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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCOW DA FONSECA
CEFET-RJ DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR
SIMULAÇÃO DO CONTROLE E SUPERVISÃO DO TRATAMENTO DE ÁGUA DE UM PROCESSO INDUSTRIAL
Por: Camilla Emiliano Bastos da Silva Leandro Brêda Fernandes Trovão Walter Furtado da Silva Júnior
Professor Orientador: Alessandro Rosa Lopes Zachi
RIO DE JANEIRO 2006/1
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCOW DA FONSECA
CEFET-RJ DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR
SIMULAÇÃO DO CONTROLE E SUPERVISÃO DO TRATAMENTO DE ÁGUA DE UM PROCESSO INDUSTRIAL
Monografia elaborada segundo as exigências da disciplina
Projeto Final de Curso que habilita a graduação em
Engenharia Industrial Elétrica com ênfase em Eletrônica.
Por: Camilla Emiliano Bastos da Silva Leandro Brêda Fernandes Trovão Walter Furtado da Silva Júnior
Professor Orientador: Alessandro Rosa Lopes Zachi
RIO DE JANEIRO 2006/1
ii
CEFET-RJ DIRED / BIBCE
FICHA CATALOGRÁFICA 2. PROJETO FINAL (Graduação)
S586 Silva, Camilla Emiliano Bastos da Simulação do Controle e Supervisão do Tratamento de Água de um Processo Industrial / Camilla Emiliano Bastos da Silva, Leandro Brêda Fernandes Trovão, Walter Furtado da Silva Júnior. – 2006. xvi, 77f. + Anexos: ilustrações coloridas; tabelas; enc. Projeto Final (Graduação) Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, 2006. Bibliografia : f. 77
1.Água – Purificação 2.Abastecimento de água na indústria 3.Controladores programáveis 4.Redes de computadores – Protocolos. I. Título.
CDD 628.16
iii
DEDICATÓRIA
À Deus, por nos dar força, persistência e
saúde para enfrentarmos desafios e assim conquistá-los.
Aos nossos pais, pelos sacrifícios e privações
realizados para a nossa formação, pois acreditaram em nosso potencial.
Aos nossos irmãos, pela força e incentivo nos
momentos difíceis.
Às nossas namoradas e namorados, pelo carinho e compreensão em nossa ausência.
iv
AGRADECIMENTOS
Aos Mestres de Engenharia Alcindo Ferreira Filho
e Leonardo da Silva Araújo por toda a dedicação,
apoio e por todas as noites de estudos.
Aos Engenheiros Jorge Luiz dos Santos Bento,
Ricardo Albuquerque Caldas e Mário Madureira
por confiarem no nosso potencial.
Ao Projetista Mecânico Marcio Faria Trovão por
todo apoio, dedicação e soluções que nos foram
de grande valia neste projeto.
Ao Técnico em Eletrônica Walter Furtado da Silva
por todo apoio e suporte na realização deste
projeto.
Aos Técnicos Antônio Henrique Boy, José
Ricardo Leal, José Eduardo Chagas, Arthur de
Aquino Girão, Nailson Hunguinin, João Azarias
Baldovino Alemán, Carlos Alberto da Silva,
Camillo Martins e Paulo Henrique de Moura
v
À toda equipe RECAMIC MICHELIN, toda equipe RIOPOL e toda equipe KROMAV por toda a ajuda e incentivo para a realização desse trabalho. Aos Senhores Roberto Gois da ABB, Zenildo da CONAUT, Fernanda da ICOS FLUXO E NÍVEL, Eloi da CONSISTEC, Alex Américo da ECIL e Isaias Pedro da CONEXEL, pela colaboração em equipamentos e materiais doados. A todos aqueles que, contribuíram direta ou indiretamente para a elaboração deste trabalho, pelo incentivo constante e dedicação.
vi
SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................. 1
1.1 – CENÁRIO ATUAL ......................................................................................... 1
1.2 – OBJETIVO..................................................................................................... 1
1.3 – ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ................................................................. 2
2 – CONCEITOS BÁSICOS ................................................................................... 3
2.1 – CLP (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL)..................................... 3
2.1.1 – HISTÓRICO ............................................................................................... 3
2.1.2 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS............................................................. 4
2.1.3 – ESTRUTURA BÁSICA DE FUNCIONAMENTO......................................... 6
2.1.4 – PROGRAMAÇÃO DO CLP TWIDO............................................................ 8
2.1.4.1 – INTRODUÇÃO A LINGUAGEM TWIDOSOFT ........................................ 9
2.1.4.2 – OBJETOS DA PROGRAMAÇÃO DO TWIDOSOFT ............................. 11
2.1.4.3 – ENDEREÇAMENTO DE VARIÁVEIS.................................................... 13
2.1.4.4 – OBJETOS EM BLOCOS DE FUNÇÃO ................................................. 16
2.2 – SOFTWARE DE SUPERVISÃO E CONTROLE ELIPSE SCADA............... 20
2.2.1 – INFORMAÇÕES GERAIS ........................................................................ 20
2.2.2 – MODOS DE OPERAÇÃO......................................................................... 22
2.2.3 – CONFIGURAÇÃO .................................................................................... 23
2.2.4 – CONFIGURAÇÃO ON-LINE..................................................................... 24
2.2.5 – SUPERVISÃO E CONTROLE DE ESTAÇÕES A DISTÂNCIA ................ 24
2.2.6 – DRIVERS DE COMUNICAÇÃO E OPC ................................................... 25
2.2.7 – CONEXÃO ............................................................................................... 25
2.2.8 – INTERFACE GRÁFICA ............................................................................ 26
2.2.9 – LÓGICAS (SCRIPTS)............................................................................... 27
2.2.10 – ALARMES .............................................................................................. 28
2.2.11 – FERRAMENTAS DE DEPURAÇÃO....................................................... 28
2.2.12 – BANCO DE DADOS............................................................................... 29
2.2.13 – RELATÓRIOS ........................................................................................ 29
2.2.14 – CONFIGURAÇÃO EXIGIDA................................................................... 29
vii
2.3 – PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO MODBUS........................................... 30
2.3.1 – COMUNICAÇÃO ENTRE DISPOSITIVOS MODBUS .............................. 30
2.3.2 – MODOS DE TRANSMISSÃO SERIAL EM REDES MODBUS................. 31
2.3.3 – ENDEREÇAMENTO MODBUS................................................................ 33
2.3.4 – CÓDIGO DE FUNÇÃO MODBUS ............................................................ 33
2.3.4.1 – LEIA STATUS DE SAÍDA DISCRETA (READ COIL STATUS – CÓDIGO
DE FUNÇÃO 01) .................................................................................................. 34
2.3.4.2 – LEIA STATUS DE ENTRADA DISCRETA (READ INPUT STATUS -
CÓDIGO DE FUNÇÃO 02)................................................................................... 34
2.3.4.3 – LEIA STATUS DE SAÍDA ANALÓGICA (READ HOLDING REGISTERS
– CÓDIGO DE FUNÇÃO 03)................................................................................ 35
2.3.4.4 – LEIA STATUS DE ENTRADA ANALÓGICA (READ INPUT REGISTERS
– CÓDIGO DE FUNÇÃO 04)................................................................................ 35
2.3.4.5 – FORÇAR O STATUS DE UMA BOBINA (FORCE SINGLE COIL –
CÓDIGO DE FUNÇÃO 05)................................................................................... 36
2.3.4.6 – CONFIGURANDO UM ÚNICO REGISTRO (PRESET SINGLE
REGISTER – CÓDIGO DE FUNÇÃO 06) ............................................................ 36
2.3.4.7 – FORÇAR O STATUS DE MÚLTIPLAS BOBINAS (FORCE MULTIPLE
COILS – CÓDIGO DE FUNÇÃO 15).................................................................... 37
2.3.5.8 – CONFIGURANDO MÚLTIPLOS REGISTROS (PRESET MULTIPLE
REGISTERS – CÓDIGO DE FUNÇÃO 16) .......................................................... 37
2.3.5 – VERIFICAÇÃO DE ERRO MODBUS ....................................................... 37
2.3.5.1 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO DA PARIDADE (PARITY
CHEKING)............................................................................................................ 38
2.3.5.2 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO LRC (MODO ASCII)......... 38
2.3.5.3 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO CRC (MODO RTU) .......... 38
3 – BANCADA DE SIMULAÇÃO.......................................................................... 39
3.1 – COMPOSIÇÃO DA BANCADA ................................................................... 39
3.2 – DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DA BANCADA................................ 40
3.3 – PROGRAMA TWIDOSOFT ......................................................................... 41
3.4 – APLICATIVO DE SUPERVISÃO E CONTROLE NO ELIPSE SCADA........ 54
3.4.1 – DESCRITIVOS DE TELAS....................................................................... 55
3.5 – MANUAL DE OPERAÇÃO DA BANCADA.................................................. 61
viii
3.5.1 – PROCEDIMENTOS PARA POR A BANCADA EM OPERAÇÃO ............. 61
3.5.2 – VERIFICAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE PROCESSO............................... 61
3.5.3 – CONFIGURAÇÃO DO CLP PARA ATUAR NO MODO OPERACIONAL. 61
3.5.4 – CONFIGURANDO O SUPERVISÓRIO ELIPSE SCADA PARA ATUAR NO
MODO OPERACIONAL ....................................................................................... 65
3.5.2 – PROCEDIMENTOS PARA DESLIGAMENTO DA BANCADA ................. 67
4 – HISTÓRICO DA MONTAGEM E DIFICULDADES ENCONTRADAS ............ 68
4.1 – HISTÓRICO DA MONTAGEM .................................................................... 68
4.2 – DIFICULDADES ENCONTRADAS.............................................................. 72
4.2.1 – VÁLVULA SOLENÓIDE ........................................................................... 72
4.2.2 – BOMBA DE ÁGUA ................................................................................... 72
4.2.3 – CONTRA PORCA..................................................................................... 72
4.2.4 – TRANSMISSOR DE TEMPERATURA NÃO COMPATÍVEL COM PT100 73
4.2.5 – RESISTÊNCIA DE AQUECIMENTO........................................................ 73
4.2.6 – COMUNICAÇÃO MODBUS ENTRE O CLP E O SUPERVISÓRIO ......... 73
5 – CONCLUSÃO................................................................................................. 75
5.1 – COMENTÁRIOS GERAIS ........................................................................... 75
5.2 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 75
6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 77
7 – ANEXOS ........................................................................................................ 78
7.1 – LISTA DE MATERIAIS ................................................................................ 78
7.2 – DIAGRAMA ELÉTRICO .............................................................................. 80
7.3 – FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA............................................................. 81
7.4 – FOLHA DE DADOS (DATASHEETS).......................................................... 82
ix
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1 – Estrutura Básica de um CLP. ............................................................. 7
Figura 2.2 – Ciclo de Processamento dos CLP’s. .................................................. 8
Figura 2.3 – Programação em instrução lista. ...................................................... 10
Figura 2.4 – Programação em Diagrama Ladder. ................................................ 10
Figura 2.5 - Configuração do PID – Parâmetros Gerais. ...................................... 16
Figura 2.6 - Configuração do PID – Parâmetros de Entrada. ............................... 17
Figura 2.7 - Configuração do PID – Parâmetros do PID. ..................................... 18
Figura 2.8 - Configuração do PID – Parâmetros de Saída. .................................. 19
Figura 2.9 – Organizer (Organizador). ................................................................. 24
Figura 2.10 - Conexão com CLP. ......................................................................... 26
Figura 2.11 – Tela de desenvolvimento do Elipse................................................ 27
Figura 2.12 – Janela de Scripts............................................................................ 28
Figura 2.13 - Arquitetura de rede Modbus............................................................ 30
Figura 2.14 - Ciclo Pergunta-Resposta entre dispositivo Mestre-Escravo. .......... 31
Figura 2.15 - Rede industrial utilizando o protocolo Modbus................................ 31
Figura 2.16 - Seqüência dos bits usando paridade no modo ASCII. .................... 32
Figura 2.17 - Seqüência dos bits usando paridade no modo RTU. ...................... 32
Figura 2.18 - Modelo padrão de um frame Modbus. ............................................ 33
Figura 2.19 – Mensagem Modbus........................................................................ 33
Figura 3.1 – Fluxograma de Engenharia da Bancada. ......................................... 40
Figura 3.2 - RUNGS 0, 1 e 2 do programa do CLP. ............................................. 43
Figura 3.3 - RUNGS 3, 4 e 5 do programa do CLP. ............................................. 44
Figura 3.4 - RUNGS 6 e 7 do programa do CLP. ................................................. 45
Figura 3.5 - RUNGS 8 e 9 do programa do CLP. ................................................. 46
Figura 3.6 – RUNGS 10 e 11 do programa do CLP. ............................................ 47
Figura 3.7 – RUNGS 12, 13 e 14 do programa do CLP. ...................................... 48
Figura 3.8 – RUNGS 15, 16 e 17 do programa do CLP. ...................................... 49
Figura 3.9 – Gráfico Temperatura x Tempo – PID ativo. ...................................... 50
Figura 3.10 – RUNGS 18 e 19 do programa do CLP. .......................................... 51
Figura 3.11 – RUNGS 20, 21, 22 e 23 do programa do CLP. .............................. 52
x
Figura 3.12 – RUNGS 24, 25, 26, 27 e 28 do programa do CLP. ........................ 53
Figura 3.13 – Tela Inicial do Sistema de Supervisão e Controle. ......................... 56
Figura 3.14 – Tela Principal do Sistema de Supervisão e Controle. .................... 57
Figura 3.15 – Telas para acionamento e desligamento das válvulas ................... 57
Figura 3.16 – Tela de acionamento e desligamento da bomba............................ 58
Figura 3.17 – Tela de Temperatura do Tanque de Tratamento............................ 59
Figura 3.18 – Indicação de Nível e de Válvula Aberta/Fechada........................... 59
Figura 3.19 – Tela Créditos do Sistema de Supervisão e Controle...................... 60
Figura 3.20 – Iniciando o TwidoSoft. .................................................................... 62
Figura 3.21 – Abrindo o programa Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado. ............................................................................................... 62
Figura 3.22 - Botão “Connect”. ............................................................................. 63
Figura 3.23 – Carregando o programa para o CLP. ............................................. 63
Figura 3.24 – Colocando o CLP em Run.............................................................. 64
Figura 3.25 – Desconectando o CLP. .................................................................. 64
Figura 3.26 – Iniciando Elipse Scada. .................................................................. 65
Figura 3.27 – Abrindo aplicação Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado. ............................................................................................... 66
Figura 3.28 – Iniciando a Aplicação no Elipse Scada........................................... 66
Figura 4.1 – Montagem dos suportes................................................................... 68
Figura 4.2 – Parte estrutural e hidráulica. ............................................................ 69
Figura 4.3 – Parte hidráulica completa e conexão elétrica dos instrumentos....... 69
Figura 4.4 – Início da montagem do painel elétrico e suas conexões. ................. 70
Figura 4.5 – Painel Elétrico. ................................................................................. 70
Figura 4.6 - Teste e melhoria do Supervisório Elipse........................................... 71
Figura 4.7 – Bancada em plena operação. .......................................................... 71
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Operandos em instrução Booleana. ................................................ 12
Tabela 2.2 – Objetos em palavra. ........................................................................ 13
Tabela 2.3 – Formato para endereçamento de memórias internas...................... 14
Tabela 2.4 – Elementos no formato de endereçamento....................................... 14
Tabela 2.5 – Formato de extração de bit de uma palavra. ................................... 14
Tabela 2.6 – Formato de endereçamento de memórias internas constantes e de
sistema.......................................................................................................... 14
Tabela 2.7 – Endereçamento de memórias internas constantes e de sistema. ... 15
Tabela 2.8 – Formato de endereçamentos de entradas e saídas. ....................... 15
Tabela 2.9 – Formato para endereçar entradas e saídas analógicas. ................. 15
Tabela 2.10 – Funções mais utilizadas no protocolo Modbus.............................. 34
Tabela 3.1 - Mapa de memória do CLP. .............................................................. 42
Tabela 3.2 - Endereçamento dos TAG's no Elipse Scada.................................... 54
xii
LISTA DE ABREVIATURAS
A/D – Analógico para digital;
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;
AQ – Resistência de Aquecimento;
ASCII - American Standard Code for Information Interchange, Padrão Americano
de Codificação para Trocas de Informações;
CEP – Controle Estatístico de Processos;
CLP ou PLC – Controlador Lógico Programável;
CPU – Central Processing Unit, Unidade Central de Processamento;
CRC – Cyclical Redundancy Check, Verificação Redundante Cíclica;
D/A – Digital para analógico;
DAC – Cartão de Aquisição de Dados;
DAO - Data Access Objects, Objetos de Acesso aos Dados;
DDE – Dynamic Data Exchange, Troca de Dados Dinâmica;
E/S ou I/O – Entradas e saídas;
FL – Filtro;
HSH – Chave para abrir ou ligar através do software de supervisão;
HSL – Chave para fechar ou desligar através do software de supervisão;
IED – Intelligent Electronic Devices, Dispositivos Eletrônicos Inteligentes;
LAH – Alarme de Nível Alto;
LAL – Alarme de Nível Baixo;
LRC – Longitudinal Redundancy Check, Verificação Redundante Longitudinal;
LSH – Chave de Nível Alto;
LSL – Chave de Nível Baixo;
MB – Megabytes;
M-B – Motor de Bomba;
MMI, HMI ou IHM – Man Machine Interface, Interface Homem Máquina;
NEMA – National Electrical Manufacturers Association;
ODBC – Open Database Connectivity, Conectividade Aberta do Banco de Dados;
PID – Compensador Proporcional Integral Derivativo;
Pop-up – Tela que se abre sem que as outras precisem ser fechadas;
xiii
PWM – Pulse Width Modulate, Modulação por Largura de Pulso;
RAM – Random Access Memory, Memória de Acesso Aleatório;
RTU – Remote Terminal Units, Unidades Remotas Terminais;
RUNG – Linha do programa do Controlador Lógico Programável;
SDCD – Sistemas Distribuídos para Controle Digital;
Shutdown – Desligamento total do sistema.
SOE – Sequenciamento de Eventos;
T – Tanque;
TAG – Código de Identificação de instrumentos ou memórias internas;
TAH – Alarme de Temperatura Alta;
TI – Indicador de Temperatura;
TSH – Chave de Temperatura Alta;
TT – Transmissor de Temperatura;
XV – Válvula ON/OFF;
XY – Relé ou contatora atuando em uma válvula solenóide;
YY – Relé ou contatora;
ZLHL – Indicação de válvula aberta ou fechada;
xiv
RESUMO
Este projeto simulará o controle e a supervisão de um processo de
tratamento de água industrial, utilizando uma pequena planta pra tal simulação.
Serão utilizados um Controlador Lógico Programável (CLP) da família Twido
Telemechanique, do fabricante Schneider Electric, atual Merlin Gerin, e outros
tipos de equipamentos, tais como chaves de nível, termopar, transmissores de
temperatura, chave contatora, controle de temperatura, entre outros, também
utilizamos um microcomputador com o software de supervisão e controle Elipse
Scada como interface homem-máquina (IHM), para a visualização e operação do
processo, utilizando o protocolo de comunicação Modbus da Modicon.
xv
ABSTRACT
This project simulate the control and the supervision of a industrial water
treatment process, using a small plant for such simulation. It was used a
Programmable Logical Controller (PLC) of the Twido Telemechanique family, and
other types of equipment, such as: level switches, thermocouple sensor,
temperature transmitters, contactora, temperature control, among others, it was
also used a microcomputer with the supervision and control software Elipse Scada
as man-machine interface (MMI), for the visualization and process operation,
using Modicon Modbus communication protocol.
xvi
1 – INTRODUÇÃO
1.1 – CENÁRIO ATUAL
Com o advento de novas tecnologias e o mercado de trabalho cada vez
mais competitivo, o engenheiro deve possuir conhecimentos não apenas em sua
área, mas também de todas as etapas de um processo industrial. Devido ao
crescimento da automação industrial, desenvolvemos a bancada didática:
Simulação do Controle e Supervisão do Tratamento de Água de um Processo
Industrial.
Para o desenvolvimento deste projeto, foi feito o uso do Controlador Lógico
Programável (CLP) Telemecanique Twido, o Software de Supervisão e Controle
Elipse Scada e o protocolo de comunicação Modbus. Serão demonstrados os
passos utilizados para a elaboração do programa do CLP, do software de
Supervisão e Controle e os principais conceitos do protocolo de comunicação
Modbus.
1.2 – OBJETIVO
O objetivo desse projeto é de oferecer ao aluno de engenharia elétrica do
CEFET/RJ a oportunidade de ampliar e aprofundar seus conhecimentos na área
de automação industrial, o mesmo proporcionará um contato prático com os
instrumentos, equipamentos e softwares utilizados em sistemas automatizados no
âmbito industrial.
1
1.3 – ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
No capítulo 2 discute-se os conceitos básicos do Controlador Lógico
Programável, do software de programação do CLP (TwidoSoft), sobre o software
de Supervisão e Controle Elipse Scada e sobre o protocolo de comunicação
Modbus.
No capítulo 3 aborda-se a bancada de simulação, sua composição,
descrição do funcionamento, o programa do CLP, as telas do software de
Supervisão e Controle, e o manual de operação.
No capítulo 4 aborda-se o histórico da montagem da bancada e as
dificuldades encontradas durante a execução do projeto.
2
2 – CONCEITOS BÁSICOS
2.1 – CLP (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL)
Definição segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas): É
um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais.
Definição segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association):
Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o
armazenamento interno de instruções para implementações específicas, tais
como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para
controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou
processos.
2.1.1 – HISTÓRICO
O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente CLP, tem
revolucionado os comandos e controles industriais desde seu surgimento na
década de 70. Antes do surgimento dos CLPs as tarefas de comando e controle
de máquinas e processos industrias eram feitas por relés eletromagnéticos,
especialmente projetados para este fim [11].
O controlador programável nasceu praticamente dentro da indústria
automobilística americana, especificamente na Hydromic Division da General
Motors, em 1968, devido à grande dificuldade de se mudar a lógica de controle de
painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Estas mudanças
3
implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. A primeira geração de CLPs
utilizou componentes discretos como transistores e CIs com baixa escala de
integração.
Sob a liderança do engenheiro Richard Morley foi preparada uma
especificação que refletia os sentimentos de muitos usuários de relés, não só da
indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira. Nascia assim a
indústria de controladores programáveis, hoje com um mercado mundial estimado
em 4 bilhões de dólares anuais, que no Brasil é estimado em 50 milhões de
dólares anuais. Este equipamento foi batizado nos Estados Unidos como PLC
(Programmable Logic Controller), em português CLP (Controlador Lógico
Programável) e este termo é registrado pela Allen Bradley (fabricante de
CLPs).[11]
Hoje os CLPs oferecem um considerável número de benefícios para
aplicações industriais, que podem ressaltar numa economia que excede o custo
do próprio equipamento (CLP). As vantagens de sua utilização, comparados a
outros dispositivos de controle industrial, incluem: menor ocupação de espaço,
menor potência elétrica requerida, reutilização, e reprogramável, caso ocorram
mudanças de requisitos de controle, maior confiabilidade, fácil manutenção, maior
flexibilidade, satisfaz um maior número de aplicações, permite a interface através
de rede de comunicação com outros CLP’s e microcomputadores, maior facilidade
e rapidez na elaboração de projetos, entre outras.
Todas estas considerações mostram a evolução de tecnologia, tanto de
hardware quanto de software, o que permite o seu acesso a um maior número de
pessoas tanto nos projetos de aplicação de controladores programáveis quanto
na sua programação.
2.1.2 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Os CLP’s são microcomputadores de propósitos específicos dedicados
para o controle de processos. Esses dispositivos foram desenvolvidos para o
controle de sistemas com entradas e saídas binárias (de dois estados apenas:
ligado - desligado, alto - baixo, etc.); porém, hoje têm adquirido muitas outras
4
funções com alta confiabilidade, como é o caso de tratamento de sinais
analógicos, controle contínuo multi-variáveis, controle de posição de alta precisão,
etc. Algumas características mais relevantes são:
Caráter modular dos CLP's: permite adequar o controlador para qualquer
aplicação, já que o projetista especifica só o número e tipos de módulos que
precisa de acordo com o número de entradas, saídas e outras funções, que
requer o processo a ser controlado, adequando-se o controlador à aplicação.
Flexibilidade dada pela programação: podem ser aplicadas a qualquer tipo
de processo e facilmente modificadas, sem alterar a instalação.
Comunicação: cada fabricante possui redes de comunicação proprietárias
e possibilidades para comunicação com outros CLP's ou componentes como
inversores de freqüência, o que possibilita a distribuição de tarefas de controle e a
centralização das informações através de computadores, onde rodam aplicativos
de supervisão. Diversos meios físicos são possíveis, como fios trançados, fibras
ópticas ou ondas de rádio.
Redundância: quando o sistema assim o requer, são fornecidos módulos e
CPU's (Unidade Central de Processamento) redundantes (com mais de uma
CPU) que garantem uma altíssima confiabilidade de operação até nos processos
mais exigentes.
As linguagens de programação desenvolvidas são fundamentalmente
representadas de três formas: redes de contatos: similar aos esquemas elétricos
de relés e contatores; Blocos funcionais: similares aos esquemas elétricos de
circuitos digitais (AND, OR, XOR, etc.), Lista de instruções mnemônicas: similares
aos programas escritos em assembler.
Os CLP's nasceram para substituir relés na implementação de
intertravamentos (lógicas de controle para atuação nos equipamentos) e controle
seqüencial, se especializando no tratamento de variáveis digitais. É caracterizado
por: fornecimento via projeto de integração, sistema divido em diversas CPU's de
CLP's a fim de obter melhor performance em aplicações críticas. Redundância
5
proporcionada pela duplicação de cartões de E/S (entrada/saída), fontes e CPU's,
redes de comunicação antes proprietárias, agora buscam obedecer a padrões
internacionais. Uso recente de fibras óticas, total liberdade de escolha de
parceiros de equipamentos e engenharia, programação de supervisório (software
de supervisão e controle) independente da programação do CLP, as variáveis
devem ser definidas duas vezes, na base de dados do supervisório e no
programa do CLP, tecnologia em geral aberta, muito eficiente no tratamento de
variáveis discretas com poder e flexibilidade crescentes no tratamento de
variáveis analógicas, hardware e software padrões de mercado, custos globais
baixos quando comparado a SDCD (Sistemas Distribuídos para Controle Digital).
2.1.3 – ESTRUTURA BÁSICA DE FUNCIONAMENTO
O controlador programável tem sua estrutura baseada no hardware de um
computador, tendo, portanto, uma unidade central de processamento (CPU),
interfaces de entrada e saída e memórias. A figura 2.1 ilustra a estrutura básica
de um CLP.
As principais diferenças em relação a um computador comum estão
relacionadas à qualidade da fonte de alimentação, que possui características
ótimas de filtragem e estabilização, interfaces de E/S imune a ruídos e um
invólucro específico para aplicações industriais. Possuem também um terminal
usado para programação do CLP.
Dentre as partes integrantes desta estrutura temos: CPU, memória, E/S
(Entradas e Saídas), terminal de Programação.
6
Figura 2.1 – Estrutura Básica de um CLP.
Os sinais de entrada e saída dos CLP’s podem ser digitais ou analógicas.
Existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adequam as
necessidades do sistema a ser controlado. Os módulos de entrada e saídas são
compostos de grupos de bits, associados em conjunto de oito bits (um byte) ou
conjunto de dezesseis bits, de acordo com o tipo da CPU. As entradas analógicas
são módulos conversores A/D, que convertem um sinal de entrada em um valor
digital, normalmente de 12 bits (4096 combinações). As saídas analógicas são
módulos conversores D/A, ou seja, um valor binário é transformado em um sinal
analógico.
Os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador e a cada
ciclo (varredura) todos esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de
memória interna (denominada memória imagem de entrada). Estes sinais são
associados entre si e aos sinais internos. Ao término do ciclo de varredura, os
resultados são transferidos à memória imagem de saída e, então, aplicados aos
terminais de saída. Este ciclo é ilustrado na figura 2.2.
7
Figura 2.2 – Ciclo de Processamento dos CLP’s.
2.1.4 – PROGRAMAÇÃO DO CLP TWIDO
O Controlador Lógico Programável utilizado neste projeto é o
Telemecanique Twido do fabricante Schneider Electric, atual Merlin Gerin.
Este CLP usa o TwidoSoft (versão 3.2), que é um software de
desenvolvimento em ambiente gráfico, para criação, configuração e manutenção
dos controladores desta família.
Este software foi desenvolvido para o sistema operacional Windows (32-bit)
utilizados em computadores pessoais (PC). Os sistemas operacionais no qual o
TwidoSoft pode operar são: Microsoft Windows 98 Segunda Edição, Microsoft
Windows 2000 Professional e Microsoft Windows XP.
As principais características do TwidoSoft são:
• Interface com o usuário padrão Windows,
• Programação e configuração de controladores Twido,
• Controle e comunicação.
A configuração mínima do computador para utilizar o TwidoSoft é:
8
• Pentium 300MHz,
• 128 MB de memória RAM,
• 40 MB de espaço livre no disco rígido.
Conforme será visto no decorrer desta monografia, a especificação do
computador utilizado é inferior ao que o software relata como plataforma mínima
de processamento.
2.1.4.1 – INTRODUÇÃO A LINGUAGEM TWIDOSOFT
Um Controlador Lógico Programável lê entradas, escreve nas saídas e
resolve lógicas baseadas em um programa de controle. Criar um programa de
controle para um controlador Twido consiste em escrever uma série de instruções
em uma linguagem de programação.
Antes de iniciar a programação do CLP se faz necessário configurar no
próprio TwidoSoft qual será a CPU (Base Controller) utilizada e qual será o
protocolo de comunicação entre o CLP e o computador, e os cartões de entrada e
saída (analógicos ou digitais) adicionais se forem utilizados. Para o este projeto,
utilizou-se a CPU TWDLCA24DRF, o protocolo de comunicação é o MODBUS, e
o cartão de entradas e saídas analógicas adicional TWDAMM3HT (2 entradas e 1
saída).
As seguintes linguagens podem ser usadas para criar um programa de
controle para o Twido: linguagem em Instrução Lista e diagramas em Ladder.
Instruções em lista: consiste em uma série de instruções que serão
executadas seqüencialmente pelo controlador. A figura 2.3 ilustra um exemplo de
uma programação em instrução lista:
9
Figura 2.3 – Programação em instrução lista.
Diagrama Ladder: São similares aos diagramas lógicos, que representam
circuitos lógicos de controle, utilizando elementos gráficos como bobinas, contatos
e blocos que representam instruções. A programação em diagrama Ladder foi à
utilizada para o desenvolvimento do projeto. A figura 2.4 ilustra um exemplo de
programação em diagrama Ladder:
Figura 2.4 – Programação em Diagrama Ladder.
10
2.1.4.2 – OBJETOS DA PROGRAMAÇÃO DO TWIDOSOFT
Os objetos palavra (Word) e bit são válidos se estiverem alocados na
memória do controlador. Para isso, eles precisam ser usados em uma aplicação
antes de serem carregados para o controlador.
Objetos em bit: São variáveis usadas como operandos e testadas por
instruções Booleanas. Existem cinco tipos de objetos em bits neste programa, são
eles: bits de Entrada/Saída, bits internos (bits de memória), bits de sistema, bits
de passo, bits extraídos de palavras.
Abaixo segue a tabela 2.1 que descreve todos os principais objetos em bit
que são usados como operandos em instruções booleanas:
11
Tipo Descrição Endereço ou Valor Valores Imediatos 0 ou 1 (Verdadeiro ou Falso) 0 ou 1
Entradas/Saídas
Esses bits são as “imagens lógicas” dos estados
elétricos das entradas ou saídas. Eles são
armazenados na memória e atualizados durante cada scan do programa do CLP
%Ix.y.z %Qx.y.z
Memória Interna
São usadas para armazenar valores intermediários
enquanto um programa está sendo executado
%Mi
Sistema
De %S0 até %S127 que monitoram a operação
correta do controlador e a correta execução do
programa
%Si
Blocos de Função
Corresponde as saídas dos blocos de função.
Essas saídas podem ser diretamente conectadas ou
usadas como um objeto
%TMi.Q (Temporizadores) %Ci.P (Contadores)
Entre outros
Blocos de Função Reversíveis
Blocos de funções programados usando
programação reversível. E, D, F, Q, TH0, TH1
Extraídos de Palavras Um dos 16 bits em algumas palavras pode ser extraído
como um bit operando Variável
Etapas Grafcet
Bit de etapa é ativado quando uma etapa
correspondente estiver ativo, e desativado quando a etapa
correspondente estiver desativada
%Xi
Tabela 2.1 – Operandos em instrução Booleana.
Em cada determinado tempo, o programa do CLP verifica os estados das
entradas e saídas do controlador.
Objetos em Palavra (Word): Objetos em palavra são endereçados no
formato de palavras de 16 bits que são armazenadas na memória e podem conter
12
um valor inteiro entre -32768 e 32767 (exceto para as funções de contadores
rápido que ficam entre 0 e 65535). A tabela 2.2 lista os objetos em palavra.
Palavra Descrição
Valores Imediatos
São valores inteiros que tem o mesmo formato 16 bits, que são associados diretamente para
essas palavras. Podem estar na base 10 (decimal) ou na base
16 (hexadecimal).
Memória Interna (palavras internas)
Usadas para operações com dados na memória. Os endereços vão de %MW0 até %MW255 e são lidas e escritas diretamente
no programa.
Constantes
São constantes numéricas ou alfanuméricas. Eles podem ser modificados pelo programador
durante a configuração. Elas vão de %KW0 até %KW63 e são memórias que só podem
ser lidas.
Sistema
Tem as seguintes funções: • Prover acesso aos dados que chegam
diretamente para o controlador para leitura;
• Ajustar operações do programa (por exemplo: ajustar blocos contadores).
Blocos de Função Correspondem aos parâmetros ou valores dos blocos de função.
Entradas/Saídas Analógicas São os valores que são adquirido ou enviados
nos módulos de entrada/saída analógica (%IWi.j, %QWi.j).
Bits Extraídos
O programador pode extrair um determinado bit de uma palavra, por exemplo: %MWi:Xk, onde k é o bit ao qual o programador quer
extrair da palavra.
Tabela 2.2 – Objetos em palavra.
2.1.4.3 – ENDEREÇAMENTO DE VARIÁVEIS
Endereçamento de Objetos em Bit: A tabela 2.3 ilustra o formato do
endereço de memórias internas e de sistema:
13
% M,S i
Símbolo Tipo do Objeto Número
Tabela 2.3 – Formato para endereçamento de memórias internas.
A tabela 2.4 descreve os elementos no formato de endereçamento:
Grupo Item Descrição Símbolo % Sempre precede as variáveis do
software. Tipo do Objeto M Memória Interna.
S Memória de Sistema. Número I Número índice da memória.
Tabela 2.4 – Elementos no formato de endereçamento.
A tabela 2.5 descreve os elementos no formato de endereçamento
extraindo bits da palavra
% PALAVRA:X k
Símbolo Endereço da palavra Posição do bit (0-15)
Tabela 2.5 – Formato de extração de bit de uma palavra.
Endereçamento de Objetos em Palavra: A tabela 2.6 ilustra o formato do
endereço de memórias internas, constantes e de sistema:
% M,K ou S W i
Símbolo Tipo de Objeto Formato Número
Tabela 2.6 – Formato de endereçamento de memórias internas constantes
e de sistema.
A tabela 2.7 lista o endereçamento de objetos em palavras.
14
Grupo Item Descrição
Símbolo % Sempre precede as variáveis do software.
Tipo do Objeto M Memória Interna.
K Constantes (só podem ser alteradas pelo programador).
S Memória de Sistema. Formato W Palavra de 16 bits Número I Número índice da memória.
Tabela 2.7 – Endereçamento de memórias internas constantes e de
sistema.
Endereçamento de Entradas e Saídas: Cada ponto de entrada/saída na
configuração do controlador Twido possui um endereço único. Por exemplo, o
endereço “%I0.0.4” é designado para a entrada 4 do controlador.
A tabela 2.8 ilustra o formato do endereço de entradas e saídas:
% I,Q x. y. z
Símbolo Tipo de Objeto Posição do Tipo
E/S
Numero do Contador Canal
Tabela 2.8 – Formato de endereçamentos de entradas e saídas.
A tabela 2.9 ilustra o formato para endereços de entradas e saídas
analógicas:
% I,Q W x. y.
Símbolo Tipo de Objeto Formato Posição do Tipo E/S Controlador
Tabela 2.9 – Formato para endereçar entradas e saídas analógicas.
15
2.1.4.4 – OBJETOS EM BLOCOS DE FUNÇÃO
Os objetos em blocos de função correspondem aos blocos contadores,
temporizadores, funções matemáticas, funções lógicas e PID. Porém, no bloco
PID é preciso configurá-lo antes de utilizá-los como bloco de função.
Configurando o PID – Compensador Proporcional Integral e Derivativo
Para configurar o bloco PID são necessárias quatro fases distintas:
• Aquisição dos dados, que contempla a medida dos sensores do processo;
• Setpoint (variável interna, definida pelo programador);
• Execução do algoritmo regulador do PID;
• Envio para a saída do controlador, adaptada segundo as características do
atuador (PWM – Pulse Width Modulate ou saída analógica)
Configuração do PID – Parâmetros Gerais
Figura 2.5 - Configuração do PID – Parâmetros Gerais.
16
Campos para a configuração:
PID Number – Define o número do PID que está sendo configurado.
Operation Mode – Modo que o PID está operando.
Configuração do PID – Parâmetros de Entrada
Figura 2.6 - Configuração do PID – Parâmetros de Entrada.
Campos para a configuração:
Measure – Variável que será utilizada como variável de entrada.
17
Conversion – Habilita o PID a converter o valor mínimo e máximo de
entrada diferentes dos configurados em seu cartão analógico.
Alarms – Habilita a associação de alarmes (alto e baixo) a variáveis do
CLP.
Configuração do PID – Parâmetros do PID
Figura 2.7 - Configuração do PID – Parâmetros do PID.
Campos para a configuração do PID:
Setpoint – Valor em que o controlador deve manter o processo (por
exemplo manter a temperatura em 50º Celsius).
18
Parameters – Parâmetros do PID, isto é, os ganhos do compensador
proporcional (Kp), integral(Ti) e derivativo(Td).
Sampling Period – Período de amostragem (atualização) do PID.
Configuração do PID – Parâmetros de Saída
Figura 2.8 - Configuração do PID – Parâmetros de Saída.
Campos para a configuração do PID:
Action – Define o tipo de ação do PID, as opções são: direta, reversa ou
com endereço de bit.
19
Limits – Limita a saída do PID em um valor mínimo e máximo.
Output Analog – Associa a saída do PID à uma variável ou saída analógica
(%IW ou %MW).
Output PWM – Habilita a ação do PWM e associa a saída do PID à uma
variável ou saída discreta (%I ou %M).
2.2 – SOFTWARE DE SUPERVISÃO E CONTROLE ELIPSE SCADA
O Software de Supervisão e Controle (supervisório) Elipse é de
propriedade da Elipse Software Inc., que é uma empresa brasileira estabelecida
há mais de 10 anos no mercado, desenvolvendo soluções em software para
automação e interfaces para os mais variados sistemas.
A função do supervisório é visualizar e controlar o processo à distância, por
meio de uma interface homem-máquina (IHM) e um protocolo de comunicação,
estão presentes nas salas ou estações de controle de plataformas petrolíferas,
indústrias, subestações, entre outras.
No Brasil o software da Elipse é utilizado pelas principais indústrias, nos
mais diversos ramos de atividades. No mercado internacional a Elipse Software
conta com representantes em diversos países, distribuindo e divulgando software
brasileiro, com qualidade, disponível em quatro línguas: inglês, espanhol e
alemão e português.
2.2.1 – INFORMAÇÕES GERAIS
Disponível em todas as plataformas da Microsoft Windows (atuais), o
software Elipse SCADA é uma ferramenta para a criação e execução de
aplicativos de supervisão e controle de processos de qualquer tipo. Através da
coleta de informações de qualquer equipamento externo, pode-se apresentar
dados em tempo real e de forma gráfica ao operador, tratando estas informações
de várias maneiras, como armazenamento histórico, geração de relatórios,
conexão remota, dentre outras possibilidades.
20
O software Elipse pode ser utilizado em vários tipos de aplicações, desde o
chão de fábrica, passando por sistemas de segurança, até automação predial, por
tratar-se de uma ferramenta para criação de interfaces gráficas que permite a
comunicação com qualquer equipamento de mercado, sendo uma das melhores
escolhas para qualquer projeto de supervisão e controle, se destacando nas
áreas de sistemas elétricos (CEEE, CESP e Elektro), automação predial (Banco
Itaú de São Paulo), química e petroquímica (Dupont, Gessy Lever, Petrobras,
Alcoa, entre outras), alimentos (Avipal, Sadia, Perdigão, Nestlé, Batavo, entre
outras) e indústrias automobilísticas (Ford, Fiat, Volkswagen, GM, Mercedes e
Recapagem Michelin) [10].
O Elipse Scada está disponível em quatro versões. Estas versões se
diferenciam na sua funcionalidade, cada uma acrescentando recursos em relação
a versão anterior. A seguir podemos observar as características de cada versão:
Versão View: É indicada para aplicações simples, como por exemplo, uma
interface com o operador para monitoração de acionamentos. As informações
recebidas pelo View estão disponíveis também para outras aplicações que
possam trabalhar com DDE (Dynamic Data Exchange). Essa é a versão que foi
utilizada para desenvolver o projeto.
Neste módulo estão disponíveis: Funções de monitoramento e controle;
Comunicação com CLP’s via drivers DLL, inclusive em blocos; Objetos de tela
para a produção de interfaces, como por exemplo, botões, medidores (gauges),
caixas de texto, gráficos de barra e tendências, imagens, animações, alarmes e
outros; importação de imagens de editores gráficos, como por exemplo, Corel
Draw! e Microsoft Paint; Alarmes; controle de acesso através de lista de usuários
(autenticações); servidor DDE; programação e automação de processos através
da sua exclusiva linguagem de programação baseada em scripts, o Elipse Basic
(que falaremos mais tarde); servidor de aplicações remotas.
Versão MMI (Man Machine Interface): Esta versão é indicada para
aplicações de médio porte, onde é necessário armazenamento de dados,
tratamento de informações e criação de relatórios complexos. Nesta versão estão
21
disponíveis além das características da versão View, as seguintes: Históricos,
receitas e relatórios; Suporte a CEP (Controle Estatístico de Processos); Novos
objetos de tela: Browser e Alarmes tipo Histórico; Resumo de alarmes em disco.
Versão Professional (PRO): É indicada para aplicações de qualquer porte,
que envolvam comunicação de rede, seja local ou remota ou ainda que
necessitem de troca de informações entre bancos de dados. A versão
Professional possui, além de todas as características da versão MMI, as
seguintes funções: suporte a ODBC (Open Database Connectivity); suporte a
DAO (Data Access Objects); suporte a DDE (Dynamic Data Exchange) e NetDDE,
com servidor e cliente; age como servidor e também cliente de aplicações
remotas.
Versão Power: Especialmente desenvolvida para a supervisão de
subestações e sistemas elétricos. Permite conexão em IED (Intelligent Electronic
Devices) e RTU (Remote Terminal Units) através de qualquer protocolo de
comunicação, inclusive IEC870-5/DNP3.0. Utiliza base de tempo real local,
permitindo sequenciamento de eventos (SOE) com precisão de 1 ms e
oscilografia, transparência e visualização de formas de onda, tanto em estações
locais com sistemas telesupervisionados.
2.2.2 – MODOS DE OPERAÇÃO
O Elipse Scada possui três módulos para sua operação: Configurador,
Runtime e Master. O módulo ativo é definido a partir de um dispositivo de
proteção (hardkey) que é acoplado ao computador. Enquanto que os módulos
Configurador e Master foram especialmente desenvolvidos para a criação e o
desenvolvimento de aplicativos, o módulo Runtime permite apenas a execução
destes. Neste módulo não é possível qualquer alteração no aplicativo por parte do
usuário.
Na ausência do hardkey, o software pode ainda ser executado em modo
Demonstração (DEMO). Como não necessita do hardkey, o modo Demo pode ser
utilizado para a avaliação do software. Ele possui todos os recursos existentes no
módulo Configurador, com exceção de que trabalha com um máximo de vinte tags
22
(variáveis de processo) e permite a comunicação com equipamentos de aquisição
de dados por até duas horas. Neste modo, o software pode ser livremente
reproduzido e distribuído.
Os módulos Runtime e Master estão também disponíveis em versões Lite
que possuem as mesmas características, porém são limitadas em número de
tags: Lite 75 com setenta e cinco tags e Lite 300 com trezentos tags.
2.2.3 – CONFIGURAÇÃO
O Elipse SCADA apresenta uma maneira muito simples e fácil para a
criação, organização e documentação dos aplicativos chamada Organizer (Árvore
do Aplicativo).
Através do Organizer o usuário tem acesso a todos os elementos do
sistema navegando em uma árvore hierárquica que fornece uma visão geral do
aplicativo, “organizando” naturalmente o trabalho de configuração e
documentação do mesmo. Essa árvore hierárquica está ilustrada na figura 2.9.
23
Figura 2.9 – Organizer (Organizador).
2.2.4 – CONFIGURAÇÃO ON-LINE
O usuário pode modificar qualquer parâmetro interno ou externo da
aplicação em tempo de execução, pois todos os atributos de objetos são abertos
ao usuário, desde um limite de alarme ou nome de arquivos até a cor e posição
de um objeto na tela. Existe também a possibilidade de edição do aplicativo
através da ferramenta de configuração on-line, onde se pode modificar o
aplicativo sem a necessidade de interromper a execução do mesmo.
2.2.5 – SUPERVISÃO E CONTROLE DE ESTAÇÕES A DISTÂNCIA
O Elipse Scada fornece soluções para conexão com outras aplicações via
qualquer meio físico, seja uma INTRANET (via protocolos TCP/IP ou IPX/SPX),
INTERNET, via linha discada baseando-se no conceito de Aplicações Remotas,
24
onde os dados de uma aplicação qualquer (servidor) são acessados por um
cliente, que poderá realizar a leitura e escrita de qualquer parâmetro.
2.2.6 – DRIVERS DE COMUNICAÇÃO E OPC
A Elipse conta hoje com mais de duzentos drivers para comunicação com
os equipamentos mais utilizados no mercado. No Elipse Scada não há limitações
lógicas de números de equipamentos ou drivers de comunicação, sendo que uma
mesma aplicação pode conter vários tipos de conexões, através de portas seriais,
Ethernet, modem ou outras redes específicas. O Elipse atua, ainda, com cliente
OPC de qualquer servidor OPC padrão. A configuração é simples, podendo-se
acessar diretamente toda base de dados do servidor.
2.2.7 – CONEXÃO
Existem várias maneiras de se trocar informações com qualquer
equipamento de aquisição de dados, tais como CLP’s (Controladores Lógicos
Programáveis), DAC’s (Cartões de Aquisição de Dados), RTU’s (Unidades
Remotas), controladores e outros tipos de equipamentos.
Conexão Remota com CLP:
Além disso, os drivers desenvolvidos pela Elipse Software também
oferecem a possibilidade de comunicação via linha discada ou rádio-modem com
qualquer CLP de mercado que possua interface serial RS232/RS485, com
tratamento automático da conexão, o que o torna versátil em aplicações de
telemetria e acesso remoto. Caso o equipamento remoto (CLP) possua
capacidade de discagem, os drivers também estão prontos para receber ligações,
a fim de serem informados sobre eventos específicos, como por exemplo uma
ocorrência de alarme.
25
Figura 2.10 - Conexão com CLP.
2.2.8 – INTERFACE GRÁFICA
A criação da interface com o usuário é feita de maneira simples e rápida.
Estão disponíveis recursos como animações, displays, gráficos de tendência de
vários tipos (linhas, área, barras, XY), botões, etc…, que são ligados diretamente
com as variáveis de campo (Tags). Também podem ser utilizados desenhos de
qualquer editor gráfico. Além disso, o Elipse SCADA conta com uma biblioteca
gráfica de desenhos mais utilizados, de modo a facilitar a criação de sinópticos.
O usuário ainda pode escolher entre utilizar o mouse, teclado ou
touchscreen para acessar as telas de supervisão. A figura a seguir ilustra a Tela
de desenvolvimento do Elipse com suas funções básicas descritas.
26
Figura 2.11 – Tela de desenvolvimento do Elipse.
2.2.9 – LÓGICAS (SCRIPTS)
A fim de promover maior flexibilidade e possibilitar a realização de tarefas
mais complexas, o usuário pode lançar mão de uma linguagem de programação
interativa, que utiliza a maioria dos recursos de linguagens de alto nível como o
Visual Basic ou Visual C++. A linguagem utilizada, chamada Elipse Basic, permite
definir lógicas ou criar sequências de atitudes através de funções específicas.
Os Scripts são orientados a eventos, sendo que serão executados
mediante a especificação de um acontecimento, como o pressionar de uma tecla,
a mudança de uma variável ou ainda a cada intervalo regular de tempo, dentre
outros eventos. Para auxiliar a construção dos scritps, o App Browser permite
navegar pela aplicação, copiando automaticamente qualquer função, atributo ou
propriedade que se deseja sem a necessidade de digitação.
27
Figura 2.12 – Janela de Scripts.
2.2.10 – ALARMES
A Estrutura de alarmes do Elipse SCADA permite ao usuário definir até 999
níveis de prioridade e quatro intervalos de atuação para cada alarme, além de
possibilitar a associação de diferentes tarefas a cada um deles. O usuário pode
também, em execução, alterar limites, habilitar/desabilitar e/ou modificar as
mensagens dos alarmes. O objeto de visualização de alarmes permite a
monitoração em tempo real dos mesmos, podendo mostrar tanto os alarmes
ativos quanto os já reconhecidos. Há também a possibilidade da separação de
alarmes por grupos, com a gravação dos dados em arquivos separados.
2.2.11 – FERRAMENTAS DE DEPURAÇÃO
Para facilitar o processo de depuração, durante a criação de aplicativos,
existem as ferramentas de informações sobre o sistema, como o WatchWindow e
ScriptWindow, que informam sobre o estado de qualquer componente do sistema
e da execução de cada uma das tarefas ou processos.
28
2.2.12 – BANCO DE DADOS
A integração com qualquer base de dados é muito simples através de
recursos ODBC (Open Data Base Connectivity) e DAO (Data Acess Objects).
Wizards auxiliam no processo de conexão de uma base de dados qualquer,
dentre elas SQL Server, Access, Oracle e DBase. Ainda é possível a integração
com sistemas corporativos (ERP) como o SAP.
2.2.13 – RELATÓRIOS
Pode-se criar qualquer tipo de relatório seja em modo gráfico, texto ou
formatado pelo usuário. Para a impressão, podem ser realizados filtros por tempo
(todos os dados, data inicial e final ou últimos “x” períodos) ou por intervalos de
dados. Os relatórios podem ser impressos automaticamente utilizando dados
históricos e/ou de tempo real. Contam também com um exclusivo sistema de
impressoras, permitindo a impressão dos dados em dispositivos diferentes.
2.2.14 – CONFIGURAÇÃO EXIGIDA
Configuração Mínima:
• Pentium 100 Mhz;
• 30 Mb de espaço em disco;
• 16 MB RAM, Monitor VGA;
• Windows 95;
• 1 porta paralela e mouse (para configuração).
Configuração Recomendada:
• Pentium 233 Mhz ou superior;
• 30 Mb de espaço em disco;
• 64 MB RAM;
• Monitor SVGA;
• Windows NT;
• 1 porta paralela e mouse (para configuração).
29
2.3 – PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO MODBUS
Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de
automação industrial. Criado em 1979 pela Modicon Industrial Automation
Systems, é um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de Controladores
lógicos programáveis (CLP).
Normalmente utilizado sobre conexões seriais padrão RS-232, RS-485 e
em aplicações de redes industriais como por exemplo, TCP/IP sobre Ethernet. O
Modbus é um protocolo aberto, por esta razão é uma das soluções de rede mais
baratas a serem utilizadas em automação industrial.
Abaixo temos um exemplo de uma arquitetura de rede modbus:
Figura 2.13 - Arquitetura de rede Modbus. [1]
2.3.1 – COMUNICAÇÃO ENTRE DISPOSITIVOS MODBUS
O Protocolo Modbus é baseado em um modelo de comunicação Mestre-
Escravo (Master-Slave). A figura 2.14 ilustra o ciclo de pergunta-resposta entre
dispositivo Mestre-Escravo.
30
Figura 2.14 - Ciclo Pergunta-Resposta entre dispositivo Mestre-Escravo.
O Mestre pode dirigir-se aos Escravos individualmente (Unicast Mode),
neste modo os Escravos respondem às perguntas que são dirigidas a eles
individualmente ou iniciar uma mensagem de transmissão a todos os Escravos
(Broadcast Mode), neste modo enquanto um dispositivo escravo responde ao
mestre, os outros aguardam a sua vez.
PLC
4 – 20 mA Protocolo Modbus
Elipse (Mestre)
Instrumentos no campo
Figura 2.15 - Rede industrial utilizando o protocolo Modbus.
2.3.2 – MODOS DE TRANSMISSÃO SERIAL EM REDES MODBUS
O modo de transmissão define o formato dos bits em uma mensagem
transmitida através da rede, como a informação contida nesta mensagem será
“empacotada” para ser transmitida e como ela será decodificada.
31
Redes padrão Modbus fornecem dois modos de transmissão: Modo ASCII
(American Standard Code for Information Interchange) e Modo RTU (Remote
Terminal Unit)
No modo ASCII o formato para cada byte (10 bits) é o seguinte:
Figura 2.16 - Seqüência dos bits usando paridade no modo ASCII. [2]
No modo RTU a transmissão de dados é melhor do que a ASCII devido a
compressão dos dados. O formato para cada byte (11 bits) é o seguinte:
Figura 2.17 - Seqüência dos bits usando paridade no modo RTU. [2]
Em qualquer um dos modos de transmissão (ASCII ou RTU), uma
mensagem Modbus é situada pelo dispositivo que transmite, em um frame
(enquadramento) que tem um começo e um final conhecidos.
32
Figura 2.18 - Modelo padrão de um frame Modbus. [2]
2.3.3 – ENDEREÇAMENTO MODBUS
O campo de endereço de uma mensagem contém dois caracteres (ASCII)
ou oito bits (RTU). Os endereços de Escravo válidos estão na escala de 0 – 247
decimal (F7HEX).
Figura 2.19 – Mensagem Modbus. [2]
Um dispositivo Mestre endereça um Escravo situando o endereço do
Escravo no campo endereço da mensagem. Quando o Escravo envia sua
resposta, situa seu próprio endereço neste campo, para que o Mestre possa
reconhecer qual Escravo está respondendo.
O endereço 0 (zero) é utilizado para o endereço de difusão (endereço de
broadcasting), o qual todos os dispositivos Escravos reconhecem o pedido do
Mestre.
2.3.4 – CÓDIGO DE FUNÇÃO MODBUS
Quando uma mensagem é enviada de um Mestre para um dispositivo
Escravo, o campo do código de função indica ao Escravo que tipo de ação ele
tem que executar.
33
Os códigos válidos estão em uma escala de 1 à 255 decimal. A tabela 2.10
é abordados os códigos mais comumente utilizados.
Código de Função Nome Faixa de Endereços
01 Read Coil Status 00001 -09999
02 Read Input Status 10001 -19999
03 Read Holding Registers 40001 -49999
04 Read Input Registers 30001 -39999
05 Force Single Coil 00001 - 9999
06 Preset Single Register 40001 -49999
15 Force Multiple Coils 00001 -09999
16 Preset Multiple Registers 40001 -49999
Tabela 2.10 – Funções mais utilizadas no protocolo Modbus
2.3.4.1 – LEIA STATUS DE SAÍDA DISCRETA (READ COIL STATUS – CÓDIGO
DE FUNÇÃO 01)
Esta função permite ao equipamento mestre, no nosso caso o supervisório
Elipse Scada, obter o estado On/Off da saída discreta (coil ou bobina) endereço
0xxxx a partir do escravo endereçado (CLP Twido). O modo broadcast não é
suportado com esta função. As bobinas são endereçadas a partir de zero dentro
de um controlador lógico programável, então a bobina “1” é armazenada no CLP
com o endereço 0000 e seu endereço modbus é o 00001 (bobina “1” = 00001,
bobina “2” = 00002, bobina “3” = 00003, ...até o endereço 09999)
2.3.4.2 – LEIA STATUS DE ENTRADA DISCRETA (READ INPUT STATUS -
CÓDIGO DE FUNÇÃO 02)
Esta função permite ao equipamento mestre obter o estado On/Off das
entradas discretas endereço 1xxxx do dispositivo escravo endereçado. O modo
broadcast não é suportado com esta função.
34
As entradas discretas são endereçadas a partir de zero dentro de um
controlador lógico programável, então a entrada “1” é armazenada no CLP com o
endereço 0000 e seu endereço modbus é o 10001 (entrada “1” = 10001, entrada
“2” = 10002, entrada “3” = 10003, ...até o endereço 19999)
2.3.4.3 – LEIA STATUS DE SAÍDA ANALÓGICA (READ HOLDING REGISTERS
– CÓDIGO DE FUNÇÃO 03)
Leitura das saídas analógicas (código 03) permite que o equipamento
mestre obtenha o conteúdo (palavra com 16 bits) das saídas analógicas 4xxxx no
escravo endereçado. Os registros podem armazenar os valores numéricos de
timers e contadores associados que podem ser encaminhados para os
dispositivos externos. O modo broadcast não é permitido.
As saídas analógicas são endereçadas a partir de zero dentro de um
controlador lógico programável, então a saída “1” é armazenada no CLP com o
endereço 0000 e seu endereço modbus é o 40001 (saída “1” = 40001, saída “2” =
40002, saída “3” = 40003, ...até o endereço 49999)
2.3.4.4 – LEIA STATUS DE ENTRADA ANALÓGICA (READ INPUT REGISTERS
– CÓDIGO DE FUNÇÃO 04)
Leitura das entradas analógicas (código 04) permite que o equipamento
mestre obtenha o conteúdo (palavra com 16 bits) das entradas analógicas 3xxxx
no escravo endereçado. Estes registros recebem valores de dispositivos de E/S e
somente poderão ser referenciadas, não podendo ser alteradas de dentro do
controlador. O modo Broadcast não é permitido. As entradas analógicas são
endereçadas a partir de zero dentro de um controlador lógico programável, então
a entrada “1” é armazenada no CLP com o endereço 0000 e seu endereço
modbus é o 30001 (entrada “1” = 30001, entrada “2” = 30002, entrada “3” =
30003, ...até o endereço 39999)
35
2.3.4.5 – FORÇAR O STATUS DE UMA BOBINA (FORCE SINGLE COIL –
CÓDIGO DE FUNÇÃO 05)
A Função 05 é utilizada pelo mestre para escrever um valor (“0” ou “1”) em
uma variável discreta no escravo endereçado. Esta mensagem força uma única
bobina quer seja ON ou OFF. Qualquer bobina (saída discreta) dentro do
controlador pode ser forçada para um destes estados (ON/OFF). No entanto, uma
vez que o controlador esteja executando o ciclo de varredura, a menos que a
bobina esteja desabilitada, o controlador poderá também alterar o estado da
bobina. O modo Broadcast é permitido. As bobinas são endereçadas à partir de
zero como explicado anteriormente, assim ao escrevermos o valor lógico “1” na
bobina ”6” esse valor será armazenado no endereço 0005 do CLP e representará
o endereço 00006 em modbus.
O uso do endereço de escravo 00 (Modo broadcast) força todos os
escravos anexos a modificar a bobina desejada.
NOTA: As funções 5, 6, 15, 16 são as únicas que serão reconhecidas como
válidas para o modo broadcast.
2.3.4.6 – CONFIGURANDO UM ÚNICO REGISTRO (PRESET SINGLE
REGISTER – CÓDIGO DE FUNÇÃO 06)
A Função 06 permite que o usuário modifique o conteúdo da variável
analógica (holding_register), ou seja, escreve um valor no registro. Qualquer
variável analógica (saída analógica) no controlador pode ter seu conteúdo
alterado por esta mensagem. No entanto, uma vez que o controlador esteja
escaneando ativamente, ele também pode alterar o conteúdo de qualquer
holding_register. O modo Broadcast é permitido. Os registros são endereçados à
partir de zero como explicado anteriormente, assim ao escrevermos o valor lógico
“0A3F”(hexadecimal) no registro 127 esse valor será armazenado no endereço
0126 do CLP e representará o endereço 40127 em modbus.
36
2.3.4.7 – FORÇAR O STATUS DE MÚLTIPLAS BOBINAS (FORCE MULTIPLE
COILS – CÓDIGO DE FUNÇÃO 15)
O Código de Função 15 escreve um valor (“0” ou “1”) em um determinado
número de bobinas dentro de um dado intervalo de endereços. Qualquer bobina
(saída discreta) dentro do controlador pode ser forçada para um destes estados
(ON/OFF). No entanto, uma vez que o controlador esteja executando o ciclo de
varredura, a menos que a bobina esteja desabilitada, o controlador poderá
também alterar o estado da bobina. O uso do endereço de escravo 00 (Modo
broadcast) força todos os escravos anexos a modificar as bobinas desejadas.
2.3.5.8 – CONFIGURANDO MÚLTIPLOS REGISTROS (PRESET MULTIPLE
REGISTERS – CÓDIGO DE FUNÇÃO 16)
O Código de Função 16 escreve um valor (palavra com 16 bits) em um
determinado número de registros dentro de um dado intervalo de endereços.
Saídas analógicas ou registros (holding_register) existentes dentro do controlador,
podem ter o seu conteúdo alterado por esta função. No entanto, uma vez que o
controlador esteja executando o ciclo de varredura, ele também poderá alterar o
conteúdo do registro a qualquer hora. O uso do endereço de escravo 00 (Modo
broadcast) força todos os escravos anexos a modificar os registros desejados.
2.3.5 – VERIFICAÇÃO DE ERRO MODBUS
Uma rede Modbus oferece dois métodos para verificação de erro em uma
mensagem: Verificação de paridade dos caracteres contidos no campo de dados
de um frame, onde a paridade pode ser par (even), ímpar (odd), ou sem paridade
(no parity) e verificação do frame através do Cyclical Redundancy Check (CRC)
no modo RTU ou do Longitudinal Redundancy Check (LRC) no modo ASCII.
37
2.3.5.1 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO DA PARIDADE (PARITY
CHEKING)
Os usuários podem configurar os controladores para Controle de Paridade
Par (Even), Ímpar (Odd), ou Sem Controle de Paridade (No parity). Este
determinará como será iniciado o bit de paridade em cada caractere.
Se o controle de paridade Par ou Ímpar for especificado, será contabilizada
a quantidade de bits que têm valor 1 no campo de dados de cada caractere (sete
bits de dados para modo ASCII ou oito para RTU). O bit de paridade será 0 ou 1
para que se obtenha finalmente um número par (paridade par) ou ímpar (paridade
ímpar), respectivamente, de bits com valor 1.
2.3.5.2 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO LRC (MODO ASCII)
No modo ASCII, as mensagens incluem um campo de comprovação de
erro que está baseado no método Longitudinal Redundancy Check (LRC).
O campo LRC é o último campo antes do campo de terminação do frame
(CRLF).
Este campo contém dois caracteres ASCII que representam o resultado de
um cálculo longitudinal de redundância de todos os campos do frame, excluindo
apenas o campo de início “:” e o campo de terminação “CRLF” do frame.
2.3.5.3 – VERIFICAÇÃO DE ERRO PELO MÉTODO CRC (MODO RTU)
No modo RTU, as mensagens incluem um campo de comprovação de erro
que está baseado no método Cyclical Redundancy Check (CRC).
Este campo de verificação de erros contém 16 bits (dois grupos de 8 bits),
o qual possui o resultado do cálculo executado pelo CRC no conteúdo da
mensagem.
38
3 – BANCADA DE SIMULAÇÃO
3.1 – COMPOSIÇÃO DA BANCADA
Os principais componentes utilizados na bancada são: quatro tanques de
acrílico, três válvulas solenóides, cinco chaves de nível do tipo bóia (em
polipropileno), uma chave de nível industrial tipo bóia (em latão), um transmissor
de temperatura, um termopar tipo T, uma resistência de aquecimento, quatro
válvulas manuais de bloqueio, um controlador lógico programável, um módulo de
entrada / saída analógica para o CLP, uma chave contatora, uma bomba de água,
dois galões de água, sessenta metros de fio, software de Supervisão e Controle
Elipse Scada versão 2.28 DEMO, software de programação do CLP TwidoSoft
versão 3.2, computador PC com processador Pentium 233, com 100 MHz, 2GB
de espaço em disco, 32MB de memória RAM, monitor VGA, mouse e com
sistema operacional Windows 98, 32bits.
A lista completa com a relação de todo material utilizado na bancada, o
diagrama elétrico, constituído de todas as ligações elétricas, o fluxograma de
engenharia, constituído do desenho do sistema encontram-se no final da
dissertação no Capítulo Anexos (p. 78).
39
3.2 – DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DA BANCADA
Como apresentado anteriormente, a bancada simulará o tratamento da
água utilizada em processos industriais.
A figura 3.1 apresenta o fluxograma de engenharia da bancada.
Figura 3.1 – Fluxograma de Engenharia da Bancada.
A água armazenada no recipiente número 1 simula a água contaminada
resultante de um processo industrial qualquer. Esta água será bombeada até o
tanque número 1 (Tanque de Água Suja) onde sofrerá o processo de decantação.
40
Estando o tanque número 1 totalmente preenchido, a válvula solenóide
número 1 (XV-001) será energizada, permitindo a passagem da água para o
tanque número 2 (Tanque de Tratamento Termoquímico), onde sofrerá o
tratamento termoquímico.
Com a passagem da água pelo processo de tratamento térmico e químico,
a válvula solenóide número 3 (XV-003) será energizada, permitindo a passagem
da água para o tanque número 4 (Tanque de Filtragem), onde será filtrada e após
isto despejada no recipiente número 2 que simula o meio ambiente.
O protocolo utilizado para comunicação entre o CLP e a IHM Elipse Scada
foi o Modbus RTU, com taxa de transferência de 19200 bits/segundo, paridade
PAR (Even), com um bit de parada (1 Bit Stop) .
3.3 – PROGRAMA TWIDOSOFT
O TwidoSoft é um ambiente de desenvolvimento para criação,
configuração e manutenção de aplicação para o Controlador Lógico Twido. Este
dispositivo permite ao usuário entrar no controle do programa usando o TwidoSoft
Ladder ou o editor de Lista de Programa e comutar o CLP para o modo RUN.
Para o melhor entendimento do programa do CLP, veja na próxima página
a tabela com o mapa de memória do CLP.
41
A seguir tabela com o mapa de memória do CLP.
TAG DESCRIÇÃO LOCAL ENDEREÇO CLP
LSH-001 CHAVE DE NÍVEL ALTO (T-001) CAMPO %I0.0.0 LAH-001 ALARME NÍVEL ALTO (T-001) SUPERVISÓRIO %M1 LSH-002 CHAVE DE NÍVEL ALTO (T-002) CAMPO %I0.0.1 LAH-002 ALARME NÍVEL ALTO (T-002) SUPERVISÓRIO %M2 LSH-004 CHAVE DE NÍVEL ALTO (FL-001) CAMPO %I0.0.2 LAH-004 ALARME NÍVEL ALTO (FL-001) SUPERVISÓRIO %M3 LSL-001 CHAVE DE NÍVEL BAIXO (T-001) CAMPO %I0.0.3 LAL-001 ALARME NÍVEL BAIXO (T-001) SUPERVISÓRIO %M4 LSL-002 CHAVE DE NÍVEL BAIXO (T-002) CAMPO %I0.0.4 LAL-002 ALARME NÍVEL BAIXO (T-002) SUPERVISÓRIO %M5 LSL-003 CHAVE DE NÍVEL BAIXO (T-003) CAMPO %I0.0.5 LAL-003 ALARME NÍVEL BAIXO (T-003) SUPERVISÓRIO %M7 XY-001 SOLENÓIDE XV-001 CAMPO %Q0.0.0
ZLHL-001 XV-001 COMANDADA PARA ABRIR SUPERVISÓRIO %M6 XY-002 SOLENÓIDE XV-002 CAMPO %Q0.0.1
ZLHL-002 XV-002 COMANDADA PARA ABRIR SUPERVISÓRIO %M8 XY-003 SOLENÓIDE XV-003 CAMPO %Q0.0.2
ZLHL-003 XV-003 COMANDADA PARA ABRIR SUPERVISÓRIO %M10 TT-001 TRANSMISSOR DE TEMPERATURA CAMPO %IW0.1.0
TSH-001 CHAVE DE TEMPERATURA ALTA (T-002) CLP %M12 YY-AQ-001 LIGAR/DESLIGAR AQUECEDOR CAMPO %Q0.0.3 YY-M-B-001 LIGAR/DESLIGAR MOTOR DA BOMBA B-001 CAMPO %Q0.0.4 HSH-XV-001 CHAVE - ABRE XV-001 SUPERVISÓRIO %M14 HSH-XV-002 CHAVE - ABRE XV-002 SUPERVISÓRIO %M15 HSH-XV-003 CHAVE - ABRE XV-003 SUPERVISÓRIO %M16 HSL-XV-001 CHAVE - FECHA XV-001 SUPERVISÓRIO %M17 HSL-XV-002 CHAVE - FECHA XV-002 SUPERVISÓRIO %M18 HSL-XV-003 CHAVE - FECHA XV-003 SUPERVISÓRIO %M19 HSH-B-001 CHAVE - LIGA B-001 SUPERVISÓRIO %M20 HSL-B-001 CHAVE - DESLIGA B-001 SUPERVISÓRIO %M21 AUX-006 AUXILIAR FECHA XV-002 MEMÓRIA %M29
AUX-007 AUXILIAR LIGA/DESLIGA CONTROLE DE TEMPERATURA MEMÓRIA %M30
TI-001 TEMPERATURA TANQUE T-002 SUPERVISÓRIO %MW31
Tabela 3.1 - Mapa de memória do CLP.
A seguir apresentaremos a programação do CLP, no software TwidoSoft,
descrevendo detalhadamente todas as linhas do programa do nosso projeto.
42
Linhas (RUNGS) 0, 1 e 2:
Figura 3.2 - RUNGS 0, 1 e 2 do programa do CLP.
No RUNG 0 do programa foi feita a lógica para ligar a bomba B-001, que
irá alimentar o tanque T-001. Segundo esta lógica a bomba será ligada caso o
nível do tanque T-001 esteja baixo (LSL-001).
No RUNG 1 o programa executa a lógica para o acionamento da válvula
pelo supervisório, ela só será ligada caso o nível do tanque T-001 não esteja alto
(LSH-001), impedindo que o operador transborde o tanque acidentalmente.
No RUNG 2 foi feito a lógica para desligar a bomba B-001. A bomba será
desligada caso o nível do tanque T-001 esteja alto.
43
Linhas (RUNGS) 3, 4 e 5:
Figura 3.3 - RUNGS 3, 4 e 5 do programa do CLP.
No RUNG 3 o programa executa o desligamento da bomba pelo
supervisório, não há condições que impeçam o operador de fechar a válvula.
No RUNG 4 foi desenvolvida a lógica para executar a abertura da válvula
XV-001, que está entre o tanque T-001 e o tanque T-002, esta válvula será aberta
caso o tanque T-001 esteja com seu nível alto (LSH-001) e o tanque T-002 esteja
com seu nível baixo (LSL-002).
No RUNG 5 o programa executa a lógica para a abertura da válvula XV-
001 pelo supervisório, a válvula só poderá ser aberta quando o tanque T-002
estiver com seu nível alto (LSH-002), para evitar transbordamento, e também
quando a válvula XV-003 estiver fechada , evitando que se misture o líquido
tratado com o líquido não-tratado.
44
Linhas (RUNGS) 6 e 7:
Figura 3.4 - RUNGS 6 e 7 do programa do CLP.
No RUNG 6 foi feita a lógica para o fechamento da válvula XV-001, que
será fechada caso o tanque de tratamento térmico e químico (T-002) atinja seu
nível alto (LSH-002) ou o T-001 atinja seu nível baixo (LSL-001).
No RUNG 7 o programa executa o fechamento da válvula XV-001 pelo
supervisório, não há condições que impeçam o operador de fechar a válvula.
45
Linhas (RUNGS) 8 e 9:
Figura 3.5 - RUNGS 8 e 9 do programa do CLP.
No RUNG 8 o programa executa a lógica para abrir a válvula XV-002,
dosando assim, a quantidade do produto químico utilizado para fazer o tratamento
do líquido que está no tanque T-002. Essa válvula deverá ser aberta caso a XV-
001 esteja aberta e o nível do tanque com produto químico (T-003) não esteja
baixo (LSL-003) e o nível do tanque de tratamento termo-químico esteja baixo
(LSL-002).
No RUNG 9 foi feita a lógica para a abertura da válvula XV-002 pelo
supervisório, ela só será aberta pelo operador caso o nível do tanque T-003 não
esteja baixo (LSL-003) e a válvula XV-003 não esteja aberta e o nível do tanque
T-002 não esteja alto (LSH-002), evitando assim que o mesmo transborde e que a
válvula seja aberta quando o T-003 estiver vazio.
46
Linhas (RUNGS) 10 e 11:
Figura 3.6 – RUNGS 10 e 11 do programa do CLP.
No RUNG 10 do programa foi feito um auxiliar para o fechamento da
válvula XV-002, já que esta deve ficar aberta durante trinta segundos, a lógica
mostra que assim que XV-002 for aberta, um temporizador é iniciado para que
quando o tempo atingir trinta segundos a memória auxiliar seja ativada.
No RUNG 11 foi feita a lógica efetiva para o fechamento da válvula XV-
002, ela será fechada quando a memória auxiliar estiver ativada e a válvula XV-
003, ou quando o nível do tanque T-003 estiver baixo (LSL-003) ou quando o
nível do tanque T-002 estiver alto (LSH-002).
47
Linhas (RUNGS) 12, 13 e 14:
Figura 3.7 – RUNGS 12, 13 e 14 do programa do CLP.
No RUNG 12 o programa executa o fechamento da válvula XV-002 pelo
supervisório, não há condições que impeçam o operador de fechar a válvula.
No RUNG 13 o programa executa uma comparação entre o valor de
temperatura do líquido que está no tanque T-002 que é obtido através do
transmissor de temperatura TT-001 com um valor determinado que convertido na
escala Celsius é de 29°C, caso o valor de temperatura do tanque T-002 exceda o
valor de 29°C, a memória interna TSH-001 é ativada.
No RUNG 14 foi desenvolvida a lógica para o acionamento da resistência
de aquecimento (AQ-001), ela será acionada caso as válvulas XV-003, XV-002 e
XV-001 estejam fechadas, quando o nível do tanque T-002 estiver alto e quando a
memória interna TSH-001 não estiver ativada (temperatura do líquido do tanque
T-002 não estiver maior que 30°C), todas essas condições precisam estar
satisfeitas para o acionamento da resistência de aquecimento.
48
Linhas (RUNGS) 15, 16 e 17:
Figura 3.8 – RUNGS 15, 16 e 17 do programa do CLP.
No RUNG 15 o valor de temperatura que é obtido através do transmissor
de temperatura TT-001 é convertido e transmitido para a memória interna (em
palavra) TI-001, para ser lida pelo supervisório.
No RUNG 16, quando a memória interna TSH-001, as válvulas XV-001,
XV-002 e XV-003 estiverem fechadas e o nível do tanque T-002 estiver alto (LSH-
002), é acionada uma memória interna auxiliar AUX007 que tem como objetivo
ser uma das condições para o acionamento do controle de temperatura.
No RUNG 17 é executado o controle de temperatura que será feito por um
compensador Proporcional Integral Derivativo (PID), para acionar o controle de
temperatura é preciso que a memória auxiliar AUX007 esteja ativada, o nível do
tanque T-002 esteja alto e a válvula XV-003 esteja fechada, todas essas
condições precisam estar satisfeitas para o acionamento do controle de
temperatura.
49
A figura 3.9 ilustra o gráfico de temperatura x tempo, quando o PID está
ativo.
Figura 3.9 – Gráfico Temperatura x Tempo – PID ativo.
50
Linhas (RUNGS) 18 e 19:
Figura 3.10 – RUNGS 18 e 19 do programa do CLP.
No RUNG 18 o programa executa a abertura pelo supervisório da válvula
XV-003, que só poderá ser aberta caso o nível do filtro FL-001 não esteja alto
(LSH-004), e a válvula XV-001 não esteja aberta, para evitar o transbordamento
do filtro e a contaminação do líquido tratado com pelo líquido não-tratado.
No RUNG 19 é desenvolvida a lógica para desativar a memória auxiliar
AUX007 e abrir a válvula XV-003, assim que o AUX007 for ativado um
temporizador é acionado, e depois de cinco minutos decorridos e se a válvula XV-
001 estiver fechada, a memória auxiliar AUX007 é desativada e a válvula XV-003
é aberta. Com a memória auxiliar AUX007 desativada, o controle de temperatura
que está no RUNG 17 será desligado.
51
Linhas (RUNGS) 20, 21, 22 e 23:
Figura 3.11 – RUNGS 20, 21, 22 e 23 do programa do CLP.
No RUNG 20 é feita a lógica para o fechamento da válvula XV-003, ela
será fechado caso seja comandada pelo supervisório ou quando o nível do tanque
T-002 estiver baixo ou quando o nível do filtro FL-001 estiver alto, para evitar que
a válvula fique aberta sem ter líquido no tanque T-002 e também o
transbordamento do filtro FL-001.
Nos RUNGS 21, 22 e 23 foi feita a associação dos sinais das chaves de
nível com as memórias internas, para serem visualizadas no supervisório.
52
Linhas (RUNGS) 24, 25, 26, 27 e 28:
Figura 3.12 – RUNGS 24, 25, 26, 27 e 28 do programa do CLP.
Nos RUNGS 24, 25 e 26 foi feita a associação dos sinais das chaves de
nível com as memórias internas, para serem visualizadas no supervisório.
No RUNG 27 é feito o comando de SHUTDOWN, esse comando será feito
pelo operador no supervisório, quando ocorrer algum imprevisto o operador deve
ativar esse comando, que atuará na memória de sistema %S9 que inibe todas as
saídas do CLP, conseqüentemente todos os equipamentos (bomba, válvulas e
resistência de aquecimento) serão desativados.
No RUNG 28 é a linha de fim de programa.
53
3.4 – APLICATIVO DE SUPERVISÃO E CONTROLE NO ELIPSE SCADA
Conforme mencionado anteriormente, o supervisório deste projeto foi
desenvolvido, com o auxílio do software de supervisão e controle Elipse Scada. O
Elipse Scada é totalmente configurável pelo usuário, permitindo a monitoração de
variáveis de campo em tempo real, através de objetos que estão relacionados
com variáveis físicas de campo. É possível, também, fazer acionamentos e enviar
ou receber informações para equipamentos de aquisição de dados, temos como
exemplo no projeto a aquisição de temperatura na bancada.
Os TAGS foram configurados com ajuda dos recursos do software Elipse
Scada e a seguir podemos visualizar na tabela 3.2 o endereçamento dos TAGS
no protocolo de comunicação Modbus.
TAG DESCRIÇÃO N1 N2 N3 N4LAH-001 ALARME NÍVEL ALTO (T-1) 1 1 0 1LAH-002 ALARME NÍVEL ALTO (T-2) 1 1 0 2LAH-004 ALARME NÍVEL ALTO (FL-1) 1 1 0 3LAL-001 ALARME NÍVEL BAIXO (T-1) 1 1 0 4LAL-002 ALARME NÍVEL BAIXO (T-2) 1 1 0 5LAL-003 ALARME NÍVEL BAIXO (T-3) 1 1 0 7ZLHL-001 XV-001 COMANDADA PARA ABRIR 1 1 0 6ZLHL-002 XV-002 COMANDADA PARA ABRIR 1 1 0 8ZLHL-003 XV-003 COMANDADA PARA ABRIR 1 1 0 10HSH-XV-001 CHAVE - ABRE XV-001 1 1 0 14HSH-XV-002 CHAVE - ABRE XV-002 1 1 0 15HSH-XV-003 CHAVE - ABRE XV-003 1 1 0 16HSL-XV-001 CHAVE - FECHA XV-001 1 1 0 17HSL-XV-002 CHAVE - FECHA XV-002 1 1 0 18HSL-XV-003 CHAVE - FECHA XV-003 1 1 0 19HSH-B-001 CHAVE - LIGA B-001 1 1 0 20HSL-B-001 CHAVE - DESLIGA B-001 1 1 0 21TI-001 TEMPERATURA TANQUE T-002 1 4 0 31
Tabela 3.2 - Endereçamento dos TAG's no Elipse Scada.
54
3.4.1 – DESCRITIVOS DE TELAS
Descrevem-se a seguir as telas que compõem o sistema de supervisão e
controle da bancada didática. Para a confecção das três telas do projeto, que são
do tipo “Full Screen” (determina que a tela ocupe toda a janela de aplicação),
usamos os recursos básicos de escrita, inserção de objetos “Bitmap” (figura) e
inserção de botões do tipo “Momentary” (que funciona com botão de OK em uma
caixa de diálogo), do tipo “Toggle” (funciona com botões On/Off) e do tipo “Jog”
(retorna um valor quando pressionado e outro quando solto, funciona como um
botão de reset do computador) que o software de supervisão e controle nos
disponibiliza.
TELA INICIAL
A mesma contempla o nome da instituição de ensino, o nome do curso dos
alunos que desenvolveram o aplicativo e projeto, o nome do projeto, e o botão
(link) que leva a segunda tela do nosso aplicativo, conforme ilustrado a seguir. A
figura 3.13 ilustra a tela inicial.
55
Figura 3.13 – Tela Inicial do Sistema de Supervisão e Controle.
Ao pressionar o botão que se encontra no centro da tela o operador é
levado a segunda tela do aplicativo, que ilustra o sistema principal da bancada
didática, ou seja, a Tela Principal.
TELA PRINCIPAL
A Tela Principal é a segunda tela e a mais importante do sistema de
supervisão e controle da bancada didática. A mesma contempla o desenho do
sistema da bancada, os botões com os nomes das válvulas solenóides, o botão
BOMBA, o botão de SHUTDOWN, o botão TT-001, o botão INICIAL, o botão
CRÉDITOS, além de contemplar os indicadores de níveis altos e baixos e
indicadores de condição da válvula aberta (On) e fechada (Off) do sistema,
conforme ilustrado a seguir. A figura 3.14 ilustra a tela principal.
56
Figura 3.14 – Tela Principal do Sistema de Supervisão e Controle.
Ao pressionar os botões com os nomes das válvulas solenóides (XV-001,
XV-002 e XV-003), o operador é levado a uma tela do tipo “pop-up” que permite o
acionamento e desligamento manual das válvulas. Cada válvula possui sua
própria tela de acionamento e desligamento. A figura 3.15 ilustra as telas das
válvulas.
Figura 3.15 – Telas para acionamento e desligamento das válvulas
57
Ao pressionar o botão BOMBA, o operador é levado a uma tela do tipo
“pop-up” que permite o acionamento e o desligamento da bomba de alimentação
do sistema, após a escolha do comando, uma nova tela “pop-up” aparece,
pedindo a confirmação do comando, conforme ilustrado a seguir. A figura 3.16
ilustra a tela de acionamento e desligamento da bomba.
Figura 3.16 – Tela de acionamento e desligamento da bomba.
Ao pressionar o botão SHUTDOWN, operador é levado a uma tela do tipo
“pop-up” que permite desligamento de todo o sistema, esse botão deve ser usado
em caso de emergência. Quando esse botão é pressionado, o mesmo se
transforma no botão START.
Ao pressionar o botão TT-001, o operador é levado a uma Tela do tipo
“pop-up” que permite o operador visualizar a temperatura do sistema em tempo
real. A temperatura é visualizada no modo analógico e digital. Segue a ilustração
da tela. A figura 3.17 ilustra a tela de temperatura.
58
Figura 3.17 – Tela de Temperatura do Tanque de Tratamento.
Ao pressionar o botão INICIAL, o operador retorna a Tela Inicial e ao
pressionar o botão CRÉDITOS, o operador é levado a Tela Créditos que é a
última tela do nosso sistema de controle e supervisão da bancada didática.
A indicação de (níveis altos e baixos) do sistema trata-se de um pequeno
circulo que aparece ao lado do indicador de nível, na lateral dos tanques. A
indicação da condição de válvula aberta (ON) e fechada (OFF). A figura 3.18
ilustra as indicações de nível e de válvula aberta ou fechada.
Figura 3.18 – Indicação de Nível e de Válvula Aberta/Fechada.
59
TELA CRÉDITOS
A Tela Créditos é a terceira e última tela do sistema de supervisão e
controle da bancada didática. A mesma contempla o nome do professor
orientador deste projeto, o nome dos autores do projeto com foto e o logotipo de
todas as empresas que colaboraram para a realização deste projeto, conforme
ilustrado na figura 3.19.
Figura 3.19 – Tela Créditos do Sistema de Supervisão e Controle.
Ao pressionar o botão VOLTAR, o operador retorna a Tela Principal do
sistema de supervisão e controle.
60
3.5 – MANUAL DE OPERAÇÃO DA BANCADA
Neste item aborda-se os procedimentos a serem seguidos para uma
correta utilização da Bancada.
3.5.1 – PROCEDIMENTOS PARA POR A BANCADA EM OPERAÇÃO
Podemos dividir os procedimentos em basicamente três partes: verificação
das condições de processo; configuração do CLP Twido para atuar no modo
operacional e configuração do supervisório Elipse para atuar no modo
operacional.
3.5.2 – VERIFICAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE PROCESSO
1. Verificar se o recipiente 1 possui água suficiente para a operação da
bomba de água;
2. Verificar se o recipiente 2 está vazio;
3. Verificar se as válvulas de bloqueio estão abertas;
4. Energizar o painel da Bancada.
3.5.3 – CONFIGURAÇÃO DO CLP PARA ATUAR NO MODO OPERACIONAL
1. Conectar o cabo TSXPCX1031 ao CLP e à porta COM 1 do PC.
2. Verificar se a chave contida no corpo do cabo TSXPCX1031 está na
posição número 2 (TER DIRECT).
3. Energizar o CLP.
61
4. Abrir o software de programação Twidosoft.
Figura 3.20 – Iniciando o TwidoSoft.
5. Abrir o programa "Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado.twd".
Figura 3.21 – Abrindo o programa Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado.
62
6. Clicar no botão "Connect".
Figura 3.22 - Botão “Connect”.
7. Aparecerá uma janela, então clique no botão "PC=>Controller".
Figura 3.23 – Carregando o programa para o CLP.
8. Uma outra janela aparecerá alertando que o programa contido no CLP
será sobrescrito, confirme a operação clicando no botão "OK".
Nota: Caso a janela descrita no passo 7 não apareça, significa que o
controlador já está programado para executar o aplicativo " Simulação de um
Tratamento de Água Automatizado.twd".
9. Após carregar o aplicativo no CLP, repare que no canto inferior direito da
tela de programação do Twidosoft, aparecerá a mensagem "Stop/Exec" e
"Online", então clique no botão "Run".
63
Figura 3.24 – Colocando o CLP em Run.
10. Uma janela aparecerá alertando que o CLP será posto no modo "Run",
ou seja, em operação. Confirme clicando no botão "OK".
11. Após o acionamento do botão "Run", note que a mensagem
"Stop/exec" foi substituída pela mensagem "Run", então clique no botão
"Disconnect".
Figura 3.25 – Desconectando o CLP.
12. Agora o CLP Twido está pronto para controlar o processo e comunicar-
se com o supervisório Elipse Scada.
64
3.5.4 – CONFIGURANDO O SUPERVISÓRIO ELIPSE SCADA PARA ATUAR NO
MODO OPERACIONAL
1. Conectar o cabo TSXPCX1031 ao CLP e à porta COM 1 do PC.
2. Certifique-se de que a chave contida no corpo do cabo TSXPCX1031
esteja na posição número 3 (OTHER DIRECT).
3. Abrir o software de supervisão e controle Elipse Scada.
Figura 3.26 – Iniciando Elipse Scada.
4. Abrir o programa "Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado.app".
65
Figura 3.27 – Abrindo aplicação Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado.
5. Clicar no botão "Roda Aplicação" ou pressionar a tecla F10.
Figura 3.28 – Iniciando a Aplicação no Elipse Scada.
66
6. Agora o supervisório Elipse Scada está pronto para monitorar o processo
e comunicar-se com o CLP Twido.
3.5.2 – PROCEDIMENTOS PARA DESLIGAMENTO DA BANCADA
1. Na tela de monitoramento do processo gerada pelo Supervisório Elipse
Scada clique na tecla “ESC”, o programa sairá do modo “RUN MODE” e passará
para o modo programação, então feche o aplicativo.
2. Retorne a chave contida no corpo do cabo TSXPCX1031 para a posição
número 2 (TER DIRECT).
3. Abrir o software de programação Twidosoft.
4. Abrir o programa "Simulação de um Tratamento de Água
Automatizado.twd".
5. Clicar no botão "Connect".
6. Clicar no botão “Stop”.
7. Note que a mensagem "Stop/Exec" aparecerá no canto inferior direito da
tela, clique no botão "Disconnect", após isto feche o aplicativo Twidosoft.
8. Desenergize o painel elétrico da Bancada, retirando primeiramente a
alimentação de 127 Vac dos barramentos e depois a alimentação do CLP.
Nota: O barramento é alimentado através de uma tomada conectada na
rede elétrica, enquanto que a do CLP é fornecida pelo estabilizador de tensão
utilizado no PC.
9. A bancada foi desligada corretamente.
67
4 – HISTÓRICO DA MONTAGEM E DIFICULDADES ENCONTRADAS
Neste capítulo aborda-se de uma forma sucinta as etapas de montagem do
projeto Simulação do Controle e Supervisão do Tratamento de Água de um
Processo Industrial e as principais dificuldades encontradas ao longo da mesma.
4.1 – HISTÓRICO DA MONTAGEM
Abaixo mostraremos com fotos a evolução na montagem do projeto. A
bancada foi construída e encontra-se no laboratório E-216 do Departamento de
Engenharia.
Na primeira etapa foi dado o início da montagem da parte estrutural e
hidráulica do projeto, conforme mostrado nas figuras 4.1 e 4.2.
Figura 4.1 – Montagem dos suportes.
68
Figura 4.2 – Parte estrutural e hidráulica.
Na segunda etapa foi dada continuidade na montagem da parte hidráulica
e início na montagem do painel elétrico e suas conexões, conforme mostrado nas
figuras 4.3 e 4.4.
Figura 4.3 – Parte hidráulica completa e conexão elétrica dos instrumentos.
69
Figura 4.4 – Início da montagem do painel elétrico e suas conexões.
Na terceira etapa foi finalizada a montagem do painel elétrico e então
passamos à fase de teste e melhoria dos programas criados para o CLP Twido e
Supervisório Elipse. Vide figuras 4.5 e 4.6 abaixo:
Figura 4.5 – Painel Elétrico.
70
Figura 4.6 - Teste e melhoria do Supervisório Elipse.
Por fim a última e quarta etapa da montagem foi o teste completo da
Bancada, onde podemos testar o CLP Twido e Supervisório Elipse em condições
reais de processo.
Figura 4.7 – Bancada em plena operação.
71
4.2 – DIFICULDADES ENCONTRADAS
Listaremos abaixo na forma de tópicos as principais dificuldades
encontradas ao longo da montagem:
4.2.1 – VÁLVULA SOLENÓIDE
Problema: A válvula quando energizada não abria totalmente, pois a
pressão de água do tanque não era suficientemente alta para vencer a resistência
mecânica do diafragma da válvula, assim a vazão na saída da válvula era
desprezível.
Solução: Foi inserido um anel "O" sob o diafragma da válvula, reduzindo
assim a pressão de água necessária para abrir a válvula. Com isso conseguimos
uma vazão de água satisfatória na saída da mesma.
4.2.2 – BOMBA DE ÁGUA
Problema: Adquirimos uma bomba de limpador de pára brisa alimentada
com 12Vcc, constatamos que a vazão da mesma não era compatível com nossa
aplicação. Foi adquirido uma bomba de combustível alimentada com os mesmos
12Vcc, mas não conseguimos utilizá-la, pois a mesma queimou. Ainda assim essa
bomba não seria a ideal, devido ao fato de que a mesma não foi projetada para
operar com água, tendo o seu tempo de vida reduzido pela oxidação causada
pela água.
Solução: compramos uma bomba de água de 127Vac, utilizada em
máquinas de lavar roupa. A mesma apresentou perfeito funcionamento para
aplicação desejada.
4.2.3 – CONTRA PORCA
Problema: Não encontrávamos uma contra porca com conexão tipo BSP de
1/4" para a fixação do termopar ao tanque.
72
Solução: Conseguimos uma bucha de redução de 1/2" NPT macho para
1/4" BSP fêmea, a mesma foi usinada, restando apenas a parte de 1/4" BSP
fêmea, que serviu como uma contra porca.
4.2.4 – TRANSMISSOR DE TEMPERATURA NÃO COMPATÍVEL COM PT100
Problema: Conseguimos por doação, a aquisição de um transmissor de
temperatura e uma termoresistência (PT100). Ao fazermos a configuração do
transmissor com um programador tipo HART, constatamos que o transmissor não
lia corretamente os valores de temperatura fornecidos pelo PT100.
Solução: Verificamos que ao configurarmos o transmissor para leitura de
termopar, o mesmo lia corretamente o valor da temperatura, então entramos em
contato com nosso colaborador e o mesmo nos forneceu gratuitamente um
termopar do tipo T.
4.2.5 – RESISTÊNCIA DE AQUECIMENTO
Problema: A potência dissipada pela resistência de aquecimento
(resistência de chuveiro) era muito elevada, aproximadamente 4400W/127Vac
com um consumo de 26A de corrente elétrica, não sendo este valor suportado
pela instalação elétrica do laboratório e nem pela contatora utilizada para
energizar a resistência.
Solução: Conseguimos comprar uma resistência de aquecimento com uma
dissipação menor de potência, algo em torno de 1000W/127Vac, consumindo
aproximadamente 9A de corrente elétrica.
4.2.6 – COMUNICAÇÃO MODBUS ENTRE O CLP E O SUPERVISÓRIO
Problema: A comunicação entre o CLP e o seu programa de configuração,
o TWIDOSOFT, é feita através do cabo TSXPCX1031, cuja função é converter o
padrão RS-485 do CLP para o padrão RS-232 da porta COM do PC. Essa
comunicação era estabelecida perfeitamente, mas na hora de comunicarmos o
Supervisório Elipse Scada com o CLP (comunicação em protocolo modbus)
utilizando o cabo TSXPCX1031 a mesma não ocorria.
73
Solução: Foi verificado que o cabo TSXPCX1031 possuía em seu corpo
uma chave que podia ser alterada para quatro posições distintas, como o manual
do CLP não comentava nada sobre, decidimos pesquisar na Internet e
descobrimos em um fórum que a posição número dois era para a comunicação
entre CLP e o programa Twidosoft e que a posição número três era utilizada para
realizar a comunicação entre o CLP e um outro dispositivo qualquer, utilizando o
protocolo de comunicação modbus.
74
5 – CONCLUSÃO
5.1 – COMENTÁRIOS GERAIS
A utilização de transmissor de temperatura, termopar, chave de nível,
controlador lógico programável, entre outros; colocará o estudante em contato
com instrumentos e equipamentos que são largamente utilizados nas indústrias,
possibilitando que o mesmo adquira familiaridade com processos industriais
automatizados.
A adequação entre o CLP Twido com o software de supervisão Elipse
Scada se tornou mais fácil e viável a partir do momento que obtivemos um
conhecimento aprofundado do protocolo de comunicação Modbus. Constatou-se
que, se não fosse a limitação de vinte Tag`s da versão DEMO do programa Elipse
Scada, um aplicativo mais detalhado e com mais telas poderia ter sido
desenvolvido.
Todas as dificuldades encontradas foram de grande valia, pois
solucionando-as, o aprendizado do grupo foi enriquecido .
5.2 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Com a finalização do projeto, verificamos que algumas melhorias ou
modificações poderiam ser implementadas, tais como sensores de nível analógico
e aumento do diâmetro da tubulação de ½” para ¾”. Lembrando também que
outras aplicações de controle podem ser criadas no Elipse, desde que se respeite
a limitação de Tag`s descrita anteriormente.
75
Existe também a possibilidade de utilizarem outros tipos de controladores,
tais como placas de aquisição e interface com Matlab, LabView e C++, e também
utilização de microcontroladores. E também utilizar outros tipos de software de
Supervisão e Controle como InTouch, RSView 32 e Ifix, mas atentando a
necessidade da troca do driver de comunicação entre o CLP e o software de
Supervisão e Controle.
76
6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] MODBUS Application Protocol Specification Versão 1.1; http://www.Modbus-IDA.org. Arquivo consultado em 2006.
[2] MODBUS over serial line specification and implementation guide Versão 1.0; http://www.modbus.org/. Arquivo consultado em 2006.
[3] Modicon Modbus Protocol Reference Guide; PI–MBUS–300 Rev. J; 1996. [4] Twido Programmable Controllers Software Reference Guide Versão 3.2;
http://www.modicon.com/nRepository/index.nsf/aa_getdocs?OpenAgent&prod=twidopro . Arquivo consultado em 2006.
[5] Twido Programmable Controllers Hardware Reference Guide Versão 3.2; http://www.modicon.com/nRepository/index.nsf/aa_getdocs?OpenAgent&prod=twidopro. Arquivo consultado em 2006.
[6] IOKit User’s Manual Elipse Software; http://www.elipse.com.br. Arquivo consultado em 2006.
[7] PUPO, Maurício Santos – IHM Supervisão de CLP em Controle de Processos, São Carlos, 2002.
[8] FEITOSA, Alessandro; NEVES, Leonardo Jorge; FERREIRA, Marcus Vinícius – Automação Industrial em Redes Profibus, Modbus e Ethernet, Rio de Janeiro, 2003.
[9] CARVALHO, José Eduardo – INTRODUÇÃO ÀS REDES DE MICROS – Editora Makron Books – São Paulo – SP, 1998.
[10] Manual do Usuário do software Elipse Scada de propriedade da Elipse Software, Versão 2.18, São Paulo, 1999.
[11] SILVEIRA, Paulo Rogério da – Automação e Controle Discreto, São Paulo, 1998
[12] GEORGINI, Marcelo – Automação Aplicada Descrição e Implementação de Sistemas Seqüenciais com CLP’s, São Paulo, 2000.
77
7 – ANEXOS
7.1 – LISTA DE MATERIAIS
Item Descrição Quantidade
1 Tanque para água, em acrílico, 20x20x30 cm 4 2 Suporte para tanque, em madeira, 20x20 cm 4 3 Cantoneira, em aço 8 4 Parafusos cabeça chata --- 5 Buchas --- 6 Painel, em madeira, 60x55 cm 1 7 Trilho TS-35, 20cm 3 8 Sensor de nível para líquido, modelo LA16M-40, fabricante Icos 5 9 Chave de nível lateral, modelo 305, fabricante Conaut 1
10 Transmissor de temperatura, dois fios, protocolo Hart, modelo Pretop 5335B, fabricante PR Electronics, fornecedor ABB Automation 1
11 Termopar tipo T, conexão ao processo com bucim, fabricante Ecil Temperatura Industrial 1
12 Resistência de aquecimento para água, 127Vac, 1000 watts 1 13 Adaptador para caixa d'água, 1/2", fabricante Tigre 4 14 União roscada 1/2" em PVC, fabricante Tigre 2 15 Joelho, 1/2", fabricante Tigre 1 16 Válvula manual, tipo registro, conexão fêmea 1/2" 3 17 Válvula manual, tipo torneira, conexão fêmea 1/2" 1 18 Niple em PVC, rosca 1/2", fabricante Tigre 8 19 Luva, rosca 3/4", em PVC, fabricante Tigre 3 20 Bucha, rosca 3/4"x1/2", em PVC, fabricante Tigre 3 21 Tubo 1/2", em PVC, fabricante Tigre 10 cm 22 Abraçadeira em nylon 10 23 Mangueira de água 1/2" 2 m
24 Canaleta para passagem de fiação elétrica, tamanho 22x22 mm, fabricante Pial 6 m
25 Canaleta para passagem de fiação elétrica, tamanho 20x10 mm, fabricante Pial 3 m
26 Válvula solenóide, 127 Vac, tipo uma entrada uma saída, membrana em borracha padrão, pressão de operação de 0,2 à 8,0kgf/cm2, modelo EVA01, fabricante Emicol
3
78
Item Descrição Quantidade27 Galão de água 20 litros 2
28 Controlador lógico programável Twido, modelo TWDLCAA24DRF, fabricante Telemechanique 1
29 Módulo de entrada analógica para controlador lógico programável Twido, modelo TWDAMM3HT, fabricante Telemechanique 1
30 Contatora, alimentação 110 Vac, corrente de saída 25A, modelo LC1D25F7, fabricante Telemechanique 1
31 Borneira para trilho tipo ômega TS-35, fabricante Siemens 30 32 Cabos (fios), bitola 0,75mm, fabricante Pirelli 30 m 33 Cabos (fios), bitola 0,50mm, fabricante Pirelli 20 m 34 Cabos (fios), bitola 1,50mm, fabricante Pirelli 10 m 35 Identificadores para fio --- 36 Terminação de fios 100 37 Porca sextavada 1/2" conexão BSP 1 38 Porca sextavada 3/4" conexão BSP, fabricante Tupy 1 39 Junta de vedação 1/2" 1 40 Junta de vedação 3/4" 1 41 Bomba de água, 127 Vac, fabricante Invensys 1 42 Plástico adesivo, com 50 cm de largura, tipo contact 4 m 43 Emborrachado preto, para isolamento do painel 2 44 Fita para vedação de tubulação, em PTFE, 3 metros 1 45 Fita isolante, isolação elétrica até 600V, fabricante 3M 1 46 Barramento de cobre, com parafusos, porcas e arruelas anti-oxidantes 3
79
7.2 – DIAGRAMA ELÉTRICO
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7.3 – FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA
81
7.4 – FOLHA DE DADOS (DATASHEETS)
A seguir listaremos os equipamentos que possuem as suas folhas de
dados referenciadas neste capítulo:
82
83
84
85
86
Simples
Mod. EVA 01 - Válvula de entrada de água - reta 1 entrada e 1 saída
Materiais: Corpo: termoplástico Filtro: plástico (removível) Partes metálicas: aço bicromatizado Membrana: borracha (padrão) ou silicone (atóxica) Terminais: latão
Gravações: conforme especificações do cliente
Pressão de operação: 0,2 to 8,0kgf/cm2 (vazão mínima = 7 I/min. com 0,2 kgf/cm2; vazão mínima = 40 I/min. com 8,0 kgf/cm2) opcional - regulador de vazão (8 l/min, 12 l/min., 20 l/min.) 0,2 a 2,0 Kgf/cm2 (EVA 08)
Temperatura máxima do líquido: 60ºC
Rigidez dielétrica: 1.500 VCA - 1min.
Saída de água (conexão para mangueira): Disposição geométrica em relação à entrada: reta
Número de entradas / saídas: 1 entrada / 1 saída
Vida útil: >50.000 operações (3,5 Kgf/cm2)
Tipo de terminal (alimentação): Faston 6,3mm x 0.8mm.
Bobina: Tensão: 127 VCA/ 60Hz (bobina amarela) 220 VCA/ 50-60Hz (bobina preta) 12 VCC (bobina azul) 24 VCC (bobina verde) 220 / 240 VCA/ 50Hz (bobina vermelha)
87
88
89
90
91
92
