SUPERVISO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS Prof Andr

SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN

Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)

CLP em um sistema SCADA

Definição • É um equipamento digital que usa memória programável para armazenar instruções que implementam funções como: lógica, sequenciamento, temporização, contagem e operações aritméticas, para controlar através de módulos de entrada e saída (digital e analógica) diversos tipos de máquinas e processos.

Histórico • • • Sistemas eletromecânicos: baixa confiabilidade, pouca flexibilidade e grande consumo de energia 1968: divisão de hidramáticos da GM Década 70: microprocessadores deram impulso ao CLP Década de 80: uso no Brasil Década de 90: grande evolução

Características do CLP • Fácil diagnóstico de funcionamento ainda em fase de projeto do sistema e/ou reparos que venham a ocorrer em sua operação • Pode ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido • Operam com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem geradores de faiscamentos • Facilmente reprogramado sem a necessidade de interromper o processo produtivo (programação on -line)

Características do CLP • Possibilitam a criação de um banco de armazenamento de programas que podem ser reutilizados a qualquer momento • Baixo consumo de energia • Maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos • Flexibilidade da expansão do número de entradas e saídas a serem controladas • Capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos

Aplicações na Indústria • • • Painéis seqüenciais de intertravamento Controle de malhas Sistemas SCADA Sistemas de controle de estações Sistemas de controle de células da manufatura Processos de: empacotamento, engarrafamento, enlatamento, transporte e manuseio de materiais, usinagem, geração de energia; em sistemas de controle predial de ar condicionado, sistemas de segurança, montagem automatizada, linhas de pintura e sistemas de tratamento de água, existentes em indústrias de alimentos, bebidas, automotiva, química, têxtil, plásticos, papel e celulose, farmacêutica e siderúrgica/metalúrgica

Exemplo: Comando de um motor – antes do CLP

Exemplo: Comando de um motor – depois do CLP

Diagrama de Blocos de um CLP

Componentes de um CLP • • Fonte de alimentação CPU Memória Módulos de entrada e saída Linguagens de programação Dispositivos de programação Módulos de comunicação Racks

Módulos de um CLP

Componentes - Fonte • Alimenta a CPU e demais dispositivos • Converte AC em DC • O CLP possui uma bateria interna

Componentes - CPU Princípio de funcionamento: funcionamento Execução, por parte da CPU, de um programa que realiza continuamente um ciclo de varredura, com os seguintes passos: a) Obtenção dos dados vários módulos de entrada; b) Execução das instruções do programa c) Atualização das saídas, transferindo os dados ao equipamento controlável através dos módulos de saída

Componentes - CPU

Componentes - Memórias • • Do Programa Executivo: não-volátil Do usuário: De dados: controle do programa do usuário Imagem das entradas e saídas: interligação entre o CLP e os equipamentos

Memória do Programa Executivo • O gerenciamento de todo o sistema composto pelo CLP é efetuada através da execução de um programa inserido nesta parte da memória e, denominado de programa executivo. • Não-volátil • Responsabilidade do fabricante do equipamento

Memória do Usuário • Armazena o programa do usuário • Contém alguns Kbytes de palavras-livres que serão processadas pela CPU • A cada ciclo, a CPU processa este programa, atualiza a memória de dados internos e as imagens das entradas e saídas

Memória de Dados • Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do programa do usuário

Memória Imagem das Entradas e Saídas • Área de memória reservada para a interligação entre Controladores Lógicos Programáveis e os equipamentos • Esta memória é a imagem real das entradas e saídas do CLP

Componentes: Módulos de Entradas e Saídas • Realizam a conexão física entre a CPU e o mundo externo, através de circuitos de interfaceamento

Módulos de Entrada • Os módulos de entradas tem que ser seguros contra destruição das entradas por excesso ou alimentação de tensão indevida; e devem possuir filtros de supressão para impulsos parasitórios

Módulos de Saída • Os módulos de saída devem ser amplificados e possuir proteção contra curto -circuito

• Os módulos de entradas e saídas podem ser subdivididos em dois grupos distintos: digitais (discretos) e analógicos (numéricos).

Entradas e Saídas Digitais • São os tipos de sinais mais comuns encontrados em sistemas automatizados com CLP. Nestes tipos de interface a informação consiste em um estado binário da variável de controle (ligado ou desligado)

Exemplos • Entradas digitais: digitais chaves seletoras, sensores fotoelétricos, chaves de fim de curso, sensores de proximidade, etc • Saídas digitais: digitais alarmes, ventiladores, lâmpadas, solenóides, etc

Interface típica para entrada de sinais em CA/CC

Interface típica para saída de sinais em CA

Entradas e Saídas Analógicas • A diferença básica com relação às entradas e saídas discretas é que aqui mais de um Bit deverá ser manipulado, seja paralelamente (todos ao mesmo tempo) ou serialmente (um Bit de cada vez), a fim de se controlar a grandeza física do processo em questão.

Exemplos • Entradas Analógicas: Analógicas transdutor de temperatura, pressão, transdutores óticos, de umidade, de fluxo, conversor D/A, etc • Saídas Analógicas: válvula analógica, acionamento de um motor, atuador analógico, etc

Interface típica para entrada/saída de sinais analógicos

Módulos de Comunicação • São responsáveis principalmente pela ligação do CLP com os seus periféricos: terminais de vídeo, impressoras, instrumentos digitais e quaisquer instrumentos que possam se comunicar através de portas seriais tipo RS-232. • Podem ser: ASCII, Adaptador de E/S Remotas, Serial e Interface de Redes.

Módulos de Comunicação ASCII • São usados para enviar e receber dados alfanuméricos de equipamentos periféricos para o controlador • Geralmente este módulo possui processador e memória próprios que executam as tarefas de transferência de dados

Módulos Adaptadores de E/S Remotas • São usados em controladores geralmente de grande porte e permitem a instalação de sistemas de E/S localizados a distancias maiores da CPU principal • Os subsistemas de E/S são geralmente conectados usando uma configuração serial ou estrela • A comunicação pode ser feita através de par trançado, cabo coaxial ou fibra óptica.

Elos de Comunicação em Rede • Para executar estas tarefas de comunicação, os fabricantes de CLP implementaram módulos de comunicação que permitem a integração de um CLP a outros CLPs e a computadores corporativos • Estes módulos geralmente adotam padrões de comunicação em rede como Ethernet ou proprietárias que permitem a troca de informações entre computadores e os controladores programáveis

Elos de Comunicação em Rede • Os módulos de rede hoje oferecidos pelos fabricantes permitem opções como a de execução de controle distribuído, onde vários controladores de pequeno porte controlam células de produção • Estas células interligadas via rede podem ter sua operação supervisionadas por estações baseadas em microcomputadores ou computadores

Rack do CLP • A base ou rack é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP • Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de dados, endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de entrada/saída possam operar

Linguagens de Programação Introdução

Linguagens de Programação de CLPs • As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicar com o CLP através de um dispositivo de programação e definir as tarefas que o CLP deve executar. • As linguagens mais usadas são: - Diagrama de Contatos (Ladder Diagram) e - Lista de Instruções (Statement List)

LADDER • É um diagrama de relés cujos representam: - contatos normalmente abertos - contatos normalmente fechados - saída, representando a bobina símbolos -| |-| / |-( )-

Exemplo S 1 S 2 Y 1 -------[ ]------[ / ]----------( )---- • Se a entrada S 1 for verdadeira e a entrada S 2 for falsa, falsa a saída Y 1 será ativada

Exemplo: Comando de um Motor

Exemplo de Aplicação - Estampador de Peças

Entradas • • • S 1: sensor de final de curso do cilindro 1 S 2: sensor de final de curso do cilindro 2 S 3: sensor de final de curso do cilindro 3 FS: foto-sensor de peça PTD: chave de partida

Saídas • • EV 1: eletroválvula de comando do cilindro 1 EV 2: eletroválvula de comando do cilindro 2 EV 3: eletroválvula de comando do cilindro 3 EV 4: eletroválvula para ar comprimido

Dispositivos de Programação • A programação de CLPs é realizada através de dispositivos de programação separados que são compartilhados por vários CLPs de uma instalação • Pode ser : off-line ou on-line • O uso de PCs como ferramenta de programação tem grande aceitação

Dispositivos de Programação