Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia de Computação e Automação Controladores Lógicos Programáveis

Transcrição

1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia de Computação e Automação Controladores Lógicos Programáveis Heitor Medeiros Florencio

2 Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são hoje a tecnologia de controle de processos industriais mais utilizada. Essas controladores reduziram muito a fiação associada aos circuitos de controle convencional a relé. O CLP é projetado para arranjos de múltiplas entradas e saídas, faixas de temperatura ampliadas, imunidade a ruído elétrico e resistência à vibração e impacto.

3 Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) O CLP é basicamente um computador digital projetado para o uso no controle de processos, mas diferentemente de um computador pessoal, ele foi projetado para funcionar em um ambiente industrial e é equipado com interfaces especiais de entrada/saída e uma linguagem de programação de controle.

4 Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) A princípio, o CLP era usado para substituir o controle a relé lógico, mas, em decorrência de crescente gama de técnicas de controle, atualmente existem controladores com funções temporização, contagem, cálculos, comparação e processamento de sinais digitais e analógicos.

5 Vantagens Painel de controle baseado em CLP Painel de controle baseado em relé Simplificação nos quadros e painéis elétricos: Toda a fiação do comando fica resumida a um conjunto de entrada e saídas. Sistemas de controle moderno ainda incluem relés, porém são raramente utilizados para a lógica.

6 Vantagens Maior confiabilidade: Como toda a lógica está contida em sua memória, não há chance de cometer erro lógico na fiação.

7 Vantagens Maior flexibilidade: É mais fácil criar e modificar um programa em um CLP do que ligar e religar os fios em um circuito.

8 Vantagens Menor custo: Se uma aplicação utiliza mais de meia dúzia de relés de controle, provavelmente será mais econômico instalar um CLP. Relés continuam sendo utilizados em aplicação de potência.

9 Vantagens Capacidade de comunicações: Um CLP pode comunicar-se com outros controladores ou com qualquer computador para realizar funções como supervisão do controle, coleta de dados e monitoramento de parâmetros do processo, além de baixar e transferir programas.

10 Vantagens Tempo de resposta rápido: Máquinas que processam milhares de itens por segundo e objetos que levam apenas uma fração de segundo próximo a um sensor requerem uma capacidade de resposta rápida do CLP. Linguagens de programação de alto nível: caracterizando um sistema bastante amigável com relação ao operador. Funções avançadas: Controladores podem realizar uma grande variedade de tarefas de controle através de funções matemáticas e controle de informações para relatórios.

11 Vantagens Facilidade de verificação de defeitos: Para detectar e reparar problemas, os usuários podem visualizar o programa de controle em um monitor e observá-lo em tempo real à medida que ele está sendo executado. Processo CLP

12 Partes de um CLP

13 Partes de um CLP

14 Estrutura Fixa/Compacta A estrutura de entradas/saídas fixa é típica dos CLPs de menor porte e é incorporada no equipamento sem separação, sem unidade removíveis. Vantagem: baixo custo. Desvantagem: falta de flexibilidade. Em caso de defeito pontual, toda a estrutura é trocada.

15 Estrutura Modular A estrutura E/S Modular é dividida por compartimentos cujos módulos podem ser plugados separadamente, aumentando a flexibilidade da unidade.

16 Estrutura Modular Os módulos são plugados no rack e estabelecem uma conexão com uma série de contatos, localizada na parte de trás do rack, chamada de placa-mãe (backplane).

17 CPU - CLP O processador (CPU) consiste em um microprocessador para implementar a lógica e o controle das comunicações entre os módulos. Requer uma memória para armazenar os resultados das operações lógicas. O programa do CLP é executado como parte de um processo repetitivo referido como varredura ou exploração (scan).

18 Varredura Varredura: Começa com a leitura do estado (ligado ou desligado) das entradas Finaliza com a atualização dos estados das saídas Repetido continuadamente enquanto estiver em modo funcionamento (RUN)

19 Memórias CLP Interfaces Entrada Interfaces Saída Módulo de Comunicações Microprocessador Memória EPROM: - Start do CLP; - Sistema operacional; - Operações; - Drivers. Memória do Usuário (RAM): - Programa do usuário; - Configurações de dados; - Imagem de dados E/S; - Buffer de comunicação.

20 Memória do Usuário Memória do usuário: Armazena o programa do usuário. A CPU processa esse programa e atualiza a memória de dados internos e a de imagem E/S. Possui dois estados: RUN: em operação, com varredura cíclica; PROG: parado, quando se carrega o programa no CLP.

21 Memórias CLP Microprocessador Memória EPROM Memória do Usuário (RAM): - Armazena o programa do usuário. - A CPU processa esse programa e atualiza a memória de dados internos e a de imagem E/S. Memória de dados internos: Dados referentes ao processamento do programa do usuário, isto é, uma tabela de valores manipuláveis. Memória-Imagem das Entradas e Saídas: Memória que reproduz o estados dos periféricos de entrada e saída.

22 Memória-Imagem

23 Interfaces Entrada/Saída O sistema de entradas/saídas forma a interface com a qual os dispositivos de campo são conectados ao controlador e tem a finalidade de condicionar os vários sinais recebidos e enviados.

24 Interfaces Entrada/Saída Para isolar eletricamente os componentes internos dos terminais de entrada e de saída, os CLPs normalmente empregam um isolador óptico, os quais usam a luz para acoplar os circuitos.

25 Programação e Monitoramento Um dispositivo de programação é utilizado para inserir o programa na memória do processador, com a utilização de alguma linguagem de programação. Dispositivo compacto de programação (Hand-held) Programação usando uma linguagem padrão

26 Programa Um programa é uma série de instruções desenvolvidas pelo usuário que orienta o CLP a executar as ações. A linguagem de programação fornece as regras para combinar as instruções de modo que elas produzam as ações esperadas. A lógica ladder para relé é uma linguagem padrão de programação.

27 Princípios de Funcionamento

28 Problema: Controle do Misturador Um motor misturador é utilizado para agitar o líquido em um tanque quando a temperatura e a pressão atingirem o valor desejado. Um botão de comando separado pode acionar o motor.

29 Solução do Problema via Linguagem Ladder A bobina de partida do motor (M) é energizada quando as chaves de temperatura e pressão são fechadas ou quando o botão de comando manual for pressionado.

30 Solução do Problema: Conexões de Entrada

31 Solução do Problema: Conexões de Entrada

32 Solução do Problema: Exemplo de CLP

33 PC versus CLP

34 Ambiente Industrial O CLP é projetado para operar em ambientes industriais, com ampla faixa de temperatura ambiente e umidade, e um projeto de instalação industrial de um CLP bem elaborado normalmente não é afetado pelos ruídos elétricos inerentes a muitos locais na indústria.

35 Complexidade Os computador são complexas máquinas de calcular capazes de executar vários programas ou tarefas simultaneamente. A maioria dos CLPs executa um programa simples, de modo ordenado e sequencial.

36 Simplicidade do CLP Nos CLPs, a verificação de defeitos é simplificada pelo uso de indicadores de falhas; as mensagens são mostradas em uma tela programada. Os módulos de entrada/saída para conexão de dispositivos de campo são facilmente conectados e substituídos.

37 Análise e Escolha de CLPs

38 Quantidade de E/S A quantidade de entradas/saídas é considerado o critério mais importante. Siemens S7-300 (Modular) Siemens S (CPU 1214C): 14 entradas digitais; 10 saídas digitais; 2 entrada analógicas. Max E/S digitais: 284. Max E/S analógicos: 67.

39 Tipos de Aplicações Existem três tipos de aplicações: terminal único, multitarefa e gerenciador de controle. CD600: Controlador Multiloop

40 Tipos de Aplicações A aplicação de um gerenciador de controle envolve um CLP controlando vários outros. O CLP nesse tipo de aplicação deve ser capaz de se conectar a todos os outros CLPs do sistema.

41 Tamanho da memória Tamanho da memória. A quantidade de memória requerida depende da aplicação. Entre os fatores que afetam a medida da memória necessária para uma determinada instalação de CLP, estão: o número de pontos de entrada/saída utilizados; o tamanho do programa de controle; a necessidade de coleta de dados; a necessidade de funções de supervisão; a expansão futura.

42 Referências PETRUZELLA, Frank D. Controladores Lógicos Programáveis. Tradução: Romeu Abdo; Revisão técnica: Antonio Pertence Júnior. 4 ed. Porto Alegre: AMGH, * Diagramação da aula baseada no material disponibilizado pela editora. 42

43 Referências DE MORAES, Cícero Couto; DE LAURO CASTRUCCI, Plínio. Engenharia de automação industrial. Grupo Gen-LTC,