malha fechada em s₁ = −1 e s₂ = −2, deve-se utilizar K = [0 6].

IV - Como a matriz B possui um elemento nulo, o sistema não é completamente controlável.

Quais estão corretas?

Uma fabricante de turbinas de alta precisão decidiu transformar sua planta em uma Smart Factory. Para isso, instalou milhares de sensores inteligentes em suas máquinas (IIoT) e criou clones virtuais de seus ativos físicos (Digital Twins). A arquitetura do sistema foi desenhada para que os dados de vibração e temperatura críticos fossem processados instantaneamente em nós localizados na borda da rede (Edge/Fog Computing) para evitar falhas catastróficas, enquanto os dados históricos massivos de toda a planta são enviados para uma infraestrutura escalável (Computação em Nuvem) para o treinamento de modelos de Inteligência Artificial.

Considerando os conceitos de Indústria 4.0 apresentados, assinale a alternativa correta.

Um sistema de automação para uma prensa utiliza dois cilindros de duplo efeito: o Cilindro A (fixação da peça) e o Cilindro B (estampagem), conforme mostrado na Figura 9.
Figura 9 – Esquema eletropneumático da prensa.  

A sequência de operação é A+ B+ B- A-. O projeto especifica que:

1 - O cilindro A é controlado por uma eletroválvula 5/2 vias biestável (acionamento por dois solenoides, Y1 e Y2).

2 - O cilindro B é controlado por uma eletroválvula 5/2 vias monoestável com retorno por mola (acionamento por um único solenoide, Y3).

3 - O circuito elétrico de comando utiliza lógica ladder e relés auxiliares para gerenciar a retenção de sinais.

Considerando os conceitos de pneutrônica e o esquema apresentado na Figura 9, assinale a alternativa correta.

Considere o esquema de potência eletropneumático mostrado na Figura 10 e o respectivo diagrama ladder de controle mostrado na Figura 11. O sistema realiza a sequência automática A+ B+ A- B-, utilizando dois cilindros de duplo efeito e duas eletroválvulas 5/2 vias monoestáveis (Y1 e Y2), além de uma válvula de segurança Y0.

Figura 10 – Esquemático do circuito de potência eletropneumático.

Figura 11 – Diagrama ladder de controle.

Com base nos diagramas e na teoria de pneutrônica, assinale a alternativa correta.

A evolução da manufatura assistida por computador (CAM) permitiu uma transição mais fluida entre o design do produto e sua fabricação física. Sistemas CAD/CAM modernos não apenas automatizam a geração de caminhos de ferramenta, mas também buscam eliminar a necessidade de programação manual em baixo nível (G-codes).

Considerando as tecnologias de programação e controle numérico (CNC), assinale a alternativa correta.

Com base nas características gerais dos protocolos de redes industriais, analise as afirmações a seguir.

I - No PROFIBUS-DP existem três tipos de dispositivos: o DP Master Classe 1, responsável pela troca cíclica de dados com os dispositivos de campo; o DP Master Classe 2, utilizado para configuração, parametrização, manutenção e diagnóstico da rede; e o DP Slave, que realiza a troca cíclica de dados exclusivamente com o DP Master Classe 2.

II - No PROFINET I/O, os dispositivos são classificados em três categorias: I/O Controller, responsável pelo controle da comunicação e pela troca cíclica de dados; I/O Device, que corresponde aos dispositivos de campo responsáveis pela aquisição de sinais e atuação no processo; e I/O Supervisor, utilizado para configuração, parametrização, manutenção e diagnóstico da rede.

III - No Modbus, as quatro tabelas de dados são: Coils e Input Registers, destinados apenas à leitura, e Discrete Inputs e Holding Registers, destinados à leitura e escrita pelo mestre.

IV - O EtherNet/IP utiliza o protocolo CIP sobre TCP/IP e UDP/IP, enquanto o PROFINET possui um protocolo de aplicação próprio e mecanismos específicos para comunicação em tempo real sobre Ethernet Industrial.

Quais estão corretas?

Os sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) são amplamente utilizados para supervisão e controle de processos industriais distribuídos geograficamente, integrando unidades remotas de aquisição de dados, sistemas de comunicação e estações centrais de supervisão.

Com base nos princípios de funcionamento dos sistemas SCADA, assinale a alternativa correta.

Considere o diagrama de componentes principais que compõem um sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) mostrado na Figura 12, que ilustra a conexão entre o Operador, a Interface Homem-Máquina (HMI/IHM), a Unidade Terminal Mestra (MTU) e múltiplas Unidades Terminais Remotas (RTUs) via rádio ou linha física.

Figura 12 – Diagrama ilustrativo dos componentes que fazem parte do sistema SCADA.  

Com base na disposição e função desses elementos, assinale a alternativa correta.

Na Figura 13(a) é ilustrado o circuito representativo de um sensor de pressão piezorresistivo em configuração de ponte de Wheatstone, enquanto que na Figura 13(b) é mostrado um gráfico contendo a curva de calibração experimental da tensão diferencial V12 em função da pressão aplicada. Deseja-se projetar um estágio de condicionamento utilizando um amplificador de instrumentação, de modo que a tensão de saída seja ajustada para a faixa de [0 a 5] V, correspondente ao fundo de escala de 300 mbar. Considere que cada resistor da ponte possui valor nominal R = 200 Ω, que a variação máxima de resistência é ∆R = 1 Ω e que a ponte é alimentada por V_cc = 12 V. A tensão de saída do amplificador é dada por V_o = 0,1V12(1+R_G2/R_G1) e a relação entre o ganho e alguns valores dos resistores R_G2 e R_G1 é apresentada no quadro da Figura 13(c).

Figura 13 – (a) Circuito representativo do sensor de pressão piezorresistivo; (b) Gráfico de calibração; (c) Quadro com a relação entre o ganho e os valores dos resistores. 

Com base na Figura 13 e nas informações apresentadas, assinale a alternativa correta.