Sistemas de Automação

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Sistemas de Automação1. Controlador Lógico Programável (CLP): Histórico e

aplicações – Arquitetura; Princípio de funcionamento.

2. Linguagens de programação de CLPs: linguagem de relés, SFC, linguagens de alto nível. Unidades Analógicas.

3. Controle de Processos: Ações de controle em malha aberta e malha fechada. Métodos de Sintonia de um controlador.


CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

DEFINIÇÃO

Um controlador lógico programável é um dispositivo físico eletrônico, baseado num microprocessador, dotado de memória programável capaz de armazenar programas implementados por um usuário com o objetivo de, baseado no estado de suas entradas, determinar o estado das saídas de forma a controlar um determinado processo.



HISTÓRICOEm 1968 David Emmett e William Stone da Divisão Hydramatic da General Motors solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintes características:

• Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que sua sequência de operação pudesse ser alterada, mesmo depois de sua instalação;

• Ser de fácil manutenção, constituído de módulos interconectáveis;

• Operar em ambientes industriais com maior confiabilidade;

• Ser fisicamente menor que os sistemas de relés;

• Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados;

• Ter um preço competitivo com os sistemas de relés usados.



HISTÓRICO

O primeiro controlador que atendia a estas especificações foi construído em 1969 pela Gould Modicon (Modular Digital Controller), o MODICON 084



HISTÓRICO

1968 – Especificação do controlador programável

1969 – Primeiro CLP – MODICON 084 (1kB, 128 I/O)

1971 – Aplicação do CLP a outras industrias (mineração, siderurgia)

1975 – Incorporação do controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo)

1976 – Uso de entradas e saídas remotas

1977 – CLP a partir de microprocessadores

1980 – Módulos de entrada/saída inteligentes, programação a partir de microcomputadores pessoais

1983 – Criação de CLP pequenos e de baixo custo

1985 – Comunicação em rede e uso de sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition)



CARACTERÍSTICASOs CLP surgiram em substituição de sistemas convencionais baseados em relés e, em relação a estes sistemas apresenta as seguistes características:

• Ocupa menor espaço;

• Requer menor potência elétrica;

• Permite sua fácil reutilização;

• É programável, permitindo a alteração dos parâmetros de controle;

• Apresenta maior confiabilidade;

• Sua manutenção é mais fácil e rápida;

• Oferece maior flexibilidade;

• Apresenta interface de comunicação com outros CLP e computadores;

• Permite maior rapidez na elaboração do projeto do sistema de automação;

• Custo mais elevado para sistemas de pequeno porte.



FABRICANTES

AMERICANOS 1. Allen Bradley2. Gould Modicon3. Texas Instruments 4. General Electric5. Westinghouse6. Cutter Hammer7. Square D

EUROPEUS 1. Siemens2. Klockner & Mouller3. Festo 4. Telemechanique



FABRICANTES

BRASILEIROS 1. Altus2. Athos3. Dakol4. WEG

JAPONESES1. Toshiba2. Omron3. Fanuc4. Mitsubishi



CONSTITUIÇÃO



CONSTITUIÇÃO



CONCEITOS BÁSICOS

Ponto de Entrada: Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componentes externos como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botões, termopares, relés etc.

• Entradas Digitais: Somente possuem dois estados



• Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)

CONCEITOS BÁSICOS



Ponto de Saída: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de saída. Ex: Lâmpadas, Solenoides, Motores.

CONCEITOS BÁSICOS

• Saídas Digitais: Somente possuem dois estados



• Saídas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)

CONCEITOS BÁSICOS



Programa: É a Lógica existente entre os pontos de entrada e saída e que executa as funções desejadas de acordo com o estado das mesmas.

CONCEITOS BÁSICOS



Memória: é o dispositivo responsável pela armazenagem de dados e programas utilizados durante o funcionamento do CLP. Pode ser volátil (perde seu conteúdo quando desligada a alimentação) ou não volátil (contém o programa do usuário e variáveis retentivas).

• BIT (BInary digiT): é a unidade para o sistema de numeração binário. Um bit é a unidade básica de informação e pode assumir 0 ou 1.

CONCEITOS BÁSICOS

• Byte: Byte é uma unidade constituída de 8 bits consecutivos. O estado das entradas de um módulo digital de 8 pontos pode ser armazenado em um Byte.

• Word: Uma word é constituída de dois Bytes. O Valor das entradas e saídas analógicas podem ser indicados por words.

CPU (Central Processing Unit): é o elemento principal do controlador, responsável tanto pela execução dos programas do usuário quanto pelas funções associadas ao endereçamento de memória, operações aritméticas,lógicas e relógio.



NORMA IEC 61131

• A International Electronical Comission (IEC) é uma organização internacional formada por representantes de todo o mundo.

• A Norma IEC 61131-3 é o primeiro esforço real para a padronização das linguagens de programação para a automação industrial.

• Principais aspectos: Linguagens de programação, Modularidade, Portabilidade

e Reutilização de software.

• IEC 61131 possui 8 partes sendo a terceira parte referente as Linguagens de Programação.



NORMA IEC 61131

• Parte 1: Informações Gerais

• Parte 2: Requisitos de Equipamentos e Testes

• Parte 3: Linguagens de Programação

• Parte 4: Guia de Usuário

• Parte 5: Comunicações

• Parte 6: Reserva

• Parte 7: Controle de Programação Fuzzy

• Parte 8: Guia para Aplicação e Implementação das Linguagens de Programação.



NORMA IEC 61131



NORMA IEC 61131 Identificadores

Identificador

• Identificadores servem para nominar elementos de software (variáveis, tipos de dados, POUs...). Não podem conter acentos ou espaço entre duas palavras.

• Exemplo de identificadores válidos:LSH1 _LSH1 LSH_1



NORMA IEC 61131

Comentários

• Comentários não são obrigados, porém altamente recomendados.• São delimitados por (* no inicio e *) no fim.



NORMA IEC 61131

• As variáveis podem ser:• Variável de Representação Direta.• Variável Dinâmica.

Variável de Representação Direta

Variável de Alocação Dinâmica



NORMA IEC 61131• Pela norma IEC, toda a variável deve ter um valor inicial.

• No caso da variável não ser inicializada pelo usuário, é utilizado um valor padrão.

Valor inicial

Tipo Valor inicialDefault 0String ‘ ’Datas D#0001-01-01

• A variável pode ser inicializada na declaração.



NORMA IEC 61131

Tipo Range FormatoBOOL 0 ou 1 1 bit

INT -32768 a 32767 16 bitsWORD 0 a 65535 16 bitsDINT -2147483648 a

214748364732 bits

DWORD 0 a 4294967295 32 bitsREAL 1.175494351e-38 a

3.402823466e+38 32 bits

Inteiros e Ponto Flutuante:



NORMA IEC 61131

%ABC.D: Número do Ponto ( Quando utilizado bit ) Endereço da Variável Tamanho da Variável ( X – Bit, W – Word ) Tipo da Variável ( I – Entrada, Q – Saída, M – Memória )

Exemplos:%IX0.0: Corresponde a entrada digital 0 do grupo 0.%IX1.3: Corresponde a entrada digital 3 do grupo 1.%IX2.1: Corresponde a entrada digital 1 do grupo 2.

%QX0.0: Corresponde a saída digital 0 do grupo 0.%QX1.6: Corresponde a saída digital 6 do grupo 1.

%MX0.0: Corresponde ao bit 0 da Word 0.%MW10: Corresponde a Word 10.

Endereçamento



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO • Textuais:• IL : Lista de Instruções• ST : Texto Estruturado

• Gráficas:• LD : Diagrama Ladder• FBD: Diagrama de Blocos Funcionais• SFC : Sequenciamento Gráfico de Funções



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO SFC – Sequenciamento Gráfico de Funções

• Descreve passos sequenciais de um sistema.• Otimiza o desempenho, pois apenas o trecho de programa ativo é executado.• Baseado no Grafcet.

Passos IEC



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO FBD – Diagrama de Blocos Funcionais

• O FBD é uma linguagem gráfica que enfatiza o fluxo de sinais entre os elementos de diagramas de “circuitos”.

• Recomendada para uso com funções.• Nesta linguagem os blocos são interconectados entre si e separado por

networks semelhante a linguagem ladder.



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO LD – Diagrama Ladder

• A linguagem LD é do tipo gráfico, baseado nos esquemas elétricos que representam contatos e bobinas interconectados, destacando o fluxo de energização entre os componentes.

• Sua notação é baseada em uma linha vertical à esquerda simbolizando um barramento energizado e outra linha paralela à direita representando o GND. Recomendada para intertravamentos.



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO ST – Texto Estruturado

• O ST é uma linguagem textual de alto nível baseada no Pascal.• Recomendada para uso de operações e programas complexos.• Linguagem mais flexível em relação as demais.• Permite o uso de comandos do tipo IF, CASE, WHILE (Comandos comuns em

programação).



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO IL – Lista de Instruções

• O IL é uma linguagem textual similar ao Assembly.• Linguagem considerada de baixo nível• Recomendada para pequenos trechos de programas que precisam ser

otimizados.• Execução dos comandos baseada no uso do Acumulador.



LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO CFC – Gráfico Continuo de Funções

• O CFC é uma linguagem gráfica semelhante ao FBD, porém mais flexível na programação.

• Não usa o conceito de lógica, sendo os elementos posicionados de maneira livre

• Não faz parte das linguagens da norma, mas está presente no Software MasterTool IEC.

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