MÓDULO 5: SENSORES E CLP. Prof. André Pedro Fernandes Neto

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1 MÓDULO 5: SENSORES E CLP Prof. André Pedro Fernandes Neto

2 Sensores Os sensores tornaram-se vitais na indústria e os fabricantes estão mostrando uma tendência de integração de equipamentos controlados por computador. No passado, os operadores eram os cérebros de um equipamento e fonte de toda informação sobre a operação de um processo. O operador sabia se as peças estavam disponíveis, que peças estavam prontas, se eram boas ou más, se o trabalho feito com ferramentas estava aceitável, se o dispositivo elétrico estava ligado ou não, e assim por diante. O operador podia detectar problemas na operação vendo, ouvindo, sentindo (vibração, etc..), e cheirando problemas. O PLC pode usar sensores simples para verificar se peças estão presentes ou ausentes, para medir peças, e mesmo para verificar se o produto está vazio ou cheio. O uso de sensores para monitorar processos é vital para o sucesso de uma manufatura e para assegurar a segurança do equipamento e do operador. De fato, os sensores executam tarefas simples mais eficientemente e mais precisamente do que pessoas. Os sensores são muito mais rápidos e cometem poucos erros.

3 TIPOS DE SENSORES Sensores Digitais Sensores Óticos - Sensibilidade Claro/Escuro: Sensibilidade à Luz (Light-on): Sensibilidade ao Escuro (Dark-on): Funções de Temporização: Sensores Eletrônicos de Campo Sensores Analógicos

4 TIPOS DE SENSORES Sensor Codificador: Um sensor codificador é usado para retroalimentação da posição e em alguns casos para retroalimentação da velocidade. Os dois tipos principais de codificadores são: incrementais e absolutos; incremental é o tipo o mais comum. A precisão de um codificador é determinada pelo número de linhas no disco do codificador.

5 TIPOS DE SENSORES Codificador Incremental: Um codificador incremental cria uma série de ondas quadradas. Os codificadores incrementais estão disponíveis em várias resoluções, que são determinadas pelo número de frestas através das quais passa a luz.

6 TIPOS DE SENSORES Codificadores Absolutos: O codificador absoluto fornece um byte de saída com um único padrão que representa cada posição.

7 SENSORES ELETRÔNICOS DE CAMPO Os sensores eletrônicos de campo detectam objetos produzindo um campo eletromagnético. Se o campo for interrompido por um objeto, o sensor é ligado. Os sensores de campo são uma ótima opção para ambientes sujos ou molhados onde um fotosensor pode ser afetado pela sujeira, líquidos, ou contaminação transportada por via aérea. Sensor Indutivo Usados para detectar objetos metálicos, o sensor indutivo trabalha pelo princípio da indução eletromagnética. Sensores Capacitivos Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques.

8 SENSORES ANALÓGICOS Acuidade, Precisão, e repetibilidade A acuidade pode ser definida como quão próxima é a medida fornecida pelo sensor da quantidade verdadeira que está sendo medida. A precisão determina quão próximos são os valores fornecidos por diversos sensores ao medir uma mesma variável. A repetibilidade é habilidade de um sensor de repetir suas leituras precedentes. Termopares - É um dos dispositivos mais comuns para a medida da temperatura em aplicações industriais. O princípio da operação baseia-se em unir metais diferentes e produzir uma pequena tensão. A saída da tensão é proporcional à diferença na temperatura entre as partes frias e quentes.

9 SENSORES ANALÓGICOS Sensores de Lingueta Magnetica Strain Gages Sensores de Pressão

10 CONSIDERAÇÕES PARA INSTALAÇÃO DE SENSORES Elétricas A consideração principal na instalação de sensores é o limite da corrente elétrica aplicável. A corrente de saída (carga) deve ser limitada para a maioria dos sensores a uma corrente de saída bastante pequena. O limite da saída fica geralmente entre 50 e 200 miliampères. Se a carga aplicada for superior ao limite do sensor, o sensor falha e precisa ser substituído. Mecânicas Os sensores mecânicos devem ser montados horizontalmente sempre que possível para impedir o acúmulo das lascas e resíduos sobre o sensor, o que poderia causar falsas leituras. Em uma posição vertical, pequenas lascas, sujeira, óleo e assim por diante, podem acumular-se na superfície do sensor, causando mal funcionamento. Na posição horizontal, estes resíduos escorregam e caem.

11 PLC Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções especificas, tais como lógica, seqüencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas

12 Terminológia Há vários termos e abreviaturas para descrever o controlador programável: PC - programmable controller (UK) PLC - programmable logic controller (EUA) PBS - sistema binário programável (Suécia) CP - controlador programável (Portugal) CLP - controlador lógico programável (Brasil)

13 Evolução Ano Tipo de desenvolvimento 1968 Desenvolvimento do controlador lógico programável 1969 CPU com instruções lógicas, 1 k de memória e 128 E/S 1974 Uso de vários processadores dentro do CLP, contadores e temporizadores, operações aritméticas, 12 k de memória e 1024 pontos E/S 1976 Introdução de sistemas de E/S remotos 1977 Introdução de CLP baseado em microprocessador 1980 Desenvolvimento de módulos E/S inteligentes melhoria nas facilidades de comunicações Melhoria nas características de programação Uso de PC como auxilio de programação 1983 Uso de pequenos computadores pessoais de baixo Custo Uso de memórias não voláteis NVRAM 1985 Circuitos de todos os níveis do CLP, computador e máquina de conformidade com as normas GM MAP Controle hierárquico distribuído de processo Redes Ópticas 1990 Sistemas pequenos (shoe box) Sistemas para competir com ou substituir SDCD

14 Comparação com outros sistemas O CLP possui características de programação que o tornam mais atraente como controlador do que vários outros equipamentos industriais: 1. facilidade e flexibilidade para alterar os programas lógicos. O mesmo CLP é reprogramado e continua a operar com lógica diferente. 2. facilidade de programação com a lógica do diagrama ladder. 3. o programa lógico pode ser armazenado para a inserção direta em vários outros sistemas ou em um sistema reserva (back up). 4. no caso de defeito, as lâmpadas de status no CLP informam ao operador que parte do sistema está defeituosa.

15 Terminológia PLC CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento): compreende o processador (microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado), o sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de controle; Circuitos/Módulos de 1/0 (Input/Output - Entrada/Saída): podem ser discretos (sinais digitais: 12VIDC, 11OVAC, contatos normalmente abertos, contatos normalmente fechados) ou analógicos (sinais analógicos: 4-2OmA, 0-1 OVDC, termopar); Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação fornecida à CPU e aos Circuitos/Módulos de 1/0. Em alguns casos, proporciona saída auxiliar (baixa corrente); Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e elétrica entre a CPU, os Módulos de 1/0 e a Fonte de Alimentação. Contém o barramento de comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão de alimentação estão presentes.

16 Estrutura Básica de um PLC e a Foto de um PLC comercial

17 Vantagem do PLC Isolamento Ótico: Uma tarefa importante que a seção de entrada de um PLC executa é o isolamento. A CPU do PLC deve ser protegida do mundo exterior mas deve ser capaz de receber dados de entrada dele. O isolamento ótico executa tipicamente esta função. Nenhuma conexão elétrica existe entre o mundo exterior e a CPU, e os dois são separados oticamente. Entretanto, o mundo exterior fornece um sinal que liga uma luz na placa da entrada. A luz ilumina um receptor, e o receptor é ligado.

18 Vantagem do PLC 1. O exame dos sinais de entrada do processo 2. A execução das instruções lógicas destes sinais de entrada conforme programa armazenado em sua memória 3. A produção de sinais de saída para acionar equipamentos de processo ou máquinas. Flexibilidade Capacidade e Expansão Facilidade de Alterações e Correções Baixo Custo Observação Visual

19 Desvantagem do PLC Nova Tecnologia É difícil mudar as mentes e os corações de algumas pessoas que estão acostumadas a trabalhar e lidar com relés e diagramas ladder para uma tecnologia digital de CLP. Aplicações de Programas Fixos Algumas aplicações são de uma única função. Talvez não valha a pena usar um CLP que tem a capacidade de programação múltipla, quando esta capacidade não é necessária. Um exemplo, é o uso de seqüenciadores ou controladores mecânicos, a cilindro (drum).

20 Componentes do CLP O CLP é um computador com propósito específico com três áreas funcionais: 1. unidade de processamento central 2. memória 3. módulos de entrada e de saída Todas estas áreas são alimentadas por uma ou várias fontes de alimentação. Para funcionar conforme programado, o CLP deve carregar o programa de instruções de um terminal externo. A unidade separada de programação para carregar os programas de controle para a memória do CLP fica fora da sua operação.

21 Componentes do CLP

22 Aplicações do CLP

23 Aplicações do CLP Sensores ultra-sônicos Saída analógica do sensor para controlar precisamente a correia. Mede a altura dos objetos.

24 Aplicações do CLP

25 Componentes do CLP Podem ser usados dois equipamentos básicos de programação do CLP: programador portátil e programador a CRT. O programador portátil permite o operador entrar um programa um Contato por vez. Um programador com CRT permite o operador ter uma visão do programa no CLP. Os diagramas ladder são desenhados na tela, como no papel. O tempo do projeto e da pesquisa de defeito é reduzido com o uso do CRT.

26 OPERAÇÃO BÁSICA A CPU executa a leitura dos status (condições, estados) dos dispositivos de entrada por meio dos Circuitos/Módulos de 1/0. Esses status são armazenados na memória (RAM) para serem processados pelo Programa de Aplicação (desenvolvido pelo usuário e armazenado em memória RAM, EPROM ou EEPROM no PLC). Após a execução do Programa de Aplicação, o processador A programação do PLC é feita por meio de uma Ferramenta de Programação que pode ser um Programador Manual (Terminal de Programação, Handheld Programmer), ou um PC com Software de Programação específico (ambiente DOS ou Windows).atualiza os status dos dispositivos de saída por meio dos Circuitos/Módulos de I/O, realizando a lógica de controle.

27 OPERAÇÃO BÁSICA

28 OPERAÇÃO BÁSICA A Linguagem Ladder (RLL - Relay Ladder Logic, Lógica de Contatos de Relé), muito popular entre os usuários dos antigos sistemas de controle a relés, é a mais utilizada. Esta linguagem é a representação lógica da seqüência elétrica de operação, como ilustrado na figura a seguir.

29 Manutenção do CLP 1. Verificação periódica nos apertos dos parafusos dos terminais dos módulos E/S. Eles podem ficar frouxos com o tempo, principalmente em locais com vibração mecânica. 2. Verificar periodicamente os terminais de conexão quanto a corrosão. Umidade e atmosfera corrosiva causam ligações elétricas ruins. Internamente, os circuitos impressos e conectores podem também sofrer corrosão. 3. Garantir que os componentes estão sem poeira. A camada de poeira impede o resfriamento dos circuitos do CLP. 4. Ter partes de reposição críticas estocadas. Os módulos de entrada e saída são os componentes do CLP que falham mais freqüentemente. O estoque de pecas de reposição é essencial se o fabricante não possui estas pecas para pronta entrega e se ele está distante. As quantidades estocadas dependem dos custos das pecas e do tempo de parada do sistema em caso de falha. 5. Manter uma copia reserva do programa de operação. Estes registros devem ser mantidos distantes da área operacional do CLP. Programas muito longos ou omplexos devem ter copias reserva em locais separados para evitar sua perda em caso de incêndio ou roubo.