Automação (AUT) Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC) Centro de Ciências Tecnológicas (CCT) Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) INTRODUÇÃO AOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 2018-2 Prof. Eduardo Bonci Cavalca
Conteúdo da Aula Histórico Características Estrutura do hardware Principais partes Descritivo das principais partes 2
Histórico A NEMA (National Electrical Manufacturing Association - USA) definiu, em 1978, o controlador programável da seguinte forma: Aparelho eletrônico digital que contém uma memória programável para armazenamento de instruções que são utilizadas para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, com o objetivo de controlar máquinas e processos. Surgimento: indústria automobilística em 1968 por Richard Morley, engenheiro da Hydronic Division da GM. Problema: custo e dificuldade de mudar a lógica de controle dos painéis de comando (lógica de relés). 3
Características Objetivos: Flexibilidade de utilização Facilidade de programação Facilidade de expansão O hardware ocupa pouco espaço físico e consome baixa potência elétrica. Capacidade de operação em ambiente industrial sem o apoio de equipamentos específicos. Emitem baixos níveis de ruídos elétricos. As características dos CLPs devem ser analisadas antes da escolha do equipamento adequado ao nível da automação a ser implementada. 4
Características Confiáveis: apresentam pouca incidência de defeitos. A manutenção requer mão de obra qualificada. Utilização de até cinco linguagens de programação padronizadas e amplamente conhecidas. Podem ser reprogramados, portanto, são reutilizáveis. Apresentam interface de comunicação com outros equipamentos, o que permite a coleta de informações e a alteração de parâmetros da produção. É possível alterar o programa de controle ou fazer o diagnóstico de falhas com o equipamento em funcionamento. 5
Estrutura do Hardware Os controladores lógicos programáveis, na maioria das vezes são equipamentos disponibilizados em módulos, ou seja, cada configuração pode ser montada pelo usuário de acordo com a sua necessidade. Em alguns casos podem ser disponibilizados de forma compacta, onde sua configuração não pode ser alterada. 6
Principais Partes CPU (Central Processing Unit) Memórias Fonte de alimentação Bateria Módulos de entradas/saídas Módulos especiais 7
Unidade Central de Processamento A unidade central de processamento é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereços, de dados e de controle. Scan time ou tempo de varredura : significa o tempo de execução de um programa. A maioria dos fabricantes informam o tempo de processamento por instrução. Porém, scan time pode variar a cada novo ciclo, ao passo que, alguns CLPs permitem ajustar um tempo fixo para o scan, desde que seja o suficiente para executar todas as funções. 8
Ciclo de Scan 9
Modos de Operação Programação (STOP): não executa o programa do usuário e não atualiza os estados das saídas. A função principal desse modo é permitir a transferência e/ou a alteração do programa do usuário e a configuração de parâmetros da CPU. Execução (RUN): executa o programa do usuário para realizar o controle desejado. Alguns CLPs permitem a alteração do programa mesmo estando neste modo. Remoto (REM): o controle e modo de operação é controlado por um terminal remoto. 10
Tipos de Memórias RAM Random Acess Memory: memória volátil, ou seja, perde os dados com a falta de alimentação. Os dados podem ser gravados e alterados rapidamente e facilmente. ROM Read Only Memory: memória somente para leitura e seus dados não se perdem caso ocorra falta de energia. Nela são armazenados os dados do programa de controle do funcionamento do CLP, gravados pelo fabricante. EEPROM Erasable Electrical Programable Read Only Memory: apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de reprogramação existente nas RAM. Vida útil limitada pelo número de reprogramações (da ordem de dez mil operações limpeza/escrita). Flash EEPROM: memória do tipo EEPROM que permite que múltiplos endereços sejam apagados ou escritos numa só operação. Gravação é mais rápida que a EEPROM. 11
Arquitetura de Memórias Memória do programa monitor (firmware): responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP e não pode ser alterada pelo usuário; Memória do usuário: onde fica gravado o programa desenvolvido pelo usuário, a qual pode ser alterada pelo mesmo; Memória de dados: destinada a armazenar temporariamente os dados gerados pelo programa do usuário. Valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. Memória de imagem das entradas/saídas: a cada ciclo de leitura, armazena os estados de cada uma das entradas ou das saídas. 12
Fonte de Alimentação Fornece energia aos elementos eletrônicos internos do controlador. Protege os componentes do CLP contra os picos de tensão. Programada de forma a suportar as perdas rápidas de alimentação externa sem afetar a operação do sistema. 13
Bateria Usadas para manter o relógio em tempo real, reter parâmetros ou programas (memórias do tipo RAM), guardar configurações de equipamentos, etc... Normalmente são recarregáveis e do tipo longa vida (chegando a 10 anos de vida útil). Podendo manter os dados sem energia elétrica até por 30 dias. Dependendo do CLP pode-se utilizar um capacitor no lugar da bateria. 14
Módulos Os principais módulos existentes para a utilização do CLP são: Módulo de entradas e saídas discretas (digitais) Módulos de estradas/saídas analógicas Módulos especiais 15
Entradas e Saídas Digitais Classe mais comum de interface de entrada/saída Trata sinais do tipo ON/OFF ou aberto/fechado Controle de dispositivos que somente requerem comutação em dois estados, ligado ou desligado Normalmente, os módulos de entrada/saída são dotados de: Isolação óptica para proteção da CPU, fonte de alimentação e demais módulos. Indicadores (LEDs) de status para auxílio durante a manutenção. Conectores removíveis que reduzem o tempo de manutenção e/ou substituição dos módulos. 16
Entradas Digitais CC consumidora (sink) CC fornecedora (source) Entrada CA 17
Saídas Digitais Transistor / Triac Relé Chaveamento eletrônico para cargas DC (transistor) e para cargas AC (triac). Vantagem: alta vida útil, alta frequência de chaveamento, ocupam pouco espaço no módulo, isolação entre módulo e carga. Desvantagens: baixa proteção contra sobrecorrente e curtocircuito, geralmente utilizado para cargas de baixa potência (100 a 500 ma). Chaveamento eletromecânico para cargas AC ou DC. Vantagem: alta isolação entre módulo e carga, permite chavear cargas de média potência. Desvantagens: vida útil limitada pelo desgaste mecânico, baixa frequência de chaveamento. 18
Entradas Analógicas Características importantes na escolha do módulo: Quantidade de canais disponíveis: 2, 4, 8 ou 16 canais. Faixa de operação: corrente (0-20mA, 4-20mA), tensão (0-10V, ±10V) ou temperatura. Resolução do conversor A/D: 8, 10, 12 ou 16 bits. Tempo de amostragem: tempo necessário para que os sinais analógicos sejam digitalizados e disponibilizados para a CPU. 19
Saídas Analógicas Características importantes na escolha do módulo: Quantidade de canais disponíveis: 2, 4, 8 ou 16 canais. Isolação: isolados (isolação galvânica) ou não isolados (comuns). Faixa de operação: corrente (0-20mA, 4-20mA) ou tensão (0-10V, ±10V). Impedância: apresenta as resistências mínima e máxima a que o canal de saída pode ser conectado. Resolução do conversor D/A. Ciclo de atualização. 20
Módulos Especiais PT-100: Possui função específica para aquisição de dados de um sensor de temperatura (resistor variável de platina). 21
Módulos Especiais Módulos remotos de E/S Instalação de módulos de entradas/saídas distante do controlador programável. Composto por fontes de alimentação, módulos I/O e adaptadores de comunicação. Vantagens em termos de fiação de campo e custos de manutenção em grandes sistemas. Na utilização de módulos remotos deve-se analisar os seguintes fatores: Velocidade de comunicação do módulo remoto com a CPU. A possibilidade de interferência externa na rede. Falhas no equipamento remoto. 22