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CONTROLE E AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS Aula 01

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Os controladores lógicos programáveis, ou mais comumente, os CLPs, são computadores digitais empregados para a automação de tarefas ou processos exclusivos, com diferentes aplicações. Eles manipulam máquinas em linhas de montagem.

A automação industrial vem aumentando exponencialmente, junto à necessidade por instalações de produção a nível mundial. A automação está se transfigurando para um aspecto central na fabricação, enquanto

instalações enfrentam as humildes margens de lucro e ainda operam dentro de métodos de produção just-in-time. As empresas estão entendendo que, para oferecer esses processos essas, devem atender à demanda do cliente enquanto exercem com dispêndios mais baixos, com manufaturação em massa, personalizável e com maleabilidade.

Os CLPs figuram atualmente o auge da automação industrial, servindo como elo significativo entre máquinas e humanos.

Como controladores globais, os CLPs podem ser programados para executar inúmeras tarefas, desde operações pneumáticas à computação matemática.

Com o poder de processamento, o armazenamento de dados e as capacidades de comunicação dos computadores nupérrimos, os CLPs fornecem um nível completo de supervisão, monitoramento e controle por intermédio de aplicativos. Os CLPs são projetados para oferecer operações portando o mais alto grau de idoneidade, tanto em simples operações quanto nas mais difíceis, tais como em altas temperaturas, ruído elétrico, choque e impacto de vibração.

Os CLPs interagem através da conexão direta com equipamentos de entrada e de saída. Os sinais provenientes de periféricos (sensores, interruptores e outros dispositivos de controle) os quais, fornecem dados físicos externos sobre as operações ambientais do CLP. De acordo com o algoritmo instalado, suas saídas fornecem um feedback para determinar a melhor decisão possível para a alteração do processo ou do ambiente.



BENEFÍCIO DO CLP

Um único CLP pode executar facilmente vários tipos de máquinas.

� CORREÇÃO DE ERROS

Antes do CLP, os painéis de relés precisariam ser fisicamente alterados para alcançar um novo desenho do circuito. Com os CLPs, pode-se modificar facilmente uma alteração no desenho do circuito, bastando para isso, reprogramar o controlador. A correção de erros nos controladores é de duração extremamente curta e de baixo custo.

� EFICIÊNCIA DE ESPAÇO

Com o desenvolvimento da memória do CLP, a oportunidade de utilizar contatores, bobinas, temporizadores, sequenciadores e contadores em um único controlador aumentaram consideravelmente. Milhares de instrumentos podem ser conectados a um único controlador, reduzindo a necessidade de várias caixas de painel para diversos sistemas.

� BAIXO CUSTO

O custo do PLC varia de algumas centenas a alguns milhares. A redução do número de componentes externos para operar um único sistema através da compra de um único PLC pode economizar dinheiro sobre os custos diretos e de instalação.

� TESTES

Os CLPs podem ser testados e avaliados em laboratório seguro. O programa pode ser testado, validado e corrigido, o que economiza um tempo bastante valioso.

A implementação do CLP oferece inúmeros benefícios de desempenho, tais como requisitos reduzidos de hardware, aumento da eficiência e menos resíduos do produto. Nos modelos mais modernos encontramos a alta capacidade de personalização, sendo que podem ser aplicados em projetos de controle individuais, reduzindo significativamente o uso da produção de manual.



Com controladores embutidos, os CLPs tornam a instalação mais fácil, porque eles precisam de menos espaço. Além disso, apresenta melhor interação com o operador, o que leva ao aumento de eficiência na produção. Na manutenção e na solução de problemas, os reparos são reduzidos devido aos componentes de plug-in e aos módulos de substituição.

As probabilidades de falhas do CLP e o tempo necessário para corrigir os erros são significativamente reduzidos, o que leva à eliminação total de religação de painéis de relé e de componentes acessórios. Além disso, os circuitos de detecção de falhas e a integração do indicador de diagnóstico nos principais componentes podem monitorar quando os componentes estão funcionando corretamente.

FUNCIONAMENTO

Um controlador lógico programável é um computador especial que controla as máquinas e os processos. Ele, portanto, compartilha um espaço comum com os PCs como unidade central de processamento, de memória, de software e de comunicações. Ao contrário dos PCs, o CLP é projetado para sobreviver em ambientes industriais mais severos e é bastante flexível em sua interface com entradas e saídas. Os CLPs normalmente possuem os seguintes componentes:

� Fonte de alimentação e rack � Unidade de processamento central � Sistema de Entrada / Saída



FONTE DE ALIMENTAÇÃO E RACK

O rack mantém tudo em conjunto. Ele pode ser projetado para conter vários módulos. Contém os cartões para comunicação com a CPU. A fonte de alimentação regula a energia CC para cada um dos módulos no rack.

CPU

Este é o cérebro por trás do PLC. A CPU normalmente fica atrás da fonte de alimentação. Consiste de um microprocessador, chip de memória, e outros circuitos lógicos de controle e de comunicação. Este é o local onde o programa de lógica é implementado, executando o programa e operando o processo.

SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA

Este é o lugar onde as conexões físicas entre os equipamentos e o PLC se encontram. Uma fita de terminais é utilizada para os cartões de E/S para as ligações do dispositivo.



O sistema de entrada/saída trabalha em conjunto com a CPU. É onde os dispositivos de entrada registram e medem os dados recebidos, pelo monitoramento de componentes, e fornece informações para a CPU para determinar o que a máquina ou processo deve fazer com ele. O sistema de saída retransmite a execução do programa a partir da CPU até as máquinas e os processos operacionais. Normalmente, o CLP realiza um único tipo de execução para uma tarefa ou um processo específico. Isto permite que o sistema automatize a tarefa com base nos sensores de feedback dos CLPs.

APLICAÇÃO INDUSTRIAL

Com o design e o desenvolvimento de PLC atingindo novos patamares a cada ano, as aplicações industriais em potencial continuam crescendo. Algumas indústrias e suas aplicações:

INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

� Sistemas de Controle de Forno � Sistemas de dosagem � Sistemas de Fogão � Sistemas de Extrusão e de Corte � Mistura e Distribuição de ingredientes

TRANSPORTE DE MATERIAL

� Manuseio de materiais � Acionadores e Sistemas de Velocidade Variáveis � Sistemas de Centros de Controle de Motores � Sistemas de Controle de Sequência de Válvula � Controles de Contramedida de Linha Plugada

PRODUTOS DE CONSTRUÇÃO

� Sistemas de Controle de Forno � Sistemas de Controle de Cortes � Sistemas de Formação � Mistura e Distribuição de Gesso

INDÚSTRIA FARMACÊUTICA

� Sistemas de Controle de Autoclave � Máquinas de Fechamento de Frascos � Relatórios de Validação � Operações de P&D � Lavagem de Frascos � Rotulagem de Frascos



INDÚSTRIAS SIDERÚRGICAS

� Controle de Máquinas � Sistemas de Controle de Forno � Embalagem e Rotulagem

POSICIONAMENTO DE MATERIAIS

� Sistemas de Controle de Estoque � Sistemas de Transporte de Produtos

RELAÇÃO CUSTO BENEFÍCIO A compreensão dos requisitos de aplicação ajudará a determinar se os CLPs são os melhores para o seu sistema de automação. As aplicações normais de automação de fábrica para as quais os CLPs foram projetados envolvem a fabricação/montagem de itens específicos. Essas aplicações envolvem uma ou mais máquinas e muito movimento de material. Normalmente, estes tipos de processos são monitorados por um operador que observa a progressão através da linha de fabricação. Estes processos são altamente controlados de forma lógica e exige alta velocidade, o que é muitas vezes controlado por CLPs e pela Interface de combinação Homem-Máquina (HMI). Quando o valor do produto é relativamente baixo e/ou a inatividade resulta na perda da produção, mas com pequeno custo adicional ou pequenos danos ao processo, o PLC é uma boa escolha. Para a fabricação sob demanda do produto, onde a fabricação não é contínua, onde são permitidas interrupções adequadas para a manutenção, solução de problemas ou atualizações que possuem pouco impacto sobre a produção, o pedido é a aplicação do CLP. Normalmente, em um ambiente de CLP, o operador lida principalmente com exceções. As informações de status e os alarmes ajudam o operador a ficar ciente da execução do processo. Isto é essencial para a definição de Lights Out Manufacturing [Fabricação completamente automatizada]. Quando for preciso



apenas um operador para fazer a supervisão, então o sistema CLP é a escolha certa. Os CLPs são projetados para aplicações de alta velocidade que exigem altas taxas de varredura envolvendo o controle de movimento, o intertravamento de alta velocidade ou o controle de motores e acionamentos. As taxas de varredura rápidas são necessárias para serem totalmente eficazes no controle desses dispositivos, tornando-os excelentes para o mercado do produto sob demanda. Os CLPs foram projetados como os melhores personalizáveis. O desenvolvimento de rotinas e de funções personalizadas é necessário para satisfazer as necessidades de aplicações únicas. O integrador de sistemas pode alterar a partir de um tipo de máquina de fabricação hoje e passar a um sistema completamente diferente amanhã. Este é o poder dos controles lógicos programáveis e sua capacidade de passar de uma aplicação para outra, reescrevendo o código. Os engenheiros de automação industrial buscam plataformas personalizáveis, onde os componentes individuais podem ser reprogramados para realizar a tarefa desejada. Os integradores e os engenheiros interrompem os CLPs e começam a programar com base no que necessitam. As ferramentas fornecidas pelos CLPs normalmente suportam uma abordagem de base para a engenharia, que funcionam perfeitamente em aplicações menores. Os CLPs garantiram seu espaço em indústrias de automação com a sua taxa de produção de alta velocidade e flexibilidade de sistema. Estão no mercado há um bom tempo, mas ainda encontram-se em desenvolvendo em ferramentas potentes para todos os tipos de aplicação industrial.

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