CLP da GE Fanuc completo

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1 Componentes básicos de um CLP O CLP se divide em vários componentes com funções distintas. O conjunto destes elementos deve ser especificado no projeto do sistema de automação para garantir a sua boa performance. Rack ou Chassi Fonte CPU Memória E/S digitais E/S analógicas Interfaces de Comunicação CLP da GE Fanuc completo Página 19 de 36

2 Rack ou Chassi É o bastidor onde são encaixados os cartões do CLP (fonte, CPU, E/S, módulos de comunicação, etc.). Serve para dar proteção mecânica aos cartões, blindagem eletrostática e suportam o barramento de interligação (back plane) ao qual são ligados os cartões. Fonte de alimentação É o elemento responsável pelo fornecimento de energia elétrica aos demais componentes do CLP. Existem várias fontes fornecidas por cada fabricante, cada uma com uma capacidade de fornecimento e/ou conexão elétrica ( 110 Vac, 24 Vcc, etc...). O projetista do sistema deverá especificar a fonte prevendo ampliações do sistema, caso contrário poderá ser necessário a substituição da fonte para a inclusão de novos componentes no CLP. Página 20 de 36

3 Unidade central de processamento ( CPU ) É o cérebro do CLP, onde todo o processamento é realizado. Processa o programa lógico do CLP armazenado dados na memória, executando as funções lógicas, temporização, contagem, retenção, comparação,, operações aritméticas, PID, totalização e manipulação de dados. Página 21 de 36

4 Em função da configuração e da arquitetura, os CLPs podem ser classificados como: Simplex É o CLP de configuração simples com apenas uma CPU, em caso de falha desta CPU dependendo do projeto todas as saídas do CLP são levadas ao estado seguro ou zeradas. Hot Stand-By É uma configuração em que duas CPUs são utilizadas e apenas uma é a CPU ativa enquanto que a outra fica em stand-by apenas atualizando seus dados sem realizar a lógica implementada. Em caso de falha da CPU ativa a outra CPU assume possibilitando a troca do elemento defeituoso sem a parada do sistema. Esta configuração tem por finalidade aumentar a disponibilidade dos sistemas, é largamente utilizada na Bacia de Campos. Apesar da duplicação das CPUs e outros componentes do CLP, os elementos de entradas e saídas são únicos como no Simplex. Por votação São configurações em que todas as CPUs realizam os cálculos e o resultado final é colocado em votação. A finalidade desta configuração é aumentar a confiabilidade do sistema de intertravamento de segurança. São típicos desta configuração: Votação 2 de 3 ( 2oo3 ) - Onde três CPUs votam se duas votaram de uma maneira e uma de outra o sistema considera as duas estão certas e despreza o resultado da terceira. Votação 2 de 2 ( 2oo2) - Onde duas CPUs votam e tem que achar um resultado, em caso contrário o CLP entra em falha e obriga as suas saídas a posição segura. Neste tipo de CLP a segurança é priorizada em relação à disponibilidade. Votação 1 de 2 (1oo2) onde qualquer CPU atuante aciona a saída correspondente. Memória Cada CPU tem sua memória física onde são guardados os dados, programas e realizados os cálculos necessários ao desempenho do CLP. A capacidade de um CLP está ligada ao tamanho da memória instalada nele. Entradas e Saídas digitais São os elementos responsáveis pelo tratamento dos sinais de entrada e saída do tipo ligado/desligado, verdadeiro/falso. Entradas Digitais Recebem sinais de campo na forma discreta, normalmente em 24Vcc ou 115Vca conforme o tipo do cartão usado. Na UNBC o mais comum é o 24 Vcc. Página 22 de 36

5 As entradas são isoladas por acopladores óticos que protegem o CLP e filtram o sinal do campo. São exemplos de instrumentos que geram entrada digitais: - Pressostatos; - Chaves de Nível; - Termostatos; - Chave fim de curso de válvulas; - Botoeiras de emergência; Saídas Digitais As saídas digitais são isoladas por acopladores óticos que protegem o CLP da saída de potência para o campo. Estas saídas podem ser alimentadas por fontes externas ao rack do CLP. Página 23 de 36

6 São exemplos de instrumentos que recebem as saídas digitais: - Solenóides; - Contatores elétricos; - Alarmes sonoros; - Lâmpadas de sinalização; Entradas e Saídas analógicas São os elementos responsáveis pelo tratamento dos sinais de entrada e saída do tipo contínuos/analógicos, isto é, são sinais que podem adquirir vários valores. Entradas Analógicas Recebem sinais que variam de 4 a 20 ma e os transforma para o correspondente digital. O resultado da conversão é armazenado em um registro de 16 bits. Página 24 de 36

7 São exemplos de instrumentos que geram entradas analógicas: - Transmissores ( Pressão, nível, temperatura, etc...); - Sensores de Gás; - RTD; - Termopares Saídas Analógicas Após o processamento da CPU o registro de oito bits correspondente a saída é transformado por um conversor digital /analógico em sinal de controle de 4 a 20 ma que irá atuar o elemento final de controle para o posicionamento adequado. São exemplos de instrumentos que recebem as saídas analógicas: 16 bits - Válvulas de controle; - Variadores de velocidades de motores elétricos; - aquecedores elétricos; - Posicionadores de válvulas com motores elétricos; Interfaces de Comunicação Página 25 de 36

8 Permitem a comunicação com os CLPs, podem ser fornecidas em cartões independentes ou estarem incluídas nos cartões da CPU. Estes catões permitem a comunicação com diversos padrões elétricos e diversos protocolos de comunicação. São exemplos de padrões elétricos: RS 232 RS 485 RS 422 Ethernet São exemplos de protocolos de comunicação : TCP/IP ( Internet ) Modbus ( Modcom) Controlnet ( ALLEN BRADLEY ) Genius ( GE Fanuc ) Remotas de CLP Um dos recursos que os CLPs dispõe é o de se colocar cartões de entrada e saída próximo aos instrumentos de campo. Este recurso tem como principal vantagem a economia de cabos e bandejamento que seriam necessários para se levar os sinais até a sala dos CLPs. As remotas se comunicam com as CPUs através de redes proprietárias de comunicação. Página 26 de 36

9 Princípio de funcionamento do CLP Processamento LEITURA DOS SINAIS DE ENTRADA INÍCIO DO SCAN INÍCIO DA ATUALIZAÇÃO DAS SAÍDAS O CLP trabalha em ciclos, estes ciclos são chamados de SCAN. Em um Scan o CLP primeiro atualiza todas os registros de suas entradas, depois processa os dados conforme sua programação e só ao final deste processamento atualiza as saídas. Página 27 de 36

10 Programação de CLP Para se programar um CLP deve-se conhecer sua linguagem de programação. A IEC padronizou quatro tipos de linguagens de programação: a LADDER, bloco de funções, Lista de instruções e texto estruturado. Destas a mais utilizada é a LADDER que se consolidou como a linguagem mais utilizada em todos os CLPs. Abaixo um exemplo de programação de uma linha nos quatro padrões da IEC: 1- Diagrama Ladder A B C ( ) 2- Lista de Instrução LD A ANDN B ST C 3- Texto estruturado C = A AND NOT B 4- Bloco de funções AND A C B Para se programar um CLP é necessário computador e um software programador, isto é, uma interface que possibilite ao técnico inserir um programa no CLP. Cada fabricante tem seu programador que também depende do modelo do CLP, por exemplo: Fabricante GE Fanuc Allen Bradley Altus Programador LM90 Contrologix MasterTools Página 28 de 36

11 Para cada fabricante existe uma forma de endereçamento diferente, e cada modelo do mesmo fabricante pode ter características diferentes que o Técnico programador deve conhecer. A tabela abaixo para exemplifica as diferentes formas de endereçamento da Allen Bradley e da GE Fanuc : Tipo de Sinal Entrada Discreta Saída Discreta Entrada Analógica Saída Analógica AB I:001/00 O:001/00 N:001/00 N:001/00 GE %I00001 %Q00001 %AI00001 %AQ00001 Diagrama Ladder Forma de programação usada para passar instruções ao CLP sobre como deve ser executado o plano de controle. Utiliza símbolos similares aos usados em diagrama elétrico de reles como linguagem de programação. Símbolos básicos do Diagrama Ladder Examine On Indica a necessidade de que o ponto monitorado tenha valor 1 para que seja satisfeita a condição de se energizar o circuito. Examine Off Indica a necessidade de que o ponto monitorado tenha valor 0 para que seja satisfeita a condição de se energizar o circuito. Bobina ( Energizar saída ) Indica que todas as condições foram atendidas para que se energize a saída. Página 29 de 36

12 Com a associação destes símbolos básicos podemos programar vários circuitos com diversas utilidades. Por exemplo: Circuito simples A C Onde uma entrada energiza uma saída. Circuito em série A B C Onde duas ou mais condições tem que ser atendidas para energizar a saída. Circuito em paralelo A C B Onde o atendimento de qualquer uma das condições em paralelo energiza a saída. Circuitos série-paralelo : A C D B Página 30 de 36

13 Onde deve ser satisfeita a condição A ou B e a condição C para energizar D. A B D C Onde deve ser satisfeita a condição A e B ou a condição C para energizar D. Circuito de selo A B B Onde o acionamento da entrada A aciona a bobina B e o próprio sinal do acionamento da bobina mantém a bobina energizada. Note que neste circuito manterá a bobina energizada após o primeiro acionamento, para corrigir este problema devemos combinar com um circuito em série para desligar o circuito. A C B B Onde o acionamento de C desligaria o circuito. Página 31 de 36

14 7 SUPERVISÓRIOS Características e implementações O CLP, por si só, não apresenta uma interface apropriada para fornecer as informações necessárias aos operadores. Para isto foram desenvolvidos os sistemas supervisórios, que nada mais são do que hardwares e softwares dedicados a transformar informações provenientes dos instrumentos de campo, dos próprios CLPs ou mensagens de erro em algo perceptível aos operadores. Como características principais dos supervisórios podemos incluir: Interface amigável com o operador; Histórico de alarmes e variáveis; Dinâmica com gráficos; Integração dos dados de todos os CLPs dos sistemas da plataforma; Emissão de relatórios; Registro de eventos. Estrutura O sistema supervisório é constituído de Telas e janelas. As telas tem como características principais a ocupação de todo o espaço disponível no monitor e a apresentação de vários dados de um sistema para o operador. A Janela é normalmente acionada de dentro de uma Tela e tem como características principais a ocupação de apenas uma parte da área do monitor e de ser específica para um determinado instrumento. Página 32 de 36

15 Tarefas realizadas através dos supervisórios: By pass e Override - Para se executar alterações, manutenções e sanar defeitos espúrios dos sistemas pode ser necessário a inibição dos sinais de campo ou das saídas do CLP. Em automação a inibição do sinal de entrada é conhecido como By pass, assim como a inibição do sinal de saída é conhecido como override. Acionamento e desligamento de equipamentos a operação de equipamentos a distancia por meio de botões virtuais nas telas. Reconhecimento de alarmes A operação de reconhecimento de alarmes registra no histórico do supervisório o momento em que o operador respondeu a um alarme gerado pelo sistema de automação. Os alarmes no sistema supervisório gera uma indicação visual e uma indicação sonora, estas indicações só serão interrompidas ao se reconhecer o alarme. Sinalização do estado operacional dos equipamentos O sistema supervisório indica através de um código de cores o estado operacional dos equipamentos, válvulas de acionamento remoto ( XV, SDV, BDV ). Alteração de parâmetros Para facilitar mudanças na estratégia de controle dos controladores PID é disponibilizada uma janela onde os parâmetros relevantes ao operador podem ser alterados. Na janela representada acima o operador pode alterar o SET POINT, os ganhos do controlador a ação do controlador, direta ou reversa, e se o controlador está em automático ou manual. ECOS e ESC Na Bacia de Campos são utilizadas duas tecnologias de supervisórios, ECOS e ESC. A ECOS, Estação Central de Operação e Supervisão, é baseada em microcomputadores ALPHA/RISC com sistema operacional Open VMS da Digital/Compaq, o software supervisório é o VXL da CSI. A ESC, Estação de Supervisão e Controle, é baseada em microcomputadores padrão IBM/PC com sistema operacional Windows NT TM da Microsoft, o software supervisório é o InTouch TM da Wonderware Corporation. Página 33 de 36

16 Ambas as tecnologias são utilizadas para indicar ao operador de forma gráfica a situação dos sistemas das plataformas. Os exemplos das figuras deste capítulo mostram uma tela que representa o manifold de produção de uma plataforma, e uma janela de configuração de um controlador PID. Relação das plataformas da UN-BC que possuem ECOS e ESC: ECOS P-08, P-18, P-19, P-20, P-25, P-27, P-31, P-32, P-33, P-35, P-37, P-47, PCE-1. ESC P-07, P-09, P-12, P-15, PGP-1, PPG-1, PVM-1, PVM-2, PVM-3, PCP-1/3, PCP-3, PCH-1, PCH-2, PPM-1, PNA-1 e PNA-2. Driver de comunicação Para que o supervisório possa ser o mesmo para todos os tipos de conexões de rede e fabricantes de CLP, foi criada uma interface que faz a tradução dos métodos de comunicação, endereçamento e outros detalhes. A esta interface é dado o nome de driver de comunicação. Sem o driver de comunicação não existe a comunicação entre os componentes de controle, CLP, e os elementos de supervisão, supervisórios. O driver de comunicação tem que estar sempre ativo na estação de trabalho, ECOS e ESC. Se a estação de trabalho se comunica com diversos CLPs de diversos fabricantes, são necessários vários drivers de comunicação para a realização efetiva da comunicação. Página 34 de 36

17 8 REDES As redes de automação e de informática são amplamente utilizadas para comunicação de dados entre diversos equipamentos microprocessados. As redes de informática surgiram da necessidade de se compartilhar as informações em tempo real com outros usuários. Do mesmo modo a automação teve necessidade de fazer a comunicação entre os diversos sistemas. Podemos definir as redes de automação então como o meio através do qual os equipamentos microprocessados se comunicam entre si. Para se definir uma rede é necessário conhecer o seu padrão de transmissão e o protocolo de comunicação utilizado. O padrão transmissão se refere ao tipo de padrão condutor adotada pela rede, por exemplo Serial ( RS-232, RS-485 ), Ethernet, Token Ring etc...já o protocolo se refere a como são as regras de comunicação adotadas pela rede, por exemplo TCP/IP, Modbus, Decnet, etc... Meio Físico de transmissão Uma informação importante a ser dada sobre a rede é o meio físico de transmissão de dados que a rede utiliza, é definido pelo meio condutor. O meio físico da rede pode gerar restrições para a rede, como distancia máxima, atenuação de sinal, ruídos, etc São exemplos de meio físico: Cabos elétricos - Par trançado, fios paralelos, etc. Cabos óticos Ar - Rede por rádio-modem ou wireless Devido as suas características as redes de automação podem ser divididas em redes de campo, redes de controle e redes de informação. Redes de campo As redes de campo são aquelas em que os instrumentos falam entre si ou com o mestre da rede. Normalmente são redes de baixa velocidade em que transitam poucas informações. São exemplos destas redes Foundation, Devicenet, Profibus, Hart, etc. Redes Proprietárias/Controle São redes normalmente entre os CLPs principais e suas remotas, sendo usados também como redes de comunicação entre CLPs. A característica principal destas redes é que elas são proprietárias, isto é, foram desenvolvidas por um fabricante de CLP e só podem ser utilizadas entre CLPs do mesmo fabricante ou de seus parceiros. São redes determinísticas, isto é, todos os componentes da rede tem um tempo definido para a comunicação. São exemplos deste tipo de rede Genius ( GE Fanuc ), ControlNet ( AllenBradley ), Alnet ( ALTUS ), Modbus ( Modicom), etc... Redes Abertas/Informação São as redes de comunicação de massa, normalmente de grande velocidade e destinadas troca de informações entre os CLPs e os supervisórios. São exemplos destas redes TCP/IP, Decnet. Página 35 de 36

18 Arquitetura de Redes de Automação nas Unidades de Produção ( Arquitetura Geral) Página 36 de 36