Sistema Didático para Controle de Nível e Temperatura

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1 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE PELOTAS GERÊNCIA DE ENSINO SUPERIOR CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FABRÍCIO PADILHA BARCELLOS Sistema Didático para Controle de Nível e Temperatura Monografia submetida à avaliação, como requisito parcial para a conclusão da disciplina de Projeto de Graduação Prof. Msc. Jair Jonko Araujo Orientador Pelotas, outubro de 2005.

2 AGRADECIMENTOS Eu agradeço às seguintes pessoas que tornaram possível a realização deste trabalho: À minha esposa Cristiane Mackedanz Lapschis Barcellos. Aos professores Jair Jonko Araujo, Mauro André Barbosa Cunha, Paulo Renato Avendano Motta, André Arthur Perlemberg Lerm, Lúcio Almeida Hecktheuer e Gladimir Pinto da Silva. Aos colegas Daltro Ben Hur Ramos de Carvalho Filho e Marcos Geovane Quevedo Rijo. Ao gerente Sérgio Luís Baruffi, ao supervisor de manutenção elétrica Roberto Tavares Moutinho e ao instrumentista Fábio Pedroso Chim da empresa Bunge Alimentos S.A.. Ao Sr. Edys Teixeira Padilha e Sra. Wilma Arnold Padilha que fizeram o possível para que eu pudesse concluir os cursos técnico e tecnológico.

3 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS OU SIGLAS... 4 LISTA DE FIGURAS... 6 LISTA DE TABELAS... 8 RESUMO... 9 ABSTRACT INTRODUÇÃO Contextualização do Trabalho Objetivos do Trabalho Organização do Texto PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Atuadores e Sensores Controladores Programáveis Sistemas Supervisórios LIGAÇÕES E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PROGRAMAÇÃO DO CONTROLADOR Características do Controlador Compact Logix Configuração do Controlador Programação do Controlador ATUADORES E SENSORES UTILIZADOS Acionamento da Bomba Acionamento da Resistência Sensor de Temperatura Sensor de Nível AQUISIÇÃO DE DADOS SINTONIA DOS CONTROLADORES Sistemas de Controle Sistema de Controle de Nível Sistema de Controle de Temperatura CONCLUSÕES REFERÊNCIAS ANEXO A LED S DE SINALIZAÇÃO DA CPU ANEXO B TAGS DO CONTROLADOR ANEXO C DIAGRAMA LADDER ANEXO D PROGRAMAÇÃO DO SUPERVISÓRIO... 84

4 LISTA DE ABREVIATURAS OU SIGLAS AD ASCII BAT BIOS CI CLP CPU DA DDE DH DIN EEPROM EPROM I/O LED OLE OPC PC PI PID PLC Analógico / Digital; American Standard Code for Information Interchange; Battery; Basic Input Output Systems; Circuito Integrado; Controlador Lógico Programável; Central Processing Unit; Digital / Analógico; Microsoft s Dynamic Data Exchange; Data Highway link; Deutsches Institut für Normung; Electrical Erasable Programmable Read Only Memory; Electrically Programmable Read Only Memory; Input / Output; Light Emitting Diode; Object Link Embedding; OLE for Process Control; Personal Computer; Proporcional Integral; Proporcional Integral Derivativo; Programmable Logical Controller;

5 PROG RAM REM ROM RUN SCADA SCR TCP/IP TRIAC Programmer; Random Access Memory; Remote; Read Only Memory; Running; Supervisory Control & Data Acquisition Systems; Silicon Controlled Rectifier; Transmission Control Protocol / Internet Protocol; Triode Alternating Current.

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1: Diagrama conceitual básico de um sistema de controle Figura 1.2: Hierarquia básica de um sistema de automação industrial Figura 3.1: Fotos da ligação dos equipamentos Figura 3.2: Esquema de ligação dos equipamentos Figura 4.1: CPU do controlador programável Figura 4.2: Conectores de ligação da fonte e módulos de entrada e saída Figura 4.3: Ligação do módulo digital Figura 4.4: Tipos de ligação do módulo analógico Figura 4.5: Criação do projeto e definição do controlador Figura 4.6: Definição dos módulos de entrada e saída Figura 4.7: Seleção do módulo digital Figura 4.8: Configuração do módulo digital Figura 4.9: Seleção do módulo analógico Figura 4.10: Configuração do módulo analógico Figura 4.11: Tags relacionadas ao módulo digital Figura 4.12: Ajuste de caminho pelo RSLinx Figura 4.13: Envio do programa ao controlador Figura 4.14: Data Types Predefinido e Definido pelo Módulo Figura 4.15: Habilitação da Máscara de Força Figura 4.16: Bloco PID no diagrama ladder Figura 4.17: Habilitação dos atuadores e sensores Figura 4.18: Ajustes do bloco PID Figura 4.19: Configuração do bloco PID Figura 4.20: Alarmes do bloco PID Figura 4.21: Conversão de escala do bloco PID Figura 4.22: Tag do bloco PID Figura 5.1: Bomba centrífuga Figura 5.2: Amplificador de acionamento da bomba Figura 5.3: Variação da tensão do amplificador de acionamento da bomba Figura 5.4: Esquema de ligação do amplificador Figura 5.5: Relação entre a tensão de controle e a potência aplicada às resistências Figura 5.6: Esquemático da placa Figura 5.7: Curva de resistência versus temperatura do PT Figura 5.8: Esquema de ligação do PT-100 com o transmissor de temperatura Figura 5.9: Sensor ultrassônico Figura 5.10: Relação de calibração do sensor ultrassônico Figura 6.1: Tela geral do programa de aquisição de dados... 52

7 Figura 6.2: Arquivo gerado pelo programa de aquisição Figura 6.3: Tabela de dados no Microsoft Access Figura 7.1: Critério de Smith para identificação de sistemas de primeira ordem Figura 7.2: Resposta ao degrau unitário para sistemas de primeira ordem Figura 7.3: Parâmetros de resposta transitória Figura 7.4: Aplicação de 8,4V Figura 7.5: Aplicação de 10,8V Figura 7.6: Aplicação de 13,2V Figura 7.7: Nível em malha fechada com ganhos calculados Figura 7.8: Nível em malha fechada com ganhos arbitrados Figura 7.9: Aplicação de 30W Figura 7.10: Aplicação de 60W Figura 7.11: Aplicação de 200W Figura 7.12: Nível malha fechada com ganhos calculados Figura D.1: Ferramentas de configuração do sistema e das telas Figura D.2: Caminho de comunicação com o controlador (não compatível) Figura D.3: Criação de uma tag Figura D.4: Exemplo de uma biblioteca de imagens disponíveis Figura D.5: Ferramentas de alarmes, lógica e controle Figura D.6: Configuração do plano de fundo Figura D.7: Configuração de um gráfico Figura D.8: Configuração de ação a um botão de comando Figura D.9: Tela Geral Figura D.10: Tela Nível 1min Figura D.11: Tela Nível 10min Figura D.12: Tela Temperatura 10min Figura D.13: Tela Temperatura 1h Figura D.14: Tela Ajustes e Ganhos... 95

8 LISTA DE TABELAS Tabela 5.1: Dados do sensor ultrassônico Tabela A.1: LED s de sinalização da CPU Tabela B.2: Tags do Controlador... 81

9 Sistema Didático para Controle de Nível e Temperatura RESUMO Este trabalho implementa um sistema para o controle de nível e temperatura em uma bancada didática utilizando um controlador programável com módulos analógicos e digitais de entrada e saída. Para a medição de nível e temperatura são usados um sensor ultrassônico e um transmissor de temperatura. Para o controle do nível é usada uma bomba centrífuga com tensão de alimentação de 24Vcc e para o controle da temperatura uma resistência que dissipa 1000W em 230V, ambos alimentados por amplificadores que recebem o sinal de controle do controlador programável entre 0 e 10Vcc. Serão implementados dois controladores PI para o controle de nível e de temperatura e serão apresentadas as curvas geradas pelas aquisições de dados em malha aberta e os resultados em malha fechada. Palavras-chave: controle de nível, controle de temperatura, controlador programável e automação.

10 Didactic System to Control of Level and Temperature ABSTRACT This work implements a system for the level and temperature control in a didactic system using a programmable controller with analogical and digital modules of input and output. For the measurement of level and temperature an ultrasonic sensor and a transmitter of temperature are used. In order to control the level a centrifugal pump with 24Vcc voltage is used and for the temperature control is used a resistance of 1000W/230V, both supplied by transducers that receive a control signal from programmable controller between 0 and 10Vcc. Two controllers PI for the temperature and level control and the curves generated for the acquisitions of data in open mesh and the results in closed mesh will be presented. Word-keys: level control, tempetature control, programmable controller and automation.

11 1 INTRODUÇÃO Neste capítulo será apresentada a contextualização do trabalho, os seus objetivos e a organização do texto. 1.1 Contextualização do Trabalho A automação está relacionada a equipamentos que controlam processos ou plantas. Segundo MIYAGI (1996), controle é a aplicação de uma ação pré-planejada para que aquilo que se considera como objeto de controle atinja certo objetivo. Genericamente os sistemas de controle são classificados em dois tipos: os sistemas de variáveis contínuas onde o objetivo é igualar o valor de uma variável física, denominada variável de controle, a um valor de referência e os sistemas de eventos discretos nos quais a execução de operações ocorre conforme procedimentos pré-estabelecidos. No primeiro caso o dispositivo de realização do controle é denominado controlador e é responsável por executar um algoritmo de controle para ajustar o sinal recebido do processo a um valor de referência, enquanto no segundo caso tem-se um processador de comando que avalia o estado atual do processo e determina a próxima tarefa a ser executada. A Figura 1.1 (MIYAGI, 1996) representa os componentes envolvidos na implementação de um sistema de controle, os quais serão detalhados no capítulo 2. Como pode ser observado, o sistema interage de um lado com o processo e de outro com os usuários. A interação com o processo é realizada através dos sensores (responsáveis por capturar informações sobre as variáveis de interesse) e atuadores (responsáveis pela aplicação da energia no

12 12 processo), enquanto a interação com o usuário tem por objetivo permitir o ajuste de variáveis e a monitoração do processo. Figura 1.1: Diagrama conceitual básico de um sistema de controle Conforme pode ser observado na Figura 1.2 este conceito se multiplica em diversos níveis hierárquicos. Em tal figura o controle local está sendo realizado por controladores programáveis (PLC Programmable Logical Controller). Um (CLP Controlador Lógico Programável) pode realizar vários loops de controle representados na figura anterior e na implementação de um processo industrial podem ser necessários vários CLP s. Figura 1.2: Hierarquia básica de um sistema de automação industrial Atualmente os dispositivos envolvidos na tarefa de controle (sensores, atuadores, CLP s, etc.) possuem recursos de comunicação os quais

13 13 permitem a troca de dados e o gerenciamento de informações integradas desde o chão de fábrica até a gerência. A implementação (instalação, configuração e programação) de um sistema de automação é uma atividade complexa, oferecendo muitas opções diferentes e exigindo a convergência de conhecimento de diversas áreas (instrumentação, controle, eletro-eletrônica, informática industrial etc.). A utilização de equipamentos didáticos os quais possibilitem que o aluno realize experimentos com rapidez, analisando os diferentes comportamentos de um sistema de controle e automação, permitirá uma resposta mais eficiente em situações práticas. 1.2 Objetivos do Trabalho Este trabalho tem por objetivo implementar uma arquitetura para ensaios de controle de nível e temperatura utilizando-se como dispositivo de controle um controlador programável. Serão estudas as principais características de funcionamento dos diversos componentes utilizados na implementação do sistema. Serão abordados: a ligação e a programação do controlador programável CompactLogix 5320 (ROCKWELL, 2003a); a seleção e a ligação dos sensores e atuadores com os respectivos transdutores, quando houver; a determinação das funções de transferência dos sistemas de controle de nível e de temperatura e o calculo dos ganhos dos controladores para sintonia dos controladores; a aquisição de dados para levantamento das funções de transferência e sintonia dos controladores. Inicialmente o trabalho previa a comunicação com o controlador utilizando-se um programa de supervisão, o qual permitiria a interação do usuário com o sistema de uma forma mais simples. Para isto foi desenvolvido o projeto e a implementação de um programa de supervisão utilizando a ferramenta de desenvolvimento RSView 32 (ROCKWELL, 2003a).

14 14 Entretanto, não foi possível a realização dos testes com o programa de supervisão, pois a versão de demonstração não comunica com o controlador programável, permitindo apenas o desenvolvimento das telas, declaração das tags, dos alarmes e usuários. Este desenvolvimento encontrase no Anexo D, visando servir de suporte para trabalhos futuros. 1.3 Organização do Texto Na parte inicial do trabalho serão apresentadas as definições de como é organizado um sistema de automação industrial e seus principais componentes. Após esta introdução, será explicado o funcionamento do controlador programável, as funcionalidades do programa de aplicação e o seu desenvolvimento. A seguir, será descrito o funcionamento e as características dos atuadores e dos sensores da planta utilizada neste projeto. Serão apresentadas curvas de resposta obtidas experimentalmente. A sintonia dos controladores será composta pelo referencial teórico e pelos métodos de determinação das funções de transferência e dos ganhos dos controladores. Logo após será analisado o comportamento do sistema. Nesta etapa serão realizas várias aquisições de dados A ferramenta de desenvolvimento do programa de supervisão e o programa de supervisão proposto encontram-se no capítulo de anexos, tendo em vista a impossibilidade de realização de testes devido a limitações na comunicação entre o supervisório e o controlador programável.

15 15 2 PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL A maioria dos sistemas de automação industrial são compostos por controladores programáveis que lêem os sinais dos sensores e controlam o funcionamento dos atuadores. Para a interface com o usuário geralmente são usados os sistemas de supervisão (SCADA: Supervisory Control & Data Acquisition Systems) os quais são compostos por telas que possibilitam ao operador interagir com o sistema, ligando e desligando equipamentos e ajustando o seu funcionamento. Este capítulo tem por objetivo fornecer uma visão geral sobre os diferentes componentes envolvidos na implementação de um sistema de automação industrial. 2.1 Atuadores e Sensores Os atuadores ou dispositivos de saída são elementos de campo usados para executar as instruções de controle. São dispositivos a serem acionados para executarem uma determinada ação, definida pelo sistema de controle. No caso específico deste trabalho, a tarefa de controle será realizada por um controlador lógico programável, assim a tensão de saída e as características de corrente do controlador programável são os únicos fatores de limitação para aplicação com dispositivos de saída. Os transdutores são dispositivos que transmitem sinais sob uma forma de energia de um sistema para outro sistema. Um transdutor PT-100, por exemplo, converte a alteração da resistência do sensor de acordo com a temperatura para um sinal elétrico padronizado. Os sensores são elementos de campo que agem como coletores de dados do controlador programável. São definidos como dispositivos sensíveis a fenômenos físicos, tais como: temperatura, umidade, luz, pressão, etc. Por meio desta sensibilidade os sensores enviam um sinal, geralmente de natureza elétrica, para os dispositivos de controle.

16 16 Um sensor contém um ou mais transdutores transmitindo sinais analógicos (exemplos: transmissor de temperatura ou sensor ultrassônico) ou sinais digitais (exemplos: sensor indutivo, sensor capacitivo ou chave fim-decurso). 2.2 Controladores Programáveis O controlador programável pode ser definido como um dispositivo para controle de sistemas automatizados, o qual é capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle, além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede (GEORGINI, 2003). Os principais blocos que compõem um controlador programável são a CPU, os módulos de entrada e saída, a fonte de alimentação e a base. A CPU compreende o processador, o sistema de memória e os circuitos auxiliares de controle. O processador interage continuamente com o sistema de memória por meio do programa de execução (desenvolvido pelo fabricante), interpreta e executa o programa de aplicação (desenvolvido pelo usuário), e gerencia todo o sistema. Os circuitos auxiliares de controle atuam sobre os barramentos de dados (data bus), de endereços (address bus) e de controle (control bus), conforme solicitado pelo processador. O processador é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereço, de dados e de controle. Conforme determinado pelo programa de execução, interpreta e executa as instruções do programa de aplicação, controla a comunicação com os dispositivos externos e verifica a integridade de todo o sistema (diagnósticos). Pode operar com registros e palavras de instrução, ou de dados, de diferentes tamanhos (8, 16 ou 32 bits), determinado pelo tamanho de seu acumulador e pela lista de instruções disponíveis para cada CPU. O sistema de memória da CPU é composto pela memória do sistema de operação (programa de execução ou firmware e rascunho do sistema) e pela memória de aplicação (programa de aplicação e tabela de dados).

17 17 O programa de execução (firmware) constitui o programa desenvolvido pelo fabricante do controlador programável, o qual determina como o sistema deve operar, incluindo a execução do programa de aplicação, controle de serviços periféricos, atualização dos módulos de entrada e saída, etc. Ele é responsável pela tradução do programa de aplicação desenvolvido pelo usuário em linguagem de alto nível, para instruções que o processador da CPU possa executar em linguagem de máquina. É armazenado em memória não volátil tipo ROM, normalmente EPROM. Se a instalação ou a atualização do programa de execução for interrompida, o controlador deve ser enviado para o setor de manutenção do fabricante, pois o programa de execução (firmware) do controlador programável é semelhante a BIOS do computador, acontecendo algum problema de instalação (queda de energia, problemas no sistema operacional ou no computador) a CPU do controlador programável torna-se inoperante. No programa de aplicação é armazenado o programa desenvolvido pelo usuário para execução do controle desejado. Trata-se normalmente de memória EEPROM, podendo ser também EPROM, ou ainda RAM com bateria de segurança. Na tabela de dados são armazenados os dados que são utilizados pelo programa de aplicação, como valores atuais e de preset (pré-configurado), de temporizadores/contadores e variáveis do programa, além dos status dos pontos de entrada e saída. Essa memória é do tipo RAM, sendo geralmente alimentada com bateria de lítio (memória retentiva). No ciclo de execução (scan), o controlador programável realiza a atualização das entradas, o processamento das instruções do programa e a atualização das saídas. O tempo deste ciclo depende da complexidade da lógica de controle, do número de entradas e saídas e da velocidade de processamento da CPU. São comuns valores entre 50 e 100ms. Os módulos de entrada e saída fazem a comunicação entre a CPU e o meio externo, sendo dotados de isolação óptica para a proteção da CPU, indicadores de status para auxílio durante a manutenção e conectores removíveis.

18 18 Os módulos de entrada recebem os sinais dos dispositivos de entrada (sensores) e os convertem em níveis adequados para serem processados pela CPU. Enquanto que os módulos de saída enviam sinais para os atuadores, esses sinais podem ser resultantes da lógica de controle, pela execução do programa de aplicação, ou podem ser forçados pelo usuário independente da lógica de controle. Os módulos digitais são utilizados em sistemas seqüenciais, correspondem a um bit de um determinado endereço da tabela de dados, os sinais de entrada assumem dois valores fixos de tensão (0 ou 10Vcc, 0 ou 24Vcc, etc.), e as saídas estão fechadas ou abertas, ligando ou desligando o acionamento do atuador. Os módulos analógicos de entrada convertem sinais analógicos, provenientes dos dispositivos de entrada, em sinais digitais por meio do conversor analógico-digital (conversor AD), disponibilizando-os ao barramento da CPU. Os módulos analógicos de saída convertem os sinais digitais, disponíveis no barramento da CPU, em sinais analógicos por meio do conversor digital-analógico (conversor DA), enviando-os aos dispositivos de saída (driver, amplificador). Cada entrada ou saída analógica é denominada de canal em vez de ponto, como nos módulos digitais. O valor convertido referente a cada canal analógico de entrada, ou valor a ser convertido e enviado para cada canal analógico de saída, é armazenado em um endereço específico na tabela de dados, determinado pelo programa de aplicação, e a quantidade de bits relativos a cada canal depende da resolução dos conversores AD e DA. A fonte de alimentação fornece todos os níveis de tensão para alimentação da CPU e dos módulos de entrada e saída, funcionando como um dispositivo de proteção, gerando uma interrupção e fazendo com que a CPU pare a execução do programa de aplicação se os níveis de tensão excederem os valores nominais. A base, além da sustentação mecânica, contém o barramento que possibilita a conexão elétrica entre módulos, no qual estão presentes os sinais de dados, endereço e controle.

19 19 Geralmente a comunicação do controlador com o computador, necessária para a programação, configuração e supervisão é realizada pela porta serial nos padrões RS-232, 422 ou 485, entretanto os equipamentos atuais cada vez mais oferecem outros padrões de comunicação, tais como os diferentes barramentos padronizados pela norma IEC 61158, além do TCP/IP. O protocolo de comunicação determina a forma de transmissão dos dados, definido por cada fabricante e a taxa de transmissão determina a velocidade, expressa em bits por segundo da transmissão de dados. O protocolo TCP/IP é utilizado para ligar os controladores entre si em distâncias maiores e para ligá-los aos PC s do sistema supervisório. 2.3 Sistemas Supervisórios Quando se trabalha com sistemas automatizados complexos, surge a necessidade de se criar uma interface que facilite o trabalho de operação. Esta necessidade motiva a utilização de sistemas supervisórios, os quais podem ser vistos como sistemas que supervisionam e monitoram processos executados em uma planta de manufatura ou processo, através da visualização das variáveis da planta bem como das ações tomadas pelo operador e pelo sistema de automação. O sistema supervisório (MORAES E CASTRUCCI, 1996) recebe sinais de entrada vindos de dispositivos de realização de controle do campo (controlador programável, drivers para comando de motores, etc.) e pode enviar sinais para o mesmo para atuar nos equipamentos instalados na planta. Esta comunicação é feita por meio de tags, ou seja, mensagens digitais que levam consigo informações como o endereço dentro do controlador programável, para o caso de retorno da informação e o tipo de tag (analógico, digital ou string). As tags podem ser do tipo Device ou Memory. Device significa que os dados se originam do equipamento controlador e Memory que os dados existem localmente no sistema supervisório. O sistema supervisório pode operar em dois modos distintos:

20 20 Modo de Desenvolvimento: é o ambiente onde se criam os objetos responsáveis pela monitoração e envio de dados ao processo. Nesta etapa são definidas as telas gráficas com os alarmes, gráficos, animações, botões de navegação entre as telas, declaração de tags, ajuste do caminho de comunicação, etc.; Modo Run Time: é o ambiente onde se mostra a janela animada criada no modo de desenvolvimento e no qual se dará a operação integrada com o processo, durante o funcionamento da planta em tempo real.

21 21 3 DESCRIÇÃO DO SISTEMA A planta para o desenvolvimento deste trabalho é composta de dois reservatórios de água, um superior e outro inferior, uma válvula manual para regular a vazão de água do reservatório superior para o reservatório inferior, uma bomba centrífuga 24Vcc para controlar o nível do reservatório superior, uma resistência de aquecimento, sensores de nível e temperatura, além de um controlador programável para realização das funções de controle. O nível do reservatório superior é medido por um sensor ultrassônico com saída de 4 a 20mA e alimentação de 24Vcc e o acionamento da bomba é regulado por um amplificador com alimentação de 24Vcc, tensão de controle de 0 a 10Vcc e saída de 0 a 24Vcc. A temperatura da água do reservatório inferior é medida por uma termorresistência PT 100 conectada a um transmissor de temperatura com alimentação de 24Vcc, que envia um sinal padronizado, 4 a 20mA, para o controlador programável. A água é aquecida por uma resistência de aquecimento de 1000W/230V, sendo que o seu acionamento é feito em tensão variável entre aproximadamente 5 e 192V a por uma placa de controle de potência a qual recebe um sinal de controle do CLP entre 2 e 7,5Vcc. O controlador programável, a resistência elétrica, a placa de acionamento da resistência, o sensor PT-100, o transmissor de temperatura e a aquisição de dados foram adicionados à planta didática (FESTO, 1998), pois a mesma utilizava um controlador dedicado para realizar apenas o controle de nível e não apresentava a possibilidade de controle de temperatura. O controlador programável CompactLogix 5320 foi utilizado neste projeto por possuir as características necessárias para a aplicação, são elas: a) Quatro saídas digitais, possibilitando habilitar o funcionamento do sensor ultrassônico, do amplificador de acionamento da bomba, do transmissor

22 22 de temperatura e da placa de acionamento da resistência (ligando a bobina de um contator auxiliar), liberando a energia ou o sinal de comando para o funcionamento destes dispositivos; b) Cinco entradas digitais (24Vcc), sendo que apenas uma foi utilizada para o botão de emergência que desliga a bomba e a resistência quando atuado; c) Quatro entradas analógicas (0 a 20mA ou 0 a 10Vcc), sendo que duas foram utilizadas, uma para ler o sinal do sensor ultrassônico e outra para o transmissor de temperatura, ambas com leitura em sinal de corrente; d) Duas saídas analógicas (0 a 20mA ou 0 a 10Vcc), sendo que as duas foram utilizadas para gerar sinais de tensão para regular o funcionamento do amplificador de acionamento da bomba e da placa de acionamento da resistência. O controlador programável lê os sinais do sensor ultrassônico e do transmissor de temperatura através de duas entradas analógicas, executa a função de controle e regula o funcionamento dos atuadores (bomba e resistência elétrica) através das saídas analógicas. As entradas e saídas analógicas do controlador programável possuem resolução de 16 bits, os valores de corrente de 0 a 21mA e tensão de 0 a 10,5V são convertidos em uma escala linear de 0 a Esta definição é importante para realizar a calibração dos sensores e atuadores. Inicialmente, pretendia-se utilizar um sistema supervisório para aquisição de dados, entretanto por restrições da versão utilizada, não foi possível implementar a comunicação do supervisório com o controlador. Dessa forma optou-se por utilizar um multímetro digital com comunicação via porta serial e optoacoplador para a comunicação com o PC através do programa UT- 60E. O multímetro utilizado para realizar a aquisição de dados mede a corrente do sensor ultrassônico ou do transmissor de temperatura, permitindo a geração da curva de resposta transitória do sistema de controle de nível e de temperatura. A partir da curva pode-se estimar a função de transferência. Este multímetro também permite a medição direta de temperatura, permitindo utilizálo como padrão para a calibração do transmissor de temperatura.

23 23 A montagem do sistema está representada nas fotos da Figura 3.1. Figura 3.1: Fotos da ligação dos equipamentos A partir das respostas dinâmicas calcularam-se os ganhos dos controladores através de um projeto de um controlador PI baseado na dinâmica dos pólos em malha fechada para adequar os parâmetros de máximo pico e tempo de acomodação. E serão feitas novas aquisições para testar o funcionamento do sistema. A Figura 3.2 apresenta o esquema de ligação do controlador programável com as fontes externas, a bomba, a resistência, o amplificador de acionamento da bomba, a placa de controle de potência na resistência, o

24 24 sensor ultrassônico, o transmissor de temperatura, o PT-100 e o contator para liberar o funcionamento da placa de acionamento da resistência. Figura 3.2: Esquema de ligação dos equipamentos

25 25 4 PROGRAMAÇÃO DO CONTROLADOR Neste capítulo serão estudas as principais características de ligação e programação do controlador programável CompactLogix 5320 e do programa RSLogix 5000, ambos produzidos pela empresa Rockwell Automation. Optou-se por manter este capítulo mais detalhado, com o formato de um tutorial, pois o texto apresentado sintetiza informações esparsas em diversos manuais, tendo sido originado a partir do estudo para instalação e programação do controlador, o qual não poderia ser avaliado apenas pelo programa apresentado. Acredita-se que as informações serão importantes para a utilização da planta didática, bem como para implementação de trabalhos futuros. 4.1 Características do Controlador Compact Logix 5320 Na Figura 4.1 (ROCKWELL, 2003a) pode ser observada a CPU do controlador programável da série CompactLogix utilizado neste projeto, o qual é produzido pela empresa Rockwell Automation. Figura 4.1: CPU do controlador programável