FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Controladores IndustriaisAutomação Semestre 02/2015
Engenharia de Controle e Automação
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Histórico
No fim da década de 1960, os circuitos integrados permitiram o desenvolvimento de minicomputadores que
foram logo utilizados para o controle on-line de processos industriais.
Em 1969, surgiram os primeiros controladores baseados numa especificação da GM resumida a seguir:
Facilidade de programação
Facilidade de manutenção com conceito de plug-in
Alta confiabilidade
Dimensões menores que as dos painéis a relés, para a redução de custos
Envio de dados para processamento centralizado
Preço competitivo
Sinais de entrada de 115Vac
Sinais de saída de 115Vac
Expansão em módulos
Mínimo de 4000 palavras na memória, ou 4Kword
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Histórico
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas
Chassi ou Rack
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Histórico
Na década de 1980, houve um aperfeiçoamento das funções de comunicação dos CLPs, sendo
então utilizados em rede. Atualmente, as principais características dos Controladores Programáveis
são as seguintes:
Linguagem de programação de alto nível, caracterizando um ambiente de programação intuitivo com o usuário. Depois de concluído e depurado, o programa pode ser transferido para os CLPs, garantindo confiabilidade na sua utilização.
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Histórico
Simplificação nos quadros de painéis elétricos. Como conseqüência, qualquer alteração necessária torna-se mais rápida e barata.
Confiabilidade operacional. Alterações podem ser realizadas pelo programa do Controlador necessitando pouca ou nenhuma alteração na fiação elétrica e as possibilidades de haver erro nestas alterações são minimizadas.
Funções avançadas: Há grande variedade de tarefas de controle através de funções matemáticas, controle da qualidade e informações para os relatórios.
Comunicação em rede: Através de interfaces de operação, controladores e computadores em rede permitem a coleta de dados e uma enorme troca de dados em relação aos níveis da pirâmide da automação.
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Arquitetura
Um CLP é constituído
basicamente de:
Fonte de alimentação Unidade Central de
Processamento – UCP ou CPU
Memórias do tipo fixo e volátil
Bornes de entradas e saídas
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Arquitetura fixa e/ou modular
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas de expansão
Entradas e Saídas na Base (Local)CLP (PLC) de pequeno porte
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Arquitetura modular - PAC
1769-L1Y
1769-L2Y
1769-L3YCAP (PAC) de pequeno e médio porte
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas locais
Entradas e
Saídas na Base
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Arquitetura modular - PLC
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas locais
Chassi ou Rack
CLP (PLC) de médio porte
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Arquitetura modular – PAC - Safety
RSLogix 5000 Development
High-Performance Expansion• -L43S two slots, -L45S four slots:
–EtherNet/IP
–ControlNet
–SERCOS motion modules
Compact GuardLogix Controllers
• 1768-L43S, 1768-L45S
• Full standard control functionality
• SIL 3, PL e easy-to-use safety control
1769 Standard I/O Expansion
Wide range of standard I/O modules to meet virtually any need
CAP (PAC)
I/O Remoto de
Segurança
I/O Remoto de
Segurança e
I/O normal
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Especificação de Arquitetura do Controlador Industrial
Rack (ou Chassi, ou Bastidor)
Fonte de Alimentação
CPU
Módulos de Comunicação
Módulos de Entradas e Saídas Digitais
Módulos de Entradas e Saídas
Analógicas
Módulos de Entradas e Saídas Especiais
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Características do Controlador Industrial
Catalog ControlLogix 5570 ControlLogix XT GuardLogix
Maximum Memory De 2MB a 32 MB De 2MB a 32 MB Até 8 MB Std / 4 MB Safety
Disciplines Supported Discrete, Batch, Motion, Process, Drive, Safety
Safety Level SIL 2, PLd SIL 2, PLd SIL 3, PLe
Non-Volatile MemoryIndustrially rated and certified Secure Digital (SD) memory card (1 and 2 GB
options); all controllers shipped with 1 GB card
Built-in Communication Ports USB
Communication Module Options
EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway Plus, Remote I/O, Synchlink, FOUNDATION Fieldbus, HART, legacy and 3rd party networks
Serial Port Communications Module Options
ASCII, DF1 full/half-duplex, DF1 radio modem, DH-485 and ModBus
Integrated Motion Integrated Motion on EtherNet/IP, SERCOS, analog, hydraulics
Programming LanguagesRelay ladder logic, function block diagram, structured text and sequential function
charts
Certifications UL, CSA, C-Tick, CE, ATEX, Marine, GOST, Kc
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Especificação de Controladores Industriais
Na automação com Controladores Industriais, devemos considerar:
Compatibilidade entre instalação elétrica e pontos de E/S digitais (tensão e quantidade)
Existência de chaves de proteção de hardware (Run, Rem, Prog)
Tipo e forma de endereçamento (Endereços pré-definidos ou tags)
Estrutura de dados (Real, Int, Dint, String, Bool, etc.)
Tipo e forma dos sinais aceitáveis (Corrente, Tensão, RTD, TC, etc.)
Compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos (Drives, Servo-Drives, Soft-Starter, Encoders, etc)
Número de entradas e saídas
Tamanho da memória do Controlador
Rede de comunicação (Protocolos?)
Porte da família do controlador (Pequeno, Médio, Grande)
Software de programação e supervisão (Softwares de Engenharia/Desenvolvimento e para Operação/Monitoração)
...
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Scan da CPU do PLC
Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PLCs
1. input scan - the time required for the controller to scan and read all input data; typically
accomplished within a few milliseconds.
2. program scan - the time required for the processor to execute the instruction in the
program. The program scan time varies depending on the instruction used and each
instruction’s status during the scan time.
3. output scan - the time required for the controller to scan and write all output data;
typically accomplished within a few milliseconds.
4. service communications - the part of the operating cycle in which communication takes
place with other devices, such as an HHT or a personal computer.
5. housekeeping and overhead - time spent on memory
CLP (PLC)
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Scan da CPU do PAC
Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Scan da CPU do PAC
Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Scan da CPU do PAC
Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Arquitetura
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Controladores Industriais - Modelos
PLC Micro800
Controller
PLC MicroLogix 1000
PLC MicroLogix 1100
PLC MicroLogix 1200
PLC MicroLogix 1400
PLC MicroLogix 1500
PLC SLC500
PLC PLC5
PAC CompactLogix /
Compact GaurdLogix
PAC ControlLogix /
GuardLogix
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Linguagens de Programação
São várias as linguagens de programação utilizadas nos controladores programáveis. O
International Electrotechnical Committee – IEC é o responsável pela padronização dessas
linguagens de programação sendo a norma IEC 1131-3 Programming Languages a recomendada
para o assunto em questão.
Classificação das linguagens de programação:
Instruction List Structured Text - ST Ladder Diagram - LD ou Diagrama de Relés Function Block Diagram - FB Sequencial Flow Chart - SFC
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Linguagens de Programação
Ladder Seqüenciamento
TextoBlocos
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Select When a section of your code represents
Relay Ladder Logic (RLL) •Continous or paralel execution of multiple operations (not
sequenced)
•Boolean or bit based operations
•Complex logical operations
•Message and comunication processing
•Machine interlocking
•Operations that service or maintenance personnal may
have to interpret in order to troubleshoot the machine of
process
•Servo motion control
Function Block Diagram (FBD) •Continuous process and drive control
•Loop control
•Calculations in circuit flow
Sequential Function Chart (SFC) •High-level management of multiple operations
•Repetitive sequences of operations
•Batch process
•Motion control sequencing
•State machine operations
Structured Text (ST) Complex mathematical operations structured text
Specialized array or table loop processing
ASCII string handing or protocol processing
Linguagens de Programação
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Das Especificações aos Controladores
O objetivo principal da Engenharia da Automação é projetar os programas em um computador
(controlador industrial) que, interagindo com um dado processo, modificam o seu desempenho e
procuram obter:
Evolução “automática”, isto é, com grande independência de operadores; Interface ergonômica com os operadores; Alguma correção automática perante defeitos ou falhas.
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Das Especificações aos Controladores
Na literatura há uma grande confusão de nomes para designar as diferentes partes dos
programas na automação; por isso, segue abaixo algumas nomenclaturas para esclarecimento:
1. Controle dinâmico: age sobre os processos dinâmicos (movidos pelo tempo) existentes na planta industrial, buscando sua regularidade e sua rapidez de resposta a comandos;
2. Controle de Eventos Discretos: comanda as atividades gerais da planta industrial (vista como sistema a eventos), levando-a ao comportamento desejado, independentemente de operadores;
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Das Especificações aos Controladores
3. Controlador de falhas: (para eventos dinâmicos e discretos): entra em ação quando são detectados defeitos em máquinas ou peças, ou eventos externos anormais. Também é chamado de controlador de contingências ou recuperador de falhas (error recovery controller);
4. Sistema Supervisório: permite aos operadores acompanhar e interagir/operar com o sistema de produção, quando necessário.
5. Controlador Multidisciplinar: é um controlador industrial que tem a capacidade de controlar mais de uma disciplina no processo produtivo, como:
- Controle de Intertravamento;
- Controle de Batelada – Batch;- Controle e Gerenciamento de Inversores de Freqüência – Drives;
- Controle e Gerenciamento de Servo-acionamento – Motion Control - Robos;
- Controle de Processo – Malha fechada (PID, Lead, Lag);
- Controle de Segurança de Máquinas – Safety Control;
- Controle de acionamentos do tipo CNC, SDCD ou DCS, etc.
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Das Especificações aos Controladores
5. Controlador de Multidisciplinas
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Das Especificações aos Controladores
Controladores Lógicos versus Controladores de Automação
Estrutura fixa, modular e fixa+modular
Escalabilidade: Pequeno, Médio e Grande porte.
Memória da CPU; Quantidade de I/Os digitais e analógicos; Quantidade de dispositivos em rede de comunciação que o controlador está gerenciando;
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O que é necessário saber para especificar um Controlador Industrial?
Quais disciplinas de controle necessárias:
Número de I/O’s locais:
Tipos de sinais dos I/Os locais e remotos (Digitais: 24Vdc? 127Vac? 220Vac? Analógicos: 0-10Vdc, 4-20mA, IR e/ou IT):
Número de I/O’s remotos e sua distribuição:
Quais as conexões de rede de comunicação necessárias:
Quais as disciplinas de controle necessárias:
Tamanho de memória de CPU necessária:
Tipos e quantidade de tarefas de execução necessária:
Tipo de máquina ou processo que será automatizado:
Quais dispositivos serão conectados na rede de comunicação:
Arquitetura de controle simples ou redundante:
Tipos de linguagem de programação necessária:
Topologia da rede de comunicação:
Nível de segurança do sistema (security):
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Fonte: Publication 1769-SG001N-EN-P - January 2012
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O que é necessário saber para especificar um Controlador Industrial?
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Nomenclaturas
CLP: Controladores Lógicos Programáveis
PLC: Programmable Logic Controller
CAP: Controladores de Automação Programáveis
PAC: Programmable Automation Controller
SDCD: Sistema Digital de Controle Distribuído
DCS: Distributed Control System
CNC: Computer Numerical Control - Controle Numérico por Computador
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Para validar as arquiteturas de controle:
http://www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/support/configuration.page?
IAB
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Exercício
Monte no IAB a arquitetura de um Controlador Industrial (PAC) com melhor relação custo benefício
conforme a configuração abaixo:
30 DI 24Vdc PNP - local; 20 DO 24Vdc - local; 8 AI – 4...20mA - local; 5 AO – 4...20mA - local. Conectividade em rede Ethernet/IP.
Link para download do IAB:http://raiseinstall.rockwellautomation.com/pst-lite.html
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Perguntas?