SUPERVISÃO E SUPERVISÃO E CONTROLE CONTROLE

OPERACIONAL DE OPERACIONAL DE SISTEMASSISTEMAS

Prof. André Laurindo MaitelliProf. André Laurindo Maitelli

DCA-UFRN

Controladores Lógicos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)Programáveis (CLPs)

CLP em um sistema SCADACLP em um sistema SCADA

DefiniçãoDefinição

• É um equipamento digital que usa memória programável para armazenar instruções que implementam funções como: lógica, sequenciamento, temporização, contagem e operações aritméticas, para controlar através de módulos de entrada e saída (digital e analógica) diversos tipos de máquinas e processos.

HistóricoHistórico

• Sistemas eletromecânicos: baixa confiabilidade, pouca flexibilidade e grande consumo de energia

• 1968: divisão de hidramáticos da GM

• Década 70: microprocessadores deram impulso ao CLP

• Década de 80: uso no Brasil

• Década de 90: grande evolução

Características do CLPCaracterísticas do CLP

• Fácil diagnóstico de funcionamento ainda em fase de projeto do sistema e/ou reparos que venham a ocorrer em sua operação

• Pode ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido

• Operam com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem geradores de faiscamentos

• Facilmente reprogramado sem a necessidade de interromper o processo produtivo (programação on-line)

Características do CLPCaracterísticas do CLP

• Possibilitam a criação de um banco de armazenamento de programas que podem ser reutilizados a qualquer momento

• Baixo consumo de energia• Maior confiabilidade pela menor incidência de

defeitos• Flexibilidade da expansão do número de entradas

e saídas a serem controladas• Capacidade de se comunicar com diversos outros

equipamentos

Aplicações na IndústriaAplicações na Indústria• Painéis seqüenciais de intertravamento• Controle de malhas• Sistemas SCADA• Sistemas de controle de estações• Sistemas de controle de células da manufatura• Processos de: empacotamento, engarrafamento,

enlatamento, transporte e manuseio de materiais, usinagem, geração de energia; em sistemas de controle predial de ar condicionado, sistemas de segurança, montagem automatizada, linhas de pintura e sistemas de tratamento de água, existentes em indústrias de alimentos, bebidas, automotiva, química, têxtil, plásticos, papel e celulose, farmacêutica e siderúrgica/metalúrgica

Exemplo: Comando de um Exemplo: Comando de um motor – antes do CLPmotor – antes do CLP

Exemplo: Comando de um Exemplo: Comando de um motor – depois do CLPmotor – depois do CLP

Diagrama de Blocos de um CLPDiagrama de Blocos de um CLP

Componentes de um CLPComponentes de um CLP

• Fonte de alimentação

• CPU

• Memória

• Módulos de entrada e saída

• Linguagens de programação

• Dispositivos de programação

• Módulos de comunicação

• Racks

Módulos de um CLPMódulos de um CLP

Componentes - FonteComponentes - Fonte

• Alimenta a CPU e demais dispositivos

• Converte AC em DC

• O CLP possui uma bateria interna

Componentes - CPUComponentes - CPU

Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento: Execução, por parte da CPU, de um

programa que realiza continuamente um ciclo de varredura, com os seguintes passos:

a) Obtenção dos dados dos vários módulos de entrada;

b) Execução das instruções do programac) Atualização das saídas, transferindo os dados ao

equipamento controlável através dos módulos de saída

Componentes - CPUComponentes - CPU

Componentes - MemóriasComponentes - Memórias

• Do Programa Executivo: não-volátil

• Do usuário:

• De dados: controle do programa do usuário

• Imagem das entradas e saídas: interligação entre o CLP e os equipamentos

Memória do Programa ExecutivoMemória do Programa Executivo

• O gerenciamento de todo o sistema composto pelo CLP é efetuada através da execução de um programa inserido nesta parte da memória e, denominado de programa executivo.

• Não-volátil

• Responsabilidade do fabricante do equipamento

Memória do UsuárioMemória do Usuário

• Armazena o programa do usuário

• Contém alguns Kbytes de palavras-livres que serão processadas pela CPU

• A cada ciclo, a CPU processa este programa, atualiza a memória de dados internos e as imagens das entradas e saídas

Memória de DadosMemória de Dados

• Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do programa do usuário

Memória Imagem das Entradas e Memória Imagem das Entradas e SaídasSaídas

• Área de memória reservada para a interligação entre Controladores Lógicos Programáveis e os equipamentos

• Esta memória é a imagem real das entradas e saídas do CLP

Componentes: Módulos de Componentes: Módulos de Entradas e SaídasEntradas e Saídas

• Realizam a conexão física entre a CPU e o mundo externo, através de circuitos de interfaceamento

Módulos de EntradaMódulos de Entrada

• Os módulos de entradas tem que ser seguros contra destruição das entradas por excesso ou alimentação de tensão indevida; e devem possuir filtros de supressão para impulsos parasitórios

Módulos de SaídaMódulos de Saída

• Os módulos de saída devem ser amplificados e possuir proteção contra curto-circuito

• Os módulos de entradas e saídas podem ser subdivididos em dois grupos distintos: digitais (discretos) e analógicos (numéricos).

Entradas e Saídas DigitaisEntradas e Saídas Digitais

• São os tipos de sinais mais comuns encontrados em sistemas automatizados com CLP. Nestes tipos de interface a informação consiste em um estado binário da variável de controle (ligado ou desligado)

ExemplosExemplos

• Entradas digitaisEntradas digitais: chaves seletoras, sensores fotoelétricos, chaves de fim de curso, sensores de proximidade, etc

• Saídas digitaisSaídas digitais: alarmes, ventiladores, lâmpadas, solenóides, etc

Interface típica para entrada de Interface típica para entrada de sinais em CA/CCsinais em CA/CC

Interface típica para saída de Interface típica para saída de sinais em CAsinais em CA

Entradas e Saídas AnalógicasEntradas e Saídas Analógicas

• A diferença básica com relação às entradas e saídas discretas é que aqui mais de um Bit deverá ser manipulado, seja paralelamente (todos ao mesmo tempo) ou serialmente (um Bit de cada vez), a fim de se controlar a grandeza física do processo em questão.

ExemplosExemplos

• Entradas AnalógicasEntradas Analógicas: transdutor de temperatura, pressão, transdutores óticos, de umidade, de fluxo, conversor D/A, etc

• Saídas Analógicas: válvula analógica, acionamento de um motor, atuador analógico, etc

Interface típica para entrada/saída Interface típica para entrada/saída de sinais analógicosde sinais analógicos

Módulos de ComunicaçãoMódulos de Comunicação

• São responsáveis principalmente pela ligação do CLP com os seus periféricos: terminais de vídeo, impressoras, instrumentos digitais e quaisquer instrumentos que possam se comunicar através de portas seriais tipo RS-232.

• Podem ser: ASCII, Adaptador de E/S Remotas, Serial e Interface de Redes.

Módulos de Comunicação ASCIIMódulos de Comunicação ASCII

• São usados para enviar e receber dados alfanuméricos de equipamentos periféricos para o controlador

• Geralmente este módulo possui processador e memória próprios que executam as tarefas de transferência de dados

Módulos Adaptadores de Módulos Adaptadores de E/S E/S RemotasRemotas

• São usados em controladores geralmente de grande porte e permitem a instalação de sistemas de E/S localizados a distancias maiores da CPU principal

• Os subsistemas de E/S são geralmente conectados usando uma configuração serial ou estrela

• A comunicação pode ser feita através de par trançado, cabo coaxial ou fibra óptica.

Elos de Comunicação em Rede Elos de Comunicação em Rede

• Para executar estas tarefas de comunicação, os fabricantes de CLP implementaram módulos de comunicação que permitem a integração de um CLP a outros CLPs e a computadores corporativos

• Estes módulos geralmente adotam padrões de comunicação em rede como Ethernet ou proprietárias que permitem a troca de informações entre computadores e os controladores programáveis

Elos de Comunicação em Rede Elos de Comunicação em Rede

• Os módulos de rede hoje oferecidos pelos fabricantes permitem opções como a de execução de controle distribuído, onde vários controladores de pequeno porte controlam células de produção

• Estas células interligadas via rede podem ter sua operação supervisionadas por estações baseadas em microcomputadores ou computadores

Rack do CLP Rack do CLP

• A base ou rack é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP

• Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de dados, endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de entrada/saída possam operar

Linguagens de ProgramaçãoLinguagens de Programação

IntroduçãoIntrodução

Linguagens de Programação de Linguagens de Programação de CLPsCLPs

• As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicar com o CLP através de um dispositivo de programação e definir as tarefas que o CLP deve executar.

• As linguagens mais usadas são:

- Diagrama de Contatos (Ladder Diagram) e

- Lista de Instruções (Statement List)

LADDERLADDER

• É um diagrama de relés cujos símbolos representam:

- contatos normalmente abertos -| |-

- contatos normalmente fechados -| / |-

- saída, representando a bobina -( )-

ExemploExemplo

S1 S2 Y1

-------[ ]------[ / ]-------------------( )--------

• Se a entrada S1 for verdadeiraverdadeira e a entrada S2 for falsafalsa, a saída Y1 será ativadaativada

Exemplo: Comando de um Motor

Exemplo de Aplicação - Estampador Exemplo de Aplicação - Estampador de Peçasde Peças

EntradasEntradas

• S1: sensor de final de curso do cilindro 1

• S2: sensor de final de curso do cilindro 2

• S3: sensor de final de curso do cilindro 3

• FS: foto-sensor de peça

• PTD: chave de partida

SaídasSaídas

• EV1: eletroválvula de comando do cilindro 1

• EV2: eletroválvula de comando do cilindro 2

• EV3: eletroválvula de comando do cilindro 3

• EV4: eletroválvula para ar comprimido

Dispositivos de ProgramaçãoDispositivos de Programação

• A programação de CLPs é realizada através de dispositivos de programação separados que são compartilhados por vários CLPs de uma instalação

• Pode ser : off-line ou on-line

• O uso de PCsPCs como ferramenta de programação tem grande aceitação

Dispositivos de ProgramaçãoDispositivos de Programação