ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO C.A.I Os … · ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO C.A.I Página 8 ATIVIDADE 1. Sobre os processos que envolvem os CLPs, analise as afirmativas

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO C.A.I

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Os controladores lógicos programáveis, ou mais comumente, os CLPs, são computadores digitais empregados para a automação de tarefas ou processos exclusivos, com diferentes aplicações. Eles manipulam máquinas em linhas de montagem.

A automação industrial vem aumentando exponencialmente, junto à necessidade por instalações de produção a nível mundial. A automação está se transfigurando para um aspecto central na fabricação, enquanto

instalações enfrentam as humildes margens de lucro e ainda operam dentro de métodos de produção just-in-time. As empresas estão entendendo que, para oferecer esses processos essas, devem atender à demanda do cliente enquanto exercem com dispêndios mais baixos, com manufaturação em massa, personalizável e com maleabilidade.

Os CLPs figuram atualmente o auge da automação industrial, servindo como elo significativo entre máquinas e humanos.

Como controladores globais, os CLPs podem ser programados para executar inúmeras tarefas, desde operações pneumáticas à computação matemática.

Com o poder de processamento, o armazenamento de dados e as capacidades de comunicação dos computadores, os CLPs fornecem um nível completo de supervisão, monitoramento e controle por intermédio de aplicativos. Os CLPs são projetados para oferecer operações portando o mais alto grau de idoneidade, tanto em simples operações quanto nas mais difíceis, tais como em altas temperaturas, ruído elétrico, choque e impacto de vibração.

Os CLPs interagem através da conexão direta com equipamentos de entrada e de saída. Os sinais provenientes de periféricos (sensores, interruptores e outros dispositivos de controle) os quais, fornecem dados físicos externos sobre as operações ambientais do CLP. De acordo com o algoritmo instalado, suas saídas fornecem um feedback para determinar a melhor decisão possível para a alteração do processo ou do ambiente.



BENEFÍCIO DO CLP

Um único CLP pode executar facilmente vários tipos de máquinas.

� CORREÇÃO DE ERROS

Antes do CLP, os painéis de relés precisariam ser fisicamente alterados para alcançar um novo desenho do circuito. Com os CLPs, pode-se modificar facilmente uma alteração no desenho do circuito, bastando para isso, reprogramar o controlador. A correção de erros nos controladores é de duração extremamente curta e de baixo custo.

� EFICIÊNCIA DE ESPAÇO

Com o desenvolvimento da memória do CLP, a oportunidade de utilizar contatores, bobinas, temporizadores, sequenciadores e contadores em um único controlador aumentaram consideravelmente. Milhares de instrumentos podem ser conectados a um único controlador, reduzindo a necessidade de várias caixas de painel para diversos sistemas.

� BAIXO CUSTO

O custo do PLC varia de algumas centenas a alguns milhares. A redução do número de componentes externos para operar um único sistema através da compra de um único PLC pode economizar dinheiro sobre os custos diretos e de instalação.

� TESTES

Os CLPs podem ser testados e avaliados em laboratório seguro. O programa pode ser testado, validado e corrigido, o que economiza um tempo bastante valioso.

A implementação do CLP oferece inúmeros benefícios de desempenho, tais como requisitos reduzidos de hardware, aumento da eficiência e menos resíduos do produto. Nos modelos mais modernos encontramos a alta capacidade de personalização, sendo que podem ser aplicados em projetos de controle individuais, reduzindo significativamente o uso da produção de manual.



Com controladores embutidos, os CLPs tornam a instalação mais fácil, porque eles precisam de menos espaço. Além disso, apresenta melhor interação com o operador, o que leva ao aumento de eficiência na produção. Na manutenção e na solução de problemas, os reparos são reduzidos devido aos componentes de plug-in e aos módulos de substituição.

As probabilidades de falhas do CLP e o tempo necessário para corrigir os erros são significativamente reduzidos, o que leva à eliminação total de religação de painéis de relé e de componentes acessórios. Além disso, os circuitos de detecção de falhas e a integração do indicador de diagnóstico nos principais componentes podem monitorar quando os componentes estão funcionando corretamente.

FUNCIONAMENTO

Um controlador lógico programável é um computador especial que controla as máquinas e os processos. Ele, portanto, compartilha um espaço comum com os PCs como unidade central de processamento, de memória, de software e de comunicações. Ao contrário dos PCs, o CLP é projetado para sobreviver em ambientes industriais mais severos e é bastante flexível em sua interface com entradas e saídas. Os CLPs normalmente possuem os seguintes componentes:

� Fonte de alimentação e rack � Unidade de processamento central � Sistema de Entrada / Saída



FONTE DE ALIMENTAÇÃO E RACK

O rack mantém tudo em conjunto. Ele pode ser projetado para conter vários módulos. Contém os cartões para comunicação com a CPU. A fonte de alimentação regula a energia CC para cada um dos módulos no rack.

CPU

Este é o cérebro por trás do PLC. A CPU normalmente fica atrás da fonte de alimentação. Consiste de um microprocessador, chip de memória, e outros circuitos lógicos de controle e de comunicação. Este é o local onde o programa de lógica é implementado, executando o programa e operando o processo.

SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA

Este é o lugar onde as conexões físicas entre os equipamentos e o PLC se encontram. Uma fita de terminais é utilizada para os cartões de E/S para as ligações do dispositivo.



O sistema de entrada/saída trabalha em conjunto com a CPU. É onde os dispositivos de entrada registram e medem os dados recebidos, pelo monitoramento de componentes, e fornece informações para a CPU para determinar o que a máquina ou processo deve fazer com ele. O sistema de saída retransmite a execução do programa a partir da CPU até as máquinas e os processos operacionais. Normalmente, o CLP realiza um único tipo de execução para uma tarefa ou um processo específico. Isto permite que o sistema automatize a tarefa com base nos sensores de feedback dos CLPs.

APLICAÇÃO INDUSTRIAL

Com o design e o desenvolvimento de PLC atingindo novos patamares a cada ano, as aplicações industriais em potencial continuam crescendo. Algumas indústrias e suas aplicações:

INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

� Sistemas de Controle de Forno � Sistemas de dosagem � Sistemas de Fogão � Sistemas de Extrusão e de Corte � Mistura e Distribuição de ingredientes

TRANSPORTE DE MATERIAL

� Manuseio de materiais � Acionadores e Sistemas de Velocidade Variáveis � Sistemas de Centros de Controle de Motores � Sistemas de Controle de Sequência de Válvula � Controles de Contramedida de Linha Plugada

PRODUTOS DE CONSTRUÇÃO

� Sistemas de Controle de Forno � Sistemas de Controle de Cortes � Sistemas de Formação � Mistura e Distribuição de Gesso

INDÚSTRIA FARMACÊUTICA

� Sistemas de Controle de Autoclave � Máquinas de Fechamento de Frascos � Relatórios de Validação � Operações de P&D � Lavagem de Frascos � Rotulagem de Frascos



INDÚSTRIAS SIDERÚRGICAS

� Controle de Máquinas � Sistemas de Controle de Forno � Embalagem e Rotulagem

POSICIONAMENTO DE MATERIAIS

� Sistemas de Controle de Estoque � Sistemas de Transporte de Produtos

RELAÇÃO CUSTO BENEFÍCIO A compreensão dos requisitos de aplicação ajudará a determinar se os CLPs são os melhores para o seu sistema de automação. As aplicações normais de automação de fábrica para as quais os CLPs foram projetados envolvem a fabricação/montagem de itens específicos. Essas aplicações envolvem uma ou mais máquinas e muito movimento de material. Normalmente, estes tipos de processos são monitorados por um operador que observa a progressão através da linha de fabricação. Estes processos são altamente controlados de forma lógica e exige alta velocidade, o que é muitas vezes controlado por CLPs e pela Interface de combinação Homem-Máquina (HMI). Quando o valor do produto é relativamente baixo e/ou a inatividade resulta na perda da produção, mas com pequeno custo adicional ou pequenos danos ao processo, o PLC é uma boa escolha. Para a fabricação sob demanda do produto, onde a fabricação não é contínua, onde são permitidas interrupções adequadas para a manutenção, solução de problemas ou atualizações que possuem pouco impacto sobre a produção, o pedido é a aplicação do CLP. Normalmente, em um ambiente de CLP, o operador lida principalmente com exceções. As informações de status e os alarmes ajudam o operador a ficar ciente da execução do processo. Isto é essencial para a definição de Lights Out Manufacturing [Fabricação completamente automatizada]. Quando for preciso



apenas um operador para fazer a supervisão, então o sistema CLP é a escolha certa. Os CLPs são projetados para aplicações de alta velocidade que exigem altas taxas de varredura envolvendo o controle de movimento, o intertravamento de alta velocidade ou o controle de motores e acionamentos. As taxas de varredura rápidas são necessárias para serem totalmente eficazes no controle desses dispositivos, tornando-os excelentes para o mercado do produto sob demanda. Os CLPs foram projetados como os melhores personalizáveis. O desenvolvimento de rotinas e de funções personalizadas é necessário para satisfazer as necessidades de aplicações únicas. O integrador de sistemas pode alterar a partir de um tipo de máquina de fabricação hoje e passar a um sistema completamente diferente amanhã. Este é o poder dos controles lógicos programáveis e sua capacidade de passar de uma aplicação para outra, reescrevendo o código. Os engenheiros de automação industrial buscam plataformas personalizáveis, onde os componentes individuais podem ser reprogramados para realizar a tarefa desejada. Os integradores e os engenheiros interrompem os CLPs e começam a programar com base no que necessitam. As ferramentas fornecidas pelos CLPs normalmente suportam uma abordagem de base para a engenharia, que funcionam perfeitamente em aplicações menores. Os CLPs garantiram seu espaço em indústrias de automação com a sua taxa de produção de alta velocidade e flexibilidade de sistema. Estão no mercado há um bom tempo, mas ainda encontram-se em desenvolvendo em ferramentas potentes para todos os tipos de aplicação industrial.



ATIVIDADE 1. Sobre os processos que envolvem os CLPs, analise as afirmativas. I - O correto entendimento das condições de funcionamento do processo será determinante para apontar a eficácia da instalação de um CLPs no seu sistema de automação. II – As diversas finalidades que envolvem automação de plantas industriais nas quais são aplicados controladores lógicos programáveis, nem sempre envolvem um produto final onde seu projeto requer fabricação/montagem de itens específicos. III – Aplicação de interfaces de comunicação (IHM) traz segurança na coleta de dados, visto que processos são altamente controlados de forma lógica e exige alta velocidade de respostas na atualização dos dados. IV – Numa planta onde a demanda do produto não é contínua, onde são concedidas interrupções oportunas a fim de proceder algum tipo de manutenção, elucidação de problemas ou atualizações no sistema que contêm pouco ou nenhum impacto sobre a produção, a aplicação de sistemas dotados de CLP se faz desnecessária. V - A medida que o valor agregado do produto final de uma planta é moderadamente ordinário e/ou a ociosidade resulta na perda da produção, mas com insignificante custo adicional ou pequenos danos ao processo, o PLC é uma boa escolha. Estão corretas apenas: a) II e IV apenas b) III e V apenas c) I, III e V apenas d) II, IV e V apenas e) V apenas 2. Atualmente nas plantas industriais onde encontramos sistemas dotados de CLP, a função do operador é ligeiramente restrita, quando nos referimos a interação nos processos. Aos operadores cabe a conferencia das informações de status e os alarmes, os quais dão ciência da execução do processo. Sobre essa realidade na indústria analise as afirmativas abaixo. I - Isto é essencial para a fabricação completamente automatizada, ou seja, quando for preciso apenas um operador para fazer a supervisão, então o sistema dotado de CLP é a escolha certa. II - Os controladores lógicos programáveis são alinhados e estruturados para funcionalidades de alta velocidade que exigem consideráveis taxas de varredura permeando o controle de movimento, o intertravamento de alta velocidade ou o controle de atuadores. III – Nas plantas industriais as taxas de varredura rápidas são necessárias para serem totalmente eficazes no controle desses dispositivos, tornando-os excelentes para o mercado do produto sob demanda. 3. Um controlador lógico programável executa inúmeras operações lógicas da automação e ainda é encarregado por diversas outras atribuições como comunicação, diagnósticos e execução do sistema operacional de tempo real. A velocidade de processamento de um controlador logico programável é um fator que requer atenção, pois está diretamente ligada a fatores como: I - Parcela de loops e cálculos matemáticos essenciais na aplicação. II - Dimensão do algoritmo que será executado na memoria. III - Número de pontos de entrada e saída, apenas analógicos. IV - Velocidade de resposta da demanda necessária. Está correto: a) II, III e IV, apenas. b) I, II, e IV. c) I e IV, apenas. d) I, II e III, apenas. e) II e III, apenas.



4. As assertivas a seguir apresentam os cinco níveis da Pirâmide da Automação. 5 - Administração de recursos da empresa. Neste nível encontram-se os softwares para gestão de vendas financeiras. 4 - Nível responsável pela programação e pelo planejamento da produção, controle e logística de suprimentos. 3 - Permite a supervisão do processo. Normalmente possui banco de dados com informações relativas ao processo. 2 - Nível onde se encontram os equipamentos que executam o controle automático das atividades da planta. 1 - Nível das máquinas dos dispositivos e dos componentes da planta. Relacionando as assertivas anteriores com as áreas dos níveis de automação em uma indústria/empresa, marque a alternativa que corresponde a sequência correta, de cima para baixo: ( ) Controle ( ) Gerenciamento Corporativo ( ) Dispositivos de campo, sensores e atuadores ( ) Supervisão ( ) Gerenciamento de planta a) 1, 2, 3, 4, 5 b) 2, 5, 1, 3, 4 c) 3, 4, 1, 2, 5 d) 5, 4, 2, 3, 1 e) 4, 5, 3, 2, 1 5. Um elemento final de controle é um dispositivo que: a) Atua diretamente sobre o controlador. b) Converte o sinal da variável a ser controlada e o envia ao sistema de controle. c) Opera internamente no sistema de controle, e sua saída é sempre um sinal elétrico. d) Recebe o sinal do processo e o converte a um sinal exclusivamente elétrico. e) Recebe o sinal de controle e atua no processo para manter a variável a ser controlada em um valor predeterminado. 6. A utilização de Controladores Lógicos Programáveis em instalações elétricas permite, dentre outros benefícios, reduzir os tempos de parada das máquinas na produção. Também, mudar o modelo de uma peça a ser produzida pode significar a alteração de todos os quadros elétricos, elevando o custo produtivo em indústrias que não utilizam tais componentes. Desta forma. I. Cada terminal ou conector de entrada e saída no CLP recebe um endereço de memória (tagname), onde a informação presente no terminal é armazenada. II. O uso do CLP reduz o tamanho dos painéis elétricos, possibilitando a necessidade de um espaço menor. III. O Controlador Lógico Programável substitui inúmeros dispositivos eletrônicos, contudo, essa intervenção causa aumento do consumo de energia em uma instalação industrial. IV. O CLP pode ser reprogramado (dependendo de sua configuração) sem interromper o processo produtivo. Considerando as seguintes afirmações com respeito aos Controladores Lógicos Programáveis, marque a alternativa que contém as assertivas corretas: a) I, II, IV b) I, II, III c) IV d) I, IV e) III



7. A arquitetura de um Controlador Lógico Programável está constituída basicamente de: a) Fonte alimentação, CPU, dispositivo de impressão e terminal de programação b) Fonte de corrente, motor, unidades de armazenamento e teclado. c) Monitor, dispositivo de impressão, memórias e CPU. d) Memórias PROM e EPROM, cartão de comunicação, monitor e CPU. e) Fonte alimentação, CPU, dispositivos I/O, memórias e terminal de programação 8. A industrialização se caracteriza pelo processo de desenvolvimento industrial em uma determinada localidade, cujo principal interesse é a substituição do modo de produção para maximização dos lucros. Esse fenômeno ocorre através da mecanização das atividades em substituição de algumas funções exercidas pelo homem, proporcionando uma produção em série e em grande escala. Nessa ótica conceituamos como processo um conceito que admite várias acepções. Onde esse pode ser responsável por tratar das diversas etapas deverá cumprir para completar certa operação. Em outras palavras um processo, contempla a passagem por diferentes estados até alcançar a forma final de algo. Sobre o funcionamento dos CLPs responda os itens abaixo. a) Em se tratando de uma automação de um processo industrial descreva as etapas importantes que ocorrem entre a informação da planta e a convergência de dados com o CLP para que o processo ocorra da forma desejada. b) Descreva os níveis que caracterizam as etapas de um processo industrial e que partes do processo eles englobam. 9. Na programação dos CLPs o LADDER é uma linguagem normatizada utilizada para programar instruções que permitem realizar o controle de sistemas críticos e/ou industriais, objetivando a substituição dos antigos circuitos controladores a relés, que ocupavam grandes espaços, de difícil manutenção e baixa confiabilidade. Com base nas afirmativas abaixo, assinale a alternativa correta. I. Tem vantagem de representar as lógicas de controle por meio de diagramas LADDER facilitando o desenvolvimento de códigos sem conhecimento prévio de outras lógicas de programação como exemplo linguagem C, linguagem python e assembler. Tudo isso devido à familiaridade com a lógica de relés. II. Todos os processos do diagrama são realizados de forma sequencial pelo processador do CLP. Para isso, é necessária uma estrutura de loop que é executada muitas vezes por segundo, atualizando os resultados na saída de forma quase imediata. III. Os CLPs também podem incluir blocos funcionais que permitem realizar operações mais complexas que a leitura ou escrita de variáveis, por exemplo, contadores e temporizadores. a) I e III são verdadeiras b) I e II são verdadeiras c) I, II e III são verdadeiras d) I, II e III são falsas e) II e III são verdadeiras



10. Quanto à automação de sistemas elétricos, analise as proposições a seguir. I - Os controladores lógicos programáveis (CLP) trouxeram para os sistemas elétricos o mesmo que a mecanização trouxe para a indústria, no tocante ao processo de automação industrial, reduzindo o tempo de processos e aumentando sua confiabilidade. II - Um controlador CLP permite definir resolução maior que a de 1 bit. Uma resolução de um bit define, por exemplo, que 0 volts é igual ao estado 0, enquanto +10 volts é igual ao estado 1 III - São exemplos de funções implementáveis no CLP: temporização, contagem, sequenciamento, comparação, lógica combinacional e sequencial, e operações aritméticas. IV - Os controladores do tipo CLP possuem dentre suas características a comunicação em rede e recursos para o diagnóstico de falhas. Através dos seus módulos de entrada e saída é possível, por exemplo, ligar sensores e atuadores, respectivamente. Estão corretas apenas a s afirmativas: a) I e II b) II e III c) II, III e IV d) I e IV e) I, II, III e IV 11. Os CLPs normalmente apresentam entradas reservadas para sinais analógicos. Assim, em aplicações normais, pode-se ligar em uma dessas entradas o dispositivo analógico que consta em: a) Chave fim de curso b) Pressostato c) Termopar d) Teclado e) Reed switch 12. Em uma residência utilizou-se um sistema de automação hidráulico, para controlar a temperatura da água de uma banheira e para o reaproveitamento da água da chuva. Nestas condições, pode-se afirmar que: I. O sistema de automação deve conter sensor de temperatura II. Deve-se utilizar um controle em malha fechada para aumentar a estabilidade do sistema III. O custo de sistemas com retroalimentação são sistemas simples de baixo custo, em relação aos sistemas em malha aberta. Está correto o que se afirma em: a) I apenas b) III apenas c) II e III apenas d) I e II apenas e) II apenas 13. As vantagens da utilização do controlador lógico programável em aplicações industriais são inúmeras e cada dia surgem novas tecnologias que resultam em maior economia, superando o custo do equipamento. Essa evolução oferece grande número de benefícios. Assinale a alternativa incorreta. a) Haverá maior produtividade e otimização de espaço nos locais que utilizam o CLP b) Haverá melhoria na qualidade do produto final e maior segurança para os operadores do CLP c) Haverá um maior consumo de energia, compensado pelo baixo custo de instalação do CLP d) O CLP é de fácil manutenção e permite a reutilização do cabeamento. e) Haverá alto MTBF (tempo médio entre falhas) e baixo MTTR (tempo de má quina parada) para o CLP

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