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FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Controladores IndustriaisAutomação Semestre 02/2015

Engenharia de Controle e Automação


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


Histórico

Fonte

UCP ou CPU

Módulos de Entradas e Saídas

Chassi ou Rack


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.


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.


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


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


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


Arquitetura modular - PLC

Fonte

UCP ou CPU

Módulos de Entradas e Saídas locais

Chassi ou Rack

CLP (PLC) de médio porte


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


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


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


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)

...


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)


Scan da CPU do PAC

Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs


Arquitetura


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

http://epub1.rockwellautomation.com/images/web-proof-large/GL/37709.jpg

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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



Ladder Seqüenciamento

TextoBlocos


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



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.



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;



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.



5. Controlador de Multidisciplinas



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;


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):


Fonte: Publication 1769-SG001N-EN-P - January 2012


O que é necessário saber para especificar um Controlador Industrial?


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


Para validar as arquiteturas de controle:

http://www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/support/configuration.page?

IAB

http://www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/support/configuration.page?


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

http://raiseinstall.rockwellautomation.com/pst-lite.html


Perguntas?

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