Sumrio TCC

SUMRIOCaptulo 1 - Controladores Lgicos Programveis e Sensores.................14

1.1 Conceitos Gerais............................................................................................................14 1.2 Automatizao .............................................................................................................15

1.2.1 Sistema de Comando .......................................................................................15

1.2.2 Sistema de Controle ........................................................................................15

1.3 Sistema de automao rgido X Sistema de automao flexvel..................................15

1.4 Histrico ........................................................................................................................15

1.5 Vantagens dos CLPs ....................................................................................................15

1.6 Arquitetura de um CLP .................................................................................................15

1.6.1 Principio de Funcionamento .............................................................................15

1.7 Interfaces de entrada e sada ...........................................................................................15

1.7.1 Mdulo de entrada .............................................................................................15

1.7.2 Mdulo de sada ................................................................................................15

1.8 Sensores ..........................................................................................................15

1.8.1 Sensores de indutivos ....................................................................................15

1. Controladores Lgicos Programveis e Sensores 1.1 CONCEITOS GERAIS

As operaes associadas ao controle de processos existem na natureza desde que a primeira criatura surgiu na face da Terra. Podemos considerar controle de processo natural as operaes que regulam algumas caractersticas fsicas de suma importncia para a vida humana, tais como a temperatura do corpo, a presso sangunea, a intensidade de luz na retina, o equilbrio de lquidos no corpo, etc. Com o tempo, o homem sentiu a necessidade de

regular alguns dos parmetros fsicos externos ao seu meio para manter as condies de vida e assim teve incio o controle de processo artificial.

O mercado consumidor cada vez mais competitivo tem exigido das indstrias produtos de melhor qualidade e de custo reduzido. Para atingir tais resultados, no basta apenas a percia humana, necessrio tambm um bom nvel de automao.

1.2 AUTOMATIZAO

No incio da industrializao, os processos industriais utilizavam o mximo da fora da mo de obra.

A produo era composta por etapas ou estgios, nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funes, especializando-se em uma certa tarefa ou etapa da produo.

Assim temos o princpio da produo seriada.

O mesmo ocorria com as mquinas de produo, que eram especficas para uma dada aplicao, o que impedia seu uso em outras etapas da produo. Ou seja, uma determinada mquina s fazia furos e de um s tipo.

Com o passar do tempo e a valorizao do trabalhador, foi preciso fazer algumas

alteraes nas mquinas e equipamentos, de forma a resguardar a mo-de-obra de algumas

funes inadequadas estrutura fsica do homem. A mquina passou a fazer o trabalho mais

pesado e o homem, a supervision-la.

Com a finalidade de prover controle do sistema de produo, foram colocados sensores

nas mquinas para indicar condies de funcionamento que garantissem o acionamento dos atuadores.

Automatizar um sistema tornou-se muito mais vivel medida que a eletrnica passou a

dispor de circuitos eletrnicos capazes de realizar funes lgicas e aritmticas com os sinais

de entrada e gerar os respectivos sinais de sada.

Com este avano, o controlador, os sensores, e os atuadores passaram a funcionar em conjunto, transformando o processo em um sistema automatizado, onde o prprio controlador toma decises em funo da situao dos sensores e aciona os atuadores.

A automao de processos industriais pode ocorrer em duas formas bsicas:

Sistemas de comando;

Sistemas de controle.

1.2.1 Sistema de Comando

Consiste num conjunto de elementos interligados em malha aberta, isto , as informaes processadas nesses elementos apresentam-se num nico sentido, da entrada para a sada.

1.2.2 Sistema de Controle

Consiste num conjunto de elementos interligados em malha fechada, isto , alm do fluxo de informao no sentido direto (da entrada para a sada), existe outro no sentido contrrio (da sada para a entrada), chamado de realimentao (feedback).

Toda a planta ou todo o processo industrial necessita de algum tipo de controlador, para garantir uma operao segura e economicamente vivel.

Os sistemas de controle so divididos em trs partes:Sensores: So dispositivos que respondem a estmulos fsicos (calor, luz, som, presso, magnetismo etc.) e transmitem, atravs de redes industriais de comunicao, sinais eltricos correspondentes ao valor da grandeza fsica medida, que podero ser enviados entrada do controlador lgico programvel, para que ele as leia e atue sobre suas sadas segundo as instrues de programa armazenado na memria de sua unidade central de processamento.Atuadores: Os atuadores convertem o sinal eltrico oriundo do CLP em uma condio fsica, ligando ou desligando algum componente do processo, como motores, vlvulas, sinalizadores, esteiras, etc.Controladores: O CLP utiliza um programa para calcular operaes que sero realizadas sobre suas sadas, conforme os estados de suas entradas. Os sinais eltricos de sadas so convertidos no processo atravs dos parmetros de controle, que determinam as aes dos atuadores.

1.3 SISTEMA DE AUTOMAO RGIDO X SISTEMA DE AUTOMAO FLEXVEL

Os primeiros sistemas de automao operavam por meio de componentes eletromecnicos, como rels e contatores. Neste caso, os sinais acoplados mquina ou equipamento a ser automatizado acionam circuitos lgicos a rels que disparam as cargas e os atuadores.

As mquinas de tear so bons exemplos da transio de um sistema de automao rgida para automao flexvel.

As primeiras mquinas de tear eram acionadas manualmente. Depois passaram a ser acionadas por comandos automticos, entretanto, estes comandos s produziam um modelo de tecido, de padronagem, de desenho ou estampa.

A introduo de um sistema automtico flexvel do tipo placas perfuradas no mecanismo de uma mquina de tear, pelo francs Jaquard, tornou-se possvel produzir diversos padres de tecido em um mesmo equipamento. Com o avano da Eletrnica, as unidades de memria que armazenam os modelos de tecido a serem produzidos ganharam maior capacidade, permitindo armazenar mais informaes.

Os circuitos lgicos tornaram-se mais rpidos, mais compactos e capazes de receber mais informaes de entrada, atuando sobre um maior nmero de dispositivos de sada. Chegamos assim, aos microcontroladores responsveis por receber informaes das entradas, associ-las s informaes contidas na memria e a partir destas desenvolver uma lgica para acionar as sadas.

Toda esta evoluo nos levou a sistemas compactos com alta capacidade de controle, que permitem acionar inmeras sadas em funo de diversos sinais de entradas combinados logicamente.

A parte mais interessante desta evoluo que toda a lgica de acionamento, em funo das entradas, pode ser desenvolvida atravs de software, que determina ao controlador a sequncia de acionamento a ser desenvolvida.

Assim, se a lgica pode ser alterada, podemos dizer que o sistema de controle, com esta caracterstica, um sistema flexvel.

Os Controladores Lgicos Programveis so equipamentos eletrnicos de controle que atuam a partir desta filosofia1.4 HISTRICO

O Controlador Lgico Programvel - CLP nasceu praticamente dentro da indstria automobilstica americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lgica de controle de painis de comando a cada mudana na linha de montagem. Tais mudanas implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.

Sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificao que refletia as necessidades de muitos usurios de circuitos e rels, no s da indstria automobilstica como de toda a indstria manufatureira.

Nascia assim, um equipamento bastante verstil e de fcil utilizao, que vem se aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicaes.

Em 1978 a National Electrical Manufacures Association (NEMA) determinou a seguinte definio para CLP, denominada NEMA Standard ICS3-1978: Um equipamento de lgica digital, operando eletronicamente que usa memria programvel para armazenamento interno das instrues de implementao especfica, tais como: lgica sequencial, temporizao, contagem e operaes aritmticas, para controle de mquinas e processos industriais com vrios modelos de mdulos de entradas e sadas digitais e analgicas em mquinas ou processos.O grande problema destes equipamentos era que sua arquitetura (chips e conexes) e programao (software) eram proprietrios, ou seja, cada fabricante fazia da maneira que mais lhe adequava.

Desde o seu aparecimento at hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lgicos como, por exemplo, a variedade de tipos de entradas e sadas, o aumento da velocidade de processamento, a incluso de blocos lgicos complexos para tratamento das entradas e de mdulos de interface com o usurio.

Nos incios dos anos 90, graas aos baixos custos das CPU's de mercado, deu-se grande

nfase ao desenvolvimento de CLP com microprocessadores comuns. Alm disso, o preo destes componentes baixou muito, principalmente pela atuao da microeletrnica e otimizao de hardware (equipamentos poderosos em pequenssimo espao fsico e baixo consumo de potncia).

O CLP adequado ao ambiente industrial, por ser resistente a rudos, poeira, umidade e perturbaes eletromagnticas, alm de apresentar pequenas dimenses. Em outras palavras, o CLP pode ser visto como um computador, dotado de interface amigvel com o usurio, cuja funo executar controle de processos com vrios nveis de complexidade. 1.5 VANTAGENS DOS CLPS

Os Controladores Lgicos Programveis apresentam uma estrutura funcional muito peculiar que a facilidade com que podem ser acoplados a sistemas de comando de mquinas e a rapidez com que podem ser implantadas lgicas de acionamento atravs de programao.

Apresentam ainda as seguintes vantagens: So robustos, construdo para operar no cho de fbrica, rea extremamente susceptvel a interferncias. Linguagem de programao grfica, de alto nvel, de fcil compreenso principalmente por conhecedores de esquemas eltricos.

Reduz significativamente a fiao utilizada na instalao eltrica, barateando o custo de instalao.

Modificaes rpidas minimizam a possibilidade de erros, pois se muda a lgica, sem mudar a instalao, o que muito til devido flexibilidade da ndustria moderna.

Possui uma infinidade de blocos prontos para uso, evitando que o programador tenha de desenvolver algoritmos para funes como: temporizar, contar, calcular, etc.

Fcil comunicao, permite atravs de interfaces de operao que controladores e computadores troquem informaes.Podemos afirmar que projetos de automao e controle envolvendo CLPs reduzem o trabalho de desenvolvimento de hardware dos circuitos lgicos do acionamento, bem como os dispositivos e potncia para acionamento das cargas e dos atuadores, uma vez que podemos escolher mdulos de sada j prontos, adequados ao tipo de carga que queremos acionar.1.6 ARQUITETURA DE UM CLP

A arquitetura bsica do CLP pode ser dividido em 5 partes: Chassi (Rack) Fonte de Alimentao (contnua ou alternada) Unidade de Entrada (Analgica e/ou Digitais);

Unidade de Sada (Analgica e/ou Digitais);

Unidade Central de Processamento (CPU,Central Processing Unit);

Chassi (Rack)

Concentra todos os mdulos; permite sustentao aos outros mdulos; prov conexes para dados e alimentao; possui nmero variado de ranhuras (slots) e permite interligao com outros mdulos.Fonte de Alimentao

A fonte de alimentao responsvel pelo fornecimento de energia eltrica ao CLP. Fornece todos os nveis de tenso exigidos para operaes internas do CLP. Como os CLP so modulares, algumas vezes necessrio pensar em uma segunda fonte para suportar o aumento de perifricos.Unidade Central de Processamento

A Unidade Central de Processamento (UCP) mais conhecido pela sigla CPU, que, em ingls, significaCentral Processing Unit. a CPU que executa a lgica de controle.Unidades de Entrada e de Sada: As unidades de Entrada e de Sada tambm so conhecidas como Interfaces de Entradas e de Sada. So nestas unidades que os atuadores e sensores iro se comunicar com o CLP.

1.6.1 Principio de FuncionamentoUm CLP pode operar nos modos de programao ou execuo. No modo de programao o CLP aguarda para ser configurado ou receber novos programas, ou modificaes de programas j instalados, no executando, portanto, nenhum software. Esse tipo de programao chamado, portanto, de off-line (fora de operao). A transferncia de programas do microcomputador para a memria do CLP chamada de download. O envio de programas do CLP para o microcomputador consiste na ao designada por upload.O CLP executa o programa carregado em sua memria no modo de execuo, frequentemente chamado de run ou on-line, referindo-se entrada em operao do controlador.

O funcionamento de um CLP ocorre em ciclos de leitura contnuos realizados pelo programa Ladder, chamados de scan (varredura). que constitudo das seguintes etapas.

No momento em que ligado o CLP executa uma srie de operaes pr - programadas, gravadas em seu Programa Monitor :

- Verifica o funcionamento eletrnico da C.P.U. , memrias e circuitos auxiliares;

- Verifica a configurao interna e compara com os circuitos instalados;

- Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. );

- Desativa todas as sadas;

- Verifica a existncia de um programa de usurio;

- Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.

O CLP l o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo deleitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente de alguns micro segundos (scan time ).

Aps o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma regio de memria chamada de Memria Imagem das Entradas e Sadas. Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e sadas. Esta memria ser consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do usurio.

O CLP ao executar o programa do usurio , aps consultar a Memria Imagem das Entradas atualiza o estado da Memria Imagem das Sadas, de acordo com as instrues definidas pelo usurio em seu programa.

O CLP escreve o valor contido na Memria das Sadas , atualizando as interfaces ou mdulos de sada. Inicia - se ento, um novo ciclo de varredura. O tempo total para realizar o ciclo denominado CLOCK..1.7 INTERFACES DE ENTRADA E SADA

1.7.1 Mdulo de entrada

So circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU ( ou microprocessador ) do CLP . Temos dois tipos bsicos de entrada : as digitais e as analgicas.ENTRADAS DIGITAIS: So aquelas que possuem apenas dois estados possveis,

ligado ou desligado, e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas so:

- Botoeiras;

- Chaves ( ou micro ) fim de curso;

- Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos;

- Chaves comutadoras;

- Termostatos;

- Pressostatos;

- Controle de nvel ( bia );

- Etc.As entradas digitais podem ser construdas para operarem em corrente contnua ( 24 VCC ) ou em

Corrente alternada ( 110 ou 220 VCA ). Podem ser tambm do tipo N ( NPN ) ou do tipo P ( PNP ). No caso do tipo N , necessrio fornecer o potencial negativo ( terra ou neutro ) da fonte de alimentao ao borne de entrada para que a mesma seja ativada. No caso do tipo P necessrio fornecer o potencial positivo ( fase ) ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos de praxe existir uma isolao galvnica entre o circuito de entrada e a CPU.

Esta isolao feita normalmente atravs de optoacopladores.

As entradas de 24 VCC so utilizadas quando a distncia entre os dispositivos de entrada e o CLP no excedam 50 m. Caso contrrio , o nvel de rudo pode provocar disparos acidentais.ENTRADAS ANALGICAS: As Interfaces de Entrada Analgica , permitem que o CLP possa manipular grandezas analgicas, enviadas normalmente por sensores eletrnicos. As grandezas analgicas eltricas tratadas por estes mdulos so normalmente tenso e corrente. No caso de tenso as faixas de utilizao so : 0 10 VCC, 0 5 VCC, 1 5 VCC, -5 +5 VCC, -10 +10 VCC ( no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas so chamadas de Entradas Diferenciais ), e no caso de corrente, as faixas utilizadas so : 0 20 mA , 4 20 mA.Os principais dispositivos utilizados com as entradas analgicas so :

- Sensores de presso manomtrica;

- Sensores de presso mecnica ( strain gauges - utilizados em clulas de carga );

- Taco - geradores para medio rotao de eixos;

- Transmissores de temperatura;

- Transmissores de umidade relativa;

-Etc.Uma informao importante a respeito das entradas analgicas a sua resoluo. Esta normalmente medida em Bits. Uma entrada analgica com um maior nmero de bits permite uma melhor representao da grandeza analgica. Por exemplo : Uma placa de entrada analgica de 0 10 VCC com uma resoluo de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV , enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV.MDULOS ESPECIAIS DE ENTRADA: Existem mdulos especiais de entrada com funes bastante especializadas. Alguns exemplos so :- Mdulos Contadores de Fase nica;

- Mdulos Contadores de Dupla Fase;

- Mdulos para Encoder Incremental;

- Mdulos para Encoder Absoluto;

- Mdulos para Termopares ( Tipo J, K, L , S, etc );

- Mdulos para Termoresistncias ( PT-100, Ni-100, Cu-25 ,etc);

- Mdulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - Gauges;

- Mdulos para leitura de grandezas eltricas ( KW , KWh , KQ, KQh, cos Fi , I , V , etc).1.7.2 Mdulo de sada

So circuitos eletrnicos, cuja funo enviar os sinais resultantes da lgica de controle do programa em execuo para os atuadores.

As interfaces podem ser digitais ou analgicas.SADAS DIGITAIS: So aquelas que permitem apenas dois estados (ligado/desligado).

E alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas so:

- Vlvulas

- Rels e contatores- Alarmes- LmpadasSADAS ANALGICAS: Os mdulos ou interfaces de sada analgica converte valores numricos, em sinais de sada de tenso ou corrente. No caso de tenso normalmente 0 10 VCC ou 0 5 VCC, e no caso de corrente de 0 20 mA ou 4 20 mA. Estes sinais so utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo :- Vlvulas proporcionais;

- Motores C.C.;

- Servo - Motores C.C;

- Inversores de frequncia;

- Posicionadores rotativos;

-Etc.Existem tambm mdulos de sada especiais. Alguns exemplos so :

- Mdulos P.W.M. para controle de motores C.C.;

- Mdulos para controle de Servomotores;

- Mdulos para controle de Motores de Passo ( Step Motor );

- Mdulos para I.H.M. ( Interface Homem Mquina );

- Etc.1.8 SENSORES A automao de processos industriais reduz os custos de produo e desenvolvimento das fbricas. Sensores so elementos fundamentais na automao. Sua aplicao abrange contagem, verificao de posio e seleo entre diferentes dimenses de peas. Os sensores de identificao de posio mais comuns so: chaves de fim de curso, sensores indutivos, capacitivos, pticos e ultrassnicos. Um sensor deve ser escolhido cuidadosamente, para o correto funcionamento de um processo industrial. 1.8.1 Sensores indutivosEstes sensores so dispositivos de estado slido destinados a deteco de objetos metlicos.

No esto sujeitos avaria ou desgaste mecnicos. No so afetados pelo acmulo de contaminantes taiscomo: p, graxa, leo ou fuligem, na face sensora. Detectam tanto os metais ferrosos (que contm ferro)quanto os no-ferrosos. Seu princpio de funcionamento baseia-se na gerao deum campo eletromagntico. Vantagens:

1. No so afetados pela umidade;

2. No so afetados pelos ambientes com poeira/sujeira;

3. Sem partes mveis/sem desgaste mecnico;

4. No dependem de cor;

5. Menor superfcie dependente do que outras tecnologias sensoras;

6. Sem zona cega. Desvantagens:1. Detectam somente a presena de alvos metlicos;

2. A amplitude operacional menor do que em outras tecnologias sensoras;

3. Podem ser afetados por campos eletromagnticos fortes.

1.8.2 Sensores capacitivos

Deteco capacitiva uma tecnologia prpria para detectar no metais, slidos e lquidos. Pode detectar metais, porm o custo mais elevado que o indutivo.

Os sensores de proximidade capacitivos so semelhantes aos sensores de proximidade indutivos em tamanho, forma e conceito. Entretanto, enquanto os sensores indutivos usam campos magnticos indutivos para detectar objetos, os sensores de proximidade capacitivos reagem s alteraes do campo eltrico. Vantagens:1. Detectam metais e no metais, lquidos e slidos

2. Podem "ver atravs" de certos materiais (caixas de produto)

3. Estado slido, vida til longa

4. Diversas configuraes de montagem

Desvantagens:1. Distncia sensora curta (1 polegada ou menos) varia amplamente de acordo com o material a ser detectado;

2. Muito sensvel aos fatores ambientais - umidade em climas litorneos podem afetar o resultado da deteco;

3. Nem um pouco seletivo em relao ao alvo - o controle do que se aproxima do sensor essencial.

Inst: Pedro Samuel

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