Automatismos e Autómatos

O que é um automatismo. Estrutura geral de um automatismo. Constituintes de um automatismo. Tecnologia cablada ou programada.

O autómato. Estrutura de um autómato programável. Funcionamento de um autómato. O que é um ciclo de programa. O que é um programa. O que é a linguagem de programação. A linguagem lista de instruções. A linguagem de contactos. Programar o autómato.

O que é um automatismo.O que é um automatismo.

Automatismo é todo o dispositivo eléctrico, electrónico, pneumático ou hidráulico capaz de por si só controlar o funcionamento de uma máquina ou processo.

Exemplos de automatismos: escadas rolantes, elevadores, portas automáticas, semáforos, linhas de montagem das fábricas, etc.

Estrutura geral de um automatismo.Estrutura geral de um automatismo.

Parte Operativa

Rede de distribuição (ac trifásica, ac monofásica, dc…)Engenho ou máquina (elevador, semáforo, escada rolante…)Accionadores (motores, lâmpadas, resistências…)

Parte Comando

Detectores (fins de curso, detectores de proximidade, células fotoeléctricas…)Tratamento de dados (autómatos programáveis, contactores auxiliares…)Diálogo Homem – Máquina (botoneiras, sinalizadores, teclados…)Comando de potência ou pré-accionadores (contactores electromagnéticos, relés…)

Estrutura geral de um automatismoEstrutura geral de um automatismo..Analogia com um veículo automóvel.Comparemos um automatismo com um automóvel.

Automóvel Automatismo

Veículo Máquina ou instalação

Olho do condutor Detector, captador de informações

Pedal acelerador Comando de potência, contactor

Motor Accionador

Combustível Energia, alimentação

Cérebro do condutor Sistema de tratamento, cálculo, decisão

Painel de instrumentos Diálogo Homem – máquina, visualização

Exem

plo

s de co

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Exem

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matism

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Uma cisternaInstalação

SensoresDetectoresfotoeléctricos

Actuador Motor

Comando de potência

Contactor

Sistema de processamento

Autómatoprogramável

Visualização Consola HMI

(Interface Homem – máquina)

Constituintes de automatismosConstituintes de automatismos A máquina ou a instalação

É o sistema que deve ser automatizado. Este sistema pode ser muito complexo como uma cadeia de fabrico, uma unidade de produção ou uma fábrica. É igualmente possível automatizar os equipamentos mais simples como os semáforos, um portão de garagem, uma piscina ou um sistema de irrigação.

Os sensores

Como o olho de um automobilista, um sistema automatizado deve possuir equipamentos que darão as informações sobre o seu ambiente. São os sensores:

•Sensores de nível•Sensores de temperatura•Sensores de passagem

Por exemplo, para a detecção de um automóvel numa portagem de auto-estrada, utilizaremos um sensor fotoeléctrico.

Constituintes de automatismosConstituintes de automatismos

Os accionadores

Os accionadores permitem efectuar as acções no sistema. São as bombas, os cilindros, os motores... 

O comando de potência ou pré-accionadores

Para transmitir a energia necessária aos accionadores e servir de intermediário com o sistema de tratamento de dados, são necessários equipamentos específicos, que são os sistemas de comando de potência: contactores, disjuntores, relés...

Constituintes de automatismosConstituintes de automatismos

Os sistemas de tratamento de dados

O cérebro da instalação é o sistema de tratamento de dados.Depois de realizado com a ajuda de relés e de contactores auxiliares, ele é agora composto de autómatos programáveis.

O diálogo Homem/Máquina

Todo o sistema automatizado deve ser vigiado ou controlado pelo homem. Para isso são necessários equipamentos tais como:

•Os botões•Os terminais de diálogo•Os ecrãs

Tecnologia cablada ou programadaTecnologia cablada ou programada

Características da tecnologia cablada

O funcionamento da instalação é definido pela cablagem entre os diferentes constituintes (relés, temporizadores, relógios...). Quanto mais complexa for a instalação, mais complexa é a cablagem.Para cada modificação de funcionamento, é necessário modificar a cablagem o que acarreta a paragem do processo de fabrico.

Tecnologia cablada ou programadaTecnologia cablada ou programada

Características da tecnologia programada

O funcionamento da instalação é definido por um programa executado de maneira cíclica por um autómato programável. Para cada modificação de funcionamento, basta modificar o programa. Não é necessário cablar uma nova temporização ou um novo relé auxiliar, é um programa que o substitui. Desta forma, a flexibilidade é grande e o custo final é baixo.Um só aparelho (PLC), sem cablagem entre os módulos, unicamente a ligação aos sensores (entradas do autómato), aos accionadores (saídas do autómato) e à alimentação.

Tecnologia cablada ou programadaTecnologia cablada ou programada Vantagens da tecnologia programada

Menos constituintes: O autómato programável substitui todos os relés auxiliares, os temporizadores ou os relógios: importante ganho de volume mas também mais fiabilidade pois não há peças mecânicas no cérebro do automatismo.As únicas ligações são: a alimentação do autómato, os sensores e os accionadores.

Mais flexibilidade: O programa é uma sucessão de instruções que se pode escrever e modificar facilmente com a ajuda de um terminal de programação. Pode mesmo duplicar o programa facilmente se precisar de realizar automatismos idênticos.

Mais fácil de testar e de reparar: Na face frontal do autómato geralmente encontram-se sinalizadores luminosos que sinalizam: o estado de funcionamento dos sensores (abertos ou fechados), o estado dos accionadores (em serviço ou parados), o estado de funcionamentodo autómato.

O autómato programável (AP) ou Controlador Lógico Programável (Programmable Logic Controller – PLC) utiliza-se no comando de circuitos de automatismos.É um equipamento electrónico, programado pelo utilizador, com funcionamento cíclico.

Há autómatos compactos (integram no mesmo bloco todos os elementos necessários ao seu funcionamento) e autómatos modulares (são constituídos por diversos módulos que se associam de forma a obter a configuração ideal para cada aplicação).

O AutómatoO Autómato

Estrutura de um autómato programávelEstrutura de um autómato programável

O bus serve para fazer a comunicação entre todas as partes no seu conjunto. É a ferramenta de diálogo interno do autómato.

Dados dos sensores

Dados para os actuadores

Programação

Estrutura de um autómato programávelEstrutura de um autómato programável

A unidade central ou processador

A unidade central chamada também de processador constitui o cérebro do autómato.É ela que:•Lê os valores dos sensores.•Executa o programa com os dados contidos na memória.•Escreve as saídas ligadas aos accionadores.

A memória

A memória do autómato contém o programa a executar mas também os dados utilizados por esse programa (valores de temporizadores, monoestáveis, contadores...). É o local onde são armazenadas todas as informações contidas no autómato. Sem memória, um autómato não pode funcionar.

Estrutura de um autómato programávelEstrutura de um autómato programávelA interface entrada/saída

A interface entrada/saída permite não só transferir para o autómato o estado dos sensores, mas também enviar as ordens para os accionadores, por exemplo os relés, os contactores...

A alimentação

Os autómatos podem ser alimentados a 24Vdc ou 230Vac. Quando são alimentados a 24Vdc a fonte e alimentação é externa. Quando a alimentação é de 230Vac são ligados directamente à rede eléctrica e têm uma fonte de alimentação interna

O módulo de comunicação

O autómato constitui o cérebro do automatismo, ele contém um programa que descreve as acções a efectuar. Esse programa realizado no computador, deve ser transferido para o autómato, é o trabalho deste módulo.Nalguns autómatos o módulo de comunicação é interno, ele só é visível pelo seu ligador.

Bits e WordsBits e WordsUm bit é a zona em memória que pode ter dois valores: 0 ou 1.

Uma word é a zona em memória que contêm um valor numérico. Ela é utilizada para reter uma duração de temporização, um valor de contagem...

A memória do autómato pode conter dados ou um programa.Ela pode ser de dois tipos: RAM ou ROM. A memória RAM pode ser escrita ou lida, a memória ROM só pode ser lida.

As entradas e saídas constituem as ligações físicas do autómato com o exterior. Para nós, são simples terminais de ligação mas para o autómato, é um sistema que:Transforma um sinal eléctrico num estado lógico (0 ou 1) para as entradas.Transforma um estado lógico (0 ou 1) num sinal eléctrico para as saídas.

Funcionamento do autómatoFuncionamento do autómato

PROCESSOSENSORES ACTUADORES

AUTÓMATO

PROGRAMÁVELVariáveis internas

Variáveis externasde entrada

(digitais ou analógicas)

Variáveis externasde saída(digitais ou analógicas)

Os sinais que o autómato recebe dos sensores, que fornecem as informações ao programa chamam-se variáveis externas de entrada.

Os sinais que o autómato fornece aos actuadores, que actuam sobre a parte operativa da instalação denominam-se variáveis externas de saída.

Os sinais que o autómato utiliza como resultado das operações aritméticas e lógicas efectuadas pelo programa, chamam-se variáveis internas.

Funcionamento do autómatoFuncionamento do autómato

Digitaistudo ou nada

(1 ou 0, ligado ou desligado)

Analógicas

(a variação é contínua)

Variáveis externas de entrada

Parte de comandopor exemplo um interruptor de fim de curso.

Parte de comandopor exemplo o valor fornecido por um sensor de temperatura.

Variáveis externas de saída

Parte de potênciapor exemplo um motor eléctrico.

Parte de potênciapor exemplo a regulação da velocidade de um motor.

O que é um ciclo de programa?O que é um ciclo de programa?Logo que executamos um programa, o autómato vai efectuar ciclicamente estas três fases:

Fase 1: Leitura do estado das entradasFase 2: Execução do programaFase 3: Activação ou desactivação das saídas

Ao terminar a Fase 3, o autómato volta à Fase 1 e assim sucessivamente.

O tempo de ciclo (scan) de um autómato, com leitura cíclica, corresponde ao tempo decorrido entre a leitura das entradas e a actualização das saídas.

O que é um programa?O que é um programa?Um programa é uma sucessão ordenada de instruções (numa linguagem que o autómato entenda) que indicam ao processador as operações a efectuar.Cada fabricante de autómatos utiliza as suas mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções).

Esquema eléctrico Exemplo de programa

Ler o estado de a Ler o estado de b Se a ou b fechar então acende sSe não apagar s

s

b

a

O que é a linguagem de programação?O que é a linguagem de programação?

O programa que vimos anteriormente deve ser escrito numa linguagem compreensível para o processador, é a linguagem de programação.

A linguagem de programação é uma linguagem reconhecida pelo processador do autómato graças à qual são descritas as instruções a efectuar.

Linguagens de programação mais utilizadas:

•Linguagem em lista de instruções (Instruction List – IL).

•Linguagem em diagrama de contactos (Ladder Diagram – LD)

A linguagem lista de instruçõesA linguagem lista de instruçõesLinguagem que consiste num conjunto de instruções representadas por mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções), que indicam as operações que o programa deve executar.

Exemplo:

Linha de programa

Programa

Instrução

Mnemónica

Operando

Linha 0Linha 1Linha 2

LD aOR bST s

LoadOUStore

LDORST

a (variável de entrada)

b (variável de entrada)

s (variável de saída)

As variáveis de entrada “a”, “b” e de saída “s” serão substituídas pelos códigos referentes às entradas e saídas dos respectivos autómatos.

s = a + b b

sa

A linguagem de contactosA linguagem de contactosAntes da tecnologia programada, existia (e ainda existe) a tecnologia cablada. Para que a mudança entre estas duas tecnologias fosse o menos complicada possível, foi criada uma linguagem próxima da cablagem eléctrica. Trata-se da linguagem de contactos.A linguagem de contactos gráficos é composta de contactos, de bobines e de ligações entre esses elementos.

Circuito eléctrico

Diagrama de contactos

Representam condiçõeslógicas de entrada

Contacto aberto

Contacto fechado

Representam condiçõeslógicas de saída

Bobina

Exemplo de linguagem de contactosExemplo de linguagem de contactos

Esquema eléctrico Programa Linguagem de contactos

Ler o estado de aLer o estado de bSe a ou b fechar então acende sSe não apaga s

Eis um exemplo simples de linguagem de contactos. As duas entradas do autómato ligadas sobre o botão a e b comandam a lâmpada ligada sobre uma saída s do autómato.

A linguagem de programação, linguagem de contactos, é a imagem de um esquema eléctrico.

a

b

s

Programar o autómatoProgramar o autómato

O computador é actualmente a forma mais utilizada para programar o autómato.

Utilizando o computador, os autómatos podem ser geralmente programados em diagrama de contactos ou em lista de instruções.Para esse efeito é necessário o software de programação e um cabo de comunicação para ligar o autómato ao computador. O software encarrega-se de efectuar a conversão da linguagem de contacto para a linguagem lista de instruções e vice-versa.

Textos e imagensretirados do site da Schneider Electrichttp://www.schneiderelectric.pt

Livro de apoioAutómatos ProgramáveisAntónio Franciscohttp://www.amsfrancisco.planetaclix.pt

Montagem técnica e pedagógicaLucínio Preza de Araújohttp://www.prof2000.pt/users/lpa