Projeto do Sistema de Controlo e Segurança da Unidade ... · seguir numa unidade de irradiação gama, ... tomadas para o novo sistema tanto a nível de software como de hardware

Projeto do Sistema de Controlo e Segurança da Unidade

Tecnológica de Radioesterilização do Campus Tecnológico

e Nuclear do IST

Raul de Vasconcelos Abreu Lopes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Orientador: Prof. João Rogério Caldas Pinto

Júri

Presidente: Prof. Viriato Sérgio de Almeida Semião

Orientador: Prof. João Rogério Caldas Pinto

Vogais: Prof. Paulo Alexandre Fernandes Ferreira

Dr. Eduardo Jorge da Costa Alves

Novembro 2015

i

ii

RESUMO No presente trabalho pretende-se efetuar uma renovação do sistema de controlo e

segurança de operações de uma unidade de irradiação gama. Este tipo de unidades envolve

processos que utilizam fontes radioativas para esterilizar e descontaminar variados materiais e

produtos, sendo essencial garantir acima de tudo a segurança das pessoas presentes. Isso é

conseguido através de diversos automatismos controlados por um PLC. Tendo sido o sistema

de controlo e segurança original implementado no final dos anos 80, exige-se agora uma

renovação do mesmo por forma a assegurar um novo ciclo de vida. Neste trabalho procede-se

portanto à renovação da parte nobre deste sistema de controlo, isto é, à substituição do PLC

original por um outro PLC, atual, que possibilita adotar soluções típicas quanto à automação de

sistemas deste tipo, mas também quanto à utilização de tecnologias modernas, como a internet,

que trazem novas potencialidades.

Neste trabalho apresenta-se assim uma revisão dos procedimentos de segurança a

seguir numa unidade de irradiação gama, bem como toda a modelação, simulação, e

implementação, do novo sistema de controlo que lhes dá resposta. Este novo sistema inclui todo

o comportamento sequencial que controla as máquinas envolvidas, mas também um renovado

sistema de supervisão baseado em páginas Web alojadas no próprio PLC, bem como a

introdução da capacidade de o mesmo notificar o operador por e-mail na ocorrência de alarmes

pré-programados.

Pretende-se também que o presente documento seja o documento de referência do

sistema de controlo e segurança da UTR. Procura-se assim descrever devidamente as opções

tomadas para o novo sistema tanto a nível de software como de hardware. É por isso

apresentada toda a lógica adotada na sua programação, todos os elementos elétricos e

mecânicos de interação entre máquinas e entre homem e máquina presentes, e também toda a

eletrificação de comando e potência diretamente relacionada com o funcionamento do novo PLC.

Palavras-chave: Automação, PLC, GRAFCET, Cobalto-60, Esterilização, Irradiador

iii

Abstract In the present work the objective is to rebuild the safety control system in a gamma

irradiation facility. This kind of facility sterilizes and decontaminates various types of materials and

products by exposing them to radioactive sources. The usage of various automatisms, all of them

controlled by a PLC, guarantees the safety of its operators. However, since the original control

system was built in the 80’s, it must now be replaced by a new and modern one. This way, a new

life cycle for the system begins. Also, given the evolution of technology in the last decades,

especially in what regards the internet, this operation represents a chance to add new solutions

and functionalities to the system.

With the purpose described, this work begins by presenting a review of the safety

procedures that a gamma irradiation facility must follow. Then, it presents the modulation,

simulation and installation of the new control system. It’s also presented his new supervision

system based on Web pages supported by the PLC itself, as well as the functionality of notifying

the operator of the UTR by e-mail when any of the programmed alarm occurs.

This thesis also intends to serve as the document of reference of the UTR safety control

system. With that end in sight, this document presents the adopted solutions regarding the

software and hardware of this system, i.e., its programmed logic, its electric and mechanic

components, as well as the electric schematics that represent all of the connections involving the

implemented PLC.

Keywords: Automation, PLC, GRAFCET, Cobalt-60, Sterilization, Irradiator

iv

Agradecimentos Gostaria de agradecer a um conjunto de pessoas que me apoiou ao longo desta tese mas

também nas diversas situações ao longo de todos estes anos em que tive oportunidade de crescer no

IST.

Agradeço portanto ao Prof. Engenheiro João Rogério Caldas Pinto pela confiança que

depositou em mim desde o início e pela sua pronta ajuda e disponibilidade em todas as vezes em que

o procurei ao longo deste trabalho.

Agradeço ao Eng.º Camilo Christo pela sua partilha de know how e abertura para ajudar.

Agradeço aos envolvidos da UTR, nomeadamente à Eng.ª Paula Matos e ao Dr. Nuno Inácio

pela sua paciência e abertura, ao Doutor Eduardo Alves por, ao longo do processo, procurar deixar-me

sempre à vontade e motivado, bem como ao Engenheiro Carlos Cruz pela experiência e conhecimento

que partilhou comigo e pela sua sempre boa disposição.

Agradeço também a todos os meus colegas de curso com quem ao longo deste percurso

académico partilhei os momentos mais difíceis mas também os mais divertidos. O apoio deles foi

fundamental.

Agradeço à minha família que, melhor que ninguém, seguiu todo este percurso, pela sua

constante preocupação com o meu sucesso.

Por último, um grande obrigado à Sara, por me fazer acreditar em mim e nas minhas

capacidades, por me tornar mais e melhor.

v

ÍNDICE

Resumo ...................................................................................................................... ii

Abstract ..................................................................................................................... iii

Agradecimentos ........................................................................................................ iv

Lista da Figuras ........................................................................................................ vii

Lista de Tabelas ......................................................................................................... x

Lista de Abreviaturas e Siglas ................................................................................... xi

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO .................................................................................... 1

1.1 Motivação e Objetivos ........................................................................................... 1

1.2 Contribuições ........................................................................................................ 2

1.3 Revisão de conceitos ............................................................................................ 2

1.4 Organização da Dissertação ................................................................................. 6

CAPÍTULO 2 - ENQUADRAMENTO .......................................................................... 7

2.1 Enquadramento histórico....................................................................................... 7

2.2 Descrição e funcionamento da UTR ...................................................................... 8

2.2.1 Instalações ......................................................................................................... 8

2.2.2 Autómato 1 ....................................................................................................... 11

2.2.3 Autómato 2 ....................................................................................................... 13

2.2.4 Monitorização e Operação ............................................................................... 14

CAPÍTULO 3 - PROJETO DO SISTEMA DE CONTROLO DA UTR ........................ 16

3.1 Considerações Iniciais......................................................................................... 16

3.2 Revisão dos processos e medidas de segurança ............................................... 16

3.3 Sensores e atuadores ......................................................................................... 22

3.4 Inovações Consideradas ..................................................................................... 26

3.4.1 Páginas Web / HMI .......................................................................................... 26

3.4.2 Painel Web (touchscreen - microbrowser)........................................................ 27

3.4.3 Envio de e-mails .............................................................................................. 28

3.5 Equipamento utilizado ......................................................................................... 28

3.6 Modelação do sistema de controlo de operações ............................................... 30

vi

3.6.1 Estrutura geral do programa de controlo .......................................................... 31

3.6.2 Controlo sequencial de operações ................................................................... 32

3.6.3 Registo de alarmes .......................................................................................... 40

3.6.4 Envio de e-mails ............................................................................................... 46

3.7 Considerações Finais .......................................................................................... 47

CAPÍTULO 4 - IMPLEMENTAÇÃO DO SISTEMA DE CONTROLO DA UTR ......... 48

4.1 Considerações iniciais ......................................................................................... 48

4.2 Controlo sequencial das máquinas ..................................................................... 48

4.3 Registo de Alarmes ............................................................................................. 56

4.4 Envio de e-mails (GRAFTECs/ fuplas/ IL’s) ......................................................... 60

4.5 Supervisão .......................................................................................................... 61

4.6 Simulações virtuais e experimentais ................................................................... 65

4.7 Montagem elétrica ............................................................................................... 68

4.8 Configurações de hardware ................................................................................ 69

4.9 Considerações finais ........................................................................................... 71

CAPÍTULO 5 - RESULTADOS FINAIS .................................................................... 72

5.1 Instalação ............................................................................................................ 72

5.2 Testes.................................................................................................................. 74

CAPÍTULO 6 - CONCLUSÕES E TRABALHO FUTURO ........................................ 76

6.1 Conclusões .......................................................................................................... 76

6.2 Sugestões para Trabalhos Futuros ..................................................................... 78

CAPÍTULO 7 - BIBLIOGRAFIA ................................................................................ 80

CAPÍTULO 8 - ANEXOS ........................................................................................... 82

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - (a) sensores fim de curso; (b) célula fotoelétrica; (c) Relé de falta de fase

................................................................................................................. 4

Figura 2.1 - Principais Áreas da UTR: ......................................................................... 9

Figura 2.2 - Câmara de Irradiação e Sistema Conveyor: ............................................ 9

Figura 2.3 - Estação eletropneumática ...................................................................... 10

Figura 2.4 - Sistema de buffer de hangares .............................................................. 12

Figura 2.5 - Mapa de posições com eletroíman ........................................................ 12

Figura 2.6 - Estação eletropneumática vista de cima ................................................ 14

Figura 2.7 - Carregamento e descarregamento de caixas nos hangares .................. 14

Figura 2.8 - Consola operacional .............................................................................. 15

Figura 2.9 - Antigo sistema de supervisão da UTR ................................................... 15

Figura 3.1 - Comunicação entre dispositivos via internet .......................................... 27

Figura 3.2 - Comunicação SMTP entre cliente e servidor ......................................... 28

Figura 3.3 - autómato PCD3 M3540 .......................................................................... 29

Figura 3.4 - Estrutura inicial do programa de controlo ............................................... 31

Figura 3.5 - Estrutura final do programa de controlo ................................................. 32

Figura 3.6 - Estrutura Master-Slave adotada............................................................. 33

Figura 3.7 - Modelo do Escravo 1 ............................................................................. 34



Figura 3.10 - Modelo do Escravo 4 ........................................................................... 35

Figura 3.11 - Modelo do escravo 6 ............................................................................ 36




Figura 3.15 - Modelo do escravo PerfilOperadores ................................................... 39

Figura 3.16 - F-boxs para ler e escrever no sistema de arquivos .............................. 43

Figura 3.17 - Variáveis de alarme: (a) F-boxs; (b) Template para páginas Web ....... 44

viii

Figura 3.18 - F-boxs para envio de e-mails ............................................................... 46

Figura 4.1 - Mestre: forcagem dos escravos ............................................................. 50

Figura 4.2 - Escravo 1: controlo do irradiador ........................................................... 51

Figura 4.3 - Escravo 2: modo de operação ............................................................... 52

Figura 4.4 - Escravo 3: operação em modo manual .................................................. 52

Figura 4.5 Escravo 4: operação em modo automático .............................................. 53

Figura 4.6 - Macro 1: carrega temporizadores .......................................................... 53

Figura 4.7 - Escravo 5: verifica tempos ..................................................................... 54

Figura 4.8 - Escarvo 6: verifica condições de emergência ........................................ 54

Figura 4.9 Escravo 7: verifica condições de operacionalidade .................................. 54

Figura 4.10 - Escravo 8: rearranjo de hangares ........................................................ 55

Figura 4.11 - Escravo 9: acessos ao sistema ............................................................ 55

Figura 4.12 - (a) Escravo 10_1: porta de entrada; (b) Escravo 10_2: porta de saída;

(c) Escravo 11: sinalização intermitente ................................................. 56

Figura 4.13 - Acesso do programa de controlo ao cartão SD.................................... 56

Figura 4.14 - Escrita do alarme 1, do tipo 1, em ficheiro no cartão SD ..................... 57

Figura 4.15 - Ficheiro de histórico .csv aberto em: (a) bloco de notas; (b) excel ...... 57

Figura 4.16 - Calculo da posição da primeira leitura ................................................. 58

Figura 4.17 - F-box para primeira e terceira leituras ................................................. 58

Figura 4.18 - Extração da informação “##;##” feita no COB 2................................... 58

Figura 4.19 - Navegador do registo de alarmes nas páginas Web ............................ 59

Figura 4.20 - Leitura do último alarme registado ....................................................... 59

Figura 4.21 - F-box de ligação a um servidor SMTP ................................................. 60

Figura 4.22 - F-boxs de envio de alarme por e-mail .................................................. 61

Figura 4.23 - F-boxs para envio do ficheiro de histórico de alarmes por e-mail ........ 61

Figura 4.24 - Página principal da supervisão ............................................................ 62

Figura 4.25 - Popup para confirmar da ação ............................................................. 63

Figura 4.26 - Botão para bloqueio e desbloqueio das páginas Web ......................... 63

Figura 4.27 - Página de dados dos operadores ........................................................ 64

Figura 4.28 - Página de edição de tempos ................................................................ 64

Figura 4.29 - 1ª página de simulações virtuais .......................................................... 65

ix



Figura 4.32 - (a) Modelo da consola operacional; (b) Botões para simulação de

sensores ................................................................................................. 67

Figura 4.33 - (a) Montagem de breadboards; (b) Contactores para atuação simulada

do irradiador ........................................................................................... 67

Figura 4.34 - Substituição do autómato ..................................................................... 68

Figura 4.35 - Configurações do Web Panel: (a) Network; (b) Network: parameters .. 69

Figura 4.36 - Configurações do PLC: (a) Device: PCD3.M5340 ; (b) Onboard

Communications: Ethernet ..................................................................... 70

Figura 4.37 - Configurações para leitura das páginas de supervisão ........................ 70

Figura 4.38 - Sincronização SNTP: (a) Ethernet Protocols: IP Protocols; (b) Device:

PCD3.M5340 .......................................................................................... 71

Figura 5.1 - (a) Selecontrol PMC 22; (b) PCD3.M5340 ............................................. 72

Figura 5.2 - (a) Antigo sistema de supervisão; (b) Painel Web ................................. 73

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 - Sistema motorizado de movimento do irradiador .................................. 23

Tabela 3.2 - Sistemas de limitação de acesso à câmara de irradiação ..................... 23

Tabela 3.3 - Sistema de controlo do Conveyor ......................................................... 24

Tabela 3.4 - Sistemas de controlo de segurança e emergências .............................. 25

Tabela 3.5 - Sistemas de sinalização ........................................................................ 25

Tabela 3.6 - Mensagens de tipo 1: alarmes operacionais ......................................... 44

Tabela 3.7 - Mensagens de tipo 2: alarmes de anomalia .......................................... 45

Tabela 3.8 - Mensagen de tipo 3: alarmes de emergência ....................................... 45

xi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS COB Cyclic Organisation Block

CPU Central Processing Unity

CR Carriage Return

CTN Campus Tecnológico e Nuclear

DB Data Block

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

EXT Extended File System

FAT File Allocation Table

FB Funcion Block

FTP File Transfer Protocol

HMI Human-Machine Interface

HTML Hyper Text Markup Language

IAEA International Atomic Energy Agency

IL Instruction List

IP Internet Protocol

IST Instituto Superior Técnico

ITN Instituto Tecnológico e Nuclear

LF Line feed

LNETI Laboratório Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial

NA Normlamente Aberto

NF Normalmente Fechado

NTFS New Technology File System

NTP Network Time Protocol

PB Program Block

PC Personal Computer

PLC Programmable Logic Controler

SB Sequential Block

SBC Saia Burguess Controls

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

SD Secure Digital

SMTP Simple Mail Transfer Protocol

TCP Transmission Control Protocol

USB Universal Serial Bus

UTR Unidade Tecnológica de Radio-esterilização

VPN Virtual Private Network

XOB Exception Organisation Block

1

CAPÍTULO 1

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

1.1 Motivação e Objetivos

Nos últimos dois séculos o mundo tem experimentado uma grande evolução na indústria. No

período da revolução industrial, em especial, a produção artesanal deu lugar à produção em massa,

iniciando-se assim um crescimento histórico nos padrões de vida da população. O aparecimento de

inúmeras indústrias exigiu cada vez mais maneiras de facilitar o trabalho do homem, de forma eficiente

e segura. Neste quadro, as técnicas de automação vieram pois potenciar a capacidade de operação e

controlo de sistemas mecânicos industriais. Hoje em dia, a necessidade de automatizar esses sistemas

continua a estar na ordem do dia. Os motivos são os mesmos, facilitar o trabalho do homem, aumentar

as cadências de produção de forma eficiente, reduzir custos e desperdícios e aumentar a segurança

do operador nos processos de produção em que está envolvido. Foi sobretudo devido a este último

que, na última década de 80, se introduziram as técnicas de automação industrial no sistema de

controlo e segurança da câmara de irradiação de Cobalto aquando da construção da Unidade

Tecnológica de Radioesterilização, UTR. Representando a tecnologia de irradiação um significativo

risco para o homem, no caso de exposição, não podia deixar de se impor a existência de automatismos

que compusessem um sistema de segurança radiológica.

Passados mais de 20 anos, a UTR contínua em funcionamento. Uma parte dos seus sistemas

de controlo, ainda hoje a trabalhar, são os originais, estando, no entanto, muito pouco documentados.

Desse modo, a reprogramação dos autómatos instalados ou acrescento de novas funcionalidades ao

sistema é bastante difícil, dada a idade do equipamento e falta de suporte ao mesmo. O sistema de

supervisão utilizado, em especial, está obsoleto, por dois motivos. O primeiro prende-se com o

hardware. O sistema assenta num computador pessoal, um PC, com sistema operativo Windows

ultrapassado há muitos anos, no qual está instalado um software de supervisão e aquisição de dados

(SCADA) da mesma altura. Este computador ultrapassou já largamente o seu tempo de vida

espectável, sendo portanto um sistema de maneira nenhuma fiável. O segundo motivo é a própria

tecnologia do sistema de supervisão. Desde há largos anos que a abordagem seguida para os sistemas

de supervisão é de facto a utilização de sistemas SCADA. Contudo, hoje em dia, a tendência tem sido

outra. O grande desenvolvimento que se tem verificado na área das redes de telecomunicações tem

aumentado exponencialmente o número de máquinas ligadas à Internet. Os autómatos têm seguido a

regra e estão já munidos de servidores Web próprios abrindo assim um leque de novas opções.

Tendo em conta este cenário, propõem-se assim os seguintes objetivos para esta dissertação:

2

- Realizar uma remodelação do sistema de controlo da UTR instalando equipamento de

controlo de última geração. Concretizar esta operação fazendo uma revisão dos processos e medidas

de segurança, garantindo a integridade e um novo ciclo de vida para o sistema de controlo da UTR.

- Reconstruir o sistema de supervisão aplicando as abordagens e soluções correspondentes à

mudança de paradigma que se vem verificando, corroborando, ou não, essa nova tendência.

- Aproveitar a instalação de novos equipamentos para modernizar e inovar a UTR através do

acrescento de novas funcionalidades, à luz das tecnologias modernas.

- Implementar os pontos atrás descritos de forma documentada, aberta, compreensível e

flexível para que seja possível corrigir, modificar ou acrescentar funcionalidades ao mesmo no futuro.

1.2 Contribuições

Partindo dos objetivos atrás definidos, e desenvolvido o trabalho que ao longo deste documento

se descreve, são as seguintes as contribuições desta tese:

- Uma lógica de controlo de operações e segurança da UTR repensada e construída de raiz,

flexível e aberta a futuros acrescentos e adaptações.

- Um renovado sistema de supervisão assente no próprio controlador e com diversas

modificações, como um diferente sistema de acessos ou o acrescento de mais um temporizador de

irradiação parcial.

- Um novo sistema de alarmes com um maior leque de ações e eventos que se registam num

ficheiro de histórico facilmente transportável.

- A utilização da internet como meio de possibilitar uma monitorização remota do sistema, bem

como de notificar os operadores da UTR via e-mail.

- Uma melhorada documentação do sistema, através do presente documento, na qual se

descreve a lógica de controlo programada, alguns aspetos técnicos relativos à construção das páginas

Web que compõem a supervisão do sistema, bem como detalhes da instalação elétrica existente.

1.3 Revisão de conceitos

Programação

O trabalho de modelação realizado nesta tese utiliza essencialmente o GRAFCET. Trata-se da

técnica de representação da sequência de processos mais utilizada na indústria, de tal forma que as

várias marcas de autómatos criaram linguagens de programação baseadas nele. No caso da SAIA,

marca do PLC que se utilizou neste projeto, como se verá, essa linguagem chama-se GRAFTEC, sendo

3

praticamente um clone do GRAFCET. É por isso a linguagem utilizada naquilo que é o controlo

sequencial das máquinas. Esses grafos estarão enquadrados numa estrutura desenhada para o

sistema de controlo no seu geral, no qual se utilizou também as linguagens Fupla e IL, correspondendo

estas a uma programação em blocos funcionais e em lista de instruções, respetivamente. Os principais

princípios de programação utilizando estas linguagens podem ser encontrados no manual de utilizador,

[1]. Aí pode-se também compreender como se organiza um programa de controlo desenvolvido em

ambiente SAIA, através dos chamados Organisation Blocks. Descrevem-se de seguida os diferentes

tipos existentes destes blocos para uma melhor compreensão desta dissertação:

Os Cyclic Organisation Blocks (COB) são os principais trabalhos ou serviços, como preferirmos

chamar. Eles correm continuamente e não incluem ciclos ou esperas no seu interior. Quando o

autómato, ou na terminologia Inglesa, Programmable Logic controller, PLC, arranca ele executa todas

as instruções programadas, dependendo de serem condicionadas ou não, em cada COB,

simultaneamente. Assim que todas as instruções são lidas e executadas, o PLC recomeça o ciclo e

volta a executar todos os COBs de início. Um programa tem que incluir no mínimo um COB. Numa

estrutura Master-Slave, o natural é que se utilize um COB como Master.

Os Function Blocks (FB) e os Program Blocks (PB) fornecem um bom meio de organizar e

hierarquizar o programa. A diferença entres os dois é que a chamada de um FB pode ser parametrizada,

enquanto a chamada de um PB é direta e sem qualquer parâmetro. Ambas são portanto alternativas

como solução para se construir rotinas que possam ser chamadas em qualquer parte do programa.

Os Exception Organization blocks (XOB) são, como o nome indica, blocos de exceção. São

chamados automaticamente quando algum evento em particular ocorre. Esses eventos são concretos

e não podem ser modificados pelo programador. O que pode ser modificado é o código que existe no

seu interior. Em particular, neste projeto, utilizam-se o XOB 0 e o XOB 16.

Por último, os Sequential Blocks (SB) são os blocos compostos por etapas e transições. Em

cada etapa executa-se uma parte do programa e, em cada transição, faz-se a verificação de condições

para que se avance para a etapa seguinte. É portanto nestes blocos que se programa em GRAFTEC,

sendo que estes devem ser chamados a partir de um COB.

Sensores e Atuadores

É através dos sensores e atuadores que se realiza a interação entre máquinas e entre

máquinas e homem. Ver-se-á que, neste projeto, se utilizam essencialmente sinais elétricos binários,

isto é, todo o diálogo existente entre a parte operativa e a parte de comando do sistema é do tipo

ON/OFF, quer a nível de deteção quer a nível de manipulação. Existe muita informação disponível

relativa a sensores e manipuladores, especialmente nas marcas que os comercializam, já que são

muitos e variados. Alguns dos elementos mais utilizados na indústria estão descritos, por exemplo, no

livro utilizado na disciplina de Automação Industrial, [2].

4

Os sensores em maior número no sistema de controlo da UTR são interruptores de fim de

curso. Estes sensores, que tal como o nome indica detetam a chegada de um dado componente a uma

certa posição, podem ser de muitos tipos diferentes em função daquilo que se pretende detetar. Podem

interromper ou possibilitar a passagem de uma corrente elétrica designando-se num caso como

“normalmente fechado”, NF, e no outro como “normalmente aberto”, NA. Na Figura 1.1 podem-se ver

alguns dos interruptores deste tipo existentes no mercado.

Outro tipo de sensor que se pode encontrar na UTR são as células fotoelétricas. O seu

funcionamento baseia-se em fotodíodos que permitem a passagem de corrente elétrica quando se

encontram sob um feixe de fotões. A interrupção desse raio de luz permite então a mudança de estado

de qualquer circuito no qual esteja montado. As células fotoelétricas existentes na UTR, em específico,

são refletivos, ou seja, o seu emissor e recetor estão dentro do mesmo invólucro existindo depois um

espelho no qual os raios luminosos são refletidos.

Figura 1.1 - (a) sensores fim de curso; (b) célula fotoelétrica; (c) Relé de falta de fase

Embora sirvam como dispositivo de proteção, os relés térmicos acoplados aos contactores que

atuam os motores elétricos do sistema, funcionam também como sensores. O seu princípio de

funcionamento utiliza a dilatação de placas bimetálicas causada pelo seu aquecimento. Esse

aquecimento acontece quando uma sobrecarga de corrente atravessa essa placa bimetálica

desencadeando a interrupção do circuito de potência ligado a esses contactores. O mesmo evento faz

atuar também os contactos auxiliares NF ou NA incorporados no relé térmico. São estes os contactos

utilizados como sensores para informar o PLC de que houve um possível encravamento no sistema.

Isto porque uma sobrecarga na corrente elétrica consumida nos motores pode, muito provavelmente,

significar um esforço mecânico extra para o qual os motores não foram dimensionados.

Apesar de existirem mais sensores no sistema de controlo da UTR, os atrás descritos são os

que na prática estão envolvidos diretamente com o PLC que se implementa nesta tese, pelo que os

restantes não são abordados. Acrescentou-se no entanto mais um sensor na sequência deste projeto.

Trata-se de um relé de falta de fase. Neste tipo de dispositivo a mudança de estado de qualquer circuito

elétrico nele montado acontece quando existe uma quebra na alimentação trifásica do sistema. De

resto, como informação lida pelo PLC, são utilizados ainda elementos de interação entre homem e

máquina tais como botoneiras de botão e botoneiras de chave.

5

Já no que diz respeito à atuação do sistema, importa referir que todos os sinais de saída ou de

comando do PLC são enviados para relés, protegendo, por assim dizer, a parte nobre do quadro

elétrico, isto é, protegendo tudo aquilo que compõe o circuito de comando que funciona a 24 V DC. Por

sua vez, nos relés, os circuitos comandados a 220V AC operam de forma direta aquilo que é a

sinalização do sistema e operam também, através da atuação de contactores, tudo aquilo que são

eletroímanes e motoros elétricos trifásicos.

Supervisão

Para o novo sistema de supervisão que se desenvolve para a UTR utiliza-se o próprio PLC em

vez de um software SCADA. O PLC utilizado inclui um Web Server no qual se alojam páginas de internet

desenhadas com o intuito de servir de interface homem-máquina, HMI. Essas páginas, embora

compiladas em HTML, são construídas num ambiente de desenvolvimento da SAIA, o Web Editor.

Existe know how no IST no que toca a construir páginas Web nesta ferramenta, já que os próprios

laboratórios virtuais utilizados na disciplina de Automação Industrial foram aí desenvolvidas. Pode ser

obtida mais informação em relação a essas páginas e ao seu desenvolvimento em [3]. Esse documento

faz uma boa descrição das possíveis ferramentas que se podem utilizar no Web Editor, versão 5. Os

princípios seguidos podem ser também encontrados no manual [4], sendo os mesmos que se aplicam

nas páginas desenvolvidas neste projeto. Contudo, a versão agora utilizada foi a versão 8, que

acrescenta mais algumas novas funcionalidades e soluções. Uma boa introdução ao Web Editor 8 pode

ser feita através do tutorial indicado em [5].

Radioesterilização

A UTR é uma instalação dedicada inteiramente à esterilização e descontaminação por

irradiação gama. O irradiador, armazenado a seco, consiste em 30 tubos de aço inoxidável com 16mm

de diâmetro, dentro dos quais existem as fontes seladas de Cobalto-60. O principal parâmetro num

processo de irradiação é o tempo de exposição ao irradiador do material que se quer descontaminar,

sendo também relevante a posição relativa entre os dois. Assim, para se assegurar uma dose

homogénea de radiação, um processo de irradiação de uma caixa de dado produto pode consistir em

múltiplos ciclos. Em cada um desses ciclos pretende-se que a caixa assuma uma posição mais baixa

e uma posição mais elevada relativamente ao irradiador, devendo-se também efetuar uma rotação de

180º da mesma. Em [6] pode-se encontrar um estudo de dosimetria no qual vários processos de

irradiação serviram de teste, permitindo assim fazer um levantamento dos parâmetros ideais para se

atingir uma boa homogeneidade de dose. Percebe-se também que para um correto cálculo do tempo

de exposição do material se deve ter em conta a atividade das fontes pois o decaimento do cobalto faz

com que essa atividade se reduza ao longo do tempo. Os tempos de ciclo de exposição, tempos parciais

ou dwells, são portanto função da atividade das fontes e da dose mínima pretendida. De acordo com a

lei do decaímento radioativo, o dwell-time deve ser atualizado através da seguinte fórmula:

6

Em que 0,1315 = (ln 2/5.272), sendo 5.272 anos o período de semidesintegração do Cobalto-

60, e em que o Nº de meses é o número de meses decorrido desde a última atualização. Esta

atualização, até hoje, tem sido feita pelo operador que calcula e introduz os tempos de exposição no

sistema. Pode, contudo, ser eventualmente feita pelo próprio PLC que controla as operações caso

tenha em conta todos os restantes parâmetros do processo tais como o tamanho, volume e peso das

caixas de produto, densidade do produto, atividade das fontes e dose pretendida. É contudo uma

possibilidade que não fica implementada neste projeto por levantar algumas questões operacionais e

não ser uma prioridade dentro daquilo que se pretenda neste trabalho.

1.4 Organização da Dissertação

A presente dissertação encontra-se estruturada em 6 capítulos, dos quais este constitui a

introdução. Além de se descreverem os objetivos que orientaram o trabalho desenvolvido e as

contribuições deles resultantes, apresenta também alguns dos conceitos necessários para melhor

contextualizar as ideias que neste documento são apresentadas, indicando algumas das referências

nos quais os mesmos se podem encontrar mais desenvolvidas.

No Capítulo 2 faz-se um enquadramento inicial da UTR, permitindo assim visualizar e

compreender o funcionamento, de um modo geral, do seu sistema de controlo, embora exista uma

memória descritiva na qual se podem encontrar mais detalhes.

O Capitulo 3 é referente ao projeto e modelação do novo programa de controlo a implementar

no sistema, tendo em conta o hardware envolvido e todas as inovações que se pretendem introduzir.

No Capítulo 4 apresenta-se a implementação do sistema projetado no Capítulo 3, fazendo

referência as diversas soluções técnicas que se adotaram, bem como aos testes e simulações

realizados previamente à instalação do PLC, e também com as configurações do mesmo.

No Capítulo 5 apresenta-se o resultado da instalação física do novo PLC no lugar do antigo e

descreve-se também a fase de testes realizados antes de se dar o sistema como pronto a trabalhar.

No capítulo 6, analisam-se os resultados obtidos face aos objetivos propostos inicialmente.

Fazem-se ainda algumas sugestões para possíveis trabalhos futuros a realizar no sistema da UTR.

7

CAPÍTULO 2

CAPÍTULO 2 - ENQUADRAMENTO

2.1 Enquadramento histórico

Alguma da história relevante da UTR pode ser encontrada em [7], [8] e [9]. Importa, no entanto,

resumi-la uma pouco. No período de 1983-1988, o então chamado Laboratório Nacional de Engenharia

e Tecnologia Industrial, LNETI, recebeu várias de solicitações por parte da indústria para a criação e

utilização de equipamentos que utilizassem fontes de radiação. Não havendo, contudo, uma cadência

de produção suficiente em qualquer uma dessas firmas ou instituições que justificasse a construção de

instalações próprias, o LNETI avançou para a construção da instalação de irradiação de Cobalto-60, a

Unidade Tecnológica de Radio-esterilização (UTR), no então chamado Instituto de Ciências e

Engenharia Nuclear, com a colaboração da International Atomic Energy Agency (IAEA) e da empresa

russa Techsnabexport. Esta medida veio então responder aos diversos pedidos de existência desta

tecnologia em Portugal cujas aplicações passam pela esterilização/descontaminação de variados

materiais, artigos médicos ou esterilização de rolhas (umas das maiores industrias portuguesas).

De acordo com [7], em 1988 foi então concluída a construção da nova instalação de Cobalto-

60, na Bobadela. A câmara de irradiação composta por paredes de betão de alta densidade seria

acedida por um corredor de acesso ao qual se chamou de labirinto, ao longo do qual se instalou um

sistema de transporte automático, o conveyor, que transportaria as caixas com os produtos através de

hangares puxados por uma corrente para dentro da câmara. A UTR era ainda composta por uma sala

de controlo, onde continua hoje instalado o autómato (chamemos-lhe de autómato 1) e respetiva

consola, que controlam a segurança de entradas e saídas da câmara de irradiação bem como a

ativação do irradiador. Mais tarde a unidade foi ampliada passando a existir também duas zonas de

armazém, uma para a receção de material destinado a ser esterilizado, e outra para o material que já

foi irradiado.

Segundo [8], em 1995, após seis anos de operação, avançou-se com algumas melhorias na

UTR. O sistema de monitorização através de um computador com software dedicado foi implementado.

Foi também instalada uma estação electropneumática de carregamento e descarregamento automático

de caixas, do armazém para os hangares, e dos hangares para o armazém, controlada por um novo

autómato (chamemos-lhe de autómato 2) comandado pelo PLC original, o autómato 1. Foi

acrescentada ainda uma barreira física, uma porta com controlo pneumático, controlada por este

mesmo autómato, à entrada do chamado labirinto. Estes melhoramentos permitiram aumentar a

segurança radiológica das instalações e também a opção de operar o sistema em modo automático,

possibilitando assim mais horas de trabalho diárias.

8

Em anos mais recentes, o Instituto de Ciências e Engenharia Nuclear passou a designar-se por

Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN). Hoje em dia, deixou de ser um instituto público tornando-se antes

numa unidade dependente do Instituto Superior Técnico. Desde 2013 que funciona como um espaço

de investigação, sobretudo dedicado à energia nuclear, denominado de Campus Tecnológico e Nuclear

(CTN), sendo o único polo da Universidade de Lisboa situado no Conselho de Loures. No seu interior

continua em operação a câmara de irradiação gama da UTR, já desde 1989. Além da esterilização de

artigos médico-cirúrgicos, artigos farmacêuticos ou rolhas tem também outras aplicações como a

descontaminação de ervas aromáticas, cacau e outros produtos alimentares servindo também no

âmbito de investigações de compatibilidade da tecnologia da radiação com produtos alimentares, como

por exemplo a eliminação de salmonelas em ovos, ou com outros materiais como a esterilização de

dispositivos médicos destinados a entrar em contacto com o corpo humano, entre outras aplicações.

2.2 Descrição e funcionamento da UTR

2.2.1 Instalações

As instalações da UTR estão descritas em detalhe em [6]. Importa porém ilustrar aqui as

mesmas para melhor se entender o trabalho desenvolvido nesta dissertação. A UTR é composta por

várias áreas principais, como se pode observar nas figuras seguintes. Veja-se que a área dos armazéns

é separada do resto por uma parede. Embora exista uma porta muito usada, a ideia é que as caixas,

em tamanho uniformizado, sejam levadas por um tapete rolante desde o armazém até à estação

electropneumática que se encarrega do carregamento e descarregamento das mesmas em hangares

suspensos. Estes, por sua vez, fazem o seu percurso ao longo do conveyor, passando por uma porta

pneumática à entrada do labirinto, até chegarem à câmara de irradiação. O controlo de acesso à

câmara, a verificação constante das condições de segurança e situações de emergência, o

carregamento e descarregamento de caixas de produto de e para o armazém, são de responsabilidade

repartida entre dois autómatos.

9

Figura 2.1 - Principais Áreas da UTR:

1 – Irradiador; 2 – Câmara de Irradiação; 3 – Paredes de Proteção Biológica; 4 – Labirinto; 5 – Posições de Irradiação; 6 – Estação de Carregamento e Descarregamento do Conveyor; 7 –

Armazém do Produto antes da Irradiação; 8 – Armazém do produto após Irradiação; 9 – Sala de Controlo

Figura 2.2 - Câmara de Irradiação e Sistema Conveyor:

1 – Irradiador; 2,3 & 4 – Estação Electropneumática de Carregamento e Descarregamento de

Hangares; 5 – Hangares no labirinto

Controlado pelo autómato 1, o conveyor transporta as caixas em hangares de quatro andares

através do labirinto, para as posições de irradiação dentro da câmara. O percurso fica mais claro na

Figura 2.2. Como se poderá ver, o transporte dos hangares, após serem carregados com as caixas na

estação electropneumática, inicia-se pela entrada dos hangares no labirinto. Esta é uma das zonas

críticas da UTR e é precisamente aí que se encontra o primeiro conjunto de dispositivos de segurança,

os principais no que se refere aos acessos à câmara de irradiação. Esse conjunto é composto por duas

10

portas de vidro acrílico, pela sinalização luminosa que se encontra em cima das portas, uma plataforma

de peso, logo após as portas, que abrange toda a largura do corredor, cinco células fotoelétricas à

altura de cerca de um palmo do chão logo a seguir à primeira curva do labirinto, uma sexta célula

fotoelétrica perto da corrente do conveyor e apontada para baixo para um refletor colado à plataforma

de peso, um interruptor de chave ao lado das portas e ainda um par redundante de detetores de

radiação Geiger-Müller fixos à parede, por cima desse interruptor. Existem ainda mais dois pares de

detetores de radiação. Um está instalado numa zona do labirinto, já perto da câmara de irradiação, e o

outro encontra-se já dentro da própria câmara.

Ainda fora do labirinto existe a sala de controlo onde o operador monitoriza e comanda todos os

processos. Existe também a estação electropneumática, que se pode ver Figura 2.3. Além do

carregamento e descarregamento dos hangares, através do acionamento de cilindros pneumáticos, é

também por esta estação que passa a ordem de abrir e fechar as portas de acesso ao labirinto, uma

vez que estas também são de atuação pneumática.

Figura 2.3 - Estação eletropneumática

Já no interior da câmara de irradiação situa-se o Irradiador. Quando a câmara está em inoperação

o irradiador é armazenado num fosso de betão. Quando se pretende iniciar um processo de irradiação,

após os devidos procedimentos, o operador dá o comando para o irradiador subir através do autómato

1. Depois, durante o processo, se por alguma razão for posta em causa alguma das várias condições

de segurança, ou então quando chegar o fim de alguma temporização programada pelo operador, o

irradiador desce de novo para o fosso. Existe ainda um sistema de manivela para fazer subir ou descer

o irradiador, totalmente mecânico e independente do autómato. Este serve de último recurso caso

exista alguma situação anómala não sendo usado durante o normal funcionamento da instalação

Quando o Irradiador se encontra dentro do fosso, a energia depositada pela radiação emitida pelas

fontes de Cobalto aquece significativamente os materiais em redor. Para evitar que se deteriorem os

componentes mecânicos do irradiador e do fosso, este possui um sistema de refrigeração composto

11

por um circuito fechado de água que mantem a temperatura dentro do fosso nos limites aceitáveis

(cerca de 30ºC). Este sistema é controlado por um autómato próprio independente dos sistemas de

controlo abordados nesta dissertação. Existe no entanto um sinal digital proveniente deste,

encaminhado ao autómato 1, que informa se o sistema de refrigeração está operacional ou não.

A UTR tem também instalado um sistema de ventilação da câmara de irradiação. Quando a

câmara está em operação, as emissões do irradiador provocam a criação de ozono no ar que está

dentro da câmara, sendo necessária a extração do mesmo. Além disso, o poder calorífico do irradiador

faz também subir a temperatura na câmara. Por esse motivo, o sistema de ventiladores encontra-se

em trabalho contínuo. O acesso à câmara de irradiação, após descida do irradiador, só é permitido

depois de passado um tempo de espera para renovação completa do ar no interior da mesma. Tal

como o sistema de refrigeração do fosso do irradiador, também este sistema é controlado por um

autómato próprio e independente dos sistemas de controlo abordados nesta dissertação. Também ele

comunica com o autómato 1 informando-o se o sistema de ventilação da câmara está operacional ou

não.

A UTR é composta ainda por um grupo energético de emergência e um sistema de combate a

incêndios. O primeiro garante que os sistemas de segurança funcionam mesmo que haja um corte de

energia da rede. O segundo é um sistema automático com um controlador próprio que comunica ao

autómato 1 se existe ou não deteção de fumo dentro da câmara.

2.2.2 Autómato 1

Este autómato encontra-se na sala de controlo, acoplado ao quadro elétrico no qual se

encontram as ligações de comando e potência de todas as máquinas relativas ao controlo de acessos,

transporte de hangares e movimentações do irradiador. Trata-se de um autómato Selecontrol PMC 22,

da Selectron. Ele integra os vários subsistemas envolvidos na UTR, coordenando todas as operações

no que toca ao cumprimento das normas de segurança do processo de irradiação. Comunica ainda

com o autómato 2 no sentido de ordenar a abertura e fecho das portas à entrada do labirinto.

A função prioritária do autómato 1, alem de temporizar a irradiação, é verificar

permanentemente os acessos à câmara e sinalizar a situação em conformidade. Quando a câmara

está pronta a operar ou já a irradiar é dada ordem para que as portas fiquem fechadas, abrindo apenas

quando um hangar em andamento acione o sensor fim de curso anterior à porta. A ativação da

plataforma de peso ou das células fotoelétricas durante este processo força a paragem imediata do

conveyor, faz desativar a embraiagem do irradiador, provocando a sua queda, e ativa a sinalização de

emergência. O acionamento do botão de emergência na consola ou a deteção de radiação fora da

câmara provocam a mesma ação.

Outra das suas responsabilidades é o transporte de material a irradiar para dentro e para fora

da câmara de irradiação. Quando se pretende o avanço dos hangares, é acionado um motor que

12

provoca o andamento de uma corrente, designada por esteira, ao longo de todo o percurso, de forma

contínua. Os hangares, por sua vez, engatam nessa corrente após serem atuados através de

eletroímanes. Existem 10 destes eletroímanes em posições fixas. A sua função é interagir com um

sistema de Buffer inteiramente mecânico incorporado em cada um dos hangares. Quando o eletroíman

é disparado, o hangar que está em posição de espera engata na corrente, a qual lhe traduz um

movimento de avanço para a próxima posição de espera. Quando esse engate acontece, os hangares

imediatamente atrás avançam todos uma posição, ficando o primeiro destes na posição de espera que

acabou de ficar livre. A Figura 2.5 apresenta um mapa com todas as posições de espera onde existem

eletroímanes. Os eletroímanes nas posições de espera 1, 2 e 3 são os únicos que podem ser

disparados individualmente. De resto, apenas podem ser feito um disparo geral no qual todos os

eletroímanes são atuados simultaneamente.

Figura 2.4 - Sistema de buffer de hangares

Figura 2.5 - Mapa de posições com eletroíman

13

Nota: Existem dois eletroímanes com o número 3 pois estes estão ligados em paralelo, sendo

portanto atuados simultaneamente.

Cabe também ao autómato 1 fazer subir e descer o irradiador, de, e para o fosso. Quando se

pretende iniciar o processo de irradiação, é enviado um sinal elétrico à embraiagem, que a ativa,

engatando o irradiador a um motor trifásico que depois é arrancado no sentido pretendido. Assim que

o irradiador completa a sua subida o motor é desligado mas a embraiagem (eletro-ativa) permanece

atuada, mantendo o irradiador na sua posição. Em situações em que seja necessária a queda do

irradiador, a embraiagem é desativada caindo o mesmo por gravidade para a sua posição de segurança

no fosso. O sentido de rotação do motor é trocado através de uma permuta das fases na sua

alimentação.

Existem também outras situações em que é necessário forçar a paragem da unidade, embora

nestas a descida do irradiador seja feita de forma controlada. Exemplo disso são casos como a deteção

de caixas mal condicionadas no hangar, alguma situação de encravamento da esteira do conveyor que

resulte num disparo dos disjuntores térmicos do motor, a falta de ventilação, um rearranjo incompleto

de hangares nas posições de espera, entre outras.

2.2.3 Autómato 2

Este autómato, também ele um Selecontrol PMC 22, da Selectron, encontra-se acoplado ao

seu respetivo quadro elétrico, na estação electropneumática. A função desta estação é realizar o

carregamento e descarregamento de produtos a irradiar nos hangares. É composta por uma série de

cilindros pneumáticos acionados por de electroválvulas, que se encontram no mesmo quadro elétrico

onde está o autómato, e por vários tapetes rolantes que se encarregam do transporte das caixas de, e

para, o armazém. Sendo aqui realizada toda a atuação relativa ar comprimido, é o autómato 2 o

responsável por abrir e fechar as portas que impedem ou permitem o acesso ao labirinto, embora o

faça por ordem do autómato 1. O ciclo pneumático programado para realizar os carregamentos de

caixas apenas funciona quando a unidade está a trabalhar em modo automático. Quando o sistema

está em modo manual, a sua função prende-se apenas com a gestão da abertura das portas.

Detalhando mais o processo de carregamento e descarregamento, comece-se por notar em

primeiro lugar que os produtos são deixados pelos clientes no armazém, em caixas de cartão de

tamanho normalizado, 40x40x40mm ou 80x40x40mm. Se as caixas excederem essas dimensões,

poderão encravar todo o sistema. Depois, uma a uma, são colocadas por um operador num tapete

rolante que as leva do armazém até à estação de carregamento e descarregamento. Importa saber que

cada caixa de produto a irradiar tem que passar duas vezes pela câmara de irradiação, primeiro numa

posição alta e depois numa posição baixa. A cada ciclo, as duas caixas que vêm já irradiadas e que se

encontram nos dois andares de cima do hangar passam para os dois andares de baixo para realizar a

segunda irradiação numa posição inferior. Nas duas posições do andar de cima, que agora ficaram

14

livres, são colocadas novas caixas que irão fazer o primeiro ciclo de irradiação. O processo fica

percetível pela ilustração que é feita na Figura 2.6 e na Figura 2.7.

Figura 2.6 - Estação eletropneumática vista de cima

Figura 2.7 - Carregamento e descarregamento de caixas nos hangares

2.2.4 Monitorização e Operação

Para a monitorização e operação da UTR, o operador tem sobretudo duas ferramentas ao seu dispor.

A primeira trata-se de uma consola integrada do próprio quadro elétrico. Estes botões físicos traduzem-

se em sinais elétricos de comando, tratando-se portanto de entradas diretas do autómato 1.

15

A outra ferramenta que o operador utiliza trata-se de um software SCADA. Este sistema de

supervisão corre num PC com um CPU da geração Intel 486. Fornece ao operador informação gráfica

relativa ao estado de algumas das variáveis do sistema e também algumas funções de edição. Entre

elas encontram-se o estado do irradiador, a edição dos tempos de irradiação em cada processo e

também de renovação do ar da câmara, o estado de evolução destes temporizadores, o modo de

funcionamento ativo do sistema, automático ou manual, a edição do nível de acesso ao sistema através

da introdução de palavras-chave, permissão ou não de acesso à câmara de irradiação, a numeração

dos hangares ao longo da esteira e também o preenchimento ou não das posições de espera. Este

programa faz também um registo de alarmes, o qual pode ser passado para disquete. A navegação

nesta interface, que pode ser vista na Figura 2.9 é feita através das teclas de função do teclado do

operador.

Figura 2.8 - Consola operacional

Figura 2.9 - Antigo sistema de supervisão da UTR

16

CAPÍTULO 3

CAPÍTULO 3 - PROJETO DO SISTEMA DE CONTROLO

DA UTR

3.1 Considerações Iniciais

Este capítulo descreve a abordagem tomada para o novo sistema de controlo da UTR.

Começa-se por fazer uma descrição detalhada do que são os processos que se pretendem controlar,

tais como o arranque e avanço da esteira e hangares, subida e descida do irradiador, situações de

paragem e de emergência, bem como permissões de acesso à câmara. Estes processos baseiam-se

nas medidas de funcionamento e segurança em vigor, algumas das quais se aproveitou para rever e

adaptar. Depois, apresentam-se as listas de todas as variáveis de entrada e saída que o novo sistema

de controlo considera. São ainda expressas as propostas de inovação a acrescentar ao sistema.

Depois, e em função de toda esta descrição, apresenta-se o equipamento selecionado para a

implementação deste projeto.

Seguidamente, descrevem-se as opções tomadas no que toca à estrutura do programa de

controlo e suas várias componentes. É descrita a lógica adotada e aplicada ao controlo de todas as

operações e funcionalidades deixando clara a forma como todos os aspetos do sistema se integram.

No controlo sequencial de operações, que se modela através de GRAFCET, é tido em conta que o PLC

a implementar neste projeto terá que vir no futuro a sincronizar-se com o segundo PLC que substituirá

o autómato 2, referido no capítulo anterior, que fará todo o controlo electropneumático.

3.2 Revisão dos processos e medidas de segurança

Os procedimentos que se pretendem implementar no autómato 1 respeitam as normas de

segurança recomendadas pela Agencia Internacional de Energia Atómica, AIEA, safety serie 107, bem

como as normas publicadas em Diário da República, Decr. Reg. 9/90 de 19 de Abril. Todos os

procedimentos a implementar, baseados nas referidas normas e que de seguida se apresentam em

detalhe, foram revistos pelo operador da unidade, pelo investigador responsável pela segurança

radiológica da UTR bem como pela sua direção técnica. Esta listagem de procedimentos serve não só

por si própria de modelo do sistema mas também de base para a conceção de um modelo mais gráfico,

utilizando as normas do GRAFCET, para o projeto do sistema de operação e segurança da UTR que

se apresenta mais à frente.

17

1 Medidas preventivas

1.1 Sempre que se entra na câmara, o procedimento é carregar nos três botões redundantes

de emergência que existem ao longo do labirinto (ligados a duas entradas distintas no

autómato). Estes provocam a queda do irradiador sem ativação de qualquer sinalização.

1.2 Quando se pretende preparar a câmara para irradiar, o procedimento é:

1.2.1 Acionar a ignição à entrada do labirinto para abrir as portas. Estas ficam

fechadas mesmo sem qualquer processo a decorrer. Mesmo com a ignição da

câmara desativada, a ativação da ignição à entrada do labirinto faz fechar as

portas.

1.2.2 Liga-se a ignição dentro da câmara, independentemente de se ter carregado

nos três botões. Dá-se um sinal sonoro contínuo que dura 1 minuto.

1.2.3 Liga-se ignição à entrada do labirinto. As portas fecham, luz mantem-se verde,

sinal sonoro mantem-se ativo

1.2.4 Liga-se ignição na consola. O sinal sonoro é interrompido, luz passa a amarelo.

A câmara fica assim preparada.

1.2.5 A ignição na consola é obrigatoriamente precedida da ignição das portas. Se

as duas não são ligadas nesse minuto e por ordem, o sinal sonoro é

interrompido e a luz mantém-se verde. É necessário iniciar nova preparação

da câmara.

1.2.6 Se houver deteção de falta de ventilação enquanto a câmara está preparada

(luz amarela) ou em inoperação (verde), a luz passa para vermelho e afica-se

uma mensagem no monitor. O tempo de limpeza é contado e quando chega

ao fim recomeça enquanto a ventilação não estiver operacional. Sempre que

o tempo de limpeza recomeça ativa-se um sinal sonoro de 2s e afixa-se uma

mensagem no monitor.

1.2.7 Quando a câmara está preparada (portas fechadas e luz amarela), se se

desligar chave na ignição da consola na consola, luz passa a verde.

1.2.8 Se a chave é retirada da ignição enquanto a câmara está em operação (luz

vermelha), provoca-se a queda do irradiador. Após limpeza de gazes da

câmara a luz passa a verde.

1.2.9 O tempo de limpeza de gazes da câmara é editável pelo operador. Tem que

haver sempre um tempo mínimo de 150 segundos.

1.2.10 Sempre que a luz passa de amarelo ou de vermelho para verde é necessário

desligar primeiro a ignição à entrada do labirinto para abrir as portas e iniciar

nova preparação na ignição dentro da câmara.

1.2.11 Se houver abertura das portas enquanto a chave à entrada do labirinto estiver

na posição 0, deve ser afixada uma mensagem no monitor mas não é

interrompido nenhum processo. Esta situação acontece durante o rearranjo de

hangares em modo automático ou se houver falha de compressor.

18

2 Medidas de emergência

2.1 Qualquer situação de emergência das listadas à frente deve afixar uma mensagem no

monitor e um registo do mesmo.

2.2 As medidas de emergência sobrepõem-se a qualquer outra medida de operação. Elas

provocam a queda imediata do irradiador, paragem do conveyor e estação

electropneumática, e ativação de sinalização de emergência até que a situação seja

normalizada. A estação electropneumática pode acabar o carregamento, caso esteja a

executar algum. As situações de emergência são as seguintes:

2.2.1 Se o operador acionar o botão de emergência na consola, há emergência.

2.2.2 Enquanto a câmara estiver preparada ou em operação, se a plataforma de

contacto detetar algum peso, há emergência.

2.2.3 Enquanto a câmara estiver preparada ou em operação, se alguma das cinco

células fotoelétricas junto ao chão for ativada, há emergência.

2.2.4 Enquanto a câmara estiver inoperativa (luz verde) ou enquanto estiver

preparada (luz amarela), se fora ultrapassado qualquer um dos níveis de

radiação fixados, há emergência e a luz passa a vermelho até ser normalizada

a situação.

2.2.5 Enquanto a câmara estiver em operação (luz vermelha), se existir nível de

radiação elevado no labirinto ou à entrada do labirinto, há emergência.

2.2.6 Se houver um encravamento no irradiador (disparo do relé térmico do motor

do irradiador), há emergência.

2.2.7 Caso haja sinal de deteção de fumo na câmara, há emergência

2.2.8 Após ativação de uma das situações de emergência descritas, a sinalização

de emergência só é desativada depois de o operador carregar no botão “stop

alarme”, e mediante confirmação na consola. O estado de emergência no

autómato mantém-se.

2.2.9 Para se sair do estado de emergência e permitir retomar o controlo normal de

operações, o operador deve manter premido o botão de “stop alarme” durante

5s. Durante esse tempo, as condições de emergência são novamente

verificadas. Ao fim dos 5s, caso nenhuma delas esteja ativa, o sistema volta a

estar operacional. Se ao fim de 5s existir ainda alguma condição de

emergência, dá-se novo alarme de emergência.

2.2.10 Caso haja sinal de inoperação do sistema de ventilação da câmara, é escrita

uma mensagem de alarme no ficheiro de histórico de alarmes como sendo

também uma emergência, uma vez que a segurança pode estar

comprometida. No entanto esta situação não provoca a queda do irradiador.

Este desce controladamente, caso estivesse exposto, e o acesso à câmara é

proibido enquanto a situação não for normalizada.

19

2.2.11 Durante o período de tempo em que o sistema de ventilação da câmara não

estiver operacional, é ligado o temporizador de limpeza da câmara

repetidamente. Quando o sistema de ventilação passar de novo a operacional,

é começada uma nova e última temporização de limpeza ao fim da qual passa

a ser permitido o acesso à câmara de irradiação.

2.3 Outras medidas de alarme:

2.3.1 Quando houver sinal de falha do sistema de arrefecimento por circulação de

água do irradiador (temperaturas altas no fosso), afixa-se uma mensagem no

monitor e regista-se o alarme. Nenhuma ação é tomada pelo autómato.

3 Controlo de segurança do processo

3.1 Só é possível mudar entre modo manual e modo automático quando o irradiador estiver

em posição de armazenamento e a estação electropneumática der sinal de hangar

carregado.

3.2 Modo manual (posições dos hangares não importam)

3.2.1 O irradiador sobe apenas por ordem do operador, sempre após preparação da

câmara de irradiação. Mantêm-se expostas durante um tempo determinado,

os chamados tempos parciais. A contagem dos tempos parciais inicia-se

apenas quando o irradiador completa a sua subida.

3.2.2 Se o operador carregar no botão de paragem do irradiador, esteja este a subir

ou a descer, caso não haja nenhuma nova ação num espaço de 5 segundos,

o irradiador desce automaticamente. (é o sensor de irradiador exposto que

controla arranque e paragem de contagem dos tempos parciais. Podem não

ter começado caso o irradiador nunca tenha ido completamente para cima)

3.2.3 O irradiador desce de imediato, de forma controlada, por ordem do operador

(os tempos parciais congelam, caso estes não tenham chegado ao fim), ou

quando faltam 2 segundos para o tempo parcial chegar a zero.

3.2.4 Sempre que haja descida controlada do irradiador, é dado o sinal sonoro e a

luz passa de vermelho a amarelo após o tempo limpeza de gazes da câmara.

O sinal sonoro só termina com a ativação do botão de sirene na consola ou ao

fim de 5 minutos.

3.2.5 Após ordem de descida do irradiador, no mesmo momento em que se inicia a

descida deste, congelam-se os tempos parciais.

3.2.6 Se houver alguma emergência que provoque a queda do irradiador, sem que

um tempo parcial seja concluído, este tempo é congelado. Quando o irradiador

estiver novamente exposto, a contagem do tempo parcial contínua do ponto

em que parou.

3.2.7 Quando o irradiador estiver exposto só é permitido arrancar o motor do

conveyor mediante confirmação dessa intenção pelo operador no monitor.

20

3.2.8 Se o irradiador estiver exposto, o botão de disparo geral dos eletroímanes fica

inoperacional. Os outros três botões de disparo dos eletroímanes nas três

posições exteriores ao labirinto mantêm-se operacionais.

3.2.9 Enquanto o irradiador estiver em posição de armazenamento, o operador pode

arrancar o conveyor e disparar os eletroímanes sem restrições mediante

confirmação dessa intenção pelo operador no monitor.

3.2.10 Encravamentos:

3.2.10.1 Se o irradiador estiver exposto e o conveyor em movimento,

caso aconteça um encravamento de hangares (disparo do relé térmico

do motor), o irradiador desce controladamente, os tempos parciais

congelam, e sai do estado de operação.

3.2.10.2 A existência de encravamentos quando o irradiador está em

posição de armazenamento não impossibilita que o operador faça

subir o irradiador.

3.3 Modo automático (posições dos hangares importam)

3.3.1 O irradiador sobe apenas por ordem do operador, sempre após preparação da

câmara. Os hangares passam por todas as posições de espera durante um

tempo pré-determinado, designado por ‘dwell time’.

3.3.2 A contagem do tempo inicia-se apenas quando o irradiador conclui a sua

subida, seja um novo dwell time, seja a continuação de um dwell time

congelado.

3.3.3 Quando um dwell time acaba e o seguinte se inicia, há um disparo geral dos

eletroímanes que faz com que todos os hangares avancem uma posição.

3.3.4 O rearranjo de posições dos hangares deve acontecer dentro de um tempo de

6 minutos. Se ao fim deste tempo houver alguma posição de espera que não

esteja preenchida, o irradiador desce controladamente e o dwell time é

congelado e é dada sinalização sonora. É afixada uma mensagem no monitor

de possível encravamento e/ou posição não preenchida no monitor.

3.3.5 Sempre que há uma descida controlada do irradiador há sinal sonoro. A luz

passa de vermelho para amarelo após limpeza de gazes na câmara. O sinal

sonoro para com o carregamento do botão de sirene na consola ou ao fim de

5 minutos (time out editável).

3.3.6 O dwell time é editável pelo operador enquanto o processo decorre. O novo

tempo entra em vigor assim que o dwell time em operação nesse momento

terminar.

3.3.7 Encravamentos no conveyor:

3.3.7.1 Após um hangar ativar o sensor de entrada no labirinto, é iniciado um

temporizador. Se não houver deteção de porta aberta até ao fim desse

temporizador, o conveyor para. Ao fim dos 6 minutos de rearranjo das

21

posições dos hangares, se estas não estiverem preenchidas, o

irradiador desce, o dwell time é congelado.

3.3.7.2 Após um hangar ativar o sensor de saída no labirinto é iniciado um

temporizador. Se não houver deteção de porta aberta até ao fim desse

temporizador, o conveyor para. Ao fim dos 6 minutos de rearranjo das

posições de espera, se estas não estiverem preenchidas, o irradiador

desce, o dwell time é congelado.

3.3.7.3 Após o disparo geral no início de novo dwell time, se houver algum

encravamento durante os 6 minutos de rearranjo dos hangares

(disparo do relé térmico do motor do conveyor), há descida controlada

e imediata do irradiador e o dwell time é congelado. Após

desencravamento da esteira, já é permitida a subida do irradiador.

3.3.7.4 Enquanto houver um encravamento na esteira o irradiador não pode

subir.

3.3.7.5 Um encravamento do conveyor fora do tempo de rearranjo (o operador

pode fazer disparar os 3 eletroímanes exteriores ao labirinto nesta

altura) provoca descida do irradiador apenas se o problema não tiver

resolvido até ao fim do dwell time que está a decorrer.

3.3.8 Se houver alguma emergência que provoque a queda do irradiador, sem que

um dwell time seja concluído, este tempo é congelado. Quando o irradiador

estiver novamente exposto, a contagem do tempo contínua desse ponto.

3.3.9 Enquanto o irradiador estiver em posição de armazenamento e a estação

electropneumática tiver sinal de hangar em espera ativo, o operador pode

iniciar o movimento do conveyor e disparar os 3 eletroímanes exteriores sem

restrições, o disparo geral não é permitido.

3.3.10 Se o irradiador estiver exposto, o botão de disparo geral dos eletroímanes fica

inoperacional. Os outros três botões de disparo dos eletroímanes nas três

posições exteriores ao labirinto e os botões de arranque do motor do conveyor

mantêm-se operacionais, desde que a estação electropneumática tenha sinal

de hangar em espera ativo. É feito um pedido de confirmação ao operador no

monitor (nível de autorização do operador exigido).

3.3.11 O acionamento do botão de paragem do conveyor serve apenas para esse

efeito, não provoca mais nenhuma ação. Se após os 6 minutos de rearranjo

dos hangares houver alguma posição não preenchida, o irradiador desce

controladamente.

3.3.12 Comunicação com estação electropneumática:

3.3.12.1 Quando é acionado o sensor de hangar a entrar no labirinto, é

dada ordem direta ao autómato 2 para abrir porta

3.3.12.2 Quando é acionado o sensor de hangar que já entrou no

labirinto, é dada ordem direta ao autómato 2 para fechar porta

22

3.3.12.3 Quando é acionado o sensor de hangar a sair do labirinto, é

dada ordem direta ao autómato 2 para abrir porta

3.3.12.4 Quando é acionado o sensor de hangar que já saiu do labirinto,

é dada ordem direta ao autómato 2 para fechar porta

3.3.12.5 É dada ordem à estação para carregar hangar apenas quando

novo hangar ativar sensor da estação (sensor da posição 1) e se

esperarem 20 segundos para o mesmo se imobilizar.

3.3.12.6 Quando o sensor de posição do hangar na estação estiver ativo

e o carregamento for concluído, a estação ativa o sinal de hangar em

espera.

3.3.12.7 Sempre que o sensor de posição do hangar na estação é

desativado por disparo do eletroíman, a estação desativa o sinal de

hangar em espera.

3.3.12.8 O operador pode forçar a ativação o sinal de hangar em espera

na estação electropneumática (bypass) através do monitor, com

pedido de confirmação ao operador (nível de autorização do operador

exigido).

3.3.12.9 Se houver algum sinal de alarme ou esmagamento vindo da

estação, mesmo que haja sinal de hangar em espera, não podem

haver disparos de eletroímanes.

3.3.12.10 Enquanto a estação não ativar o sinal de hangar em espera, é

impedido qualquer disparo de eletroímanes.

3.3.12.11 No fim do dwell time que está a decorrer, se houver sinal de

esmagamento ou alerta vindos do autómato 2, ou se não houver sinal

de hangar em espera, o irradiador desce controladamente e o início

de novo dwell time fica congelado até que o irradiador volte a subir.

3.3.12.12 Depois de o irradiador descer devido a esmagamento ou outro

alarme na estação electropneumática, o irradiador não pode subir

enquanto o problema não estiver resolvido e o sinal de alarme

desativado.

3.3 Sensores e atuadores

Nas seguintes tabelas apresentam-se todas as variáveis correspondentes a sensores e

atuadores ligados ao autómato 1. Apresentam-se também os símbolos pelas quais as mesmas são

tratadas no programa de controlo. A cinzento estão aquelas que ficam reservadas para comunicar com

a estação electropneumática ou outros equipamentos necessários à operação em modo automático.

Embora essa comunicação possa vir a ser feita por qualquer um dos diversos protocolos existentes,

dependendo do PLC com que se equipar a estação no futuro, ficam de qualquer forma reservadas

portas para sinais que parecem, para já, vir a ser precisos.

23

Tabela 3.1 - Sistema motorizado de movimento do irradiador

Símbolos Entradas Tipo Descrição Porta Endereço

Irradiador_armazem Fim de curso Digital Irradiador em posição de armazém Slot1, pin0 16

termico_Irradiador Relé térmico Digital Sinal de disparo do disjuntor Slot1, pin1 17

Irradiador_exposto Fim de curso Digital Irradiador exposto Slot1, pin2 18

Parar_irradiador Botão de pressão Digital Comando de paragem Slot1, pin3 19

Subir_irradiador Botão de pressão Digital Comando de subida Slot1, pin4 20

Descer_irradiador Botão de pressão Digital Comando de descida Slot1, pin5 21

Símbolos Saídas Tipo Descrição Porta Endereço

Irradiador_up Relé Digital Inverter rotação do motor Slot5, pin0 80

Irradiador_down Relé Digital Ligar motor Slot5, pin1 81

Embraiagem Embraiagem Digital 1 para atracar, 0 para desatracar Slot5, pin2 82

Contador_horas relé Digital Sinal para ligar contador de horas de

operação na consola

Slot5,

pin10

90

Tabela 3.2 - Sistemas de limitação de acesso à câmara de irradiação


Fotoeletricas Célula fotoelétrica Digital 5 celulas normalmente abertas em

paralelo

Slot1, pin6 22

Plataforma Plataforma de peso Digital Limite de peso ajustado na própria

plataforma

Slot1, pin7 23

Fotoeletrica_hangar Célula fotoelétrica Digital Verificação de caixa desalinhada Slot1, pin8 24

Saida_aberta Fim de curso Digital Deteção de porta de saida aberta Slot1, pin9 25

Entrada_aberta Fim de curso Digital Deteção de porta de entrada

aberta

Slot1, pin10 26

Int_manual_auto Interruptor Digital Interruptor de escolha entre modo

manual ou automático

Slot2, pin0 32

Fc_abrirentrada Fim de curso Digital Hangar vai entrar no labirinto Slot2, pin1 33

Fc_fecharentrada Fim de curso Digital Hangar já entrou no labirinto Slot2, pin2 34

Fc_abrirsaida Fim de curso Digital Hangar vai sair do labirinto Slot2, pin3 35

Fc_fecharsaida Fim de curso Digital Hangar já saiu do labirinto Slot2, pin4 36


Abrir_entrada Flag para autómato 2 Digital Comando para abrir porta de

entrada para o autómato 2

Slot6, pin0 96

Fechar_entrada Flag para autómato 2 Digital Comando para fechar porta de

entrada para o autómato 2

Slot6, pin1 97

Abrir_saida Flag para autómato 2 Digital Comando para abrir porta de saída

para o autómato 2

Slot6, pin2 98

Fechar_saida Flag para autómato 2 Digital Comando para fechar porta de

saída para o autómato 2

Slot6, pin3 99

As quatro entradas da Tabela 3.2 não utilizadas relacionam-se com a abertura e fecho de

portas. Estas entradas ficam reservadas pois pode ser preciso, até para efeitos de supervisão, que o

estado destes sensores seja conhecido. As quatro saídas não utilizadas ficam reservadas para dar

ordem direta à estação eletropneumática para abrir ou fechar cada porta.

24

Tabela 3.3 - Sistema de controlo do Conveyor


termico_conveyor Relé térmico Digital Sinal de disparo do disjuntor do

motor

Slot2, pin5 37

liga_conveyor Botão de pressão Digital Comando de Start Conveyor Slot2, pin6 38

Para_conveyor Botão de pressão Digital Comando de Stop Conveyor Slot2, pin7 39

Disparo_geral Botão de pressão Digital Comando para disparar todos os

eletroímanes

Slot2, pin8 40

Hangar_pronto Flag vinda do

autómato 2

Digital Hangar carregado e pronto na

estação electropneumática

Slot2, pin9 41

Esteira Fim de curso Digital Deteção de tensão/encravamento

na esteira

Slot2, pin10 42

Braco_trocavira Botão de pressão Digital Deteta a conclusão da viragem do

hangar dentro da câmara

Slot2, pin11 43

Posicao_carregament

o

Fim de curso Digital Hangar na estação

eletropneumática

Slot3, pin0 48

Posicao1 Fim de curso Digital Hangar na posição 2 (antiga) Slot3, pin1 49















Conveyor Contactor/motor Digital Liga motor do conveyor Slot5, pin5 85

Eletroimanes_geral Eletroíman Digital Aciona todos os contactores para

disparo de todos os eletroimanes

Slot5, pin3 83

De entre todas as entradas apresendas na Tabela 3.3 são várias as que ficam reservadas

para o futuro. A primeira refere-se a um sensor fim de curso que deteta a conclusão da operação de

viragem dos hangares dentro da câmara. Esta operação é mecânica e automática pelo que importa

saber se nada correu mal. Este sensor precisa de manutenção pelo que atualmente não está em

funcionamento. Todas as restantes portas reservadas nesta tabela são para as posições de espera ao

longo do conveyor. Todos os sensores de fim de curso dentro da câmara estão em estado muito

degradado devido à radiação, pelo que estão inoperacionais e à espera de manutenção. No sistema

original após a criação da UTR eram previstas várias dezenas de posições. Hoje em dia tomam-se por

necessárias menos de 10 posições. Em todo o caso deixam-se 14 posições reservadas para a

construção de um novo mapa.

25

Tabela 3.4 - Sistemas de controlo de segurança e emergências


Rele_faltafase Relé de falta de fase Digital Estado da alimentação elétrica

do quadro

Slot1, pin11 27

Arrefecimento Flag do PLC de

arrefec./ventilação

Digital Sinal de existência ou não de

arrefecimento do poço

Slot4, pin0 64

Ventilacao Flag do PLC de

arrefec./ventilação

Digital Sinal de insuflação de ar

operacional ou não

Slot4, pin1 65

Chave_camara Chave Digital Na câmara Slot4, pin2 66

Chave_labirinto Chave Digital No labirinto Slot4, pin3 67

Chave_consola Chave Digital Na consola Slot4, pin4 68

Botao_emergencia Botão de

emergência na

consola

Digital Comando de paragem total, com

queda do irradiador, ativando

sinalização de emergência

Slot4, pin5 69

Botoes_queda_labirinto Botão de

emergência do

labirinto 1

Digital Botos de queda no labirinto e

camara, normalmente fechados,

em série.

Slot4, pin6 70

Radiacao_camara Flag do controlador

de nivel de radiação

Digital Nível alto de radiação na câmara Slot4, pin8 72

Radiacao_labirinto Flag do controlador


Digital Nível alto de radiação no labirinto Slot4, pin9 73

Radiacao_porta Flag do controlador


Digital Nível alto de radiação na porta Slot4, pin10 74

Esmagamento Flag vinda do

autómato 2

Digital Aviso de esmagamento de

caixas na estação pneumática

Slot4, pin11 75

Fumo Flag da central de

incêndios

Digital Aviso da central de combate a

incêndios de deteção de fumo

dentro da câmara

Slot4, pin12 76

Alerta_pneumaticos Flag vinda do

autómato 2

Digital Emergência acionada no

autómato 2

Slot4, pin13 77


Para_pneumaticos Flag enviada ao

autómato 2

Digital Sinal para parar estação

eletropneumática

Slot6, pin4 100

Os sensores que detetam radiação na câmara, labirinto e portas têm um controlador próprio. É

deste controlador que é recebida essa informação. Este controlador passava essa informação ao PLC

antigo por protocolo série. A opção tomada foi a de que este controlador precisa também ele de ser

substituído, pelo que ficam para já estas três portas reservadas para esse efeito. Ficam ainda

reservadas mais três portas para comunicação com a estação eletropneumática.

Tabela 3.5 - Sistemas de sinalização


Para_alarme Botão de pressão Digital Comando de paragem de alarme Slot4, pin7 71


Sirene_camara Sirene Digital Sinal sonoro para início de

preparação da câmara

Slot5, pin9 89

26

Sirene_labirinto Sirene Digital Sinalização de emergências por

deteção de radiação

Slot5, pin4 84

Verde Lâmpada verde Digital Acesso à câmara permitido Slot5, pin6 86

Amarelo Lâmpada amarela Digital Acesso à câmara condicionado Slot5, pin11 91

Vermelho Lâmpada vermelha Digital Acesso à câmara proibido Slot5, pin7 87

Na avaliação inicial foram contabilizadas mais saídas para além destas. No entanto, o trabalho

que foi realizado de identificação do sistema ao longo de todo o trabalho permitiu constatar que algumas

delas estão ligadas a outros dispositivos ou, por exemplo, os eletroímanes que são controlados por

uma única porta. Contabilizando-se as entradas e saídas nas tabelas anteriores conclui-se então que

o novo sistema de controlo da UTR contempla 53 entradas e 16 saídas.

3.4 Inovações Consideradas

Uma vez que já se conhecem os procedimentos a implementar, bem como os sensores e

atuadores existentes e necessários para esse efeito, resta agora saber que tipo de inovações

tecnológicas se propõem introduzir no sistema. A grande evolução nos últimos anos, ao nível das

tecnologias de automação, prende-se sobretudo com a também grande evolução das tecnologias de

redes e comunicação. A internet em especial vem trazendo novas possibilidades e vantagens em

muitas áreas, pelo que hoje em dia os autómatos trazem Web-servers incorporados que permitem

estabelecer ligações através dos protocolos TCP/IP. Isto possibilita por exemplo a capacidade de

alojarem páginas Web. As HMI, Human-Machine Interface, também conhecidos por sistemas de

supervisão, têm portanto vindo a ser suportadas pelos próprios autómatos. Os sistemas SCADA

continuam obviamente a fornecer mais possibilidades e a ser a melhor opção nos sistemas mais

complexos, já que são suportados por computadores abertos a todo o tipo de linguagens de

programação. No entanto, nem todos os sistemas de controlo são extremamente elaborados e, embora

os autómatos não tenham a mesma capacidade e flexibilidade de um computador convencional, são já

perfeitamente capazes de realizar a sua própria supervisão numa grande parte dos casos. Faz portanto

sentido seguir esta tendência e, nesse sentido, apresentam-se de seguida as propostas de inovações

a introduzir no sistema de controlo da UTR.

3.4.1 Páginas Web / HMI

Pretende-se construir um novo sistema de supervisão e monitorização dos processos que

utilize páginas Web alojadas no servidor do autómato a instalar. Deste modo pode-se descartar a

existência de um PC ligado ao autómato, reduzindo a quantidade de hardware e software necessários.

Possibilita ainda aceder a estas páginas em qualquer local em que haja acesso a um navegador de

internet. Isto é, o sistema passa a possibilitar uma monitorização remota das operações. O objetivo

passa no entanto por manter o aspeto gráfico do HMI semelhante ao anteriormente instalado. As

funcionalidades que se pretendem manter e também as que se pretendem melhorar ou adicionar, são

as seguintes:

27

- Disponibilizar campos com os temporizadores parciais e com o dwel timel, acrescentando um

quarto temporizador parcial.

- Manter uma numeração dos hangares que possa avançar e recuar manualmente ou

automaticamente ao fim de cada dwell time.

- Possibilitar que o operador associe marcadores de início ou fim de lote ou marcadores de

dosimetria a qualquer um dos hangares.

- Manter uma página na qual se programem os tempos de irradiação e limpeza da câmara.

- Manter um navegador capaz de ler o ficheiro com histórico de alarmes e de o apresentar ao

operador.

- Acrescentar na página principal um campo onde apareça o último alarme.

- Condicionar o acesso às páginas à introdução de uma palavra-chave do operador. Possibilitar

a existência de 4 operadores, sendo um deles o operador administrador com privilégios acrescidos

como, por exemplo, poder editar o perfil dos outros operadores.

- Registar no histórico de alarmes qual o operador que bloqueou ou desbloqueou as páginas.

- Aproveitar a ligação TCP/IP para sincronizar o relógio do autómato com um servidor NTP.

3.4.2 Painel Web (touchscreen - microbrowser)

Irá utilizar-se um Web Panel compatível com o autómato a instalar, no lugar do antigo monitor.

Estes painéis são no fundo monitores com tecnologia touchscreen e capacidade de realizar micro-

browsing. Ligam-se diretamente aos autómatos onde vão buscar as páginas de supervisão pela porta

ethernet ou por porta USB, dependendo da marca e gama dos equipamentos envolvidos. São

equipamentos industriais, e portanto, robustos. Uma vez que há necessidade que o acesso local ao

sistema e continuação das operações estejam garantidos, estes painéis conseguem manter a ligação

entre si e o autómato mesmo quando há falha na rede de internet. Além disso, uma vez que usam

touchscreens, deixam de ser necessários periféricos como teclado e rato.

Figura 3.1 - Comunicação entre dispositivos via internet

28

3.4.3 Envio de e-mails

Tirando ainda partido da capacidade do autómato estabelecer ligações por TCP/IP, pretende-

se que o autómato seja capaz de enviar ao operador, via e-mail, alguns dos avisos de alerta mais

emergentes que são também registados em histórico. A capacidade de enviar e-mails é também útil

para se possa fazer um envio cíclico do ficheiro de registo de alarmes, limpando depois o mesmo no

autómato, evitando assim uma ocupação excessiva da memória interna deste, sem perda de todo o

histórico. Além disso, é um modo prático de transportar essa informação para outras plataformas sem

que seja necessário aceder fisicamente ao autómato. Para que isto seja possível, o autómato tem então

que ser capaz de estabelecer ligação com servidores SMTP. O Simple Mail Transfer Protocol é o

protocolo padrão para envio de e-mails, servindo o autómato de cliente e remetente. O servidor SMTP

a utilizar será o do próprio CTN, sendo necessário criar e atribuir uma conta de e-mail ao PLC.

Figura 3.2 - Comunicação SMTP entre cliente e servidor

3.5 Equipamento utilizado

Antes de se projetar o novo sistema de controlo é importante saber qual o equipamento que se

vai utilizar. Os procedimentos estão estabelecidos, independentemente do controlador. As inovações

pretendidas estão já definidas. As máquinas de atuação e os sensores utilizados são também já

conhecidos. O projeto do sistema de controlo, do ponto de vista da sua estrutura, funcionamento interno

ou linguagem, depende agora do PLC que se use, e suas características. Apresenta-se de seguida um

resumo de todas os requisitos para o autómato a usar:

- O PLC terá que ter 53 portas de entradas digitais e 16 portas de saída digitais.

- Não são necessárias portas analógicas.

- É preciso uma memória não volátil onde guardar os registos de alarmes.

- É importante que seja possível salvar informação como os tempos parciais e os nomes e

endereços de e-mail dos operadores em casos de quebra de energia.

29

- É preciso que o PLC tenha a capacidade de estabelecer ligações TCP/IP, tanto para

suportar páginas Web como para poder enviar e-mails.

- Deve existir uma interface gráfica local a partir da qual seja possível operar o sistema,

independentemente de haver acesso ou não à internet.

- É preferível que o PLC tenha uma estrutura modular que possibilite uma maior flexibilidade e

facilidade em futuras alterações ou acrescentos ao sistema.

Tendo então em conta todas estas características, optou-se por utilizar um autómato da gama

PCD3 da SAIA BURGESS CONTROLS, SBC. Esta marca Suíça surgiu nos anos 50, na altura

especializada em equipamentos eletrónicos, em especial temporizadores. Nos anos 70 foi uma das

empresas pioneiras no campo dos autómatos. Hoje em dia vai na sua terceira geração de

equipamentos de controlo nos quais integram as tecnologias modernas de informática e Web com uma

construção tipicamente industrial e robusta como é o caso dos PCD3. As suas características dão

resposta aos pontos atrás descritos. Existem obviamente controladores de gamas equivalentes noutras

marcas conhecidas como por exemplo a Omrom, Schneider ou Siemens, entre outras. Pesou no

entanto o facto de o Instituto Superior Técnico, IST, estar já habituado a trabalhar com esta marca. O

‘know how’ acumulado nestes PLCs no IST permite pois a existência de algum suporte técnico interno

logo à partida, criando ao mesmo tempo uma facilidade acrescida em eventuais modificações ou

acrescentos futuros ao sistema por parte de outros alunos ou técnicos do IST.

Figura 3.3 - autómato PCD3 M5340

Dentro da gama dos PCD3, optou-se pelo modelo M5340, ver Figura 3.3. Não sendo um dos

modelos com CPU de mais alto rendimento, trata-se de um autómato da linha logo a seguir, capaz de

dar resposta à maioria dos sistemas de controlo já com relativa exigência. É capaz de estabelecer

vários tipos de ligações e/ou comunicações através de interfaces como o USB, RS 232, Ethernet até

100 Mbits/s, entre outros. Além do seu servidor Web tem também um servidor FTP possibilitando

portanto a transferência de dados utilizando este protocolo, File Transfer Protocol. Permite também a

ligação a servidores SMTP para o envio de e-mails, bem como alojar páginas Web. Além disso, a SBC

fornece um ambiente de desenvolvimento gráfico para a criação dessas páginas, capaz de compilar as

mesmas em HTML, o que facilita a construção das mesmas.

30

Tendo em conta a quantidade de entradas e saídas que o autómato terá, bem como a opção

de se registar o histórico de alarmes num suporte físico amovível, escolheu-se os seguintes módulos

para acrescentar ao PCD3:

- 4 Cartas de 16 entradas digitais, transístor: PCD3.E166

- 2 Cartas de 16 saídas digitais, transístor: PCD3.A465

- 1 Extensão para mais 4 slots: PCD3.C100

- 1 Ficha de ligação para a extensão: PCD3.K010

- 1 Carta para módulo de memória: PCD3.R600

- Cartão de memória: PCD7.R-SD512

Como plataforma de operação local, optou-se pela utilização do Web Panel PCD7.D412DT5F

e respetiva caixa PCD7.D412-IWS. Este equipamento servirá como o principal HMI na UTR. Trata-se

de um painel com touchscreen resistivo e teclado virtual com funcionalidade de micro-browsing,

respondendo assim às necessidades atrás descritas. No Anexo A encontram-se as fichas técnicas do

PCD3 e do PCD7.

Além dos equipamentos atrás descritos, propôs-se também acrescentar ao sistema um novo

sensor para deteção de falta de energia no sistema, isto é, um relé de falta de fase. O próprio PCD3 é

capaz de detetar uma quebra na sua alimentação e de responder a esse evento fazendo correr uma

rotina própria programável nesse mesmo instante. Contudo, o sistema tem uma UPS que resguarda o

autómato destas situações. Deste modo, o PLC fica com uma autonomia de cerca de 20 minutos até

que a situação se normalize para poder registar este evento no seu histórico, enviar e-mail de

notificação, e entrar num modo de standby em que o programa de controlo é interrompido e posto em

espera, evitando assim novo arranque a frio. O relé adquirido foi então o relé de falta de fase DPA51

CM44.

3.6 Modelação do sistema de controlo de operações

Atrás foram já descritos todos os procedimentos e funcionalidades pretendidas no sistema de

controlo da UTR, de acordo com as normas de segurança operacional e radiológica que se devem

seguir. A implementação do conjunto desses procedimentos é o ponto de partida, e ao mesmo tempo

o principal objetivo final deste projeto. Embora descritiva, essa lista não fornece informação relativa ao

comportamento interno do autómato. Importa portanto explicar a lógica aplicada na programação do

sistema de controlo que dá resposta a todas as necessidades descritas. Servindo de modelo ao

sistema, começa-se pois por ilustrar a estrutura adotada. Depois, descrevem-se algumas das opções

tomadas quanto ao desenho do controlo sequencial de operações, bem como dos métodos utilizados

para o registo e envio de alarmes.

31

3.6.1 Estrutura geral do programa de controlo

A estrutura que se propôs adotar para o sistema de controlo da UTR é uma estrutura Master-

Slave, típica e conveniente na construção de controladores deste tipo. No fundo, tal como na maioria

das linguagens de programação, se não em todas, a função Master é a principal, funcionando como a

Main function que chama todas as outras. Por sua vez, os Slaves funcionam como rotinas que operam

apenas quando são chamadas pelo Main/master. Esta estrutura é essencial quando se pretende obter

comportamentos sequenciais. É porém possível implementar outras funções do programa que não

tenham comportamento sequencial e, desse modo, poderão correr em paralelo com o Master. O registo

de alarmes, por exemplo, é um desses casos. Sabendo que um programa construído numa plataforma

SAIA permite a existência de vários COBs (definidos no ponto 1.3), percebe-se que de facto há essa

possibilidade. Num COB pode ser programado e/ou chamado o controlo sequencial, através de uma

estrutura Master-slave e, noutros COBs, qualquer outra programação que desejemos. Uma vez que há

16 possíveis COBs a correr em paralelo, há que ter cuidado para que não se criem conflitos entre

ordens dadas em simultâneo limitando os mesmos a poder ler o estado das variáveis uns dos outros.

Desde que não se atuem as saídas, contadores, temporizadores, etc. uns dos outros, garante-se que

não haverá grandes problemas.

Optou-se então por implementar toda a componente de registo de alarmes da UTR nestes

moldes. Isto é, todo o sistema de escrita e leitura de alarmes é processado em paralelo com o controlo

sequencial de operações. Deste modo, o COB no qual se processam os alarmes lê o estado de algumas

variáveis do sistema de controlo sequencial da UTR, utilizando-as como gatilhos para escrever e ler

mensagens num cartão SD, independentemente do estado de evolução das operações. A mesma

abordagem é tomada para implementar o envio de e-mails.

Figura 3.4 - Estrutura inicial do programa de controlo

32

Por questão de facilidade na programação concluiu-se depois que certas operações, que se

detalham mais à frente, são melhor programáveis na linguagem IL ou em Fupla. Assim, e também por

uma questão de modular um pouco mais o programa por forma a atingir o objetivo deste ficar mais

flexível e compreensível, acrescentaram-se mais dois COBs à estrutura do programa ficando este um

pouco mais elaborado, mas em todo o caso prático, resultando a estrutura final do programa como na

Figura 3.5.

Figura 3.5 - Estrutura final do programa de controlo

3.6.2 Controlo sequencial de operações

Uma vez que se adotou uma estrutura Master-Slave para o controlo de operações, designou-

se o COB 0 de ‘Mestre’ e todos os Slaves, à exceção de um, de ‘escravo#’, em que # é a sua

numeração. O Slave com diferente designação é chamado apenas para guardar e recuperar os dados

de perfil dos operadores. O seu nome foge à regra uma vez que a sua sequencialidade é independente

das demais. O modelo construído inicialmente para este sistema era composto por um Mestre e cinco

escravos. Contudo, e a bem de se cumprir o objetivo de flexibilizar a implementação e leitura do mesmo,

os treze escravos existentes na implementação acabaram por ser todos aqueles com os quais se

conseguiu segmentar melhor o programa. Nas próximas páginas apresentam-se as estruturas internas

desses escravos para que fique percetível a lógia adotada na construção de todo o programa.

Mestre (COB 0) – Paragens forçadas e emergências

Um dos aspetos mais importantes neste sistema de controlo é garantir a segurança radiológica.

Como tal, a opção tomada foi a de remeter a atuação das máquinas para os Escravos ficando o Mestre,

que está a um nível superior, responsável por chamar os mesmos, bem como os interromper em casos

em que essa segurança possa estar comprometida. Deste modo, o estado de emergência no qual se

33

força uma queda do irradiador bem como qualquer outra situação que force uma descida do mesmo,

seja de forma controlada ou por queda, são da responsabilidade do Mestre, sobrepondo-se sempre ao

estado geral das operações nesses instantes. Sabendo que o Escravo 1 foi o designado para controlar

toda a componente de subida e descida do irradiador, e que os Escravos 6 e 7 foram designados para

verificar constantemente as condições de emergência e operacionalidade, respetivamente, pode talvez

ficar melhor entendida esta lógica adotada para o Mestre lendo-se diagrama da Figura 3.6.

Figura 3.6 - Estrutura Master-Slave adotada

Escravo 1 (SB) – Controlo do Irradiador

Ao longo do trabalho foi por muitas vezes posto em causa se deveria haver um escravo ou dois

para o controlo do irradiador. Isto porque, dada a quantidade de variáveis envolvidas, todas as

eventualidades devem ser consideradas e, desse modo, é necessário assegurar que em caso algum

se perde o controlo do irradiador. Com efeito, veio-se a verificar que este escravo é o mais pesado de

todos, tendo ele o maior número de etapas e transições, levantando-se assim a hipótese de o

segmentar. No entanto, sendo o controlo do irradiador um dos aspetos mais cruciais do sistema de

segurança, é necessário assegurar que tudo está sob controlo e que não existem interferências ou

contradições de comandos entre escravos. Assim sendo, a própria natureza sequencial do Escravo 1

garante que todas as ordens de subida e descida do irradiador, bem como de renovação do ar da

câmara, não se sobrepõem em momento algum a não ser por eventual forçagem do Mestre. O grafo

da Figura 3.7 mostra, resumidamente, o comportamento pretendido para este escravo. Veja-se a forma

como as várias etapas iniciais, pelas quais o Mestre pode forçar o Escravo 1, permitem situações

distintas de descida do irradiador.

34

Figura 3.7 - Modelo do Escravo 1

Escravo 2 (SB) – Seleção de modo manual/auto

O Escravo 2 serve apenas o efeito de se selecionar o modo de operação. É por isso um dos

escravos mais simples do sistema fazendo depender esta seleção unicamente do facto de o irradiador

estar armazenado.


Escravo 3 (SB)

Este escravo é dedicado ao controlo das operações em modo manual. O arranque do conveyor

e o rearranjo de hangares está de acordo com a lista de procedimentos de segurança já descrita

anteriormente. Quando o irradiador sobe por ordem do Escravo 1, é neste Escravo 3 que se faz a

35

contagem dos tempos parciais de irradiação. O Mestre é depois informado de que é necessária uma

descida controlada do irradiador quando alguma destas temporizações termina.


Escravo 4 (SB)

Da mesma forma que o anterior, este escravo é dedicado às operações mas neste caso quando

se está em modo automático. Existem algumas diferenças a implementar, de acordo com os

procedimentos listados, desde logo pela contagem de um tempo de ciclo, denominado por dwell time,

além dos mesmos tempos de irradiação parcial que já eram contados no modo manual.


36

Escravo 5 (SB)

Este escravo é também ele um dos mais simples e não é mais do que um auxiliar que ajuda

permanentemente a informar o resto do programa sobre se os temporizadores de irradiação parcial

estão a evoluir ou já terminaram, independentemente de estarem parados ou em contagem, bem como

se o valor introduzido pelo operador para carregar no temporizador de dwell é válido ou não. Esta

informação é importante nas etapas em que se carregam os temporizadores, após a subida do

irradiador, nos Escravos 3 e 4.

Escravo 6 (SB)

Como referido atrás, o Escravo 6 é dedicado unicamente a observar permanentemente se

alguma das condições de emergência é verificada e, num caso em que se verifique, a informar o Mestre.

Figura 3.11 - Modelo do escravo 6

Escravo 7 (SB)

À semelhança do escravo anterior, o Escravo 7 está também ele sempre em observação mas,

neste caso, a verificar se há falha em alguma das condições necessárias para se poder operar a

unidade. Se alguma dessas condições falhar, e dependendo de qual seja, é dado um simples aviso na

forma de alarme, ficando registado no histórico, ou o Mestre é informado de que é necessária uma

descida controlada do irradiador.


37

Escravo 8 (SB)

Este escravo é chamado quando se pretende fazer um disparo geral dos eletroímanes.

Isso acontece tanto quando, em modo manual, o operador toca no botão existente para esse

efeito, assumindo que o conveyor está já em andamento, como também no fim de um dwell

time, quando se opera em modo automático.


Escravo 9 (SB)

Neste Escravo 9 cria-se uma solução para a existência de vários utilizadores e níveis de acesso

ao sistema, mediante a introdução de uma palavra-chave. Assim, mediante a validação dessa palavra-

chave, este escravo ativa ou desativa uma variável interna designada por ‘acesso_permitido’.

Associando esta variável a determinadas ações, sejam elas no próprio sistema de controlo ou no novo

sistema de supervisão através de páginas Web, permite-se, ou não, que um operador as desencadeie.


38

Escravo 10_1 e Escravo 10_2 (SB)

Estes dois escravos, também dos mais simples neste projeto, ficam programados sobretudo

com o fim de ficar prevista uma forma específica de funcionamento da abertura e fecho de portas por

hangares em andamento. Ficam, no entanto, sem efeitos reais uma vez que estas ações dependem da

implementação e comunicação que for feita futuramente na estação electropneumática. A ideia inicial

era de que esta ação sobre as portas dependeria de alguns variáveis ou estados do programa de

controlo. Concluiu-se depois que é melhor essa ação desencadear-se por ordem mediante a atuação

dos sensores fim-de-curso imediatamente antes e depois das portas, independentemente do programa

de controlo. Fica a implementação para atuação das portas feita desta forma, embora o mais certo é

que venha a ser refeita.

Escravo 11 (SB) – Sirene intermitente

Existem mais do que uma situação no sistema em que se pretende uma sinalização sonora

intermitente, com diferentes intervalos. Optou-se por gerar esta sinalização num escravo à parte para

permitir que a mesma continue ativa enquanto o programa de controlo se desenrola. Este escravo terá

portanto a possibilidade de ligar e desligar uma sirene enquanto o restante programa de controlo

mantiver uma variável interna digital ligada, apenas para esse efeito.

Situações de exceção

Pensada a lógica de controlo, há duas situações extraordinárias às quais falta ainda dar

resposta na construção do programa. A primeira delas prende-se com a necessidade de inicializar as

saídas e algumas variáveis internas do PCD3 num arranque a frio. É possível definir a sua inicialização

no Symbol Editor no próprio ambiente de desenvolvimento da SAIA, o PG5, através da introdução dos

caracteres “:=”, seguidos do valor pretendido para a inicialização, no campo value correspondente a

cada variável. Essa inicialização pode também ser feita no XOB 16. Trata-se de um bloco de código já

inerente ao PLC que corre apenas num arranque a frio antes de se dar inicio ao programa de controlo.

A segunda situação de exceção acontece num cenário em que o PLC perde a alimentação.

Esta situação é importante pois há determinadas informações que se desejam salvar num cenário

destes. Quanto a valores de temporizações de irradiação a solução passa por copiar a cada segundo

o valor de cada temporizador para uma variável do tipo Registo. Este tipo de variável, por defeito, é

guardado numa memória não volátil do PLC especificamente dedicada aos mesmos. O conteúdo desta

memória é assegurada por uma bateria de lítio tipo CR2032 que no caso do PCD3.M5340 vem

incorporada de fábrica, cuja autonomia varia entre 1 a 3 anos. Os valores desses registos continuam

portanto salvos mesmo quando o PLC se desliga e volta a ligar, não sendo por isso um problema. No

entanto, há outras informações que não se querem perder como o nome, endereço de e-mail e

palavras-chave dos operadores que estão guardadas em variáveis do tipo TEXT. Pretende-se que

estas variáveis sejam editáveis para seja possível alterar os dados dos operadores em pleno ambiente

39

de trabalho. O fabricante aconselha a que as variáveis do tipo TEXT que se pretendem editáveis pelo

programa de controlo sejam guardadas em memória RAM, isto é, devem ser do tipo TEXT RAM. O que

significa que se houver uma falha de energia, essa informação é perdida. Além disso, pode também

acontecer que a quebra na alimentação do PLC seja apenas momentânea, mesmo considerando a

existência de uma UPS que o assegura, numa fase em que o irradiador esteja exposto e em operação.

Num casos destes, é impreterível que no novo arranque a frio o PLC saiba que isso aconteceu e, por

consequência, que o irradiador desceu por queda. Num cenário destes o PLC deve começar por realizar

uma temporização de renovação do ar da câmara antes de permitir ao operador arrancar novamente o

processo de preparação da mesma e posterior subida do irradiador.

A solução para salvaguardar as situações descritas atrás passa pela realização de um backup

dos dados para a memória Flash, durante o Runtime, e pela utilização do XOB 0. A utilização de

diferentes espaços de memória e a execução de backups nos PCD3 pode ser compreendida no capítulo

3.13 Memory Space on the PCD3, do manual [10]. Aqui, importará apenas saber que o backup de

TEXTs da memória RAM para a memória Flash pode ser feito pelo programa de controlo através dos

comandos SYSWR K 3000 ou SYSWR K 3100 da linguagem IL. O restauro desses dados, da memória

Flash para a memória RAM pode também ele ser feito pelo programa através dos comandos SYSWR

K 3001 ou SYSWR K 3002, consoante o backup tenha sido feito na memória Flash interna do PLC ou

num módulo externo que se tenha acrescentado ao sistema. Já o XOB 0 é um bloco de código inerente

ao PLC que arranca assim que este deteta uma variação brusca no valor de tensão da alimentação.

Dada a natureza do evento, este XOB 0 tem um tempo máximo de execução de 5ms, o que é

insuficiente para realizar o backup nesse momento. Tendo então em conta os meios descritos, a forma

como se salvaguarda a informação numa situação de falha de energia é através de mais um escravo,

denominado por “PerfilOperadores” e cuja estrutura se pode ver na Figura 3.15 - Modelo do escravo

PerfilOperadores, que faz o backup dos dados dos operadores sempre que estes são editados. Também

nesse escravo se faz um restauro desses mesmos dados quando, num arranque a frio, se detete que

houve uma quebra de energia. Essa deteção por parte do PLC de que houve uma quebra de energia é

feita pela ativação de uma variável binária interna, denominada Power_down, no bloco de código

corresponde à chamada do XOB 0. Sendo essa variável binária uma variável do tipo Flag, mantém o

seu estado após o XOB 0 terminar e o PLC se desligar já que este guarda esse tipo de variáveis na

mesma memória não volátil onde guarda os registos.

Figura 3.15 - Modelo do escravo PerfilOperadores

40

Num arranque a frio após uma quebra na alimentação do PLC, a variável Power_down, além

de informar o Mestre de tal evento para efeitos de restauro de informação, serve também como gatilho

para que este force no Escravo 1 uma descida do irradiador por queda. Uma vez que quando há falha

de energia a embraiagem se desativa fazendo cair automaticamente o irradiador, o Escravo 1 avançará

logo uma etapa começando imediatamente a temporizar uma renovação do ar da câmara como atrás

se dizia ser preciso. Caso o PLC tenha a informação de que o irradiador estava armazenado e o ar da

câmara limpo antes da quebra de energia, então nada é feito, havendo um arranque normal do sistema.

3.6.3 Registo de alarmes

A implementação do registo de alarmes, a par do controlo de operações da UTR, é objeto de

grande foco neste projeto. Existem inúmeras aplicações possíveis para as tecnologias de automação

e controlo, mas nem todas exigem que haja um registo contínuo de todos os eventos e alarmes do

sistema. Contudo, quanto maior é o sistema, ou sobretudo em situações em que pode estar em causa

a segurança dos seus operadores, maior é a necessidade da utilização de mensagens de alarme e a

realização de um registo dos mesmos.

Como foi já referido, neste projeto a solução adotada para a implementação da supervisão e

sistema de alarmes descarta a utilização de um software SCADA. O novo sistema de supervisão

baseia-se sim em páginas Web, isto é, em páginas de internet alojadas no próprio autómato. Embora

os autómatos modernos não sejam ainda capazes de cobrir todas as potencialidades de um PC e de

um software construído à medida, fica claro ao longo desta dissertação que vão já de alguma forma

fornecendo todas as ferramentas necessárias. Em especial o acesso à memória do PCD3 para a

criação e edição de um ficheiro por parte do programa de controlo, é um campo até agora pouco ou

nada explorado nos vários projetos desenvolvidos no IST. Uma vez que esse conhecimento é

necessário para o PCD3 criar e gerir o seu próprio registo de alarmes, apresenta-se de seguida, de

forma mais desenvolvida, as possibilidades fornecidas por este PLC e consideradas neste trabalho.

Integração de alarmes no autómato

Nos PCD3, o programa de controlo e as páginas Web alojadas no PLC conseguem partilhar

listas de variáveis. Existe portanto a hipótese de o próprio PLC apresentar e permitir editar diretamente

as suas variáveis internas, sejam elas binárias, inteiras ou texto nas suas próprias páginas Web. Isto

pode então representar um acrescento na complexidade do programa de controlo, dependendo daquilo

que se procura de um sistema de supervisão em cada caso específico, surgindo assim eventuais

dificuldades ao programador. Neste projeto uma dessas dificuldades aparece quando se pretende que

os alarmes não sirvam apenas para alertar no instante em que acontecem mas também o de serem

registados. O que se pretende é que o alarme inclua a data e hora do evento bem como que seja

guardado numa memória não volátil, possibilitando a sua consulta no próprio HMI. É também importante

que esse registo exista num ficheiro com formato conhecido para que seja transportável para outra

plataforma informática. A construção de um sistema de alarmes com todos estes requisitos é por isso

41

um desafio pois trata-se de um problema típico de um sistema de supervisão que agora não se dissocia

inteiramente da lógica de controlo. Isto porque, para que o sistema de alarmes possa criar esse ficheiro

de registo, a supervisão terá de utilizar o programa de controlo para aceder ao sistema de ficheiros, ou

sistema de arquivos, do PLC.

Conhecido em inglês por File System, o sistema de arquivos constitui um meio de organização

e armazenamento de dados. Em PC’s convencionais, e conforme o sistema operativo, os sistemas de

arquivos mais utilizados são o EXT, FAT ou NTFS. São eles que permitem o acesso, a leitura e escrita

de ficheiros em memórias tais como os discos rígidos, internos ou externos, CDs ou as chamadas Pen

Drives. Nos autómatos SAIA, a memória interna não volátil utilizada é uma memória do tipo Flash.

Também os módulos de memória que se podem acrescentar aos autómatos da gama PCD3 são

memórias Flash, como é o caso do cartão de memória SD que se inclui no conjunto de módulos

utilizados neste projeto. É nesse cartão SD que se pretende guardar o ficheiro com o histórico de

alarmes. No entanto, os autómatos SAIA em concreto não utilizam nenhum dos sistemas de ficheiros

referidos atrás. A SAIA implementa nos seus equipamentos um sistema de arquivos proprietário. Este

permite contudo a edição de ficheiros com extensão .TXT ou .CSV, entre outros, também legíveis nos

sistemas de arquivos dos PCs. Com base no manual [11], o acesso aos dispositivos de memória Flash

dedicados ao sistema de arquivos do PCD3 pode ser feito pelos seguintes métodos:

- Pelo programa de controlo

- Pelo servidor FTP interno do PCD

- Pelo servidor WEB do PCD, através do seu IP

- Colocando o cartão SD usado no PCD num leitor de cartões de um PC e utilizando o software

Saia SD File System Explorer

Confirma-se então a possibilidade de o programa de controlo abrir e editar ficheiros de registo

de alarmes no cartão SD. Pode fazê-lo de mais de uma maneira. Veremos de seguida os possíveis

métodos encontrados para implementar um sistema de alarmes, dois dos quais tiram partido desta

interação do programa de controlo com o sistema de arquivos do PCD.

Métodos para registar e ler alarmes

A informação encontrada no que toca a aceder ao sistema de arquivos do PCD3 a partir do

programa de controlo está em maior detalhe em [11]. Feita essa pesquisa, e depois de algumas

tentativas práticas, consideraram-se as seguintes três abordagens possíveis para o registo de alarmes

da UTR:

1ª – Através de system functions:

Já existem algumas destas funções incorporadas no próprio firmware. Outras estão disponíveis

em bibliotecas de IL. Neste caso, é possível utilizar a biblioteca ‘FileSystem.inc’ que fornece uma série

de funções já dedicadas a lidar com ficheiros no sistema de arquivos. No manual [11] encontram-se,

42

entre outras coisas, as várias funções disponiveis nessa biblioteca e os parâmetros necessários para

cada uma. Algumas delas permitem, de forma condicional ou não, síncrona ou assíncrona, criar, abrir,

fechar, apagar, escrever ou ler ficheiros na memória Flash pretendida do PCD3, entre outras

possibilidades. Algumas delas são as funções chamadas pelos comandos ‘S.File.Open’, ‘S.File.Close’,

‘S.File.Seek’, ‘S.File.Write’, etc.. Fornece também um código de erros que possibilita ao programador

averiguar se a sua implementação está correta. Sendo esta abordagem a que utiliza linguagem de mais

baixo nível, é à partida aquela que produz menos código, do ponto de vista da compilação de todo o

programa. Contudo, é a abordagem mais trabalhosa para o programador e a mais difícil de concluir

sem erros nem bugs. O exemplo que se encontra no Anexo C foi uma das tentativas que se fizeram,

com sucesso, de escrever os alarmes num ficheiro já existente na memória Flash do cartão SD do

autómato. Como se poderá constatar, para um simples processo de abrir o ficheiro, procurar a posição

onde se pretende escrever, escrever a mensagem e fechar o ficheiro, são precisas perto de 100 linhas

de código e um conjunto de variáveis para cada uma das funções chamadas. É portanto um processo

moroso de implementar pois implica muito trabalho de debug para reduzidos resultados.

2ª – Através de blocos funcionais

Da mesma forma que existem bibliotecas com system functions para lidar com o sistema de

arquivos, existem também bibliotecas de blocos funcionais, ou F-boxs se assim preferirmos, disponíveis

no PG5 para realizar estas operações. Esta abordagem é, como seria de esperar, mais prática de

utilizar que a anterior. Isto porque os blocos funcionais funcionam como uma linguagem de

programação gráfica e, portanto, de mais alto nível. Para realizar a mesma operação do exemplo na

abordagem anterior, em que se abriu um ficheiro, procurou a posição, escreveu e depois fechou o

ficheiro, basta utilizar o bloco Write DB/Text, necessitando este que se forneçam apenas 5 parâmetros.

Neste caso, este bloco faz até mais do que isso pois se na diretoria indicada não existir nenhum ficheiro

com o nome especificado, o ficheiro é criado. Outros blocos permitem realizar facilmente outras

operações como ler ou apagar ficheiros ou criar diretorias, entre outras. O manual [11] fornece também

uma série de indicações para programar utilizando estas F-boxs especificamente dedicadas ao sistema

de arquivos, embora não diga tudo quanto é importante saber. O que não vem lá dito e é essencial ter

em conta para se conseguir utilizar estes blocos funcionais com sucesso é que não se deve esquecer

de utilizar a F-box Initialization HVC 8, que chama a biblioteca HEAVAC adequada e necessária para

se lidar com o sistema de ficheiros do PCD sem problemas, entre outras aplicações. Da mesma forma,

é fulcral a utilização da F-box Memory Management, no qual se configura uma inicialização da memória

a que se pretende aceder e o tipo de ficheiros que se quer editar. Importa também deixar a nota de que

a criação de um ficheiro utilizando qualquer um dos blocos Write disponíveis só é possível se se

especificar um nome curto para o mesmo. Nomes com mais de 8 caracteres dão problemas.

43

Figura 3.16 - F-boxs para ler e escrever no sistema de arquivos

Esta foi a alternativa seguida para este trabalho. A solução passou por criar variáveis binárias

internas ao programa de controlo cujo flanco ascendente informa o COB 1 da existência de dado

evento, servindo de comando de execução da F-box Write. Essas Flags servem única e exclusivamente

esse propósito, sendo ativadas ao longo de toda a parte de controlo sequencial do programa em

determinadas etapas correspondentes aos eventos que mais à frente se listam. Já no que toca à leitura

dos alarmes do ficheiro de histórico, a simples utilização da F-box Read traz algumas dificuldades

quanto à apresentação dos mesmos nas páginas Web. Assim é porque o que esta F-box faz é ler

conjuntos de um dado número de caracteres a partir de determinado offset. Ou seja, a quantidade de

caracteres a ler e a posição na qual se inicia a leitura são dois dos parâmetros que são precisos fornecer

à F-box. Sendo cada alarme composto por uma frase com diferente número de palavras, percebe-se

pois que esses dois parâmetros são desconhecidos antes de se realizar a própria leitura. No capítulo 4

desta dissertação, onde se descreve a implementação do sistema, ficará claro que a solução passou

por introduzir espaços no fim das mensagens de alarme para que todas elas tenham o mesmo número

de caracteres.

Vale a pena referir, por último, que na página de suporte do fabricante, [12], se podem encontrar

alguns tutoriais com exemplos de aplicação que, embora possam não acrescentar muito a esta

descrição, podem ilustrá-la e ajudar a compreendê-la. Um deles, [13], mostra um exemplo concreto de

como aceder ao sistema de arquivos utilizando estes blocos funcionais.

3ª – Utilizando variáveis de alarme

Existe também a possibilidade de utilizar variáveis de alarme, fazendo uso da F-box Alarm

SWeb init ou da F-box Alarm PCD init. Estes blocos permitem criar listas de alarmes pré-definidos.

Cada um dos alarmes criados desta forma é composto por várias variáveis do tipo Flag, Register e

Text. A cada alarme fica associado uma variável de reconhecimento, bem como uma mensagem pré-

definida e os registos de data e hora. Além disso, o Web Editor do PG5 fornece já alguns templates

para a programação das páginas Web que permitem ler e apresentar no HMI o histórico de alarmes.

Poderá ver-se com a ajuda das figuras seguintes que esta seria então à partida a melhor solução uma

vez que fornece ao programador ferramentas rápidas e fáceis para configurar alarmes e os apresentar

numa interface já construída e aplicável nas páginas Web. No entanto não é a mais adequada para

44

este projeto. De facto todas estas variáveis, para cada alarme, são guardadas em memória não volátil,

como se pretende. No entanto, são guardadas em espaço de memória especificamente dedicado a

guardar o estado de variáveis desse tipo. O inconveniente é que, além dessa informação ser guardada

de forma algo dispersa, quando um destes alarmes é reconhecido pelo programa ou pelo operador nas

páginas Web, o alarme deixa de estar ativo e é feito um Reset a essas variáveis, sobrando apenas a

informação visual no template de histórico de alarmes nas páginas Web. Se existir uma falha de energia

no PCD, ou se entretanto existirem novos alarmes, mesmo essa informação visual que resta é perdida.

Figura 3.17 - Variáveis de alarme: (a) F-boxs; (b) Template para páginas Web

Sendo portanto crucial a existência de um registo para consulta mas também disponível para

download ou para ser anexado num e-mail, não é aceitável que os alarmes estejam suportados apenas

por variáveis internas do programa de controlo. Além disso, os templates referidos para o Web Editor

têm uma arquitetura bastante fechada e o seu comportamento interno é difícil de conhecer, o que torna

bastante complexo encontrar as variáveis correspondentes a cada alarme para as poder escrever em

ficheiro utilizando alguma das abordagens anteriores, embora teoricamente não seja impossível.

Lista de mensagens de alarme

As tabelas seguintes apresentam toda a listagem de mensagens de alarme que se contemplam

no sistema. Dividiram-se estas mensagens em três tipos. O tipo 1 representa as mensagens

operacionais. Servem apenas para que fiquem em registo alguns dos eventos da operação normal do

sistema. As mensagens do tipo 2 são as mensagens utilizadas nos casos em que ocorra alguma

anomalia. Ou seja, servem nos casos em que o processo de irradiação poderá estar condicionado. Por

último, compõem o tipo 3 as mensagens a utilizar em situações de emergência nas quais a segurança

pode estar comprometida. Todas estas tabelas têm uma coluna do lado direito na qual se indica quais

as mensagens que devem ser enviadas por e-mail para o operador.

Tabela 3.6 - Mensagens de tipo 1: alarmes operacionais Núm. Mensagem e-mail

1 Início de subida das fontes Não

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2 Fim de subida das fontes, início de irradiação Sim

3 Início de descida das fontes, fim de irradiação parcial 1 Sim




7 Fim de descida das fontes Sim

8 Disparo geral de eletroímanes Não

9 Sistema em modo automático Não

10 Sistema em modo manual Não

11 Rearranjo de hangares terminado Não

12 Painel desbloqueado pelo operador 1 Não



15 Painel desbloqueado pelo operador administrador Não

16 Início de descida das fontes Não

17 Painel bloqueado Não

18 Tempo parcial 1 editado Não




22 Tempo dwell editado Não

Tabela 3.7 - Mensagens de tipo 2: alarmes de anomalia Núm. Mensagem e-mail

1 Encravamento na esteira Sim

2 Posição não preenchida Sim

3 Caixa desalinhada à entrada do labirinto Sim

4 Porta de entrada não abriu Sim

5 Porta de saída não abriu Sim

6 Falha no sistema de arrefecimento das fontes Sim

7 Porta de entrada aberta Sim

8 Porta de saída aberta Sim

9 Paragem forçada da esteira. Possível embate Sim

10 Descida do irradiador por queda Sim

11 Falha de energia Sim

12 Botão de queda das fontes no labirinto/câmara Sim

Tabela 3.8 - Mensagen de tipo 3: alarmes de emergência Núm. Mensagem e-mail

1 Emergência – Plataforma de peso ativada Sim

2 Emergência – Fotocélula interrompida Sim

3 Emergência – Radiação na câmara Sim

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4 Emergência – Encravamento no irradiador Sim

5 Emergência – Radiação no labirinto Sim

6 Emergência – Radiação à entrada do labirinto Sim

7 Emergência – Falha no sistema de ventilação Sim

8 Emergência – Deteção de fumo Sim

9 Emergência – Botão de emergência acionado pelo operador Sim

3.6.4 Envio de e-mails

A capacidade de enviar e-mails foi um dos requisitos aquando da escolha do PLC a utilizar.

Viu-se também na estrutura que se definiu para o programa de controlo que se procura que este

processamento seja feito em paralelo e de forma independente ao resto desse programa. Desse modo,

e sendo também o envio de e-mails a partir de um PCD3 um campo ainda por explorar no IST, procurou-

se saber na documentação da SAIA qual o método disponibilizado para o efeito. No manual [14] pode

ser encontrada a informação necessária. Aí pode-se ver que bastam utilizar duas F-box, a Amail Init e

a AmailSend. A primeira destas é onde se configura a ligação que se quer estabelecer com o servidor

SMTP. A segunda, estando referenciada à anterior, trata do conteúdo do e-mail que se pretende enviar,

possibilitante inclusivamente que se anexem ficheiros.

Figura 3.18 - F-boxs para envio de e-mails

Os aspetos importantes a reter para que se enviem e-mails desta forma prendem-se sobretudo

com a configuração da ligação ao servidor SMTP. Um primeiro parâmetro que se deve fornecer à F-

box Amail Init é o IP do servidor. Este bloco funcional, pela forma como está construído, espera que o

IP fornecido seja um IP inteiro. Existem várias páginas on-line onde é fácil fazer uma conversão de um

IP convencional para um IP inteiro. Outro parâmetro importante a fornecer a esta F-box é um meio de

autenticação do cliente. Isto significa que é necessário que o PLC tenha uma conta de e-mail atribuída.

Nesta fase do projeto do controlo da UTR foi por isso necessária a colaboração de um técnico de

informático do CTN. Importa ainda notar, em relação à configuração da ligação com o servidor, que os

campos To1, To2, etc., representam grupos de destinatários. O parâmetro necessário a fornecer em

cada um é portanto uma variável do tipo TEXT na qual podem estar vários endereços de destinatários

desde que separados por “;”. Os grupos de destinatários que não se pretendam usar devem ser

preenchidos com um TEXT vazio, caso contrário o programa dará erro. Estes são os principais

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parâmetros a dar atenção e, estabelecida a ligação com o servidor, o envio de e-mails através da F-

box Mail Send é bastante direto. O comando de execução que se escolheu para esse bloco funcional

é o mesmo que se utiliza para escrever os alarmes em registo, podendo assim os dois processos

decorrer em simultâneo e em paralelo com o controlo sequencial das operações como se pretende na

estrutura atrás apresentada.

3.7 Considerações Finais

Foi já expresso anteriormente mas sublinha-se aqui o facto de a contabilização inicial de

entradas e saídas a contemplar no PLC não corresponder exatamente a todos aqueles que estão nas

tabelas apresentadas. Dada a continua identificação do sistema ao longo do projeto foi-se verificando

que nem todas as portas utilizadas anteriormente eram necessárias pelo que esse é o principal motivo

de haver diversas portas que não são usadas nas cartas que se encomendaram e se instalaram no

novo PLC. Além disso, a contabilização inicial foi já majorada no sentido de sobrarem portas sem

utilização propositadamente, por uma questão de precaução.

Em relação a todos os GRAFCETs apresentados importa dizer que representam um resumo

fiel da programação desenvolvida, fornecendo essencialmente uma forma fácil de compreender a lógica

aplicada ao controlo da UTR. Assim, no próximo capítulo onde se mostra a implementação do sistema,

haverá também uma leitura mais facilitada dos GRAFCETS que representam já com detalhe o

programa construído.

Relativamente ao registo de alarmes, propôs-se à direção técnica e ao operador da UTR que

se façam dois registos distintos, sendo o primeiro deles um ficheiro com todo o histórico do presente

mês e, o segundo, um ficheiro com todo o histórico do presente ano. Nos dois casos, findado esse

ciclo, e por forma a não saturar a memória do PLC, o ficheiro é limpo. A proposta foi bem acolhida. O

ficheiro que é lido e apresentado nas páginas Web é o ficheiro com o histórico de alarmes mensal.

No que se refere ao envio de e-mails, faltará ainda referir que, além dos e-mails enviados no

momento dos alarmes, pretende-se que exista também um envio cíclico de e-mails aos quais se

anexem os ficheiros de histórico, antes dos mesmos serem limpos no início de um novo ciclo. Pretende-

se também que o operador, pressionado um botão nas páginas Web, possa desencadear um envio

desses ficheiros de histórico por e-mail.

Por último, observa-se novamente que todo o controlo projetado neste capítulo se prende

exclusivamente com o autómato 1 referido no capítulo 1. Pode-se compreender agora que, dada a

extensão do trabalho envolvido com o principal controlador de operações da UTR e o tempo disponível

para o mesmo, quer o tempo disponível para esta dissertação, quer da parte do calendário da UTR,

não seria viável avançar para a substituição dos dois autómatos em simultâneo. Porém, todo o controlo

e comunicação a realizar em conjunto com esse segundo PLC é previsto e tido em conta, ficando o

PCD3 preparado para essa sua função futura.

48

CAPÍTULO 4

CAPÍTULO 4 - IMPLEMENTAÇÃO DO SISTEMA DE

CONTROLO DA UTR

4.1 Considerações iniciais

No capítulo anterior foi descrita toda a abordagem seguida na construção do novo sistema de

controlo da UTR tanto a nível de hardware como a nível de software. Compreendido o plano de

trabalhos, apresenta-se neste capítulo toda a execução e implementação desse plano. Em primeiro

lugar apresentam-se os GRAFCETs, agora em maior detalhe, correspondentes ao controlo sequencial

das máquinas. Tendo-se programado todos os escravos na linguagem GRAFTEC, modo de

programação que utiliza os princípios dos GRAFCETS, estes grafos que agora se apresentam são pois

uma representação bastante próxima do programa final implementado, resultando também como uma

versão dos modelos apresentados no capítulo anterior com maior pormenor e já com uma utilização

concreta das entradas e saídas tabeladas anteriormente. Tendo depois em conta a estrutura adotada

para o programa no seu global, procura-se ilustrar a forma como se implementou o sistema de registo

de alarmes e o sistema de envio de e-mails, utilizando os métodos descritos no capítulo 3.

Também neste capítulo se apresenta a implementação feita para o novo sistema de supervisão

da UTR. Ficam sobretudo ilustrados os resultados finais mas também algumas das ferramentas que o

fabricante disponibiliza e que foram utilizadas como solução para as várias dificuldades que surgiram.

Mostra-se depois a forma como se aproveitaram as páginas Web também como laboratório virtual no

qual se realizou uma primeira fase de simulações e debug do programa de controlo. A fase posterior

de simulações em laboratório experimental fica depois também ilustrada, seguida de alguns aspetos

referentes à montagem final do PCD3 na UTR no que toca à instalação elétrica que o envolve, bem

como às configurações de hardware do PLC e do Web Panel.

4.2 Controlo sequencial das máquinas

As figuras que se apresentam nas próximas páginas constituem toda a programação realizada

no que toca à manipulação de máquinas. Os grafos que se encontram nessas figuras seguem as

normas do GRAFCET, podendo-se então dizer que representam um algoritmo ou modelo do sistema,

à semelhança dos grafos apresentados no capítulo anterior, mas agora muito mais aprofundados.

Representam, contudo, mais do que isso. Efetivamente, foi realizada uma programação gráfica dos

escravos, à qual a SAIA denomina de GRAFTEC, muito próxima do que é um GRAFCET, o que significa

49

que estes grafos servem também como “fotografia” do programa propriamente dito. Em relação ao

mestre já não se poderá dizer exatamente o mesmo uma vez que este, sendo implementado como um

COB, tem que ser obrigatoriamente programado em IL ou Fupla. Isto porque, sendo o mestre uma

função Main que comanda as outras, pode não ser completamente sequencial. Numa estrutura Master-

Slave é porém conveniente que também o Mestre o seja. Existem técnicas para se garantir essa

sequencialidade através de etapas e transições também nestas linguagens, tendo sido exatamente isso

que se fez. Desse modo, o GRAFCET apresentado na Figura 4.1 constitui não tanto uma “fotografia”,

mas uma representação também ela muito próxima da programação realizada no Mestre. Revendo

aquilo que foi dito atrás, resuma-se a função de cada um dos grafos que de seguida se apresentam:

- Mestre: A sua função é executar e forçar a paragem de todos os escravos, em função das

condições. Se o Mestre recebe, por exemplo, a informação de que existe uma emergência, força os

escravos de modo a que o irradiador desça para o fosso, sinalizando a situação, e garantindo todos os

procedimentos necessários numa situação dessas.

- Escravo 1: É responsável por garantir os procedimentos de preparação da câmara de

irradiação e por comandar a subida e descida do irradiador, isto é, tudo aquilo que implique o irradiador.

- Escravo 2: Permite a alternância entre modo manual e modo automático.

- Escravo 3: Controla tudo o que é atuação do conveyor e eletroímanes, bem como

temporizações de exposição, de acordo com os procedimentos previstos para o modo manual.

- Escravo 4: Igual ao Escravo 3 mas com os procedimentos previstos para o modo automático.

- Escravo 5: Informa o sistema sobre o estado dos tempos de exposição, esteja o irradiador

armazenado ou exposto.

- Escravo 6: Observa continuamente as condições de emergência previstas, informando o

Mestre caso alguma se verifique.

- Escravo 7: Observa continuamente as condições de operacionalidade, informando o Mestre

em certas situações em que se exija uma descida controlada do irradiador.

- Escravo 8: É este o escravo que comanda o rearranjo de hangares ao longo do conveyor.

- Escravo 9: Auxília as páginas Web naquilo que são os acessos ao sistema.

- Escravos 10: solução provisória para a atuação das portas. Este escravo deve ser revisto

quando se recuperar a estação electropneumática.

- Escravo 11: Executa uma sinalização intermitente sempre que chamado.

50

Figura 4.1 - Mestre: forçagem dos escravos

51

Figura 4.2 - Escravo 1: controlo do irradiador

52

Figura 4.3 - Escravo 2: modo de operação

Figura 4.4 - Escravo 3: operação em modo manual

53

Figura 4.5 Escravo 4: operação em modo automático

Figura 4.6 - Macro 1: carrega temporizadores

54

Figura 4.7 - Escravo 5: verifica tempos

Figura 4.8 - Escravo 6: verifica condições de emergência

Figura 4.9 Escravo 7: verifica condições de operacionalidade

55

Nota: O escravo 7 inclui uma situação na qual comanda, ela própria, uma descida controlada

do irradiador. Esta é uma situação de exceção na qual um temporizador parcial, tipicamente utilizado

numa operação em modo manual, acaba quando se opera em modo automático. A razão pela qual

não se programa o Escravo 4 para fazer essa verificação é porque é possível esse temporizador

parcial terminar durante um rearranjo de hangares que se tenha iniciado no fim da principal

temporização em modo automático, o dwell time.

Figura 4.10 - Escravo 8: rearranjo de hangares

Figura 4.11 - Escravo 9: acessos ao sistema

56

Figura 4.12 - (a) Escravo 10_1: porta de entrada; (b) Escravo 10_2: porta de saída; (c)

Escravo 11: sinalização intermitente

4.3 Registo de Alarmes

A implementação do registo de alarmes, como se viu na estrutura do programa no capítulo

anterior, ficou dividida entre o COB 1, em blocos funcionais, e o COB 2, em IL. Para que a escrita dos

alarmes se efetue corretamente, programou-se uma primeira página de F-Boxs como se pode ver na

Figura 4.13. É nesta primeira página que se faz a inicialização do acesso à memória do cartão SD e

também onde se programa a capacidade de se apagarem ficheiros. Quando isso é feito, limpa-se

também o contador de alarmes necessário para a leitura do ficheiro de alarmes mensal.

Figura 4.13 - Acesso do programa de controlo ao cartão SD

Nota: o ficheiro AL01 corresponde ao registo mensal e o AL02 ao registo anual.

Para cada alarme programado existe depois outra página de F-boxs, todas elas idênticas à da

Figura 4.14, onde se efetua o registo desse alarme tanto no ficheiro de registo mensal como no ficheiro

de registo anual. É também nessa altura incrementado o contador de alarmes do registo mensal. Como

se pode ver nessa figura, o registo de um alarme é faseado. Primeiro faz-se um log da data e hora do

evento, registando-se ainda o tipo e nº do alarme de acordo com as tabelas apresentadas no capítulo

2. A F-box LogToFile escreve automaticamente um CR e um LF no fim do log. Depois sim, escreve-se

a mensagem de texto correspondente a esse alarme. Essa mensagem é pré-programada, sendo que

todas elas têm o mesmo número de caracteres. Os caracteres de controlo “<13>” e “<10>” são incluídos

no final dessas mensagens contando cada um como um único caracter e correspondendo estes a um

57

CR e um LF, respetivamente. A Figura 4.15 (a) apresenta o aspeto final dos alarmes registados desta

forma, se se abrir o ficheiro com um editor de texto. O ficheiro é no entanto gravado com a extensão

.CSV para que possa também ser lido e editado em folhas de cálculo como por exemplo no Excel.

Figura 4.14 - Escrita do alarme 1, do tipo 1, em ficheiro no cartão SD

Figura 4.15 - Ficheiro de histórico .csv aberto em: (a) bloco de notas; (b) excel

Os alarmes assim escritos têm portanto a sua forma final de acordo com o seguinte modelo:

##.##.####;##:##:##;##;##<13><10>

Texto da mensagem correspondente espaços <13><10>

A opção de tomar este modelo justifica-se pela utilização da F-box Read, à qual se deve

fornecer o número de caracteres bem como o offset a partir do qual se começa a ler. Essa leitura é

portanto feita em blocos de 25 caracteres, tendo a mensagem do alarme de ter obrigatoriamente 73

caracteres, incluindo já o CR e o LF. Uma leitura de 25 caracteres no offset 0 dá portanto o resultado

“##.##.####;##:##:##;##;##”. Uma leitura de 25 caracteres no offset 1 dá, por sua vez o resultado

“<13><10>Texto da mensagem corre”. Nos offsets 2 e 3 as leituras serão “spondente espaços” e

“ <13><10>”. A leitura no offset 4 corresponderá já à data, hora, tipo e nº do alarme

58

seguinte. É esta a informação que se procura obter quando o programa de controlo realiza uma leitura

dos alarmes. O que significa que importa realizar apenas leituras nos offsets 0, 4, 8, 12, 16, etc.,

dependendo do alarme que o programa quer ler, sendo o offset do alarme desejado calculado com

base no contador de alarmes. Sabendo-se que o navegador do ficheiro de histórico construído nas

páginas Web apresenta 12 alarmes de cada vez, isto é, que o programa realiza 12 leituras de cada vez,

a implementação de cada uma destas leituras foi feita de acordo com a Figura 4.16 e Figura 4.17. As

variáveis de avanço e de recuo servem para que se possa fazer essa mesma navegação e, assim,

procurar alarmes ao longo do histórico.

Figura 4.16 - Calculo da posição da primeira leitura

Figura 4.17 - F-box para primeira e terceira leituras

Figura 4.18 - Extração da informação “##;##” feita no COB 2

Nota: No modelo construído originalmente fazia-se uma leitura integral do alarme, incluíndo a

mensagem. Foi, no entanto, necessário alterar essa solução pois o Web Panel não sabe lidar com os

caracteres especiais CR e LF que eram lidos, surgindo assim muitas desformatações nas páginas.

O comando de leitura que ativa a F-box Read é o flanco ascendente da variável binária

denominada “Ler”. Ela ativa-se quando, nas páginas Web, o operador abre o navegador de alarmes ou

quando este toca no botão “Últimas”. Esse botão escreve também o valor 0 nas variáveis de avanço e

recuo. No entanto, as páginas Web não se limitam a apresentar o texto “##.##.####;##:##:##;##;##”.

No COB 2, que corre continuamente e em paralelo, é extraída a informação correspondente apenas ao

tipo e número de cada um dos 12 alarmes lidos pelo programa, resultando para cada um deles uma

nova variável de texto cujo conteúdo tem a forma “##;##”. Utilizando a informação assim extraída, as

59

páginas Web identificam o alarme em questão imprimindo, desta feita, a mensagem correspondente a

esse alarme à frente da data e hora, tal como na Figura 4.19.

Figura 4.19 - Navegador do registo de alarmes nas páginas Web

Por último, pretende-se também que, nas páginas Web, seja apresentada a mensagem relativa

ao último alarme, independentemente da navegação feita no histórico. Para isso, construiu-se mais

uma página de F-boxs no COB 1 no qual essa mensagem é lida toda a vez que um novo alarme é

registado, ver Figura 4.20.

Figura 4.20 - Leitura do último alarme registado

60

4.4 Envio de e-mails (GRAFTECs/ fuplas/ IL’s)

Viu-se no capítulo 2 que para o PLC enviar e-mails é precisa estabelecer uma correta ligação

com um servidor SMTP, utilizando uma F-box adequada. Uma vez que pela estrutura apresentada e

pretendia para o programa se deseja que o PLC esteja sempre pronto para enviar e-mails,

paralelamente ao resto do controlo, preparou-se esse bloco funcional de modo a estar sempre ativo,

como se pode ver na Figura 4.21.

Figura 4.21 - F-box de ligação a um servidor SMTP

Para um correto funcionamento desta F-box foi preciso fornecer, no campo SMTP, o IP do

servidor SMTP do CTN. Este IP é introduzido no parâmetro SMTP, como um IP inteiro. Existem vários

locais on-line onde se pode fazer a conversão de um IP convencional, isto é, na notação decimal em

formato IPv4, cuja forma típica é por exemplo 255.255.255.0, para um IP inteiro. De resto, na

configuração deste bloco define-se a porta 25 pela qual a ligação com o servidor é feita e ainda que

essa ligação deve ser estabelecida com autenticação. Os parâmetros ‘Name’ e ‘Pwd’ compõem a

informação necessária para que essa autenticação seja feita, utilizando a conta criada para o PLC,

[email protected]. A palavra-chave, que não se apresenta aqui, ficou apenas codificada, não

sendo por isso editável pelo operador. Em relação aos destinatários, apenas se usa um dos possíveis

grupos, o ‘To1’, ficando os restantes vazios. A variável TEXT fornecida a este parâmetro foi integrada

nas páginas Web de supervisão para que possa ser editada pelo operador administrador, permitindo a

este colocar até 4 endereços distintos.

O envio de e-mails é depois direto como se mostrou no capítulo dois, e como se pode ver na

Figura 4.22. A variável de comando para o envio de um e-mail, como se pode também ver, é a mesma

que comanda a escrita do respetivo alarme, decorrendo deste modo os dois processos em simultâneo.

Já os e-mails com os históricos são enviados ao fim do mês e ao fim do ano sendo apagados após

esse envio. Podem também ser enviados quando o operador toca no botão “e-mail / ano” ou no botão

“e-mail / mês” que se introduzem nas páginas Web, ativando assim a variável “enviar_ano” ou

“enviar_mes”, como se pode ver na Figura 4.23, não sendo neste caso apagados os respetivos

ficheiros.

61

Figura 4.22 - F-boxs de envio de alarme por e-mail

Figura 4.23 - F-boxs para envio do ficheiro de histórico de alarmes por e-mail

4.5 Supervisão

As páginas Web que compõem o novo sistema de supervisão da UTR foram construídas no

Web Editor 8. Esta versão é já posterior à versão do Web Editor no qual foram desenhadas as páginas

do laboratório virtual da disciplina de Automação Industrial do IST. Algumas das novas funcionalidades

que ela traz foram ferramentas essenciais neste projeto, possibilitando soluções que de outro modo se

conseguiriam apenas num SCADA. As duas ferramentas especialmente utilizadas para resolver muitas

das dificuldades que apareceram são as functions e as Event Boxs. A primeira, como o próprio nome

indica, é na prática uma lista de instruções cujos comandos, tantos quantos se quiserem, permitem

uma interação com as variáveis internas das páginas Web mas também do PLC, de forma condicional

ou não. A segunda funciona como um elemento invisível que atua conforme uma de três condições

possíveis e no qual se podem realizar ações diretas sobre essas mesmas variáveis internas, bem como

chamar functions. As três condições possíveis que ativam uma Event box são quando se entra numa

página, quando se sai de uma página ou ciclicamente com um período que é programável nas opções

62

do projeto. Na página principal do novo sistema de supervisão, Figura 4.24, estas duas ferramentas

são muito utilizadas.

Figura 4.24 - Página principal da supervisão

A numeração dos hangares, por exemplo, é um desses casos em que se chamam functions a

partir de Event Boxs. O que se fez em cada hangar foi somar 1 à numeração do hangar anterior,

existindo um hangar original a partir do qual se contabilizam os seguintes. A function responsável por

essa operação é chamada numa Event Box que atua a cada 0,5s. Deste modo, sempre que no fim de

um rearranjo se incrementa a numeração desse hangar original, a numeração de todos os outros

hangares é automaticamente atualizada. Estas contas têm em conta a quantidade de hangares em

operação. Essa quantidade é também ela alterável nesta página. Também o campo onde se apresenta

o último alarme, na parte inferior da página principal, é continuamente renovado por outra function e

Event Box cíclica cuja tarefa é analisar a variável TEXT com o conteúdo “##;##”, obtida no COB 2, e,

desse modo, imprimir a mensagem correspondente no ecrã. A mesma solução é aplicada para cada

uma das 12 leituras na página onde se construiu o navegador do histórico mensal de alarmes, sendo

esta a página com mais Event Boxs. Na Figura 4.19 pôde-se ver essa página que é acedida a partir

da página principal, ao se tocar sobre o campo que exibe a última mensagem registada. Os botões em

forma de seta aí introduzidos incrementam as variáveis de avanço e recuo referidas no ponto 3.3.

Como se pode então constatar, a utilização das Event Boxs e a possibilidade de chamar

Functions trazem possibilidades incontáveis sendo talvez as ferramentas mais poderosas que o Web

Editor 8 introduz. A mesma solução é utilizada, por exemplo, quando no controlo sequencial das

operações um dos escravos ativa uma Flag de pedido de confirmação ao operador, consoante a ação

que este esteja a desempenhar. Todas as páginas Web que constituem este sistema de supervisão

63

têm uma Event Box que, verificando esse pedido de confirmação, faz abrir uma nova página,

funcionando esta como um Popup.

Figura 4.25 - Popup para confirmar da ação

Repare-se que todas as páginas da supervisão têm o friso superior com a data e hora, bem

como um conjunto de informações operativas do lado direito. Estas informações são comuns a todas

as páginas pois são desenhadas numa outra página que se definiu como fundo. Nessa página de fundo

introduziu-se também um botão com a figura de um cadeado. É nesse botão que se faz o bloqueio e

desbloqueio das páginas, consoante a introdução de uma palavra-chave. A única Event Box que se

introduz nesta página colabora, por assim dizer, com o Escravo 9, no sentido de ativar a variável

“acesso_permitido”. Todos os botões e meios de interação introduzidos em todas as páginas estão

portanto condicionados ao estado desta variável.

Figura 4.26 - Botão para bloqueio e desbloqueio das páginas Web

No friso superior que integra o fundo de todas as páginas, do lado esquerdo, apresenta-se qual

o operador que desbloqueou o sistema, em função da palavra-chave introduzida. Caso esse operador

seja o operador administrador, este pode tocar sobre o seu nome, no canto superior esquerdo, abrindo

assim uma outra página à qual só ele tem acesso. Aí ele pode editar as informações dos outros

operadores e definir os destinatários para os quais são enviados os e-mails. Tem também disponível

um botão designado “Modo engenharia” que lhe dá acesso às páginas que serviram de laboratório

virtual durante o desenvolvimento da programação do PLC.

64

Figura 4.27 - Página de dados dos operadores

Figura 4.28 - Página de edição de tempos

Tocando sobre os mostradores de tempos, na parte superior da página principal, ou no

mostrador do tempo de limpeza, entra-se ainda numa outra página, que se apresenta na Figura 4.28.

É aqui que se editam todos os temporizadores. Ao se tocar no botão “Guardar”, o valor em questão é

guardado em registo para depois ser descarregado no respetivo temporizador. É também o próprio

botão que dá o comando para escrever essa a ação no histórico de alarmes. O valor que é guardado

nesses registos ou que decorre num dos temporizadores é inteiro. A conversão desses valores para a

forma hh:mm:ss, ou vice-versa, faz-se no COB 4. Poderia ter-se feito essa programação no COB 0, isto

65

é, no Mestre, evitando-se assim mais um segmento e ficheiro no programa final. Contudo, o Mestre foi

programado em IL, e já que se pretende flexibilizar o programa para facilitar modificações futuras,

verificou-se ser muito mais prático e intuitivo realizar estas conversões utilizando blocos funcionais,

sendo neste caso uma vantagem compartimenta-se ainda mais o programa.

Todas estas páginas que compõem o novo sistema de supervisão da UTR podem ser acedidas

de três formas diferentes:

- Através do Web Panel que se instala na sala de comando como o dispositivo local e principal

de operação do sistema.

- Em qualquer PC com ligação à internet, através do uso de navegadores, desde que este corra

applets java, e, desde que efetuado o devido acesso à VPN do CTN.

- Através da aplicação móvel desenvolvida pela SAIA para plataformas inteligentes como o

Android ou o iOS.

4.6 Simulações virtuais e experimentais

Previamente à instalação definitiva do PCD3, passou-se por uma fase exaustiva de simulações,

já que estaria em jogo a segurança radiológica e segurança do processo. Também com o objetivo de

minimizar o tempo de paragem da unidade, por forma a não interromper excessivamente a produção,

era fulcral garantir a existência do mínimo de bugs e erros possíveis antes de se arrancar com a

implementação definitiva do novo sistema. Foi com esse intuito que se tirou partido das páginas Web

para construir um ambiente de testes virtual, que se apresenta nas figuras seguintes.

Figura 4.29 - 1ª página de simulações virtuais

66



Feitos os testes virtuais, montou-se um laboratório físico para se realizarem os testes

experimentais. Nesta fase foi já possível operar o PCD3 numa representação muito próxima do sistema

real, servindo esta fase sobretudo para fazer alterações ou melhoramentos aos processos em si, com

todos os novos bugs que isso implicou. Para isso houve a contribuição do operador da UTR que fez

testes ao sistema em laboratório como se do sistema real se tratasse, o que permitiu aproximar

significativamente os processos programados no PCD3 daquilo que era o funcionamento normal da

unidade com o PLC antigo. Estas simulações realizaram-se já com o Web Panel a servir o seu propósito

como novo sistema de supervisão local. Foi também possível nesta fase testar todas as ligações do

67

PCD3 à internet e, desse modo, testar a visualização remota das páginas bem como todo o sistema de

envio de e-mails. A montagem deste laboratório começou pela ligação de todas as entradas e saídas

do PCD3 a Breadboards. A partir dessas Breadboards, além de a todas as entradas se ligarem

interruptores que simulam os respetivos sensores, criaram-se dois painéis com botões. O primeiro, que

se pode ver na Figura 4.32 (a), pretendeu ser uma réplica da consola de operação da UTR. O segundo,

Figura 4.32 (b), incluiu alguns botões que simularam os sensores ou interruptores mais relevantes para

os testes, como por exemplo a plataforma de peso, células fotoelétricas, chaves, etc..

Figura 4.32 - (a) Modelo da consola operacional; (b) Botões para simulação de sensores

Para simular as subidas e descidas do irradiador fez-se uma montagem elétrica com toda a

parte de comando e de potência, incluindo relés e contactores, dois dos quais ligados entre si com

encravamento elétrico para ativar a subida e a descida do irradiador, por forma a se fazer uma

representação completamente fiel do sistema real. Isto permitiu assegurar que o controlo do irradiador

não teria qualquer falha. As restantes saídas do PLC foram ligadas a leds, sendo assim possível

observar o seu estado, com a exceção das saídas reservadas para as sirenes. Nessas saídas ligaram-

se efetivamente sirenes, embora mais pequenas que as do sistema real.

Figura 4.33 - (a) Montagem de breadboards; (b) Contactores para atuação simulada do

irradiador

68

O irradiador em si, por último, foi simulado com um pequeno motor de corrente contiínua de 5

rpm. Ao seu veio acoplou-se uma patilha que, conforme a rotação num ou noutro sentido, acionaria um

de dois sensores fim-de-curso que representavam as posições de armazenamento e de exposição do

irradiador. Todo este dispostito permitiu submeter o PCD3 às mais variadas condições de teste. Estes

testes de stress permitiram pois testar todos os cenários considerados.

4.7 Montagem elétrica

Acabados os testes, avançou-se com a instalação do PCD3. A maior dificuldade nesta fase foi

garantir que todos os fios que ligam as portas do PLC ao restante quadro elétrico, onde está a maior

parte da eletrificação de comando e de potência do sistema, se mantinham bem identificados e

ordenados, já que algumas das portas do PLC antigo deixaram de ser usadas, e outras novas surgiram.

Os principais sensores e atuadores do sistema de controlo são, contudo, os mesmos, pelo que todo o

cuidado foi necessário para não haver trocas. Especialmente porque todos esses fios tiveram que ser

substituídos. Assim foi porque as cartas incorporadas no PCD3, cada uma com um terminal de 16

portas do tipo C, de acordo com [15], não admitiam a secção do fio utilizado no PLC antigo. Foi portanto

necessário substituir o fio existente por outro com uma secção compatível. O material elétrico utilizado

nesta operação, e adquirido através do portal online da Farnell, [16], foi o seguinte:

- Bobinas: ALPHA WIRE 3050 VI005 WIRE, 24AWG (7/32AWG), 30.5M

- Ferrules compatíveis com o fio: MULTICOMP E0308-PINK FERRULE, 24AWG, 12.4mm

- Marcadores numéricos

Figura 4.34 - Substituição do autómato

A referência 24AWG refere-se a uma unidade de medida americana usada para normalização

das secções de fios e cabos elétricos, correspondendo neste caso a fio com diâmetro de 0,5106mm e

área de secção 0,2047mm². A corrente máxima admissível para esta medida de secção é 3.5 A. Este

fio elétrico foi disponibilizado em várias cores. Assim, nas ligações feitas em cada carta, seja de

69

entradas ou saídas, foram utlizadas cores diferentes, tornando assim muito mais fácil seguir e encontrar

os terminais desses fios nos vários pontos do quadro elétrico. A necessidade de tornar a identificação

dos fios o mais prática possível adveio de uma dificuldade inesperada que surgiu tanto do trabalho de

identificação do sistema realizado no início e ao longo deste projeto, como neste trabalho de

substituição do PLC. A falta de documentação técnica do sistema apontada no início desta dissertação

resultava pois, entre outros entraves, no desconhecimento da eletrificação feita neste quadro elétrico

e, consequentemente, num certo desconhecimento do modo de funcionamento de alguns dos

componentes do sistema. Durante a substituição dos autómatos houve portanto o cuidado de se

completar o levantamento de todas essas ligações, possibilitando assim representá-las em esquemas

multifilares de comando e de potência. Este tipo de esquema é o mais convencional no que toca à

representação das ligações elétricas em quadros destes. Juntam-se assim esses esquemas nesta

dissertação, para bem de um conhecimento integral do sistema de controlo e segurança da UTR, no

ANEXO B. Estes encravamentos são também usuais, servindo eles para impedir a atuação de um dado

contactor, caso outro contactor esteja já atuado. São soluções tipicamente aplicadas em motores

trifásicos e que, neste caso, se aplica ao motor do irradiador, servindo o contactor C2 para comandar

a subida do irradiador e o contactor C3 para comandar a sua descida. O sentido de rotação do motor é

definido pela ordem das fases ligadas aos seus terminais.

4.8 Configurações de hardware

Para que todas as funcionalidades e processos atrás descritos se processem devidamente é

precisa uma correta configuração dos dispositivos no Device Configurator do PG5. A ligação física do

PCD3 à rede de internet é feita através de um switch incluído no hardware do Web Panel. Os dois

dispositivos são configurados para utilizar um protocolo DHCP. É a política no CTN configurar todos os

seus dispositivos assim, chamando-se e endereçando-se os mesmos por um host name em vez de por

um IP. Ao PCD3 atribuiu-se o host name ‘UTR_PROC1’ e ao Web Panel o host name ‘UTR_PROC2’.

Figura 4.35 - Configurações do Web Panel: (a) Network; (b) Network: parameters

70

Figura 4.36 - Configurações do PLC: (a) Device: PCD3.M5340 ; (b) Onboard Communications: Ethernet

Configurada a ligação à rede nos dois dispositivos, é preciso também uma correta configuração

para aceder às páginas desejadas. Para isso, é preciso introduzir o endereço de IP do servidor onde

se encontram as páginas, neste caso no PLC, bem como o nome da página a abrir. É preciso também

introduzir a password configurada no campo Files Access Password, ver Figura 4.36 (a).

Figura 4.37 - Configurações para leitura das páginas de supervisão

Para uma sincronização do relógio do PLC configuraram-se três servidores SNTP possíveis. O

primeiro a devolver a resposta ao pedido do PLC é aquele que este utiliza para realizar essa

sincronização. É de qualquer forma necessário definir o fuso horário de Lisboa.

71

Figura 4.38 - Sincronização SNTP: (a) Ethernet Protocols: IP Protocols; (b) Device: PCD3.M5340

4.9 Considerações finais

Importa focar, para terminar este capítulo, a dificuldade sentida na implementação do sistema

de registo de alarmes. Ficando a impressão de que é um aspeto que merece mais atenção e

desenvolvimento por parte da SAIA, a verdade é que as ferramentas disponibilizadas possibilitaram

responder a todos os requisitos que se pediam. Sendo gravados em ficheiro no cartão SD, refira-se por

último que se criou, neste, uma pasta denominada ‘Alarmes’ onde esse ficheiro é guardado. Uma vez

que a memória à qual se acede é já configurada na F-box Memory Management, apenas é necessário

indicar a sub-diretoria “/Alarmes”. O acesso a esses ficheiros pode ainda ser feito através de um cliente

de FTP. Para o fazer, basta utilizar algum dos clientes FTP mais comuns. No manual, [11], a SAIA

exemplifica três formas de o fazer utilizando o FileZilla, o Windows Explorer ou o Internet Explorer,

sendo também possível fazê-lo noutros browsers. Uma vez que o CTN tem uma rede VPN protegida,

este acesso via FTP-Server bem como a visualização das páginas da supervisão, pode ser feito dentro

das suas instalações de forma livre, mediante a introdução da File Access Password programada nas

configurações do Web Server. Para se fazer essa ligação ao Web Server ou FTP-Server do PCD3 fora

das instalações do CTN, é necessário configurar uma ligação VPN.

No subcapítulo referente ao sistema de supervisão implementado, referiu-se a possibilidade de

se aceder às suas páginas através de uma aplicação móvel para Android ou iOS. De facto, obtendo-se

a devida licença, passa também a ser possível o acesso e a monitorização remota do sistema de

controlo da UTR através de Smartphones ou Tablets. Esta aplicação, denominada “SBC Micro

Browser”, revela portanto a potencialidade e versatilidade de se desenvolverem HMIs baseados em

páginas Web.

72

CAPÍTULO 5

CAPÍTULO 5 - RESULTADOS FINAIS

5.1 Instalação

A instalação do PCD3, embora trabalhosa, decorreu sem problemas. Como foi já referido, os

fios elétricos que estabeleciam as ligações das entradas e saídas do PLC antigo não eram adequados

ao PCD3 sendo assim necessário refazer todas as ligações. Não existindo esquemas elétricos que

demonstrassem claramente essas ligações, foi também necessário um cuidado extra no sentido de se

fazer um correto levantamento das ligações antigas, bem como uma adequada marcação numérica

das novas ligações. Uma vez que o fio e marcadores usados são bastante distintos dos demais

existentes no quadro elétrico, optou-se por iniciar uma nova numeração. Assim sendo, numeraram-se

os fios relativos à primeira carta com 16 portas com os números de 1 a 16, por ordem crescente. Do

mesmo modo, para a segunda carta, também ela com 16 portas, atribuíram-se os números de 17 a 32.

Todas as restantes cartas seguiram a mesma lógica. O facto de se terem utilizados fios de cor diferente

em cada carta contribuiu também para aumentar essa distinção. Como resultado, e apesar do grande

emaranhado de fios elétricos que se consegue observar quando se abrem as calhas em quadros

elétricos deste género, estas novas ligações do sistema ficaram bastante reconhecíveis e fáceis de

identificar. Essas ligações, e numeração, ficam ainda claros nos esquemas elétricos de comando que

no decorrer deste projeto se desenharam e a este documento se juntam no Anexo B. Como se pode

ver pela Figura 5.1 não houve problemas de espaço físico, sobrando ainda algum do lado direito onde

se instalou o relé de falta de fase. Pode-se ver também na figura que a última slot fica disponível para

eventuais acrescentos futuros.

Figura 5.1 - (a) Selecontrol PMC 22; (b) PCD3.M5340

73

Como se poderá também ver na Figura 5.2, O Web Panel foi instalado do lado direito da

consola, no lugar onde existia antes o PC com o antigo sistema de supervisão. Estes painéis são

preparados para serem aparafusados numa superfície plana. Por não haver nenhum lugar apropriado

onde fazer essa montagem, optou-se antes por adquirir um suporte de monitor ajustável no qual se

aparafusou o painel, dando assim alguma flexibilidade à sua operação. Atrás desse suporte foi instalada

uma tomada de rede à qual se conecta o switch do Web Panel. Desse switch sai depois o cabo de rede

que vai ligar ao PCD3, conectando-o à rede. Por baixo da mesa contínua a existir a UPS que antes

salvaguardava o PC no caso de falha de energia. Agora, a mesma UPS está instalada entre a

alimentação do quadro elétrico e a fonte de alimentação de 24V do sistema de controlo, salvaguardando

assim o PLC e também o Web Panel.

Figura 5.2 - (a) Antigo sistema de supervisão; (b) Painel Web

Concluída toda a instalação, verificou-se a existência de um curto-circuito no barramento de

ligações que ativou o fusível da fonte de alimentação de 24V impedindo o arranque do sistema.

Constatou-se depois que o curto-circuito existia no sensor fim-de-curso que se designa por “Braço”.

Este sensor, que se encontra dentro da câmara, está bastante degradado devido à radiação a que é

74

continuamente sujeito. Por esse motivo, desligou-se esse sensor do quadro-elétrico até que seja feita

a sua manutenção. Isto não põe em causa o funcionamento da UTR já que, de momento, enquanto

não há uma revisão e manutenção profunda da estação eletropneumática e do mapa de posições de

espera ao longo da esteira, o sistema opera apenas em modo manual. É portanto uma ligação elétrica

que deve assim ser refeita quando essa manutenção se concretizar. A falta deste sensor não põe em

causa a realização de um rearranjo de hangares.

5.2 Testes

Depois da instalação realizaram-se os testes necessários verificar o correto funcionamento do

novo sistema. Apesar da boa representatividade que se conseguiu do sistema no laboratório

experimental, seria quase inevitável que fossem necessárias algumas adaptações. Em primeiro lugar

testou-se a sequência de ignições no sentido de verificar uma correta preparação da câmara. As

primeiras adaptações foram precisas logo aqui, constatando-se que a ignição à entrada do labirinto e

a ignição na consola são NA, normalmente abertas, e que a ignição dentro da câmara é NF,

normalmente fechada. Não houve também um correto funcionamento da sinalização luminosa,

concluindo-se depois que o problema advinha já de uma má ligação elétrica.

Testaram-se depois os possíveis casos de subida e descida controlada do irradiador, em modo

manual. Quanto a este ponto tudo funcionou de acordo com os procedimentos. Todo o cuidado tido na

simulação experimental do controlo do irradiador, utilizando inclusivamente contactores, revelou aqui

os seus frutos. Durante esta fase, e feitas as devidas adaptações relativas a entradas NA e NF também

nas páginas Web, pôde-se verificar o bom funcionamento do sistema de supervisão. Tendo-se

implementado o registo de alarmes e o envio de e-mails em paralelo ao sistema de controlo sequencial

das máquinas, seria de esperar que, nesse aspeto, não houvessem comportamentos diferentes

relativamente ao laboratório experimental.

De seguida, fizeram-se testes relativos ao funcionamento do conveyor. O arranque deste e o

disparo geral de eletroímanes, ou rearranjo se assim preferirmos, funcionaram bem. Foi contudo

preciso rever a condição programada para se poder dar ordem de paragem do conveyor, ficando esta

a depender unicamente do acionamento do respetivo botão na consola. Todos estes testes descritos

foram todos realizados em modo manual. Verificou-se depois que o interruptor de alternância de modo

de operação faz de facto o sistema alternar entre o modo manual e o modo automático apenas quando

o irradiador está armazenado. Porém, não se realizaram os devidos testes de operação em modo

automático já que este implica uma leitura das entradas relativas ao mapa de posições de espera ao

longo do conveyor, bem como um conjunto de informações que é esperado da estação

eletropneumática.

Realizaram-se em último lugar os testes de stress. Foram testadas, antes de mais, todas as

condições de emergência previstas. Entradas como as dos sinais dos detetores de radiação ou de fumo

foram simuladas, injetando 24 V nas respetivas portas do PLC, já que estes sinais apenas existirão

75

após a manutenção aos devidos controladores. Em todos os casos a reação do sistema foi a

pretendida, havendo uma queda do irradiador, uma devida sinalização e um correto registo do evento

no histórico de alarmes. Testou-se também a falta de ventilação na câmara e de refrigeração no fosso

do irradiador e também aí o comportamento do sistema de controlo foi o pretendido. Testou-se por

último um corte na alimentação do sistema antes e depois da UPS. Todo o comportamento do sistema

foi o pretendido, não se perdendo efetivamente nenhuma da informação que se procurou salvaguardar

em casos desses.

Após a realização de todos estes testes a UTR retomou a sua operação. Desde então não

sofreu qualquer paragem.

76

CAPÍTULO 6

CAPÍTULO 6 - CONCLUSÕES E TRABALHO

FUTURO

6.1 Conclusões

As conclusões desta dissertação foram, de alguma forma, sendo feitas ao longo da

dissertação. Sendo claro, por esta altura, que o trabalho desenvolvido resultou efetivamente

numa renovação e modernização do sistema de controlo e segurança da UTR, importa em todo

o caso sintetizar essas conclusões analisando os objetivos propostos inicialmente:

- Realizar uma remodelação do sistema de controlo da UTR instalando equipamento de

controlo de última geração. Concretizar esta operação fazendo uma revisão dos processos e

medidas de segurança, garantindo a integridade e um novo ciclo de vida para o sistema de

controlo da UTR.

O sucesso da substituição do PLC antigo por um novo, com um sistema repensado e

moderno, elimina definitivamente o receio de uma falha repentina do equipamento obsoleto que

estava em utilização, em especial no que toca à supervisão. Há portanto um novo ciclo de vida

que se inicia como se tencionava. O novo sistema, pensado para garantir em primeiro lugar, e

de forma robusta, a segurança radiológica e a segurança da operação, é também ele pensado

de forma a ser compreendido e a poder sofrer eventuais alterações futuras pela forma como a

sua estrutura foi desenhada. Abre, por exemplo, portas a que o funcionamento em modo

automático seja recuperado, assim que o mesmo trabalho de modernização for realizado em

relação à estação electropneumática.

- Reconstruir o sistema de supervisão aplicando as abordagens e soluções

correspondentes à mudança de paradigma que se vem verificando, corroborando, ou não, essa

nova tendência.

Neste aspeto foi preciso um maior estudo e investimento do que o esperado, em especial

no que toca ao registo de alarmes, já que este sistema é agora responsabilidade do próprio PLC,

fugindo desse modo à solução típica de se utilizar um software SCADA. A capacidade que um

PLC moderno tem de processar uma ou várias lógicas de controlo, trabalhando ao mesmo tempo

como servidor de internet, torna portanto possível a execução destas múltiplas tarefas num único

dispositivo. As principais dificuldades em implementar o sistema desta forma prenderam-se com

77

um relativamente fraco suporte documental da SAIA em certas ferramentas que disponibiliza,

deixando o programador com informação insuficiente em algumas das situações. Foi por isso

necessário dedicar tempo a testar alguns dos comandos e funções fornecidos por tentativa e

erro. Em última análise, e adquirido o conhecimento necessário a trabalhar com essas

ferramentas, foi efetivamente possível implementar tudo aquilo que se pretendia. Ficou claro que

o ambiente de desenvolvimento de páginas Web, o Web Editor, até há pouco tempo, poderia não

ser ferramenta suficiente para se atingir o mesmo que se consegue com um sistema SCADA.

Com o Web Editor 8¸ porém, abriu-se um novo e maior leque de possibilidades na construção

dessas páginas, dando assim força à tendência que se vem verificando na indústria de se

substituírem os sistemas SCADA por sistemas de supervisão próprios dos PLCs. Além disso, a

versatilidade que se obtém ao se conseguir aceder a essas páginas através de painéis locais

próprios, aplicações inteligentes ou navegadores convencionais, é também uma das vantagens.

Outras marcas apresentam soluções semelhantes, havendo por exemplo gamas de

equipamentos em que o Web Server está incorporado no painel de touch screen em vez de no

PLC. Esta tecnologia revelou-se também ela muito útil para realizar simulações virtuais ao

sistema de controlo que se implementou, como de resto acontece já nos laboratórios remotos da

disciplina de Automação Industrial. Essa utilidade prende-se com o auxílio que fornece ao

programador no seu inevitável trabalho de Debug, principalmente no que se refere à base e

estrutura do programa de controlo. Conclui-se também, no entanto, que este tipo de simulação

não dispensa a realização de simulações experimentais. As nuances do comportamento

mecânico dos vários componentes do sistema, bem como as ligações elétricas que se fazem no

sistema, dificilmente se simulam com boa aproximação num ambiente virtual.

- Aproveitar a instalação de novos equipamentos para modernizar e inovar a UTR através

do acrescento de novas funcionalidades, à luz das tecnologias modernas.

Consideram-se cumpridas todas as propostas de modernização e inovação feitas. Com

efeito, o novo sistema de supervisão encontra-se em funcionamento utilizando tecnologias como

a internet e os touchscreens. As páginas Web que o sustentam apresentam-se como uma boa

solução para uma monitorização remota do sistema. O novo sistema de alarmes e o facto de

este poder ser enviado por e-mail, ou poder ser descarregado através de uma ligação FTP,

possibilita que a partir de agora se consigam guardar todos os históricos em qualquer plataforma

informática que se deseje, de forma simples e prática. A possibilidade de notificar o operador da

UTR via e-mail, aquando do registo de determinados alarmes, é também ela uma muito útil

funcionalidade que se acrescenta ao sistema.

- Implementar os pontos atrás descritos de forma documentada, aberta, compreensível

e flexível para que seja possível corrigir, modificar ou acrescentar funcionalidades ao mesmo no

futuro.

Este objetivo considera-se também ele cumprido. A nível de hardware, em primeiro lugar,

a arquitetura modular do PLC e seus módulos representam a possibilidade de se realizarem

78

inúmeras expansões ao sistema, enquanto o espaço físico o permitir. Esta é aliás uma das

práticas mais comuns na automação, embora existam também gamas de PLCs com um número

fixo de portas de entradas e saídas. Em todo o caso, no sistema que fica implementado, deixam-

se portas de entradas e saídas digitais reservadas, deixam-se outras portas de entradas e saídas

vazias, e deixa-se também uma Slot vazia e disponível para qualquer tipo de carta que se queira

vir a acrescentar. Já a nível de software, procurou-se ilustrar o melhor possível as soluções

adotadas quer a nível da estrutura do programa de controlo, quer em aspetos mais de pormenor

dentro da estrutura Master-Slave utilizada no controlo sequencial das máquinas, quer em

aspetos que se prendem com a construção do registo de alarmes ou das páginas Web. Pretende-

se, portanto, que aquilo que está implementado neste novo sistema seja acessível e

compreensível através deste mesmo documento. Junta-se ainda em anexo, tal como foi já

referido, os esquemas elétricos de comando e de potência referentes ao sistema implementado.

Estes esquemas não existiam, tendo sido desenhados na sequência deste projeto para que

exista uma representação de toda a eletrificação que envolve este PLC. A documentação desta

informação é crucial no sentido em que poupa muitas horas de trabalho a quem, no futuro,

procure conhecer bem o funcionamento do sistema, quer para efeitos de modificações e

melhorias, quer para efeitos de simples manutenções.

6.2 Sugestões para Trabalhos Futuros

É essencial, para uma definitiva recuperação da operação em modo automático, que se

realize uma renovação e modernização da estação electropneumática, à semelhança do que se

fez neste projeto. Esse trabalho não envolverá apenas a utilização de um autómato. Será

eventualmente necessária a também aplicação de conhecimentos da área da dinâmica de

sistemas e/ou de projeto mecânico, já que poderá implicar uma revisão concetual de alguns dos

componentes mecânicos que o envolvem. Deverá também ser preciso uma manutenção

profunda de uma grande parte da eletrificação que entra e sai da câmara de irradiação, uma vez

que esta se encontra deteriorada devido à sua exposição à irradiação. Por esta razão, e por

todos os testes e verificações que serão necessários fazer no que toca à execução de rearranjos

dos hangares, esse trabalho implicará, inevitavelmente, uma paragem significativa na produção

da UTR.

Assim que se efetuar a introdução de novos controladores para os sensores de deteção

de radiação da UTR, valerá a pena acrescentar uma carta de entradas analógicas a este PLC

por forma a poder levar os valores de radiação lidos para as páginas Web do sistema de

supervisão. Por outro lado, poderá também pôr-se a hipótese de esses controladores darem

antes lugar a um outro PLC, com sinalização própria, mas que partilhe o sistema de supervisão

implementado neste projeto. Em todo o caso, deverão nessa altura ser revistas, no PLC que se

implementou neste trabalho, as ligações elétricas que se prendem com a ativação de um estado

de emergência devido a deteção de radiação.

79

Naquilo que se prende com uma continuação da modernização e do acrescento de

funcionalidades ao sistema, um dos trabalhos que poderá ser feito futuramente é acrescentar ao

sistema um modem GSM que permita ao PLC enviar mensagens de texto para o telemóvel do

operador da unidade. Seria um modo adicional de notificar o operador na ocorrência de algum

alarme, complementando assim as notificações por e-mail.

80

CAPÍTULO 7 - BIBLIOGRAFIA

[1] Saia-Burgess, PG5 - User Manual, SBC, 2013.

[2] J. R. Caldas Pinto, Técnicas de Automação, ETEP, ISBN: 978-972-8480-

26-4, 3º Edição Actualizada e Aumentada, Março 2010.

[3] M. F. A. Ribeiro, “Interface and Web Server Implementation for an

Industrial Automation Remote Laboratory,” IST, 2012.

[4] Saia-Burgess, Saia S-Web Editor Help, SBC, 2009.

[5] D. Ernst, “PG5 Starter Training, PG5 Core and WebEditor 8,” SBC, 2013.

[6] M. C. Cavaco, J. C. Almeida, M. E. Andrade e A. Kovács, “Dosimetry

Commissioning for an Industrial Cobalt-60 Gamma-radiation Facility,”

Appl. Radiat. Isot., vol. 42, nº 12, pp. 1185-1188, 1991.

[7] C. M. Mendes, J. C. Almeida, M. L. Botelho, M. C. Cavaco, E. Almeida-

Vara e M. E. Andrade, “the Portuguese Gamma Irradiation Facility,”

Radiat. Phys. Chem., vol. 35, nº 4-6, pp. 576-579, 1990.

[8] M. E. Andrade, N. Coelho e J. E. Oliveira, “Upgrading of a Gamma

Radiation Facility,” Radiat. Phys. Chem., vol. 46, nº 4-6, pp. 503-506,

1995.

[9] “ITN,” [Online]. Available:

http://www.ctn.tecnico.ulisboa.pt/facilities/pt_utr.htm. (consultado em

Dezembro de 2014)

[10] Saia-Burgess, 26-789 EN Manual PCD3_01, SBC, 2015.

[11] Saia-Burgess, Saia FTPServer and Saia Flash file system, EN06 ed.,

2011.

[12] “sbc-support,” Saia Burgess Controls, [Online]. Available: https://www.sbc-

support.com/en/documents/by-topic/building-automation/.

[13] D. Ernst, PG5 Starter Training File system application, EN02, Saia

Burgess Controls.

[14] Saia-Burgess, TCP/IP enhancements, SBC, 2013.

81

[15] Saia-Burgess, Saia PCD3: I/O modules and module holders, SBC Controls

Division, 2008.

[16] Farnell, [Online]. Available: http://pt.farnell.com/ (consultado em Junho de

2015).

[17] Memória Descritiva da UTR - documento interno da UTR, Novembro de

2003.

[18] CTN. [Online]. Available: http://itn.pt/pt/pt_sectores.htm. (consultado em

Dezembro de 2014).

[19] J. Norberto Pires, Automação Industrial, ETEP, ISBN: 978-972-8480-31-

8, 5º Edição Actualizada e Aumentada, Outubro 2012.

[20] D. M. P. Pinheiro, Eletricista, Comandos Elétricos, Escola Técnica

Atenew.

[21] Saia-Burgess, Series PCD7.D4xx MB-Panel, SBC Controls Division,

2013.

[22] Saia-Burgess, Saia PCD 12'' SVGA Web panel, Manual /User guide, 3ª

Rev., SBC, Setembro 2011.

[23] Saia-Burgess, Saia PG5 Instruction List Language Manual 26/733, SBC,

Outubro 2013.

[24] International Atomic Energy Agency, Safety Series No. 107: Radiation

Safety of Gamma and Electron Irradiation Facilities, Vienna, 1992.

82

CAPÍTULO 8 - ANEXOS

83

A.1 - FICHA TÉCNICA DO PCD3

84

A.2 – FICHA TÉCNICA DO PCD7

85

86

B.1 – ESQUEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA

87

88

89

90

B.2 – ESQUEMA ELÉTRICO DE COMANDO

91

92

93

94

95

96

C.1 – EXEMPLO DE ESCRITA EM FICHEIRO COM CSF

$INCLUDE "FileSystem.inc"

COB 0

0

TEXT mensagem [7] "Data ="

TEXT mudalinha [3] " <13><10>" ; <13> = carriage return, <10> = line feed (ANSI special characters)

TEXT nomeFicheiro [21] "/S0_FLASH/alarmes.txt"

TFR VALOR

mudalinha

0

STH escreveficheiro

DYN f3

CSF H S.File.Library

S.File.Open

nomeFicheiro

S.File.AccessType.RD_WR

filehandle2

SET procura

STH procura


S.File.Seek

filehandle2

cursor

S.File.AccessType.RD_WR

estado

SET escreve

RES procura

STH escreve


S.File.Write

filehandle2

S.File.WrAttr.ADDEOF

mensagem

K 0

K 6

estado2

LD timer1

5

SET escreve2

97

RES escreve

STL timer1

DYN f5

ANH escreve2


S.File.Write

filehandle2


VALOR

K 0

K 1

estado3

LD timer1

5

SET escreve3

RES escreve2

STL timer1

DYN f6

ANH escreve3


S.File.Write

filehandle2


mudalinha

K 0

K 13

estado4

LD timer1

10

SET fecha

RES escreve3

STL timer1

DYN f7

ANH fecha


S.File.Close

filehandle2

estado5

RES fecha

ECOB

Documents

Projeto do Sistema de Controlo e Segurança da Unidade ... · seguir numa unidade de irradiação gama, ... tomadas para o novo sistema tanto a nível de software como de hardware