de Controladores Lógicos Programáveis

Gílson Maekawa Kanashiro Reconstituição de Projetos de Controladores Lógicos Programáveis Uma abordagem para conversão da linguagem Ladder para Gráficos de Funções Seqüenciais Design Recovery for Relay Ladder Logic - A. Falcione & B. H. Krogh Orientador: Cap Carrilho

Sumário 1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC) 2) Algoritmo de conversão a) Emulação de RLL através de SFC Gráficos: Simultaneidade Dependência Simultaneidade Condensado Decomposições: Componentes conexos Conectividade total Grafos de seqüência b) Implementação 3) Conclusão

Carro-chefe da automação industrial Crescente uso de CLP na automação de processos industriais Evolução da linguagem de programação CLP (Sequential Function Chart - SFC) Necessidade de tradução de antigos projetos (linguagem ladder ) para uma linguagem atual (SFC)

Controlador Lógico Programável Controlador: baseado em microprocessadores Ciclo ou varredura: entradas +programa+saídas N variáveis de estado Q(x), x=1, 2,..., N M variáveis de entrada U(y), y=1, 2,..., M Q(x)=P{Q(x-1),U(y)}, onde x>=1 e Q(0) é um estado inicial

Lógica Ladder para Relés Varredura ordenada nos R degraus Bobina de saída é representada por um círculo " AND, OR e NOT serão os símbolos ".", "+" e "!" " AND -> variáveis em série " OR -> variáveis em paralelo o i :=B j (Q,U), j=1,...,r, onde o j pertence a Q U U O número de degraus R é exatamente o número de variáveis de estado: R=N e Q={q 1, q 2,..., q R }. Além disso, assume-se que as variáveis de estado são indexadas de tal forma que as saídas do degrau j é q j :=B j (Q,U) v 1 = (start+v 1 ).!ls 2.!v 3

Gráficos de Funções Seqüenciais Consiste de etapas q i = variáveis estado + entrada 1) Ler a entrada física 2) Varrer todos as etapas ativas 3) Avaliar as receptividades etapas a serem habilitadas etapas a serem desabilitadas 4) Atualizar a marcação SFC 5) Varrer os passos habilitados 6) Configurar as saídas Tipos de estrutura divergência simples divergência paralela Elementos do SFC retângulo duplo ou negritado receptividades esquerda para a direita variáveis de marcação M indicam passos ativos

Emulação de RLL através de SFG SFC's básicos (2 etapas) uma inicial, e; outra aos quais todos os degraus ladder se referem O SFC básico é gerado pela inspeção direta de um diagrama ladder. <---- As bobinas v1, m, h, tl, v4, v2, al e v3 são as variáveis de estado da segunda etapa no SFC básico ao lado --------->

Emulação de RLL através de SFC Variáveis de estado, que não possam estar ativas paralelamente em ladder, são associadas a estruturas de caminho simples Variáveis de estado que podem estar ativas paralelamente são associadas a etapas SFC em estruturas de caminho paralelo

Gráfico de Simultaneidade O gráfico não-direcionado contém informações de como as variáveis de estado podem estar ativas simultaneamente Composição: Pontos ou nós => variáveis de estado, saída dos degraus (etapas) linhas => indicam simultaneidade 6 degraus no ladder <=> 6 etapas no SFC q 1 e q 2, q 2 e q 4, q 2 e q 5 são variáveis de saída simultâneas mas, q 4 e q 5, q 2 e q 6, q 3 e q 6 não são simultâneos

Gráfico de dependência O gráfico direcionado contém informações de como os degraus dependem das saídas de degraus anteriores Os degraus que dependem de um anterior devem ser varridos na mesma ordem no SFC Composição: pontos ou nós => variáveis de estado, saídas dos degraus (etapas) setas => indica dependência Exemplo: q 2 depende de q 1, q 4 depende de q 1 mas,... q 5 é independente de todas as variáveis

Gráfico de Simultaneidade Condensado É um gráfico não-direcionado resultante dos gráficos de simultaneidade e de dependência Os degraus dependentes de anteriores são mantidos na mesma etapa SFC Fusão de nós interconexos mantendo as mesmas conexões do gráfico de simultaneidade Gráfico de dependência: {q1, q2, q4}, {q3, q6} e {q5}

Decomposição de Gráficos de Simultaneidade O gráfico de simultaneidade condensado, durante a reconstituição do projeto, passa por duas operações de decomposição decomposição de componente conectado X estrutura de caminho simples decomposição de conectividade total X estrutura de caminho paralelo

Decomposição de Componentes Conexos DCC(G) => subgráficos {G 1, G 2,...} em que cada G i =(N i,l i ) 1) nenhum nó em G i está conectado a um nó em G j, i!=j G I G J 2) os conjuntos de nós para os subgráficos em DCC(G) formam uma partição para N 3) os conjuntos de bordas para os subgráficos em DCC(G) formam uma partição para L 4) número de nós e bordas não se altera

Decomposição de Componentes Conexos Associações e Correspondências variáveis de estado X novas etapas (de acordo com os conjuntos de nós) etapas SFC X subgráfico G i

Decomposição de Conectividade Total FCD(G) => subgráficos {G 1, G 2,...} em que cada G i =(N i,l i ) 1) O nó considerado é conexo a todos os outros 2) Cada subgráfico gerado por FCD(G) forma uma partição do conjunto N 3) Cada linha de G está em no máximo um dos subgráficos E 1 E 2... Ee E I E J = 4) O número de nós não se altera, mas o número de linhas é igual ou menor que o gráfico original 5) Alternativa de implementação: grafos negativos

Grafos de Seqüência Exemplo de gráfico de seqüência e a respectiva estrutura de divergência simples

Grafos de Seqüência Observar que Pr2 ATIVA q4 e DESATIVA q1 O grafo direcionado mostra a seqüência em seu percurso que vai de q1 para q4

Grafos de Seqüência O grafo de seqüência ainda será modificado: 1) Remoção de estruturas desnecessárias ( percursos entre os nós n i e n j de estruturas diferentes são os mesmos) 2) Remoção de loops Observar que Pr2 ATIVA q4 e DESATIVA q1 O grafo direcionado mostra a seqüência em seu percurso que vai de q1 para q4

Implementação

Implementação Sistema de neutralização - Descrição 1) Sensores: - ts e as: ambos ativados indicam neutralização completada. - ls1, ls2 e ls3: indicadores de nível. 2) Atuadores (válvulas e contatos): - v1, v2, v3 e v4, m, h Funcionamento - Descrição 1) Início: válvulas fechadas, misturador m e aquecedor h desligados, tanque de reação vazio 2) Abre v1 e aguarda ls2 3) a) Liga-se m somente quando ls2 ativo. b) Para regular a temperatura, liga-se h. c) Para balancear, abre-se v2. Obs.: Se o tanque encher (ls3), fechar v2, abrir v4 até ls2, fechar v4, voltar a 3c) 4) Se ph e temperatura corretos (as e tl), desliga h, fecha v2, abre v3 até ls1, fecha v3, voltar para 1)

Implementação 1) v1=(start+v1).!ls2.!v3 2) m=(ls2+m).ls1 3) h=ls2.!ts.!v3 4) tl=ls2.ts 5) v4=(ls3+v4).ls2 6) v2=ls2.!as.!v3.!v4 7) al=ls2.as 8) v3=(ls2.ts.as+v3).ls1.!v4 8 saídas: v1,m,h,tl,v4,v2,al,v3 6 entradas: ls1,ls2,ls3,ts e as

Implementação Criação de 2 etapas e 2 transições Simplificação: utilização de conceitos da álgebra booleana Teoremas de De Morgan - (ABC)'=A'+B'+C' - (A+B+C)'=A'.B'.C' OU...

Método de Quine-McClusky

Continuando... Obtenção do gráfico de simultaneidade condensado

FCD e SFC

CCD e SFC

FCD e SFC

CCD e SFC

Conclusão - Área extremamente promissora - Projeto multidisciplinar - Necessidade de sólidos conhecimentos em programação - Necessidade de uma abordagem mais formal A ser feito: - Programas que abordem a simplificação proposta pelo algoritmo de Quine-McClusky - Desenvolvimento de novas implementações para recursos como temporizadores, latches e outros do CLP - Eliminar o critério subjetivo inerente a cada sistema para que o processo possa ser abordado através de um software.