Técnico/a de Refrigeração e Climatização

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1 Técnico/a de Refrigeração e Climatização 1315 Eletricidade e eletrónica - programação de autómatos 2013/ 2014 Gamboa 1 Introdução Automação, estudo dos métodos e procedimentos que permitem a substituição do operador humano por um operador artificial na concretização, execução de tarefas físicas ou mentais previamente programadas. Gamboa 2 1

2 Tipos de controlo Duas formas de efetuar o controlo de um processo industrial o Controlo em malha aberta o Controlo em malha fechada Gamboa 3 Tipos de controlo Controlo em malha aberta A informação que controla o processo só circula num sentido Gamboa 4 2

3 Tipos de controlo Controlo em malha fechada Realimentação da informação através de sensores Gamboa 5 Automatismo É um dispositivo elétrico, eletrónico, pneumático ou hidráulico capaz de por si só controlar o funcionamento de uma máquina ou processo Exemplos de automatismos: escadas rolantes elevadores portas automáticas semáforos linhas de montagem das fábricas, etc. Gamboa 6 3

4 Estrutura de um automatismo Parte Operativa Parte Comando Rede de distribuição (ca trifásica, ca monofásica, cc) Engenho ou máquina (elevador, semáforo, escada rolante ) Atuadores (motores, lâmpadas, resistências ) Detetores (fins de curso, detetores de proximidade, células fotoelétricas ) Tratamento de dados (autómatos programáveis, contatores auxiliares ) Diálogo Homem Máquina (botoneiras, sinalizadores, teclados ) Comando de potência ou pré-acionadores (contactores eletromagnéticos, relés ) Gamboa 7 Constituição dos automatismos Máquina ou instalação Sensores Atuadores Comando de potência ou pré-atuadores Sistemas de tratamento de dados Diálogo Homem-Máquina Gamboa 8 4

5 Instalação Uma cisterna Sensores Atuadores Comando de potência Sistema de processamento Detetores fotoelétricos Motor Contactor Autómato programável Constituição dos automatismos Visualização Consola HMI (Interface Homem máquina) Gamboa 9 Constituição dos automatismos Máquina ou instalação Sistema que deve ser automatizado Sistema complexo como uma cadeia de fabrico, uma unidade de produção ou uma fábrica Automatizar equipamentos mais simples como os semáforos, um portão de garagem, uma piscina ou um sistema de irrigação Gamboa 10 5

6 Centro de Emprego e Formação Constituição dos automatismos Máquina ou instalação Gamboa 11 Constituição dos automatismos Sensores Dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneira específica e mensurável analogicamente Sensores de temperatura Sensores de passagem Sensores de nível Sensores de peso Gamboa 12 6

7 Constituição dos automatismos Sensores Gamboa 13 Constituição dos automatismos Atuadores Atuadores permitem efetuar as ações no sistema. São as bombas, os cilindros, os motores... Gamboa 14 7

8 Constituição dos automatismos Comando de potência ou pré-acionadores Transmitem a energia necessária aos atuadores e servem de intermediário com o sistema de tratamento de dados São necessários equipamentos específicos, que são os sistemas de comando de potência: contactores, disjuntores, relés... Gamboa 15 Constituição dos automatismos Comando de potência ou pré-acionadores Gamboa 16 8

9 Constituição dos automatismos Sistemas de tratamento de dados O cérebro da instalação é o sistema de tratamento de dados Depois de realizado com a ajuda de relés e de contactores auxiliares, ele é agora composto de autómatos programáveis Gamboa 17 Constituição dos automatismos Diálogo Homem/ Máquina O sistema automatizado deve ser vigiado ou controlado pelo homem São necessários equipamentos como: o Os botões o Os terminais de diálogo o Os ecrãs Gamboa 18 9

10 Constituição dos automatismos Diálogo Homem/ Máquina Gamboa 19 Tecnologia cablada Características da tecnologia cablada Funcionamento da instalação definido pela cablagem entre os diferentes constituintes (relés, temporizadores, relógios...) Quanto mais complexa for a instalação, mais complexa é a cablagem Gamboa 20 10

11 Tecnologia cablada Características da tecnologia cablada Para cada modificação de funcionamento, é necessário modificar a cablagem o que acarreta a paragem do processo de fabrico Gamboa 21 Tecnologia programada Características O funcionamento da instalação é definido por um programa executado de maneira cíclica por um autómato programável Gamboa 22 11

12 Tecnologia programada Características Para cada modificação de funcionamento, basta modificar o programa Não é necessário cablar uma nova temporização ou um novo relé auxiliar, é um programa que o substitui Desta forma, a flexibilidade é grande e o custo final é baixo Gamboa 23 Tecnologia programada Características Um só aparelho (PLC), sem cablagem entre os módulos, unicamente a ligação: o aos sensores (entradas do autómato) o aos atuadores (saídas do autómato) o à alimentação Gamboa 24 12

13 Tecnologia programada Vantagens Menos constituintes: o O autómato programável substitui todos os relés auxiliares, os temporizadores ou os relógios: importante ganho de volume e fiabilidade pois não há peças mecânicas no cérebro do automatismo As únicas ligações são: a alimentação do autómato, os sensores e os acionadores Gamboa 25 Tecnologia programada Vantagens Mais flexibilidade: o O programa é uma sucessão de instruções que se pode escrever e modificar facilmente com a ajuda de um terminal de programação o Pode mesmo duplicar o programa facilmente se precisar de realizar automatismos idênticos Gamboa 26 13

14 Tecnologia programada Vantagens Mais fácil de testar e de reparar: o Na face frontal do autómato geralmente encontram-se sinalizadores luminosos que sinalizam: o estado de funcionamento dos sensores (abertos ou fechados) o estado dos atuadores (em serviço ou parados) o estado de funcionamento do autómato Gamboa 27 Autómato Autómato Programável (AP) ou Controlador Lógico Programável (Programmable Logic Controller PLC) utiliza-se no comando de circuitos de automatismos Equipamento eletrónico, programado pelo utilizador, com funcionamento cíclico Gamboa 28 14

15 Autómato Autómatos compactos integram no mesmo bloco todos os elementos necessários ao seu funcionamento Autómatos modulares constituídos por diversos módulos que se associam de forma a obter a configuração ideal para cada aplicação Gamboa 29 Estrutura de um autómato programável Gamboa 30 15

16 Estrutura de um autómato programável Programação Dados dos sensores Dados para os atuadores Gamboa 31 Estrutura de um autómato programável O bus serve para fazer a comunicação entre todas as partes no seu conjunto É a ferramenta de diálogo interno do autómato Gamboa 32 16

17 Estrutura de um autómato programável Unidade central de processamento (CPU) Memória de programa e de dados Entradas e saídas Alimentação Porta de periféricos Gamboa 33 Estrutura de um autómato programável Gamboa 34 17

18 Estrutura de um autómato programável A unidade central ou processador A unidade central chamada também de processador constitui o cérebro do autómato. O CPU Lê os valores dos sensores. Executa o programa com os dados contidos na memória. Escreve as saídas ligadas aos atuadores. Gamboa 35 Estrutura de um autómato programável A unidade central ou processador Gamboa 36 18

19 Estrutura de um autómato programável A memória A memória do autómato contém o programa a executar mas também os dados utilizados por esse programa (valores de temporizadores, contadores...) Local onde são armazenadas todas as informações contidas no autómato Sem memória, um autómato não pode funcionar Gamboa 37 Estrutura de um autómato programável A memória Gamboa 38 19

20 Estrutura de um autómato programável A interface entrada/saída A interface entrada/saída permite: o transferir para o autómato o estado dos sensores o enviar as ordens para os atuadores, por exemplo os relés, os contactores... Gamboa 39 Estrutura de um autómato programável A interface entradas Gamboa 40 20

21 Estrutura de um autómato programável A interface saídas Gamboa 41 Estrutura de um autómato programável A interface entradas analógicas Gamboa 42 21

22 Estrutura de um autómato programável A interface saídas analógicas Gamboa 43 Estrutura de um autómato programável A alimentação Os autómatos podem ser alimentados a 24Vdc ou 230Vac Alimentados a 24Vdc a fonte de alimentação é externa Alimentados a 230Vac são ligados diretamente à rede elétrica e a fonte de alimentação é interna Gamboa 44 22

23 Estrutura de um autómato programável A alimentação Gamboa 45 Estrutura de um autómato programável O módulo de comunicação O autómato constitui o cérebro do automatismo, contém um programa que descreve as ações a efetuar. O programa realizado no computador, é transferido para o autómato, através deste módulo. Nalguns autómatos o módulo de comunicação é interno Gamboa 46 23

24 Estrutura de um autómato programável O módulo de comunicação Gamboa 47 Bits e Words Bit é a zona em memória que pode ter dois valores: 0 ou 1 Word zona da memória que contêm um valor numérico o Utilizada para reter uma duração de temporização, um valor de contagem... Gamboa 48 24

25 Bits e Words A memória do autómato pode conter dados ou um programa A memória pode ser de dois tipos: o RAM pode ser escrita ou lida o ROM só pode ser lida Gamboa 49 Bits e Words As entradas e saídas constituem as ligações físicas do autómato com o exterior São simples terminais de ligação mas para o autómato, é um sistema que: o Transforma um sinal elétrico num estado lógico (0 ou 1) para as entradas o Transforma um estado lógico (0 ou 1) num sinal elétrico para as saídas. Gamboa 50 25

26 Códigos numéricos Decimal ( 0 a 9) Exemplo: %MW100 = 1547 IHM : temperatura, pressão Binário ( 0 e 1) Exemplo: %MW100 = ou seja %MW100 = 1547 em decimal Lógicas: variáveis digitais : ON - OFF Verdadeiro - Falso Hexadecimal ( 0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; A ; B ; C ; D ; E ; F) Exemplo %MW100 = 60B ou seja %MW100= 1547 em decimal Máscara, operação lógica com octetos, words ou duplas words Gamboa 51 Funcionamento do autómato SENSORES PROCESSO ACTUADORES Variáveis externas de entrada (digitais ou analógicas) AUTÓMATO PROGRAMÁVEL Variáveis internas Variáveis externas de saída (digitais ou analógicas) Gamboa 52 26

27 Funcionamento do autómato Os sinais que o autómato recebe dos sensores, chamam-se variáveis externas de entrada Os sinais que o autómato fornece aos atuadores, denominam-se variáveis externas de saída Os sinais que o autómato utiliza como resultado das operações aritméticas e lógicas efetuadas pelo programa, chamam-se variáveis internas Gamboa 53 Funcionamento do autómato Variáveis externas de entrada Variáveis externas de saída Digitais tudo ou nada (1 ou 0, ligado ou desligado) Parte de comando por exemplo um interruptor de fim de curso. Parte de potência por exemplo um motor eléctrico. Analógicas (a variação é contínua) Parte de comando por exemplo o valor fornecido por um sensor de temperatura. Parte de potência por exemplo a regulação da velocidade de um motor. Gamboa 54 27

28 O que é um ciclo de programa? Logo que executamos um programa, o autómato vai efetuar ciclicamente três fases: Fase 1: Leitura do estado das entradas Fase 2: Execução do programa Fase 3: Ativação ou desativação das saídas Ao terminar a Fase 3, o autómato volta à Fase 1 e assim sucessivamente. Gamboa 55 O que é um ciclo de programa? Gamboa 56 28

29 O que é um ciclo de programa? Tempo de ciclo = 20 ms Inicialização autómato RUN!!! Vigiado por cão de guarda (watchdog) Leitura das entradas Programa Instrução Instrução Instrução Escrita das saídas Gamboa 57 O que é um programa? Programa: o sucessão ordenada de instruções (numa linguagem que o autómato entenda) que indicam ao processador as operações a efetuar Cada fabricante de autómatos utiliza as suas mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções) Gamboa 58 29

30 O que é um programa? Esquema elétrico Exemplo de programa a b s Ler o estado de a Ler o estado de b Se a ou b fechar então acende s Se não apagar s Gamboa 59 Linguagem de programação O programa que vimos anteriormente deve ser escrito numa linguagem compreensível para o processador, é a linguagem de programação A linguagem de programação é uma linguagem reconhecida pelo processador do autómato graças à qual são descritas as instruções a efetuar Gamboa 60 30

31 Linguagem de programação Linguagens de programação mais utilizadas: Linguagem em lista de instruções (Instruction List IL). Linguagem em diagrama de contactos (Ladder Diagram LD) Gamboa 61 Linguagem - lista de instruções Linguagem que consiste num conjunto de instruções representadas por mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções), que indicam as operações que o programa deve executar. Exemplo: s = a + b a b s Gamboa 62 31

32 Linguagem - lista de instruções Linha de programa Linha 0 Linha 1 Linha 2 Programa Instrução Mnemónica Operando LD a OR b ST s Load OU Store LD OR ST a (variável de entrada) b (variável de entrada) s (variável de saída) As variáveis de entrada a, b e de saída s serão substituídas pelos códigos referentes às entradas e saídas dos respetivos autómatos Gamboa 63 Linguagem - lista de instruções Comentários Instruções de programa Gamboa 64 32

33 Linguagem Grafcet Etapas Transições Etapas Acções Gamboa 65 Linguagem de contactos Antes da tecnologia programada, existia (e ainda existe) a tecnologia cablada. Para que a mudança entre estas duas tecnologias fosse o menos complicada possível, foi criada uma linguagem próxima da cablagem elétrica. Trata-se da linguagem de contactos A linguagem de contactos gráficos é composta de contactos, de bobines e de ligações entre esses elementos Gamboa 66 33

34 Linguagem de contactos Representam condições lógicas de entrada Representam condições lógicas de saída Contacto aberto Contacto fechado Bobina Circuito eléctrico Diagrama de contactos Gamboa 67 Linguagem de contactos Gamboa 68 34

35 Exemplo Duas entradas do autómato ligadas sobre o botão a e b comandam a lâmpada ligada sobre uma saída s do autómato A linguagem de programação, linguagem de contactos, é a imagem de um esquema elétrico Gamboa 69 Exemplo Esquema elétrico Programa Ler o estado de a Ler o estado de b Se a ou b fechar então acende s Se não apaga s Linguagem de contactos Gamboa 70 35

36 Programar o autómato O computador é atualmente a forma mais utilizada para programar o autómato Utilizando o computador, os autómatos podem ser programados em diagrama de contactos ou em lista de instruções Gamboa 71 Programar o autómato Para tal é necessário o software de programação e um cabo de comunicação para ligar o autómato ao computador O software encarrega-se de efetuar a conversão da linguagem de contacto para a linguagem lista de instruções e vice-versa. Gamboa 72 36

37 Textos e imagens retirados do site da Schneider Electric Livro de apoio Autómatos Programáveis António Francisco Gamboa 73 FIM Gamboa 74 37

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