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PLC
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
CAMPUS ALTO PARAOPEBA
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL - PLC
Professor: Leonardo Mozelli
Alunos: Natália Ferreira de Carvalho
Ouro Branco
2015
1. Introdução
Os Controladores Lógico Programaveis (CLP) possuem um conceito muito
extenso. Eles são nada mais que um computador com uma construção física que atende
os requisitos de operação em ambientes industriais. Também são dotados de um
software específico para automação e controle. Muitas vezes existe também um sistema
operacional em tempo real com uma configuração fixa de memoria. No entanto nos
últimos anos têm se tornado cada vez mais populares os controladores baseados em
barramentos padronizados, sistemas operacionais de uso generalizado e estrutura de
memória aberta.
A norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association), ICS3-
1978, parte ICS3-304, define um controlador programável como:
"Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o
armazenamento interno de instruções para implementação de funções específicas, tais
como lógica, sequenciamento. temporização, contagem e aritmética para controlar,
através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Um
computador digital que é utilizado para desempenhar as funções de um controlador
programável é considerado dentro deste escopo. Estão excluídas as chaves tambores e
outros tipos de sequenciadores mecânicos".
Figura 1: Painel CLP aplicado a uma indústria de cerâmica
As características mais importantes dos CLPs são descritas a seguir:
a. Hardware
alta confiabilidade (alto MTBF - tempo médio entre falhas);
imunidade a ruídos eletromagnéticos;
isolação galvânica de entradas e saídas:
facilmente configurável com montagem em trilhos padronizados ou racks com
módulos extraíveis;
instalação facilitada, com conectores extraíveis;
manutenção simples, com ajuda de autodiagnose.
b. Software
programação simples através de linguagens de fácil aprendizagem;
recursos para processamento em tempo real e multitarefa.
monitoração de dados "on-line":
alta velocidade de processamento.
c. Arquitetura Básica
Qualquer controlador programável apresentará em sua estrutura:
UCP - (Unidade Central de Processamento) - é a responsável pela tomada de
decisões. Através do programa ela analisa o estado das entradas e altera o estado
das saídas, de acordo com a lógica programada.
Memória - é responsável pelo armazenamento de todas as informações
necessárias ao funcionamento do CLP.
Entradas e saídas - são os meios de comunicação do CLP com o processo a ser
controlado. As entradas recebem os sinais do campo e os transformam em sinais
digitais para serem processados pela UCP. Após o processamento, os dados
enviados pela UCP (digitais) são convertidos pelas saídas em sinais que possam
acionar cargas externas (sinais elétricos).
2. Justificativa do tema
O Tema escolhido para se dissertar são os PLC’s. A escolha se deu pela
grande importância desses equipamentos em todo o mundo e pela sua aplicação em
todos os tipos de processo. Desde uma simples automação residencial até a mais
complexa indústria, os PLC’s são essências na automação e controle de processos.
A cada dia que passa os PLC’s se tornam cada vez mais desenvolvidos e
mais completos para a sua aplicação. Exercem o papel principal no controle de
processos.
3. História
Existem diversos equipamentos utilizados na automação industrial, porém, o
controlador lógico programável (CLP) é um dos mais importantes. O CLP surgiu no
final da década de 1960 e revolucionou os comandos e controles industriais. Nessa
época, a automação era executada quase totalmente por relés com base em lógica fixa,
ou lógica hardwired, o que resultava em enormes armários de relés eletromecânicos
interligados por circuitos elétricos e extensas fiações.
O primeiro CLP foi criado em 1968 por Dick Morley, funcionário da
empresa Bedford Associates. Ele foi desenvolvido com o objetivo de substituir os
armários empregados para controlar operações sequenciais e repetitivas na linha de
montagem da indústria automobilística General Motors.
Essa primeira geração de CLPs usava componentes discretos e tinha baixa
escala de integração. Sua utilização só era viável quando substituía painéis que
continham mais de 300 relés. Tal equipamento ficou conhecido pela sigla PLC
(programmable logic controller) – em português, CLP (controlador lógico
programável).
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), CLP é um
“equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações
industriais”. Já para a National Electrical Manufacturers Association (NEMA), trata-se
de um “aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o
armazenamento interno de instruções para implementações específicas, tais como
lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar através de
módulos de entrada e saída vários tipos de máquinas e processos”.
Com o surgimento dos circuitos integrados, foi possível viabilizar e difundir
a utilização do CLP em grande escala, melhorando o poder de processamento e
diminuindo o tamanho dos equipamentos. Esse avanço está atrelado, em grande parte,
ao desenvolvimento tecnológico dos computadores, até mesmo em sua arquitetura de
hardware e software. O uso de microprocessadores e microcontroladores de última
geração e o de arquitetura híbrida, aliada às novas técnicas de processamento paralelo e
às redes de comunicação, contribuíram para o sucesso desse equipamento industrial.
Há pouco tempo o CLP possuía arquitetura proprietária, na qual cada
fabricante produzia o próprio modelo e desenvolvia os softwares de programação e
simulação exclusivos para seus equipamentos, ou seja, não existia portabilidade.
Com a adoção da norma IEC 61131-3, ocorreu a padronização da linguagem
de programação e a solução para softwares e aplicativos foi alcançada. Atualmente, os
CLPs possuem funções específicas de controle e canais de comunicação que permitem
interligá-los entre si e a computadores em rede, formando um sistema integrado.
Enquanto se estudavam as propostas de padronização do fieldbus (barramento de
campo), as redes wireless suplantaram essa tecnologia e se incorporaram aos CLPs
como opção de coleta de sinais de chão de fábrica.
Dessa maneira, eliminaram-se os condutores usados para interligá-los,
propiciando troca de informações e distribuição de dados por todo o processo.
As vantagens da utilização do CLP em aplicações industriais são inúmeras e
cada dia surgem novas, que resultam em maior economia, superando o custo do
equipamento. Essa evolução oferece grande número de benefícios, por exemplo:
Maior produtividade.
Otimização de espaço nas fábricas.
Melhoria na qualidade do produto final.
Alto MTBF (tempo médio entre falhas).
Baixo MTTR (tempo de máquina parada).
Maior segurança para os operadores.
Menor consumo de energia.
Redução de refugos.
Reutilização do cabeamento.
Maior confiabilidade.
Fácil manutenção.
Projeto de sistema mais rápido.
Maior flexibilidade, satisfazendo maior número de aplicações.
Interface com outros CLPs através de rede de comunicação.
a. Evolução
No final da década de 1960 e início da de 1970, as fábricas automobilísticas
não possuíam flexibilidade para mudanças constantes no processo de produção.
Qualquer alteração no processo de fabricação dos automóveis, por menor que fosse, era
trabalhosa e demorada. Portanto, para produzir um automóvel de cor ou modelo
diferente, havia longa espera, uma vez que a produção era feita em grandes lotes. Nessa
época, a tecnologia era a automação com lógica de contatos, utilizando painéis com
relés eletromecânicos e muita fiação. Obviamente, essas fábricas não haviam sido
projetadas para constantes modificações. Por causa das limitações tecnológicas,
qualquer alteração na configuração da linha de produção tinha custo elevado, pois todos
os intertravamentos para controle e segurança eram feitos com painéis de relés e
contatores.
Figura 2: Painel PDP01
A utilização de lógica de contatos apresentava as seguintes desvantagens:
Inflexibilidade – Efetuar mudanças no processo produtivo significava alterar
toda a lógica de contatos e intertravamento. Frequentemente, isso se traduzia em
sucatear enormes painéis e produzir um novo, o que demandava tempo, fator
responsável por grandes interrupções e perda de produção.
Custo operacional elevado – Os painéis utilizados na automação eram enormes e
ocupavam grandes áreas do processo produtivo, com montagem lenta e
componentes eletromecânicos suscetíveis a falhas.
Alto custo de desenvolvimento e manutenção – As lógicas com relés tinham de
ser minimizadas para reduzir o número de componentes e o custo envolvido na
montagem. Esse fato aumentava a complexidade do projeto (implementação e
documentação).
O CLP, quando foi desenvolvido, buscava substituir os enormes painéis
controladores com relés eletromecânicos e quilômetros de fios que predominavam na
indústria automobilística, pois esses painéis não possibilitavam flexibilidade em relação
ao modelo de veículo produzido.
Com o objetivo de resolver esses problemas, a General Motors solicitou o
desenvolvimento e a produção de um equipamento com as seguintes características:
Ser facilmente programável e ter sua sequência de operação prontamente
mudada, de preferência na própria planta.
Possuir manutenção e reparo facilitados usando uma montagem de módulos
encaixáveis (tipo plug-in).
Funcionar em ambientes industriais com mais confiabilidade que um painel de
relés.
Ser fisicamente menor que um painel de relés para minimizar o custo de
ocupação do chão de fábrica.
Produzir dados para um sistema central de coleta de informações.
Ser competitivo quanto ao custo em relação a painéis de relés em uso na época.
O primeiro CLP projetado previa duas placas: a placa fonte e a placa
processadora controlada por software. Um protótipo construído com essa arquitetura
mostrou-se muito lento, exigindo o acréscimo de mais uma placa, chamada Logic
Solver, que tinha como finalidade implementar em hardware as funções mais usadas
pelo software, acelerando, assim, o processamento.
Em 1969, a Bedford Associates apresentou para a General Motors um
equipamento que atendia a suas necessidades, além de funcionar em operações distintas
e ser de fácil programação. Esse equipamento era o MODICON (modular digital
controller).
O MODICON 084 foi o primeiro CLP comercial com essas tecnologias. Tal
modelo proporcionou diversos benefícios à indústria, entre eles:
Grande economia nas mudanças de funções, por ser facilmente programável.
Aumento na vida útil do controlador, por utilizar componentes eletrônicos.
Menor custo de manutenção preventiva e corretiva, por ser intercambiável.
Diminuição dos espaços físicos ocupados nas áreas produtivas, pois suas
dimensões eram reduzidas.
Figura 3: CLP da MODICON
Os CLPs foram introduzidos na indústria brasileira na década de 1980,
inicialmente nas filiais de empresas multinacionais, que implantavam a tecnologia
utilizada na matriz. Em pouco tempo, essa tecnologia proliferou e o CLP adquiriu
grande aceitação no mercado. Em 1994, havia mais de 50 fabricantes de CLP, o que
demonstrava seu sucesso e aceitação. A tabela abaixo mostra os principais eventos na
evolução tecnológica do CLP.
Década Evento
1960
Surgimento do CLP em substituição aos painéis de controle com relés
eletromecânicos – economia de energia, facilidade de manutenção,
redução de espaço e diminuição de custos.
1970
O CLP adquiriu instruções de temporização, operações aritméticas,
movimentação de dados, operações matriciais, terminais de
programação, controle analógico PID. No final da década, foram
incorporados recursos de comunicação, propiciando a integração entre
controladores distantes e a criação de vários protocolos de comunicação
proprietários (incompatíveis entre si).
1980
Redução do tamanho físico em virtude da evolução da eletrônica e
adoção de módulos inteligentes de E/S, proporcionando alta velocidade e
controle preciso em aplicações de posicionamento. Introdução da
programação por software em microcomputadores e primeira tentativa
de padronização do protocolo de comunicação.
1990
Padronização das linguagens de programação sob o padrão IEC 61131-3,
introdução interface homem-máquina (IHM), softwares supervisores e
de gerenciamento, interfaces para barramento de campo e blocos de
funções.
Hoje
Preocupação em padronizar os protocolos de comunicação para os CLPs
de modo que haja interoperabilidade, possibilitando que o equipamento
de um fabricante se comunique com o de outro, o que facilita a
automação, o gerenciamento e o desenvolvimento de plantas industriais
mais flexíveis e normalizadas.
Figura 4: História CLP
Figura 5: Painel CLP atual
4. Grupos de Pesquisa
AUTOMSYSTEM - O grupo tem por objetivo desenvolver trabalhos na
área de automação de processos e de produtos. As principais linhas de pesquisas são
Microcontroladores, Controladores Lógicos Programáveis (CLP,s), Sistemas de
Supervisão e Aquisição de Dados e softwares de desenvolvimento de sistemas tais
como: LabView e Java. Outras áreas afins são Inteligência Artificial e Eficiência
Energética. O grupo pretende realizar trabalhos no âmbito acadêmico e industrial e levar
a sociedade seus resultados por meio de sua produção em eventos científicos e
periódicos.
O Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento BATLAB é vinculado à
Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, sendo parte da infra-estrutura de pesquisa
do programa de Mestrado em Engenharia Elétrica.
Os objetivos principais do BATLAB são:
Formação de pessoal;
Desenvolvimento de pesquisa orientada a produto;
Publicação de artigos científicos em conferências e periódicos, visando a
disseminação de contribuições.
INSTITUTO DE ESTUDOS AVANÇADOS – IEAv
NAVEGAÇÃO ROBÓTICA – Pesquisa em Navegação Robótica por Imagens, que tem
por objetivo um demonstrador de conceito de sistema de navegação autônoma por
imagens para veículos não tripulados.
TRAJETÓRIA DE VÔO – Pesquisa em Cálculo Automático de Trajetórias de Vôo, que
tem por objetivo um demonstrador de conceito de sistema de navegação autônoma por
imagens para veículos não tripulados.
5. Universidades e empresas que trabalham com CLP
Em 1958, Geraldo Lewinski fundou a Metaltex. Nossas atividades se
iniciaram com a fabricação pioneira de relés especiais e logo nos tornamos líderes de
mercado. Fabricamos atualmente, com nossa linha de montagem principal
automatizada, uma ampla linha de relés que vão desde os de uso geral em eletrônica até
os mais específicos.
Chegamos ao ano de 1992; este ano tornou-se um marco na ampliação de
nossa linha de produtos. Passamos a oferecer, além de relés, uma grande variedade de
componentes eletro-eletrônicos. 1992 também foi o ano em que decidimos criar duas
divisões em nossa equipe comercial e passamos a oferecer soluções completas também
em Automação Industrial. A partir de então viemos ocupando posições de destaque nos
segmentos de Componentes e Automação Industrial.
Em ambas divisões, os produtos tem a segurança e a garantia da marca
Metaltex, porém para complementarmos nossa própria linha, firmamos parcerias com as
empresas internacionais mais conceituadas nos respectivos segmentos. São elas:
Panasonic-Sunx (Servo-Motores, CLPs, IHMs, Sensores, temporizadores, etc), OKI
(ampolas reed), Anderson Power (conectores de potência), Mean Well (fontes
chaveadas), Mornsun( conversores CC-CC e CA-CC), MEC (chaves modulares para
CI), Teco (motores de passo), Gave (Chaves elétricas), Delta (inversores de frequência,
IHMs e servomotores) e Tekel/Italsensor (Encoders).
Uma excelente equipe de colaboradores e uma infra-estrutura completa são
a garantia de suporte comercial e técnico para suas aplicações em automação industrial
e componentes eletromecânicos. Somos uma empresa globalizada com presença em
todo o Brasil e em diversos países do mundo. Desde 1958 com solidez, tecnologia e
compromisso com a qualidade.
Desde 1989 a Positronic é sinônimo de liderança em tecnologia de ponta
para automação industrial e acionamento de motores com soluções customizadas em
Inversores de Frequência, Conversores CA/CC, Servo Drives, CLP, IHM, Servo
Motores e Motores Industriais para fabricantes de máquinas e clientes finais com
excelência nos serviços de assistência técnica. Desde o ano de 1995 distribui os
produtos Control Techniques e Leroy Somer no Brasil e possui Assistência Técnica
Autorizada destas reconhecidas empresas internacionais, sendo a única empresa no
Brasil a ter Assistência Técnica Autorizada para produtos em garantia para ambas
empresas.
Somos líderes absolutos no país no fornecimento de Sistemas Elétricos para
Centro de Serviços em Aço, como Linhas de Corte Longitudinais e Linhas de Corte
Transversais. Fornecemos desde simples acionamentos elétricos até sistemas completos
com as melhores soluções integradas em vários níveis de automação.
A Motor System - Toshiba (MSA) iniciou suas atividades em 2001, pela
direção da RV - Redutores, empresa com mais de 17 anos de experiência em assessoria
e projetos para redução e controle de velocidade de motores elétricos. A Motor System -
Toshiba especializou-se na Integração e Assistência Técnica dos produtos TOSHIBA,
oferecendo para o mercado brasileiro o mais elevado nível de qualidade e tecnologia
nos serviços prestados e soluções integradas.
O Grupo Toshiba nomeou no ano de 2003 a Motor System como Centro de
Excelência Tecnológico e Comercial da América do Sul, para suprir o mercado sul-
americano com os produtos Toshiba, no segmento de Automação Industrial com os
produtos Inversores de Freqüência de Baixa Tensão, Média Tensão, Motores Elétricos,
CLP's, IHMs e Servo Motores reportando-se diretamente a Matriz Toshiba do Japão.
As soluções de controle estabelecem o padrão — do controlador lógico
programável (CLP) inventado nos anos 1970 na tecnologia embarcada no controlador
de automação programável (CAP) expansível, multidisciplinar e voltado para
informações. os controladores com segurança certificada oferecem suporte às suas
necessidades de aplicações SIL 2 e SIL 3. Existem vários tipos e tamanhos de
controladores para atender à necessidades específicas.
Os controladores modulares SIMATIC S7 podem ser expandidos de modo
flexível e a qualquer momento, por meio de módulos I/O plugável funcionais e de
comunicações, fornecendo soluções personalizadas para as suas necessidades. Escolha
entre um extenso portfólio de opções de desempenho, escopo e interface, de acordo
com seu aplicativo. Nossos CLPs modulares também são considerados sistemas com
alta disponibilidade e à prova de falhas
Figura 6: CLP da Siemens
6. Referências bibliográficas
http://w3.siemens.com.br/automation/br/pt/Pages/automacao.aspx
http://www.motorsystem.com.br/corporativo/
http://ab.rockwellautomation.com/pt/Programmable-Controllers
http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/4313813336202326
http://www.federalcubatao.com.br/grupo-de-pesquisa.html
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-controladores-logicos-programaveis-clps-
10413124-catalogo-portugues-br.pdf
http://www.inf.ufrgs.br/index.php?option=com_content&view=article&id=62&catid=3
8&Itemid=92
http://www.metaltex.com.br/empresa
