Sistemas de Automação

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Sistemas de Automação1. Controlador Lógico Programável (CLP): Histórico e

aplicações – Arquitetura; Princípio de funcionamento.

2. Linguagens de programação de CLPs: linguagem de relés, SFC, linguagens de alto nível. Unidades Analógicas.

3. Controle de Processos: Ações de controle em malha aberta e malha fechada. Métodos de Sintonia de um controlador.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

DEFINIÇÃO

Um controlador lógico programável é um dispositivo físico eletrônico, baseado num microprocessador, dotado de memória programável capaz de armazenar programas implementados por um usuário com o objetivo de, baseado no estado de suas entradas, determinar o estado das saídas de forma a controlar um determinado processo.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

HISTÓRICOEm 1968 David Emmett e William Stone da Divisão Hydramatic da General Motors solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintes características:

• Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que sua sequência de operação pudesse ser alterada, mesmo depois de sua instalação;

• Ser de fácil manutenção, constituído de módulos interconectáveis;

• Operar em ambientes industriais com maior confiabilidade;

• Ser fisicamente menor que os sistemas de relés;

• Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados;

• Ter um preço competitivo com os sistemas de relés usados.

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HISTÓRICO

O primeiro controlador que atendia a estas especificações foi construído em 1969 pela Gould Modicon (Modular Digital Controller), o MODICON 084

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

HISTÓRICO

1968 – Especificação do controlador programável

1969 – Primeiro CLP – MODICON 084 (1kB, 128 I/O)

1971 – Aplicação do CLP a outras industrias (mineração, siderurgia)

1975 – Incorporação do controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo)

1976 – Uso de entradas e saídas remotas

1977 – CLP a partir de microprocessadores

1980 – Módulos de entrada/saída inteligentes, programação a partir de microcomputadores pessoais

1983 – Criação de CLP pequenos e de baixo custo

1985 – Comunicação em rede e uso de sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition)

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CARACTERÍSTICASOs CLP surgiram em substituição de sistemas convencionais baseados em relés e, em relação a estes sistemas apresenta as seguistes características:

• Ocupa menor espaço;

• Requer menor potência elétrica;

• Permite sua fácil reutilização;

• É programável, permitindo a alteração dos parâmetros de controle;

• Apresenta maior confiabilidade;

• Sua manutenção é mais fácil e rápida;

• Oferece maior flexibilidade;

• Apresenta interface de comunicação com outros CLP e computadores;

• Permite maior rapidez na elaboração do projeto do sistema de automação;

• Custo mais elevado para sistemas de pequeno porte.

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FABRICANTES

AMERICANOS 1. Allen Bradley2. Gould Modicon3. Texas Instruments 4. General Electric5. Westinghouse6. Cutter Hammer7. Square D

EUROPEUS 1. Siemens2. Klockner & Mouller3. Festo 4. Telemechanique

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FABRICANTES

BRASILEIROS 1. Altus2. Athos3. Dakol4. WEG

JAPONESES1. Toshiba2. Omron3. Fanuc4. Mitsubishi

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

CONSTITUIÇÃO

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CONSTITUIÇÃO

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

CONCEITOS BÁSICOS

Ponto de Entrada: Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componentes externos como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botões, termopares, relés etc.

• Entradas Digitais: Somente possuem dois estados

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

• Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)

CONCEITOS BÁSICOS

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Ponto de Saída: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de saída. Ex: Lâmpadas, Solenoides, Motores.

CONCEITOS BÁSICOS

• Saídas Digitais: Somente possuem dois estados

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

• Saídas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)

CONCEITOS BÁSICOS

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Programa: É a Lógica existente entre os pontos de entrada e saída e que executa as funções desejadas de acordo com o estado das mesmas.

CONCEITOS BÁSICOS

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Memória: é o dispositivo responsável pela armazenagem de dados e programas utilizados durante o funcionamento do CLP. Pode ser volátil (perde seu conteúdo quando desligada a alimentação) ou não volátil (contém o programa do usuário e variáveis retentivas).

• BIT (BInary digiT): é a unidade para o sistema de numeração binário. Um bit é a unidade básica de informação e pode assumir 0 ou 1.

CONCEITOS BÁSICOS

• Byte: Byte é uma unidade constituída de 8 bits consecutivos. O estado das entradas de um módulo digital de 8 pontos pode ser armazenado em um Byte.

• Word: Uma word é constituída de dois Bytes. O Valor das entradas e saídas analógicas podem ser indicados por words.

CPU (Central Processing Unit): é o elemento principal do controlador, responsável tanto pela execução dos programas do usuário quanto pelas funções associadas ao endereçamento de memória, operações aritméticas,lógicas e relógio.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

NORMA IEC 61131

• A International Electronical Comission (IEC) é uma organização internacional formada por representantes de todo o mundo.

• A Norma IEC 61131-3 é o primeiro esforço real para a padronização das linguagens de programação para a automação industrial.

• Principais aspectos: Linguagens de programação, Modularidade, Portabilidade

e Reutilização de software.

• IEC 61131 possui 8 partes sendo a terceira parte referente as Linguagens de Programação.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

NORMA IEC 61131

• Parte 1: Informações Gerais

• Parte 2: Requisitos de Equipamentos e Testes

• Parte 3: Linguagens de Programação

• Parte 4: Guia de Usuário

• Parte 5: Comunicações

• Parte 6: Reserva

• Parte 7: Controle de Programação Fuzzy

• Parte 8: Guia para Aplicação e Implementação das Linguagens de Programação.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

NORMA IEC 61131

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

NORMA IEC 61131 Identificadores

Identificador

• Identificadores servem para nominar elementos de software (variáveis, tipos de dados, POUs...). Não podem conter acentos ou espaço entre duas palavras.

• Exemplo de identificadores válidos:LSH1 _LSH1 LSH_1

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NORMA IEC 61131

Comentários

• Comentários não são obrigados, porém altamente recomendados.• São delimitados por (* no inicio e *) no fim.

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NORMA IEC 61131

• As variáveis podem ser:• Variável de Representação Direta.• Variável Dinâmica.

Variável de Representação Direta

Variável de Alocação Dinâmica

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NORMA IEC 61131• Pela norma IEC, toda a variável deve ter um valor inicial.

• No caso da variável não ser inicializada pelo usuário, é utilizado um valor padrão.

Valor inicial

Tipo Valor inicialDefault 0String ‘ ’Datas D#0001-01-01

• A variável pode ser inicializada na declaração.

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NORMA IEC 61131

Tipo Range FormatoBOOL 0 ou 1 1 bit

INT -32768 a 32767 16 bitsWORD 0 a 65535 16 bitsDINT -2147483648 a

214748364732 bits

DWORD 0 a 4294967295 32 bitsREAL 1.175494351e-38 a

3.402823466e+38 32 bits

Inteiros e Ponto Flutuante:

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NORMA IEC 61131

%ABC.D: Número do Ponto ( Quando utilizado bit ) Endereço da Variável Tamanho da Variável ( X – Bit, W – Word ) Tipo da Variável ( I – Entrada, Q – Saída, M – Memória )

Exemplos:%IX0.0: Corresponde a entrada digital 0 do grupo 0.%IX1.3: Corresponde a entrada digital 3 do grupo 1.%IX2.1: Corresponde a entrada digital 1 do grupo 2.

%QX0.0: Corresponde a saída digital 0 do grupo 0.%QX1.6: Corresponde a saída digital 6 do grupo 1.

%MX0.0: Corresponde ao bit 0 da Word 0.%MW10: Corresponde a Word 10.

Endereçamento

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO • Textuais:• IL : Lista de Instruções• ST : Texto Estruturado

• Gráficas:• LD : Diagrama Ladder• FBD: Diagrama de Blocos Funcionais• SFC : Sequenciamento Gráfico de Funções

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LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO SFC – Sequenciamento Gráfico de Funções

• Descreve passos sequenciais de um sistema.• Otimiza o desempenho, pois apenas o trecho de programa ativo é executado.• Baseado no Grafcet.

Passos IEC

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO FBD – Diagrama de Blocos Funcionais

• O FBD é uma linguagem gráfica que enfatiza o fluxo de sinais entre os elementos de diagramas de “circuitos”.

• Recomendada para uso com funções.• Nesta linguagem os blocos são interconectados entre si e separado por

networks semelhante a linguagem ladder.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO LD – Diagrama Ladder

• A linguagem LD é do tipo gráfico, baseado nos esquemas elétricos que representam contatos e bobinas interconectados, destacando o fluxo de energização entre os componentes.

• Sua notação é baseada em uma linha vertical à esquerda simbolizando um barramento energizado e outra linha paralela à direita representando o GND. Recomendada para intertravamentos.

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LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO ST – Texto Estruturado

• O ST é uma linguagem textual de alto nível baseada no Pascal.• Recomendada para uso de operações e programas complexos.• Linguagem mais flexível em relação as demais.• Permite o uso de comandos do tipo IF, CASE, WHILE (Comandos comuns em

programação).

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO IL – Lista de Instruções

• O IL é uma linguagem textual similar ao Assembly.• Linguagem considerada de baixo nível• Recomendada para pequenos trechos de programas que precisam ser

otimizados.• Execução dos comandos baseada no uso do Acumulador.

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO CFC – Gráfico Continuo de Funções

• O CFC é uma linguagem gráfica semelhante ao FBD, porém mais flexível na programação.

• Não usa o conceito de lógica, sendo os elementos posicionados de maneira livre

• Não faz parte das linguagens da norma, mas está presente no Software MasterTool IEC.