Durante a elaboração de um material didático para uma disciplina de Redes Industriais, um professor afirma que a comparação entre os modelos OSI e TCP/IP deve considerar não apenas o número de camadas, mas também sua filosofia de projeto e a forma como cada arquitetura organiza os conceitos de serviços e protocolos.

Com base nessas características, assinale a alternativa correta.

Na transmissão digital de dados, a taxa máxima de informação que pode ser transportada por um canal depende de suas características físicas. Enquanto um canal ideal é limitado pela largura de banda e pelos níveis de sinalização, um canal real também sofre influência do ruído, reduzindo sua capacidade máxima de transmissão.

Com base nos princípios de comunicação digital, 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?

Um Sistema Flexível de Manufatura (FMS) é projetado para preencher a lacuna entre a produção de alta variedade (Job Shop) e a produção de alta eficiência (Transfer Lines). Para ser considerado verdadeiramente "flexível", o sistema deve superar testes específicos de desempenho operacional.

Com base nos princípios de FMS e integração de sistemas, 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.

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.

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.

Para alcançar a excelência operacional em uma planta industrial automatizada, o departamento de engenharia deve integrar a especificação rigorosa de componentes mecânicos com a análise quantitativa de desempenho. Isso exige o uso de ferramentas como o CMMS (Sistema Computadorizado de Gestão de Manutenção) e o entendimento de que a performance de um ativo depende de sua confiabilidade inerente, do ambiente operacional e do plano de manutenção aplicado. Nesse contexto, analise as afirmações abaixo.

I - A Confiabilidade (R) é um atributo estratégico que deve ser "projetado" (designed-in) no ativo; a manutenção é uma tarefa tática que não melhora a confiabilidade inerente, mas tem como objetivo principal sustentá-la.

II - A Disponibilidade (A) de um sistema reparável pode ser calculada matematicamente pela razão entre o MTBF (Tempo Médio Entre Falhas) e a soma do MTBF com o MTTR (Tempo Médio Para Reparo).

III - A BOM (Lista de Materiais – Bill of Materials) é utilizada principalmente para apoiar a gestão de peças sobressalentes, porém não pode ser integrada a sistemas EAM/CMMS para planejamento e controle das atividades de manutenção.

IV - Na manutenção de sistemas automatizados críticos, deve-se distinguir falhas de hardware aleatórias, que podem ser quantificadas via taxas de falha (λ), de falhas sistemáticas (erros de software ou projeto), que exigem um controle qualitativo rigoroso sobre todas as atividades do ciclo de vida.

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.

Durante a modernização de uma linha de produção automatizada, uma indústria metalúrgica deve assegurar que o projeto, a instalação, a operação e a manutenção das máquinas estejam em conformidade com os requisitos da NR-12 e das normas técnicas aplicáveis à segurança de máquinas.

Com base na NR-12 e nas normas técnicas relacionadas à segurança de máquinas e equipamentos, 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?

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 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 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.

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.

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 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.

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).

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).

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.