apostila_automacao

AUTOMAÇÃO ECONTROLE DISCRETO Professor: Carlos Alexandre P.Pizzino Maio/2007 Automação Industrial e CLPs Sumário Sistemas de controle ............................................................................ 7 1. Introdução................................................................................................................. 7 1.1 Teoria de Erros ................................................................................................... 7 2. Sistemas de Controle Industrial ................................................................................ 8 3. Sistemas de Controle em Malha Aberta e Malha Fechada....................................... 9 3.1 Malha aberta ....................................................................................................... 9 3.2 Malha fechada................................................................................................... 10 4. Transitório e Indicadores de Performance .............................................................. 11 5. Tipos de Controladores Industriais: ........................................................................ 11 5.1 Controle ON-OFF ou LIGA-DESLIGA ou de histerese:..................................... 12 5.2 Controle Proporcional ou P: .............................................................................. 13 5.3 Controle Proporcional +Integral ou PI: .............................................................. 14 5.4 Controle Proporcional + Derivativo ou PD:........................................................ 15 5.5 Controle Proporcional + Integral + Derivativo ou PID:....................................... 16 5.6 Implementação dos Blocos PID ........................................................................ 20 6. Sistemas de Controle Digital................................................................................... 20 6.1 Conversor A/D................................................................................................... 21 6.2 Conversor D/A................................................................................................... 22 7. Dispositivos de Entrada (Sensores e Transdutores):.............................................. 23 7.1 Parâmetros Fundamentais de Sensores: .......................................................... 24 7.2 Tipos de Saída de Sensores: ............................................................................ 26 8. Atuadores ............................................................................................................... 27 Controladores Lógicos Programáveis (CLP) ............................................. 28 1. Introdução............................................................................................................... 28 2. Evolução das aplicações ........................................................................................ 29 3. Vantagens............................................................................................................... 30 4. Conceitos e aplicações ........................................................................................... 30 5. Princípio de funcionamento .................................................................................... 32 5.1 Outros tipos de processamento ........................................................................ 33 5.1.1 Processamento por interrupção.................................................................. 33 5.1.2 Processamento comandado por tempo ...................................................... 34 5.1.3 Processamento por evento......................................................................... 34 6. Arquitetura .............................................................................................................. 34 6.1 Unidades de Entrada......................................................................................... 35 6.1.1 Unidade de entrada digital.......................................................................... 35 6.1.1.1 Entrada em corrente contínua.............................................................. 36 6.1.1.2 Entrada em corrente alternada............................................................. 36 6.1.2 Unidade de entrada analógica .................................................................... 37 6.1.2.1 Transdutores analógicos ...................................................................... 38 6.2 Unidades de Saída............................................................................................ 38 6.2.1 Unidade de Saída Digital: ........................................................................... 38 6.2.1.1 Atuadores Digitais ................................................................................ 39 6.2.1.2 Saída em corrente contínua ................................................................. 39 Professor Carlos Alexandre Pizzino 1 Automação Industrial e CLPs 6.2.1.3 Saída em corrente alternada................................................................ 40 6.2.1.4 Unidade de saída analógica................................................................. 41 6.2.1.5 Atuadores analógicos........................................................................... 42 6.3 Unidade de Processamento .............................................................................. 42 6.3.1 Memórias .................................................................................................... 42 6.3.1.1 Arquitetura de Memória de um CLP..................................................... 42 6.3.1.2 Estrutura .............................................................................................. 44 6.3.2 Watchdog Timer ......................................................................................... 45 6.3.3 Interface de Programação .......................................................................... 45 6.3.4 Interface Homem-Máquina ......................................................................... 45 Linguagens de Programação ................................................................ 46 1. Introdução............................................................................................................... 46 2. Tipos de linguagens de programação no CLP........................................................ 47 2.1 - Linguagens Textuais ....................................................................................... 48 2.1.1Texto Estruturado (Strutured Text – ST)...................................................... 48 2.1.2 Lista de Instruções (Instruction List – IL) .................................................... 48 2.2 Linguagens Gráficas ......................................................................................... 48 2.2.1 Diagrama Ladder (LD) ................................................................................ 48 2.2.2 Diagrama de Blocos Funcionais (Function Block Diagram – FBD)............. 49 3. Programação em LADDER ................................................................................. 49 3.1 Principais Símbolos de Programação............................................................ 50 3.2 Estrutura da Linguagem ................................................................................ 51 3.2.1 Instruções booleanas .............................................................................. 51 3.2.2 Circuito Misto .......................................................................................... 54 3.2.3 Blocos especiais ..................................................................................... 56 3.2.3 Outros blocos .......................................................................................... 61 Exercícios ........................................................................................................ 62 Programação de lógica seqüencial em CLPs............................................. 64 1. Introdução............................................................................................................... 64 2. Grafcet .................................................................................................................... 65 2.1 Descrição do Grafcet......................................................................................... 65 2.1.1 Etapa .......................................................................................................... 66 2.1.2 Transição.................................................................................................... 66 2.1.3 Arcos orientados......................................................................................... 66 2.1.4 Ação ........................................................................................................... 66 2.1.4.1 Ordem contínua ................................................................................... 67 2.1.4.2 Ordem condicional ............................................................................... 67 2.1.4.3 Com retardo (D) ................................................................................... 68 2.1.4.4 Limitada no tempo (L) .......................................................................... 68 2.1.4.5 Impulsional (P) ..................................................................................... 68 2.1.4.6 Em diversas etapas.............................................................................. 69 2.1.4.7 Memorizada ......................................................................................... 70 2.1.5 Receptividade ............................................................................................. 70 3. Comportamento dinâmico do Grafcet ..................................................................... 72 Professor Carlos Alexandre Pizzino 2 ............. 100 4.............................................................................. 79 3....................................................11 Automação de processo (PA) ..1 Introdução.................2 Perfil de Comunicação (Communication Profile) ............11.....2.....................2.........2....................4 Seleção entre seqüências ......4.............................2 Funções de diagnóstico ................................................................... 75 3.........3 Perfil Físico (Physical Profile) ............. 81 Do Grafcet à linguagem de Relés ....2.................. Introdução às tecnologias ..... 103 4... 111 Professor Carlos Alexandre Pizzino 3 ....................11.......... 102 4................2.....................1 Situação inicial ....................................................2......................3 Ident Number .....................2.....................................2......................5 Paralelismo . 101 4......................1..........................11.. 98 4........ 97 4.........................9..................... 83 2.............................2......................1 Fieldbus Foundation......................................................................................................................... 77 3..................... 103 4......................... 94 3.................................................2 Arquivos “GSD” .................. 76 3.........1 Introdução...... 108 4.........2 Padronização Internacional........................ 88 Redes industriais ....................................................................1............................. 104 4........................... 110 4...... 93 1.......11............ 96 3....................2..................................................3 Estrutura seqüencial....................................................................... 98 4......2...................................................5 Conceito FDT (Fieldbus Device Tool) ......................................................................... 84 2............. 107 4................................................................. 109 4..........5 Características Básicas ......................2 Exemplo 2 – Seleção entre seqüências .............................................2.................................Automação Industrial e CLPs 3............................ 83 1..4 Descrição Eletrônica do Dispositivo (EDD) ............................................. 111 4......................................2............................................................ Arquitetura de sistemas de automação..............2 Exemplo 3 – repetição de seqüências ............1 Exemplo 1...... 93 2.2.......................................................................... Introdução........................................................................................7 Meio de Transmissão ....................................3................................................................................ Metodologia .................................... 106 4.................................... 73 3.......2 Evolução entre situações .............................................................2 Profibus ........................................................... 110 4................9............................... 80 3.........1 Exemplo 1 – seqüência linear ...............................................................4...... 108 4.................... 72 3................2..... 108 4.................................8 Protocolo de acesso ao meio .... 96 3..... 103 4..................................10 Perfil de Comunicação FMS .....................................................11...........2........2.......1 Exemplo 2 – seleção de seqüências ..2...1 Redes digitais.................................................................................2..............................................1 Características Básicas...................................................5.................................................. 74 3............................................................................................9..............1 Exemplo 4 – paralelismo .... 111 4................ Introdução.....................................3 Configuração do sistema e tipos de dispositivos..................................................................... 98 4.................4 Perfil de Aplicação (Aplication Profile) . 98 4.............................9 Funções básicas Profibus – DP...................1 Características básicas ... Redes de campo.............................................2 Conceitos Básicos ........................................................... 83 2.................................................................. 109 4..............................6 Arquitetura do Protocolo ......... 100 4............................................................................ ............................................................ 121 3.......2......................................................................2 Especificações elétricas ......12.....2 O protocolo OPC (OLE FOR PROCESS CONTROL) ...........................................................................................................2........5........2. 120 2........................................2..5...............................................................1 Mapeamento de memória das entradas......2 Carregamento de NF............12................... Controle distribuído...............................................................................................1 Entrada digital (corrente contínua)............ 115 1..................... 112 4.................................................................... 126 1.....................12..................................... 128 1......................................3 Temporizadores e Contadores ...............................12..5...........ISO 9506) ..............5................. 132 1................................................................................... Arquitetura de um SDCD ..................................Automação Industrial e CLPs 4...1 Sistemas híbridos....... 118 SDCD (Sistemas digitais de controle distribuído) ................... 114 1......... 114 1..5........................................... 120 1..........12.......................7 SET-RESET.......................................................................... 116 1..............6 Output negado não em fim de linha.................................................2 Mapeamento de memória das saídas ...........................4................................................... 111 4...................3 Saída digital (corrente contínua).......... ........................................................................13 Certificação de Dispositivos..................................................... 122 5.................................... 131 1....................................... Protocolos da camada de aplicação usados em Automação.......... 134 Professor Carlos Alexandre Pizzino 4 ........................................................................... 132 1......................... 122 4...................... 133 1..............................12 Opções de Implementação ........3 Implementação de mestres complexos .1 Características de programação/hardware ................................ Introdução......................................2................. Introdução................................................ 112 4...... 128 1............. 123 5................4................. 127 1.......1 Implementação de dispositivos simples .......... 126 1................... 127 1.............................. 115 1............................................. 131 1............ 112 SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) ...........3 Principais funções de um supervisório ...................5 Instruções de Programação ...........5........... 126 1............................................. 112 4.........................................................2 Os objetos de um supervisório .. 132 1...................1 Load ou carregamento................. 123 Parte experimental ...............................2......................................2............ .......3 Esquemas de ligação ............1 Variáveis simples ou primitivas ..5.............................. Estudo do CLP ATOS Série TICO ....................................3 Saída digital (relé).......................2..........................................................4 Output negado ........................... 123 5...................................................2..........3 Output.................2 Entrada digital (corrente alternada) ...... 112 4........... 127 1................................... 134 1...............8 Monoestável no acionamento...5................................................2 Variáveis compostas ......................................................2.............................5 Output não em fim de linha......2...........................................................................................1 MMS – Manufacturing Message Specification (RS512 .. 133 1... 129 1....... 130 1..............4 Implementação de interfaces IEC 61158-2 .. 127 1.................4........................... 134 1................2............ Sistemas HOT STAND BY.............4 Mapeamento de memória ................2 Implementação de dispositivos inteligentes ....................................... 133 1................... 120 3.......... .......6................................ 135 1....................................................................8 Supervisão................. 137 1...........................7 Envio do Programa ........................... .................................................................2 Descrição do gerenciador de projeto .....................6........5 Barra de ferramentas do Ladder.............................5... 141 1...................6 Comentário dos operandos .............................................. 140 1.......................................12 MOVK .......................................3 Criação de um novo projeto....5..6 Winsup ..........................6................6............ 141 1..................6....6........6................................6........ 142 1............................5............ 136 1....................................1 Descrição da interface Winsup .. 135 1..........................................................................11 CNT ......10 TMR...............................................................5................................... 137 1............... 139 1.............................................. 143 Professor Carlos Alexandre Pizzino 5 ...............................Automação Industrial e CLPs 1.................... 137 1....................................................................9 Monoestável no desacionamento..................................4 Elaboração do programa do usuário... 140 1.............. supervisórios e os sistemas digitais de controle distribuído são abordados logo após em tópicos conceituais. 11 de maio de 2007. Este material pressupõe que o leitor domina conhecimentos que devem ter sido adquiridos em outras disciplinas. Rio de Janeiro. De modo geral. Prof. A segunda parte do material desenvolve os conceitos e os princípios de funcionamento dos controladores lógicos programáveis.Automação Industrial e CLPs Apresentação O objetivo deste trabalho foi reunir material sobre os principais assuntos relacionados à área de automação e controle discreto. A terceira e quarta partes exploram a programação destes dispositivos tanto utilizando lógica combinacional quanto a seqüencial. As redes industriais. Carlos Alexandre P. visando mostrar ao leitor os conhecimentos básicos para as práticas. espero que este trabalho possa contribuir de alguma forma para o enriquecimento do aluno no que tange ao conhecimento e aplicação dos principais dispositivos utilizados na automação. A primeira parte do material desenvolve alguns conceitos sobre sistemas de controle de maneira bem superficial para o conhecimento do aluno. Contamos com a colaboração dos mestres e alunos no sentido de apontarem eventuais erros neste material para que em versões futuras possamos corrigi-las e dessa forma concorrer para o melhoramento desta pequena contribuição. além é claro de dar uma idéia do estado da arte em que se encontra tal segmento.Pizzino Professor Carlos Alexandre Pizzino 6 . destinados aos alunos do curso técnico em eletrônica com ênfase em automação e instrumentação e ao curso de especialização em automação e instrumentação. A última parte foi destinada à parte prática do curso. mas podem ser classificados de duas formas: Erros determinísticos ou sistemáticos: É aquele erro que decorre de um desvio fixo entre a grandeza lida e a esperada por motivo de uma folga ou desajuste. vieram a eletricidade e os controles elétricos e eletrônicos. ainda não existia o controle automático no processo. O erro pode ser definido como um desvio entre um valor real e um valor efetivamente encontrado. podendo a máquina assim efetuar um trabalho ou uma etapa de um processo. Surge o processo industrial em substituição ao processo de manufatura. Ou seja. feito por James Watt. A idéia era fazer com que a máquina ganhasse cada vez mais autonomia no processo de fabricação. Pode ter várias origens. É um tipo de erro que é sempre repetitivo. Surge assim o conceito de processo de manufatura. tal qual o ocorreu com o controle do vapor. A principal característica do processo de manufatura é que o homem era o responsável pelo controle e pela execução de todos os procedimentos envolvidos no processo. pois agora a pressão do vapor era regulada automaticamente por um dispositivo. 1. dado que toda ação da máquina dependia da supervisão e atuação do homem. Com o surgimento da máquina à vapor. Introdução A necessidade de controlar um processo já é bastante antiga. Da manufatura saiu o conceito de se sistematizar os procedimentos envolvidos na manufatura de um bem. mais versáteis e dinâmicos que os controles mecânicos e assim a automação de processos adquiriu a dimensão que este até os dias de hoje. entre em sistemas de controle o estudo dos erros leva as formas mais eficientes e exatas de se efetuar um controle. O problema era que a produtividade era baixa e a qualidade fortemente dependente do ser humano. Entretanto. Pode estar relacionada à uma grandeza física. buscava-se o controle de automático de processo. desde que as condições sejam idênticas.Automação Industrial e CLPs Sistemas de controle 1. Com o século XX.1 Teoria de Erros O erro é caracterizado como algo indesejável no sistema. um erro de um Professor Carlos Alexandre Pizzino 7 . a máquina passou a ter um uso industrial importante. começa a surgir a idéia de se usar máquinas para executar etapas do sistema produtivo. como por exemplo. Com invenção do regulador mecânico para a pressão do vapor. Eram ainda dependentes do homem para o controle de suas ações. Entretanto as primeiras máquinas a vapor não tinham elementos de controle automático. Estes procedimentos são ordenados e podem ser agrupadas em etapas ou fases. Nasceu desde o momento em que o homem passou a manufaturar bens para suas necessidades. Mas o controle de processo usando meramente elementos mecânicos era algo difícil de conseguir e o controle automático de processo praticamente não avançou muito até o século XX. onde máquinas realizam parte do processo de produção. mas já representavam um avanço em termos de força e velocidade em relação ao ser humano. entretanto. o atuador e o processo. devemos converter o sinal de um controlador eletrônico no sinal adequado ao processo. A precisão é uma medida da variabilidade de uma medida em torno de um valor médio. Este é o sinal de referência. Pode ser eliminado por meio de compensação. Além disso. Dado que um sistema de controle é predominantemente elétrico e os processos envolvem transformações mecânicas. Este elemento é o atuador. a mais utilizada é usando sistemas eletroeletrônicos devido principalmente a versatilidade e dinamismo necessários à um controle de processo. É causada pelo erro aleatório. ou seja. criou-se dois conceitos básicos para a caracterização dos desvios. sempre em resposta à saída do controlador. Ou seja. A baixa exatidão é causada por erros determinísticos. Em um sistema de controle precisamos saber como anda o processo e obter informações a respeito de parâmetros do mesmo. É ele quem atua diretamente sobre o processo. sistemas elétricos são mais fáceis de implementar que sistemas dinâmicos. A figura 1 ilustra o relacionamento entre o controlador. tanto do ponto de vista da natureza. Para que o controlador gere o sinal de controle para o atuador gerar o sinal de controle do atuador ele precisa de uma referência. ou sinal de entrada. A exatidão e a precisão. Professor Carlos Alexandre Pizzino 8 . Na natureza costumam ocorrer os dois tipos de erros simultaneamente. Sistemas de Controle Industrial Existem várias formas de se implementar sistemas de controle automático. 2. Erros aleatórios: É aquele que ocorre devido a fatores imponderáveis e que não podem ser modelados. A dimensão de erro aleatório só pode ser estabelecida por meio de análise estatística. Figura 1 – controlador.Automação Industrial e CLPs extensômetro em virtude de temperatura. Diante da natureza desta classificação dos erros. um sinal na sua entrada que diga ao controlador o que ele deve fazer com o processo. precisamos de um dispositivo capaz de converter uma grandeza física do processo em uma grandeza elétrica para que possamos medir o andamento do processo. Este elemento é o transdutor e ele se relaciona com o processo conforme a figura 2. A exatidão dá uma idéia do desvio médio de uma medida em relação ao valor real. químicas e físicas. quanto do ponto de vista de magnitude. o atuador e o processo. estima o tempo que o forno deve ficar ligado a plena potência para que a temperatura chegue a um determinado valor. A temperatura final do forno provavelmente irá variar dependendo de variações temperatura ambiente. com base no sinal piloto. sendo que o sinal de entrada é o próprio set-point. 3.Automação Industrial e CLPs Figura 2 – transdutor 3. sem obter nenhuma informação do sobre o andamento do processo.1 Malha aberta Quando o controlador gera o sinal para o atuador. pois não envolvem equipamentos sofisticados para a medição e/ou determinação do sinal de controle. podem ser classificados de duas formas : em malha aberta e em malha fechada. a temperatura ficará um pouco acima ou um pouco abaixo do valor desejado. (Figura 3) Figura 3 – sistema de malha aberta OBS: Observe que no caso da malha aberta o transdutor e o indicador são itens opcionais não sendo importantes para o controle. Características básicas: • imprecisão • nenhuma adaptação a variações externas (perturbações) • dependência do julgamento e da estimativa humana • são em geral simples e baratos. Ou seja. é um sistema sem realimentação. De uma maneira geral. Sistemas de Controle em Malha Aberta e Malha Fechada Com relação a forma de implementação os sistemas de controle. Professor Carlos Alexandre Pizzino 9 . Exemplo: controle de um forno Operador com uma determinada experiência. garantindo ao sistema capacidade de adaptação a perturbações externas. a temperatura dentro do forno tenderá a crescer diminuindo a diferença com relação à referência. com base no sinal piloto. porém agora ele recebe informação sobre o andamento do processo. através de um transdutor. • diminui a sensibilidade do sistema a variações dos parâmetros do processo. eventualmente. ou seja. A temperatura do forno tenderia sempre a estabilizar no valor de referência ou em um valor muito próximo desta. Se a temperatura dentro do forno é menor que a referência.2 Malha fechada Quando o controlador gera o sinal para o atuador. Além disto. corresponde a diferença entre o set-point e o sinal do transdutor.Automação Industrial e CLPs 3. por isso. (Figura 4) Figura 4 – sistema de malha fechada Exemplo: controle de um forno Suponha agora que a temperatura interna do forno é medida e o seu valor é comparado com uma referência pré-estabelecida. então se aplica ao forno uma potência proporcional a esta diferença. estabilizar um sistema naturalmente instável em malha aberta. também é chamado de sinal de erro. no caso. O sinal entrada. Características básicas: • aumenta a precisão do sistema • rejeita o efeito de perturbações externas • melhora a dinâmica do sistema e. variações da temperatura externa (que fariam variar a temperatura dentro do forno) seriam compensadas pelo efeito da realimentação. Neste sentido. garantindo ao sistema de controle uma boa precisão. tornar o sistema robusto Professor Carlos Alexandre Pizzino 10 . Sensibilidade: Avaliação da mudança do comportamento do sistema frente à pequenas variações de parâmetros do sistema. É medida em percentagem da entrada ajustada. Ou seja. a regulação do sistema é ruim. Professor Carlos Alexandre Pizzino 11 .Automação Industrial e CLPs 4. Para fins de avaliação da performance de um sistema de controle. Se não. é o intervalo de tempo em que dura a fase de transitório. ou de 10 à 90% do seu valor final. Sobrelevação: Conhecido como “overshoot” é o valor máximo atingido pela grandeza física da planta em relação ao valor esperado. Controle Proporcional e Integral ou PI. Tipos de Controladores Industriais: Há principalmente 5 tipos básicos de controladores usados largamente na industria. o sistema demora para convergir. Tempo de subida: É o tempo necessário para que a saída vá de 0 à 100%. Tempo de acomodação: É o intervalo de tempo em que ajustada uma entrada. se o processo converge para algum ponto. Controle Proporcional e Derivativo ou PD. Se o erro for grande. Integral e Derivativo ou PID. muito utilizados para a especificação de um sistema de controle. Ou seja. existem alguns indicadores básicos. O erro no caso é chamado de erro em regime permanente. Estabilidade: É a capacidade que um sistema tem de dada uma certa entrada limitada fornecer uma resposta limitada. 5. Transitório e Indicadores de Performance Quando ajustamos o set-point a saída leva um tempo para atingir seu valor final. é um sistema instável. para uma dada entrada é um sistema estável. Controle Proporcional. São os principais: • • • • • • • Regulação: É uma avaliação do sistema com relação á sua capacidade de reduzir o erro entre o valor real da grandeza física controlada e o valor esperado ao final do transitório. se o erro for pequeno a regulação será boa. São eles: • • • • • Controle ON-OFF. Este tempo é chamado de transitório e é muito importante seu conhecimento para fins de determinação do comportamento do sistema e avaliação da performance do controlador. Ocorre na fase de transitório. Controle Proporcional ou P. Rejeição de distúrbios: Capacidade de um sistema de rejeitar distúrbios ou ruídos oriundos de perturbações no sistema. a saída é desligada e o atuador desligado. O set-point foi de 100ºC.) não estabiliza em nenhum ponto e sim oscila entre o ponto desejado. a histerese é ajustável de forma tal que o set-point fique entre o limite inferior e o superior. indo de 120ºC à 80ºC o tempo todo.Automação Industrial e CLPs 5. Quando o nível máximo é atingido. A histerese é de 40ºC. Quando o sinal de entrada fica menor que o limite inferior. A diferença entre o limite superior e o inferior é chamada de histerese. indo do limite inferior ao superior. Desta forma o sistema controla fica oscilando de um valor máximo à um mínimo e não atinge nenhum valor específico. o controlador e o atuador sofrem pouco desgaste. Não é um controlador do tipo que você específica por exemplo. a saída será desligada e o atuador. Figura 5 – controle ON/OFF Professor Carlos Alexandre Pizzino 12 . A grande desvantagem é que a grandeza controlada (temperatura. Quando o sinal de entrada fica maior que o limite superior. Na figura 5 vemos um controle simples de temperatura. É um controlador do tipo nível de água onde se tem um nível máximo e um nível mínimo. A grande vantagem deste sistema é o fato de que é um sistema muito barato e que como o atuador somente liga e desliga nos momentos em que os limites são atingidos. etc. chamados de limite inferior e superior. e esta e vai enchendo a caixa d’água. 100ºC e ele estabiliza nisso. Normalmente. o limite superior é 120ºC e o inferior de 80ºC. Observe como a temperatura oscila em torno do valor desejado que é de 100ºC. que no caso seria a bomba d’água. Aí consumo de água faz o nível baixar e atinge o nível inferior novamente e o ciclo se repete. a saída do controlador é ativada e o atuador é acionado com sua potência máxima. é desligada. pressão.1 Controle ON-OFF ou LIGA-DESLIGA ou de histerese: É a forma de controlador mais simples que existe e consiste em um circuito comparador que compara o sinal de entrada com dois sinais de referência. no caso a bomba. Quando o nível está no mínimo aciona o atuador. Se a entrada for grande a saída será grande também. dado que a resposta do controle é proporcional ao sinal na sua entrada. e outra região onde o sistema satura e não ainda o sinal de entrada aumentar que o sistema não vai além daquele limite. totalmente desligado. um controlador proporcional é na verdade um amplificador. ou seja. Quando estes limites são atingidos dizemos que o sistema saturou. Ele é representado na figura 6. o atuador está com 100% de sua capacidade e abaixo do limite inferior o atuador está com 0% de sua capacidade. A região entre o limite inferior e superior o atuador está com uma saída proporcional à entrada. onde K é o ganho do controlador. Na figura 7. a reposta será um valor pequeno também. Figura 6 No caso a saída é um sinal K vezes maior que a entrada. Muitos controladores possuem o ajuste da banda proporcional disponível. percebemos que acima do limite superior. A técnica mais recomendada é deixar a banda proporcional no máximo possível e verificar Professor Carlos Alexandre Pizzino 13 . Portanto. há uma região onde o sinal responde proporcionalmente ao sinal de entrada. Se o sinal na sua entrada é pequeno.Automação Industrial e CLPs 5. Entretanto o sinal de saída não pode crescer indefinidamente. Na verdade ele é determinado pela fórmula abaixo: Banda proporcional = 100% / K . Em suma. porque há limite tanto inferior quanto superior. e esta região é chamada de banda proporcional do sistema. Figura 7 A banda proporcional de um sistema é dada de forma percentual e está relacionada com o ganho K do controlador.2 Controle Proporcional ou P: O controle proporcional já é mais sofisticado que o controlador ON-OFF. dentre suas propriedades. Se não for satisfatória. permite com que o erro em regime do caso anterior seja zerado. O grande problema do controlador Proporcional ou P é que ele permite erros em regime. mas sempre haverá um erro. Assim o sistema para mesmo sem Ter atingido plenamente o set-point. permanecendo um erro sempre constante. por menor que seja. Sempre haverá um ponto em que o erro. podemos diminuir o erro. Se aumentarmos o ganho. que se ultrapassados. Figura 8 5. permanecendo um erro de 4ºC. mas sempre haverá um erro. a saída do controlador que é proporcional a entrada vai ficando pequena também. O integrador. Repare que o sistema estabiliza em 96ºC. Isto porque em sistemas realimentados. Claro que aumentando o ganho K do controlador o erro será reduzido. Assim sendo. porque há limites para aumentar o valor do ganho K. a entrada do controlador P é o sinal de erro. Mas a medida que o Professor Carlos Alexandre Pizzino 14 . quando o erro é grande o Proporcional fornece uma grande e saída e predomina sobre o integrador. levam o sistema a instabilidade. o integrador vai somando ao longo do tempo e a sua saída vai aumentando até que seja capaz de acionar o atuador. Como o sinal de erro vai ficando pequeno a medida que se aproxima do valor de set-point. deve-se ir reduzindo o valor do ajuste até que o desempenho fique adequado. Na figura 8 abaixo. temos uma estufa com um set-point de 100ºC e um controlador tipo P com um ganho K=10. Isto ocorre porque embora o erro possa ser pequeno.3 Controle Proporcional +Integral ou PI: O controlador PI é uma combinação da ação proporcional com uma ação de integração.Automação Industrial e CLPs a resposta do sistema. por menor que seja será tão pequeno que não produzirá uma saída capaz de ativar o atuador. Ou seja. havia um erro de 4ºC. O derivativo é um bloco cuja saída é proporcional a variação do erro. O melhor ajuste é uma combinação do ganho K e do ganho KI. Quanto maior o valor de Ki. maior a resposta de um elemento integrador. Entretanto. Dessa forma o bloco integrador é usado freqüentemente quando precisamos de uma convergência precisa do valor.4 Controle Proporcional + Derivativo ou PD: Da mesma forma que o controle PI era uma combinação do controle Proporcional e o controle Integral. voltamos a verificar o caso da estufa que fora ajustada para uma temperatura de 100ºC. A partir deste ponto o domínio passa a ser do integrador.Automação Industrial e CLPs sistema vai chegando perto do objetivo. Com o controlador somente proporcional. Na figura 9. Com o integrador há o zeramento do erro e a temperatura atinge exatamente os 100ºC. com erro muito pequeno. dessa forma dificilmente você poderá utilizar um ajuste que fora bem sucedido em outra empresa ou outro equipamento. Professor Carlos Alexandre Pizzino 15 . ou seja. É possível mediante simulações e outras técnicas encontrar o melhor ajuste possível. se o erro estivar variando muito rápido ele atua fortemente visando a minimizar ou eliminar esta variação. controle PD é uma combinação do controle Proporcional e o controle Derivativo. cada caso poderá requerer um ajuste diferente. Figura 9 5. Não há uma regra geral. Da mesma forma que existe um ganho K para o proporcional existe também um ganho KI para o integrador. o ajuste do ganho de KI não deve ser indiscriminado. pois ele pode levar o sistema a se tornar muito lento as transições ou até mesmo levar o sistema a instabilidade. o erro vai diminuindo e assim a resposta do proporcional vai ficando cada vez mais fraca. a temperatura ficava a 96ºC. pois em 0. Como o Integrador. pois ele só atua nos momentos em que o erro varia rapidamente. Entretanto. além é claro do integrador atuar sobre o erro em regime. o derivativo nunca é usado sozinho. Este é o chamado Controlador PID. o sinal na saída do derivativo será baixo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 16 . onde a variação do erro é lenta. Em compensação. voltamos ao caso da estufa ajustada para 100ºC.5 segundo a temperatura já é de 79ºC.Automação Industrial e CLPs Portanto. que tinha um ganho KI o Derivativo também tem um ganho chamado KD.5 Controle Proporcional + Integral + Derivativo ou PID: Pelos exemplos acima. Por isso o ganho do derivativo nunca é muito alto.5 segundo. Além disso. explorando as propriedades de cada um. o derivativo é sensível a ruídos que podem enganá-lo fazendo-o acreditar que há uma transição brusca. o Integrador responde melhor. o erro já passa a variar lentamente e a resposta do derivativo já não é mais adequada. Nesta parte. fica bastante claro que uma combinação dos três elementos. Na verdade. De modo geral. o sistema agora converge à 96ºC como antes. Ademais o bloco derivativo não tem nenhuma influência sobre o erro em regime.5 segundos em diante. Na figura 10. na região de 0 até 0. mas variando lentamente. Quando o sistema não pode responder bem à variações bruscas de sinal. o sistema atua muito mais rapidamente. Perceba que como o derivativo não atua sobre o erro em regime. é um bloco adequado para sistemas que precisem de um ataque rápido as variações de erro. então apela-se para o derivativo. e no caso do controlador P ou PI era de apenas 70ºC. quando o erro varia muito rápido. evita-se ao máximo o uso de derivativos. Figura 10 5. pois de 0. Por isso. parece ser a opção mais adequada. se houver um erro de grande valor. Mas é só até este que o derivativo vai bem. só que retiramos o Integrador e adicionamos um Derivativo. o erro de 4ºC voltou e portanto. ele deixa o sistema mais rápido e reduz a máxima sobrelevação. se queremos um controlador P. Professor Carlos Alexandre Pizzino 17 . com set-point de 100ºC. A determinação adequada do ajuste é feita por meio de modelagem e simulações. KI e KD). entretanto. O sistema utilizado ainda é a estufa. Vemos que na região de 0 a 0. zerando-se aquele que não interessa. esta é opção mais cara e a mais difícil de ajustar. onde se leva em conta os parâmetros de performance do sistema (máxima sobrelevação. O controlador agora é um bloco PID.). 6% mais rápido. podemos obter os outros (P. dado que a temperatura agora estabiliza em 100ºC. PI ou PD). Na próxima figura 12. menor que o do Integrador. por causa do integrado. A combinação do ajustes pode determinar se o sistema será oscilatório ou não. ou seja.5 segundo a temperatura já é de 74ºC. basta zerar o ganho do Derivativo e do Integrador. com um controlador PID. erro em regime. parece ser a opção ideal para se trabalhar. Verificamos que não há mais erro em regime. O controlador PID. Exemplo: se queremos um controlador PI. temos um caso em que o controlador foi ajustado de forma tal que o ganho do Derivativo fosse baixo. Figura 11 Os chamados parâmetros de desempenho são fortemente dependentes dos ajustes dos ganhos dos elementos que compõem o PID (K. que é o próprio set-point. ao passo que no P e no PI era de apenas 70º. se o sistema será rápido ou lento. KI e KD). Na figura 11.Automação Industrial e CLPs Na verdade. etc. pois agora temos três ganhos para ajustar (K. voltamos ao exemplo da estufa com set-point de 100ºC. Em 0.5 segundo o sistema é rápido por causa do derivativo. Percebemos pelos ajustes o comportamento que o do sistema converge a temperatura em erro em regime. por causa do Integrador. tempo de acomodação. e assim por diante. basta zerar o ganho do Derivativo. além disso. Figura 12 Aumentando-se agora o ganho do derivativo KD. No caso anterior. que é bem elevado. E. Quando o sistema passa exibir oscilações com amplitude decrescente e que demoram a sumir estamos chegando perto do limite de estabilidade. vemos a simulação para vários valore de ganho K. Vejam como a resposta a saída muda significativamente. mas com valores pequenos. mas o sistema ficou mais oscilatório. A temperatura está atingindo até 120ºC. A ordem é de K crescente.Automação Industrial e CLPs Mas o tempo de convergência é diferente do caso anterior. Observe a sobrelevação ou “overshoot” no gráfico. reduzimos o overshoot de 125ºC para 112ºC. dizemos que a resposta é superamortecida e no caso com oscilações é subamortecida. ou seja. 20ºC a mais que o desejado. A combinação ideal depende de ajustes adequados dos ganhos. Figura 13 Na figura 14. Não dá para simplesmente “chutar”. que influenciam fortemente na resposta do sistema. agora a reposta é oscilatória. Professor Carlos Alexandre Pizzino 18 . veja como o sistema vai ficando mais oscilatório.Automação Industrial e CLPs Figura 14 Agora para K de valores mais elevados. Por isso. Figura 15 Professor Carlos Alexandre Pizzino 19 . Valores de K altos levam o sistema a oscilar e tendem a torná-lo instável. há limites para aumentar o ganho. para implementar os blocos Proporcional. processados e depois convertidos em sinais analógicos novamente. Os blocos PID são meros “softwares” destes sistemas digitais. Isto porque os sinais físicos reais (Temperatura. etc. Os de forma analógica processam diretamente os sinais dos transdutores disponíveis usando circuitos de eletrônica analógica..) são todos analógicos. Assim estes sinais devem ser convertidos em sinais digitais primeiro. A grande vantagem é a facilidade de se modificar o projeto do controlador.Automação Industrial e CLPs 5. Neste caso. os sinais do mundo físico são analógicos então o controle digital não pode ser aplicado diretamente. processá-los e então converter de novo os sinais digitais em analógicos. exigem sistemas baseados em microcontroladores e microprocessadores. São muito utilizados os amplificadores operacionais. o controle digital exige blocos adicionais aos do sistema de controle. É necessário converter os sinais analógicos dos transdutores em digitais. Estes controladores são implementados por meio de microprocessadores e microcontroladores que rodam um software que implementa as funções de um bloco PID. Já os sistemas digitais podem se comunicar com os sistemas físicos diretamente.Derivativo e Integrador. Eles aparecem principalmente nos PLC’s e CNC’s. Ou seja. Sistemas de Controle Digital A exemplo do ocorre com o controle analógico. A tendência atual é o uso cada vez maior dos blocos PID digitais. Figura 16 – sistemas analógicos e digitais Professor Carlos Alexandre Pizzino 20 .6 Implementação dos Blocos PID Os blocos PID podem ser implementados de forma analógica ou digital. Entretanto. uma vez que o controlador é um software. 6. podemos implementar um controlador digital e efetuar o mesmo processo de controle que o sistema analógico. pressão. FS = 1 / TS . aplica-se cada amostra ao conversor A/D para a conversão propriamente dita. onde TS é o intervalo entre as amostras. a freqüência máxima do sinal pode ser verificada por meio de instrumentos especiais chamados de analisadores de espectro.1 Conversor A/D Seja um sinal analógico como o da figura 17. Uma vez que o sinal foi amostrado. Na figura acima pode-se identificar estes dois blocos. Existe um critério para se amostrar sinais chamado de critério de Nyquist ou Shanon. A chave representa a amostragem. Assim o que se deve fazer é colher amostras do sinal analógico de tempos em tempos e então enviá-las para o conversor A/D. Cada peso é sempre o dobro do anterior e cada peso corresponde-se um bit. 6. à uma freqüência igual a definida pelo critério de Nyquist. ou seja. Esse valor TS é chamado de intervalo de amostragem. ele deve “representar” bem o sinal que foi amostrado. porque o processo de conversor leva um certo tempo. Para podemos convertê-lo em digital não é possível aplicá-lo diretamente à entrada do conversor A/D. A fórmula abaixo define uma das propriedades mais importantes da amostragem a chamada freqüência de amostragem. Quando o sinal a ser amostrado não é senoidal. que determina que a freqüência de amostragem FS deve ser pelo menos duas vezes a maior freqüência do sinal que está sendo amostrado.Automação Industrial e CLPs Os blocos responsáveis pela conversão do sinal analógico em digital são chamados de bloco A/D e trabalham pelo princípio de amostragem e quantização. Assim o sinal analógico amostrado fica como na figura 7. chamado de TS. O processo de conversão consiste em comparar o sinal com uma série de pesos. O controlador propriamente dito é o bloco D(Z). Figura 17 Percebe-se que cada amostra está espaçada da outra de um certo valor. Professor Carlos Alexandre Pizzino 21 . Ou seja. Para que o controle digital funcione corretamente a amostragem deve ser bem feita. simbolizada por FS. que no caso é digital. E o circuito responsável pela conversão do sinal de Digital para Analógico é chamado de conversor D/A. se for menor o bit será “0”. Assim na saída temos uma seqüência de “0” e “1” que representam o valor digital da amostra. Assim deve-se sempre Ter um compromisso entre a qualidade e o custo. ou seja. para que se possa amostrar mais de um sinal. 12 bit’s. Assim cada entrada é chamada de canal do conversor. quanto mais bit’s tem um conversor A/D. Cada entrada tem um ganho de valor tal que é sempre 2 vezes o valor da anterior. Ele converte um sinal digital num sinal analógico. Assim a soma dos valores dos bit’s ponderados pelo ganho gera um sinal analógico proporcional ao valor do sinal digital. Professor Carlos Alexandre Pizzino 22 . 6. de N entradas. Ele é composto por uma amplificador somador. E isto é feito para cada peso. o conversor deve ser mais rápido que isto. 16 bit’s e outros. Como o intervalo entre uma amostra e outra é de TS segundos.2 Conversor D/A O conversor D/A é um equipamento que faz o processo inverso. Alguns conversores tem mais de uma entrada. o bit correspondente ao peso será igual a “1”. Figura 18 Este processo de comparação com pesos para obtenção do valor digital de uma amostra é chamado de quantização. conforme vemos a figura 19. A velocidade de conversão segue a mesma regra. mais refinada fica a quantização e mais fidedigno é o processo de conversão. Quanto mais pesos. Quanto mais bit’s. correspondes ao bit’s do sinal digital. que é o tempo necessário para converter a amostra num sinal digital. melhor é a conversão e mais caro é o equipamento. tem-se conversor de 8 bit’s . Outro parâmetro muito importante é tempo de conversão. conforme a figura 18. 10 bit’s. Muitos microcontroladores já possuem conversores A/D internamente.Automação Industrial e CLPs existem tantos pesos quantos bit’s no conversor A/D. Um conversor de 8 canais é um conversor de oito entradas analógicas. Do contrário já chega a sua entrada a próxima amostra e ocorre um erro na saída do conversor Existem vários tipos de conversores A/D no mercado. mas cada entrada é amostrada uma de cada vez. Se a amostra for maior que o peso. Exemplo de equipamentos são os multímetros e osciloscópios digitais. que será proporcional ao valor da resistência e por conseqüência. Exemplo. estes equipamentos estão se tornando cada vez mais comuns. No nosso caso nos interessam os transdutores elétricos que convertem grandeza física(temperatura. Como os equipamentos digitais vêm ganhando espaço na indústria e até em nossas casas. de forma proporcional à grandeza física. levando informações do campo para o controlador. É o caso das termoresistências que aumentam sua resistência com o aumento da temperatura.. Quando algum objeto atinge seu campo de visualização ele ativa um sinal em resposta a presença deste objeto. 7. Transdutores: Dispositivos que convertem uma grandeza física em outra. Podem ser de dois tipos: direto e indireto. sensores. Sensor de proximidade.Automação Industrial e CLPs Figura 19 Os blocos A/D e D/A permitem o interfaceamento dos circuitos digitais com o mundo analógico. as redes digitais industriais. que possui alguma resistência e indutância. etc. os sensores digitais. os CNC’s. pressão. pode interferir no valor da medida. Nesses casos Professor Carlos Alexandre Pizzino 23 . Podem ser classificados da seguinte forma: Sensores: Dispositivos projetados para detectarem algum evento no campo e emitirem um sinal em resposta a este evento. os termômetros digitais. Todo e qualquer equipamento que use sistema digital para o processamento e se comunique com o meio físico utilizam estes blocos.) em sinal elétrico (normalmente tensão). mas principalmente transdutores tem alcance limitado poucas dezenas de metros. Além disso pode captar ruídos e afetar a precisão da informação. Para fazer a conversão deve-se inseri-la num divisor resistivo e medir a tensão sobre a termoresistência. etc. Indireto: Os do tipo indireto modificam algum parâmetro interno. os CLP’s com entradas e saídas analógicas.. proporcional à temperatura. Entretanto. Dispositivos de Entrada (Sensores e Transdutores): São dispositivos utilizados para realizar o interfaceamento entre o sistema físico e o sistema de controle eletrônico. por exemplo. É o caso dos termopares que convertem temperatura em tensão. Isto porque o comprimento do fio que liga o sensor ou transdutor. como resistência. Direto: Os do tipo direto convertem a grandeza física em sinal elétrico diretamente. mas sim de característica do mesmo que deve ser levada em conta.1 Parâmetros Fundamentais de Sensores: Os sensores são caracterizados por diversos parâmetros. A figura 20 mostra uma ilustração desta modulação. Figura 21 – distância sensora e histerese Zona Cega: Região dentro da distância sensora.) de forma proporcional ao sinal do transdutor ou sensor. A figura 21 ilustra bem estas propriedades. Normalmente é dada de forma percentual.Automação Industrial e CLPs faz-se necessário um equipamento específico para enviar informações a distância maiores. por questões tecnológicas ou de montagem.. que o sensor. mas alguns são mais freqüentemente usados. Figura 20 – modulação do sinal do transdutor 7. Tipicamente é simbolizada pelo símbolo Sn. etc. Professor Carlos Alexandre Pizzino 24 . Histerese: É a diferença entre entre a distância onde o sensor é ativado quando objeto se aproxima dele e a distância na qual o sensor é desativado quando o objeto se afasta dele. Analisaremos alguns destes: Distância Sensora: É a distancia perpendicular da face sensora até o ponto onde o sensor atua. Não se trata de uma falha do sensor. que é o Transmissor. 0-5V. não consegue detectar o objeto. pois são praticamente indispensáveis. Transmissor é um equipamento que recebe o sinal de um transdutor ou sensor e “modula” um sinal de referência( 4-20mA. Automação Industrial e CLPs Zona de sensibilidade: Região da zona detectável. Proteção Intrínseca ou IP: Grau de proteção do sensor a penetração de sólidos e líquidos. Tensão de Ripple: Máxima oscilação da tensão CC de alimentação permitida. È indicado por 2 digitos (Ex. para que as leituras sejam confiáveis. A figura 23 ilustra isto. Deve-se consultar a tabela de graus de proteção para verificar o significado de cada código. Normalmente é indicada de forma percentual. Versão de Montagem: Refere-se a forma como o sensor deve ser montado e as distâncias que devem ser respeitadas para assegurar o bom funcionamento do sensor. onde o dispositivo é efetivamente sensibilizado. É medida em Hertz. Corrente de Pico: É o valor máximo de corrente consumido pelo sensor no momento da ativação. Professor Carlos Alexandre Pizzino 25 . Freqüência de Operação: Nº máximo de comutações por segundo que um sensor consegue realizar. IP 66). O 1º refere-se à sólidos e o 2º à líquidos. Tempo de Estabilização: Tempo que se deve aguardar logo após a energização do sensor. Figura 22 – Zona cega e sensibilidade Repetibilidade: Pequena variação na distância sensora quando se procede duas ou mais tentativas de detecção. Não deve ser confundida com a histerese. Corrente de Carga: É a máxima corrente possível na saída de um sensor. Corrente de Consumo: Valor da corrente necessária ao funcionamento do sensor. São sempre em CC. Quando saturado. pois são polarizadas. pois liga a saída ao Vdc. Na modalidade NPN. a corrente flui pelo transistor. É a preferida para melhores performances. que é acionado quando o sensor é ativado.2 Tipos de Saída de Sensores: As saídas de um sensor dividem-se em dois grupos: As passivas e as ativas. a saber: Passivas: Também chamadas de contato seco. Professor Carlos Alexandre Pizzino 26 . são compostas por um simples contato tipo NA ou NF. apenas um transistor é usado de forma que a saída sempre exibe nível tensão próximo de Vdc. pois não depende do Resistor R que no caso é menor do que nas outras duas modalidades. Ativas: São saídas eletrônicas que usam transistores NPN ou PNP em várias configurações possíveis. quando o transistor está cortado. Pode operar com CA ou CC. A figura 24 ilustra alguns tipos possíveis.Automação Industrial e CLPs Figura 23 – versão de montagem 7. Não possui grandes restrições a não ser a corrente máxima permissível. Neste caso o resistor R é chamado de pull-up. Figura 24 – saídas ativas A saída Push-Pull é a melhor do ponto de vista de corrente. Motores Lineares. vale a mesma coisa só que o transistor agora é PNP e não NPN. Motores de Passo. Podem ser contínuos ou discretos dependendo da forma de atuação. Este deve ser adicionado externamente ou o circuito não funcionará. O resistor e o transistor trocam de lugar na montagem. Atuadores São os dispositivos que efetivamente realizam trabalho. 8. Agora o resistor R liga a saída ao terra (0V). Servomotores. assim ele passa a se chamar resistor de pull-down. Basicamente os principais atuadores em uso na automação são: • • • • Eletroválvulas e Cilindros. Na versão PNP. atuando no meio físico.Automação Industrial e CLPs No caso do NPN coletor aberto. A principal vantagem desta montagem é que a potência dissipada sobre o resistor é externa ao sensor e que esta montagem permite fazer lógica “E” ou “AND” entre mais de um sensor. não há o resistor de pull-up. Professor Carlos Alexandre Pizzino 27 . usando apenas o resistor de pull-up externo. Entretanto. Portanto atualmente. os controladores passaram ter uma grande capacidade de processamento e alta flexibilidade de programação e expansão. Os equipamentos cresceram em poder de processamento. Com o sucesso de uso de CLP’s na indústria. com características primordialmente analógicas. manusear dados e se comunicar com computadores. com a finalidade de substituir painéis de relés em controles baseados em lógicas combinacional/seqüencial. estes controladores ainda usavam lógica discreta e só eram utilizadas na indústria. a demanda por novas funções e maior capacidade aumentou consideravelmente. tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel por um novo. número de entradas e saídas (I/O). Introdução São dispositivos de controle programável que permitem a realizam de atividades de controle seqüencial com muito mais flexibilidade que os sistemas convencionais. Entre outras características citamos: realizar operações aritméticas com ponto decimal flutuante. Pelo fato de substituírem os painéis de relés no controle discreto. motivo pelo qual passaram a ser chamados apenas de Controladores Programáveis – CP’s. por exemplo). ser facilmente programado e reprogramado. Hoje em dia. o que muitas vezes era inviável. Desta forma. manutenção fácil e por último facilmente expansível e utilizável. como: processos químicos e siderúrgicos. assume inclusive as funções de controle discreto. onde as máquinas apresentam ações automáticas e podem atuar em controle contínuo. pois seus custos tornaram inviáveis em outras aplicações (automação predial. chamada de maleta de programação. O objetivo inicial era eliminar o alto custo associado com os sistemas controlados a relés. os CLP’s permitiram transferir as modificações de hardware para modificações no software. Já os painéis de controle a relés necessitavam modificações na fiação. os CP’s atuais podem atuar tanto em controle discreto como automação de manufatura. de forma que podia ser levada para “campo” a fim de alterarem dados e realizar pequenas Professor Carlos Alexandre Pizzino 28 . englobando blocos funcionais como o bloco PID. com o advento da tecnologia de microprocessadores. e novas funções. Os Controladores Lógicos Programáveis foram desenvolvidos no final dos anos 60. Nos primórdios eles basicamente substituíam a chamada lógica de contatores ou relés. O sistema utilizado para programar o controlador era um dispositivo dedicado e acondicionado em uma maleta portátil. em linhas de montagem nas indústrias de manufatura. os controladores são bem mais complexos e não executam somente lógica do tipo E e OU. capaz de suportar o ambiente industrial. foram chamados de Controladores Lógicos Programáveis – CLP (Programmable Logic Controllers – PLC). principalmente automobilística. sendo progressivamente adotados pelas indústrias de processos. Portanto. A partir de 1970.Automação Industrial e CLPs Controladores Lógicos Programáveis (CLP) 1. O critério do projeto para o primeiro controlador foi especificado em 1968 por uma divisão da General Motors Corporation. As especificações iniciais requeriam um sistema de estado sólido com a flexibilidade do computador. evitando que uma pane interrompa toda a planta. manutenção e partida gradual do subsistema principal. Existe hoje uma forte tendência à utilização de pequenos controladores programáveis. realizando operações que antes eram consideradas específicas para computadores. mas também realizassem aquisição e manipulação de dados. Evolução das aplicações • • 1969 a 1971 1971 a 1976 - • 1976 a 1981 - • 1981 a 1985 - • 1985 a atual- Professor Carlos Alexandre Pizzino Substituir a lógica via relés Substituir contadores e temporizadores Operações aritméticas Impressão de documentação/relatórios Controle em malha fechada (PID) Comunicação entre CP's Controle de posicionamento Redes com periféricos Unidades Remotas Redundância de CPU's Interface Homem Máquina (IHM) Sistemas supervisórios 29 . O sistema de memória do controlador não permitia facilidades de programação por utilizar memórias do tipo EPROM. isto significou aumento na capacidade de memória e de entradas/saídas remotas. Com o desenvolvimento do controle analógico. A expansão de memória permitiu um programa de aplicação maior e uma maior quantidade de dados de forma que os programas de controle não ficassem restritos à lógica e sequenciamento. comunicações. é possível descentralizar o controle industrial.Automação Industrial e CLPs modificações no programa. 2. Assim. o controlador programável preencheu o “gap” entre controle discreto e controle contínuo. Esta técnica permitiu a reestruturação de grandes sistemas em pequenos subsistemas melhorando a confiabilidade. distante da unidade central de processamento e perto do equipamento a ser controlado. Os custos com fiação foram reduzidos significativamente com a capacidade do controlador de comunicar-se com subsistemas de entrada/saída localizados em pontos remotos. controle analógico. Ao invés de trazer centenas de fios para o armário do CP. os sinais dos subsistemas podem ser multiplexados e transmitidos por um único par de fios trançados. Atualmente. A evolução do hardware conduziu a melhorias significativas nas características do controlador. controlando processos independentes e comunicando-se com outros controladores e com sistemas supervisórios. desde pequena capacidade até os mais sofisticados. etc. existem vários tipos de controladores. controle de posicionamento. Inovações no hardware e software entre 1975 e 1979 proporcionaram ao controlador maior flexibilidade e capacidade de processamento. O software desenvolvido pelo fabricante. que usam uma memória programável para armazenamento de instruções com funções de: lógica. Este software realiza funções de acesso ao hardware. Permitem interface de comunicação com outros CLP’s e computadores de controle. sequenciamento. históricos e determina o funcionamento do controlador em um modo de Professor Carlos Alexandre Pizzino 30 . com maior confiabilidade e flexibilidade. temporização. diagnósticos. Possibilidade de expansão da capacidade de memória. Compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída. pois requer menor potência elétrica. intertravamentos. cargas que consomem correntes de até 2 A. Conceitos e aplicações Controladores lógicos programáveis são equipamentos eletrônicos normalmente baseados em microprocessadores. também caracteriza uma diferença fundamental. Hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos. com a mínima interrupção da produção. Sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e substituição.. etc. operações aritméticas. Capacidade de alimentar. permitindo alterar os parâmetros de controle. controle PID. Um controlador programável difere de equipamentos convencionais para controles industriais pela programabilidade e pelo modo seqüencial de execução das instruções. Sua manutenção é mais fácil. 4.Automação Industrial e CLPs 3. comunicações. um controlador programável apresenta as seguintes características e vantagens em relação aos sistemas convencionais são: • • • • • • • • • • • • Hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou reprogramação. através da comunicação com computadores. destinados a comandar e monitorar máquinas ou processos industriais através de módulos de entradas/saídas analógicos ou digitais. Custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle convencionais. Capacidade de operação em ambiente industrial. contagem. Hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de energia. Vantagens Basicamente. de acordo com a necessidade. de forma contínua ou chaveada. Possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou sistema. prédios inteligentes. Aquisição de dados de supervisão em: fábricas. calçados). temperaturas elevadas e condições de umidade adversas. Este equipamento tem seu uso tanto na área de automação da manufatura. a utilização deste equipamento não será apenas nos processos mas também nos produtos. Bancadas de teste automático de componentes industriais. Controle de processos com realização de sinalização. alimentação. mineração. eletrônicos. Poderemos encontrá-lo em produtos eletrodomésticos. de processos contínuos. residências e veículos. Professor Carlos Alexandre Pizzino 31 . facilidade de uso e massificação das aplicações. Uma CLP pode operar em áreas com quantidades substanciais de ruídos elétricos. injetoras de plástico. química. entre outras. Equipamentos industriais para processos (siderurgia.Automação Industrial e CLPs operação dedicado (ciclo de varredura) e totalmente transparente para o usuário. intertravamento. A segunda distinção é que os CLP’s foram especificamente projetados para operar em ambientes industriais. petroquímica. Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar os CLP’s. Com a tendência dos CLP’s terem baixo custo. etc. A figura 25 mostra o diagrama em blocos geral de um processo com CLP´s. etc). etc. muita inteligência. conforme especificação de cada fabricante. Figura 25 – Diagrama em blocos geral de um processo com CLP´s O controlador programável existe para automatizar processos industriais. entre elas tem-se: • • • • • • Máquinas industriais (operatrizes. batelada. Equipamentos para controle de energia (demanda. vibrações mecânicas. controle de processos. têxteis. sejam de seqüenciamento. papel e celulose. intertravamento e controle PID. predial. fator de carga). interferências eletromagnéticas. elétrica. Figura 26 – Processamento cíclico Professor Carlos Alexandre Pizzino 32 . transferindo-os para uma memória imagem. Ela recebe em cada endereço correspondente a uma entrada o seu estado ligado/desligado no caso de entradas digitais. ou um valor numérico no caso de entradas analógicas. Essa seqüência de atividades definidas e controladas pelo programa ocorre em um ciclo. Uma vez gravados os dados das entradas na respectiva memória imagem. limpeza de display. desta forma o ciclo termina e a varredura é reiniciada. Por fim o CLP transfere esses dados para as saídas físicas. ou seja. rotinas repetitivas em um "loop" fechado. chamado de Varredura ou Scan. Após estas "Condições de Inicialização" a UCP (unidade central de processamento) passa a fazer uma varredura constante. Princípio de funcionamento Quando energizamos o controlador programável as seguintes operações são executadas: • Teste de escrita/leitura da memória RAM. • Execução de rotinas de inicialização (limpeza de registros auxiliares de trabalho. A figura 26 ilustra o processamento cíclico.Automação Industrial e CLPs 5. Memória imagem é um espelho do estado das entradas e saídas. preparação de teclado). o CLP armazena os dados na memória imagem das saídas. Durante o processamento do programa. • Teste de executabilidade do programa de usuário. conforme descrito abaixo: A primeira etapa da varredura é verificar os dados das entradas. • Limpeza das memórias imagens de entrada e saída. iniciase a execução do programa de acordo com as instruções definidas pelo usuário. esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa de usuário. Figura 28 – Processamento por interrupção Professor Carlos Alexandre Pizzino 33 .Automação Industrial e CLPs O tempo necessário para executar uma varredura varia de controlador para controlador e depende de muitos fatores como: tamanho do programa. numa situação de emergência onde procedimentos referentes a esta situação devem ser adotados.1. Figura 27 – Ciclo 5. algumas vezes. Esta interrupção pode ocorrer a qualquer instante da execução do ciclo de programa. a UCP interrompe o ciclo normal de programa e executa um outro programa chamado de rotina de interrupção. Neste caso. aguardar o ciclo completo de execução do programa. por exemplo.1 Processamento por interrupção Certas ocorrências no processo controlado não podem. etc. Este ciclo que tem seu período variável é mostrado na figura 27.1 Outros tipos de processamento 5. ao reconhecer uma ocorrência deste tipo. instruções programadas. Este indica a rapidez com que o controlador pode reagir às entradas de campo e resolver a lógica de controle. Uma interrupção pode ser necessária. O tempo de varredura é uma consideração importante na seleção do controlador. Ao finalizar esta situação o programa voltará a ser executado do ponto onde ocorreu a interrupção. às vezes muito curto.Automação Industrial e CLPs 5. parando o processamento numa condição de falha e indicando ao operador através de sinal visual e às vezes sonoro.3 Processamento por evento Este é processado em eventos específicos. na ordem de 10 ms. temos o chamado Watch Dog Time (WD). falha na bateria e estouro do tempo de supervisão do ciclo da UCP. que normalmente ocorre como procedimento ao se detectar uma condição de estouro de tempo de ciclo da UCP. Neste último.2 Processamento comandado por tempo Da mesma forma que determinadas execuções não podem ser dependentes do ciclo normal de programa. Arquitetura O controlador lógico programável é composto normalmente de: • • • • Unidades de entrada Unidades de saída Unidade de processamento Unidade fonte de alimentação Figura 29 – Diagrama em blocos do CLP Professor Carlos Alexandre Pizzino 34 . Este tipo de processamento também pode ser encarado como um tipo de interrupção.1. 5. 6. porém ocorre a intervalos regulares de tempo dentro do ciclo normal de programa. tais como no retorno de energia.1. algumas devem ser executados a certos intervalos de tempo. Normalmente estas entradas são sinalizadas por led's. 6. Os sinais de entrada são isolados do sistema de processamento através de acopladores ópticos. o qual fica disponível para o processador através do seu barramento de dados.1 Unidade de entrada digital As interfaces de entradas discretas detectam e convertem sinais de comutação de entrada em níveis lógicos de tensão usados no Controlador Programável. Professor Carlos Alexandre Pizzino 35 . 220 Vca) para um nível DC compatível com a interface. O circuito de entrada é composto por duas seções principais: entradas de estados e interface. Essas características limitam a interface a sinais do tipo ON/OFF (ligado/desligado). cujos sinais sejam tensões ou correntes.Automação Industrial e CLPs 6. Estas interfaces podem ter um ou mais canais de aquisição de dados que codificam sinais analógicos ou digitais de entrada de diversos níveis de tensão (alternada ou contínua). Figura 30 – Arquitetura da Unidade de Entrada Digital • • • • • • Entre os diversos tipos de transdutores digitais. provenientes de sensores analógicos. compatibilizando estes sinais com o sistema. o circuito isolador gera um sinal na seção lógica (interface). e de outros tipos de transdutores. pushbuttons. Quando um sinal válido é detectado.1. sendo que essas são normalmente desacopladas eletricamente por um circuito isolador. A seção de entrada de estados basicamente realiza a função de conversão da tensão da entrada (127 Vca.1 Unidades de Entrada As unidades de entrada fornecem as conexões entre os dispositivos de campo e a unidade central de processamento. podemos citar: Botões Chaves de fim de curso Sensores de proximidade Termostatos Pressostatos "Push Buttons" A comutação de uma unidade de entrada pode ser em corrente contínua ou em corrente alternada. 1. A figura 32 exemplifica um circuito de entrada digital tipo P.1. A figura 33 exemplifica um circuito de entrada digital em corrente alternada.Automação Industrial e CLPs 6. Professor Carlos Alexandre Pizzino 36 . Figura 31 – Entrada tipo N • Entrada Tipo P: A comutação é executada quando o dispositivo externo aplica o pólo positivo da fonte na entrada digital.1.1 Entrada em corrente contínua Tipos de entradas digitais em corrente contínua: • Entrada Tipo N: A comutação é executada quando o dispositivo externo aplica o pólo negativo da fonte na entrada digital. A figura 31 exemplifica um circuito de entrada digital tipo N.1. Figura 32 – Entrada tipo P 6.2 Entrada em corrente alternada A comutação ocorre quando é colocado 127 Vca ou 220 Vca no borne de entrada. Automação Industrial e CLPs Figura 33 – Entrada em corrente alternada 6. Este código digital é armazenado na memória imagem do controlador como um registro. O valor analógico é geralmente expresso como um valor decimal (BCD). Ou seja. A tensão ou a corrente de entrada é convertida para um código digital proporcional ao valor analógico.2 Unidade de entrada analógica A interface de entrada analógica contém os circuitos necessários para receber sinais analógicos de tensão ou corrente dos dispositivos de campo. pois de acordo com o número de bits do conversor A/D é que se define a menor parcela que pode ser lida. Os conversores A/D normalmente são de 10 ou 12bits As faixas de valores de tensão e corrente para entradas analógicas mais utilizadas na indústria são: • 0 a 20mA • 4 a 20mA • 0 a 10Vdc A figura 34 mostra o diagrama de blocos de uma unidade de entrada analógica. através de um conversor analógico digital (A/D). uma entrada com um maior número de bits permitirá uma melhor representação da grandeza analógica.1. Figura 34 – Entrada analógica Professor Carlos Alexandre Pizzino 37 . A resolução das entradas analógicas é uma informação importante. etc.1 Unidade de Saída Digital: As interfaces de saída discretas convertem sinais lógicos usados no Controlador Programável em sinais capazes de energizar atuadores. N ou P) e pelos diversos níveis de tensão e potência. Estas interfaces podem ter um ou mais canais.1. Figura 35 – Saída digital Professor Carlos Alexandre Pizzino 38 . Durante uma operação normal.Automação Industrial e CLPs 6. tais como ON/OFF (ligado/desligado).1 Transdutores analógicos São todos os tipos de transdutores que necessitam fazer conversão de curso. O controle da saída é limitado a dispositivos que somente requerem comutação em dois estados. pressão. fornecendo sinais digitais ou analógicos devidamente amplificados para energizar os elementos de operação e sinalização de atuadores diversos. o processador envia para o circuito lógico o estado da saída de acordo com a lógica programada.2 Unidades de Saída As unidades de saída fornecem as conexões entre os dispositivos de campo e a unidade central de processamento.2. 6. peso. Normalmente estas saídas são sinalizadas por led's.2. que se caracterizam pelo tipo (CA ou CC. tais como: • Transdutor de pressão • Amplificadores de tensão para células de carga • Transdutor de umidade • Régua Potenciométrica • Sensor de Nível • Sensor de Vazão 6. sendo que essas são normalmente desacopladas eletricamente por um circuito isolador. O circuito de saída é composto por duas seções principais: saídas e interface. conforme figura 37).1. através de TRIAC’s (em corrente alternada) ou através de relés (corrente contínua ou alternada).1.2. podemos citar: • Contatores • Solenóides • Relés • Lâmpadas • Sirenes A comutação executada por uma unidade de saída pode ser através de transistores (em corrente contínua).2 Saída em corrente contínua Saída Tipo N: Quando o fluxo de corrente ocorre da saída para o potencial negativo da fonte de alimentação de 24 Vcc (carga ligada entre o potencial positivo e a saída.Automação Industrial e CLPs 6.2. A figura 36 exemplifica o circuito de uma saída digital tipo N. 6. tipo N Figura 37 – Esquema de ligação Professor Carlos Alexandre Pizzino 39 .1 Atuadores Digitais Entre os diversos tipos de atuadores. Figura 36 – Saída em corrente contínua. tipo P Figura 39 – Esquema de ligação 6. No circuito da figura 40.Automação Industrial e CLPs Saída Tipo P: Quando o fluxo de corrente ocorre do potencial positivo da fonte de alimentação de 24 Vcc para a saída (carga ligada entre o potencial negativo e a saída.2. conforme figura 39). Figura 38 – Saída em corrente contínua.3 Saída em corrente alternada Alimentação de 90 Vca a 240 Vca. Professor Carlos Alexandre Pizzino 40 .1. têm-se os seguintes componentes: • • • Varistor: Protege contra o surto de tensão RC: Protege contra disparo indevido TRIAC: Isolado do sistema por acoplador óptico A figura 40 exemplifica o circuito de uma saída digital em corrente alternada. A figura 38 exemplifica o circuito de uma saída digital tipo P. Figura 41 – Saída analógica Professor Carlos Alexandre Pizzino 41 . As faixas de valores de tensão e corrente para saídas analógicas mais utilizadas na indústria são: • 0 a 20mA • 4 a 20mA • 0 a 10Vdc A figura 41 mostra o diagrama de blocos de uma unidade de saída analógica. Os conversores D/A normalmente são de 10 ou 12bits.1.2.4 Unidade de saída analógica A interface para saídas analógicas recebe do processador dados numéricos que são convertidos em valores proporcionais de corrente ou tensão e aplicados nos dispositivos de campo.Automação Industrial e CLPs Figura 40 – Saída em corrente alternada 6. A interface contém um conversor digital-analógico (D/A). O valor analógico é geralmente expresso como um valor decimal (BCD). A capacidade de memória de um CLP é definida em função do número de palavras de memória previstas para o sistema. é composta pelo microprocessador ou microcontrolador.1 Memórias O sistema de memória é uma parte de vital importância no processador de um controlador programável.3 Unidade de Processamento A unidade de processamento é a responsável pelo gerenciamento e processamento das informações do sistema e. A memória de dados é responsável pelo armazenamento dos resultados do processamento da CPU. interface de programação e interface homem-máquina. A escolha de um determinado tipo depende do tipo de informação armazenada e da forma como a informação será processada pela UCP. O Hardware da memória é composto por RAM’s e ROM’s. executando operações lógicas. O módulo de processamento monitora os sinais de entrada do controlador programável e os combina de acordo com as instruções existentes na memória de programa de usuário.1 Arquitetura de Memória de um CLP A arquitetura de memória de um controlador programável pode ser constituída por diferentes tipos de memória. 6.Automação Industrial e CLPs 6. que são formadas sempre com o mesmo número de bits. A memória é constituída pela memória do programa e pela memória de dados. memória de programa de usuário. 6. memória de dados. operações de temporização. pois armazena todas as instruções assim como o os dados necessários para executá-las. contagem e sequenciamento para após liberar os sinais apropriados para as saídas e assim comandar os dispositivos de controle. memória de programa básico. Existem diferentes tipos de sistemas de memória. Na memória de dados utiliza-se RAM’s. Este programa é lido pelo CPU para sua execução.5 Atuadores analógicos Entre os diversos tipos de atuadores. podemos citar: • • Conversor de freqüência Válvula proporcional 6. As informações armazenadas num sistema de memória são chamadas palavras de memória.1. A memória do programa armazena o procedimento de controle do equipamento.2. A memória do computador é onde se armazenam os Professor Carlos Alexandre Pizzino 42 . havendo uma intensa interação entre a CPU e esta memória.3.1.3. Memória RAM (random acess memory) memória de acesso aleatório. disco magnético e até memória de semicondutor em forma de circuito integrado. As memórias ROM são designadas como memória de programa por serem memórias que não podem ser alteradas em estado normal de funcionamento.Automação Industrial e CLPs dados que devem ser manipulados pelo computador (chamada memória de dados) e também onde está armazenado o programa do computador (memória de programa). apenas utilizam-se memórias fixas para armazenar dados fixos ou programas e memórias que podem ser alteradas pelo sistema para armazenar dados que podem variar de acordo com o programa. porém têm a vantagem de não perderem as suas informações mesmo quando é desligada sua alimentação. A figura 42 mostra uma tabela com as diferenças entre os tipos de memórias. Figura 42 Professor Carlos Alexandre Pizzino 43 . Aparentemente não existe uma diferença física entre as memórias de programa. As memórias a semicondutores podem ser divididas em dois grupos diferentes: • • Memória ROM (read only memory) memória apenas de leitura. Existem diversos tipos de memórias que podem ser utilizadas pelo computador: fita magnética. de um controlador programável pode ser dividido em cinco áreas principais: Figura 43 Memória executiva – É formada por memórias do tipo ROM ou PROM e em seu conteúdo está armazenado o sistema operacional responsável por todas as operações que são realizadas no CLP.A UCP efetuará a leitura das instruções contidas nesta área a fim de executar o programa do usuário. aritméticas e especiais.A memória de status dos módulos de E/S são do tipo RAM. contagem. As memórias de usuário podem ser memórias voláteis ou não voláteis.1. RAM. quando necessário. Memória de dados – As memórias de dados são do tipo RAM. Memória do sistema – Esta área é formada por memórias tipo RAM. Funções de temporização.2 Estrutura Independente dos tipos de memórias utilizadas. Armazena resultados e/ou operações intermediárias.3. Memória do usuário . A UCP. conforme a figura 43. após ter efetuado a leitura dos estados de todas as entradas. Memória de status dos cartões de E/S ou imagem . NVRAM ou FLASH-EPROM. de acordo com os procedimentos predeterminados pelo sistema operacional. O usuário não tem acesso a esta área de memória. Professor Carlos Alexandre Pizzino 44 . sendo respectivamente do tipo. Não pode ser acessada nem alterada pelo usuário. pois terá o seu conteúdo constantemente alterado pelo sistema operacional.Automação Industrial e CLPs 6. necessitam de uma área de memória para armazenamento de dados. armazena essas informações na área denominada status das entradas ou imagem das entradas. os resultados serão armazenados na área denominada status das saídas ou imagem das saídas. Após o processamento dessas informações. e armazenam valores do processamento das instruções utilizadas pelo programa do usuário. Pode ser considerada como um tipo de rascunho. o mapa de memória. geradas pelo sistema. dispositivos de controle e monitorização. As formas mais usuais de encontrarmos esses dispositivos são as frontais de teclado e display de cristal líquido (LCD) ou vácuo fluorescente (VFD) O SCADA é um software cujos objetivos são: aquisição de dados do processo.3 Interface de Programação Esta interface permite a programação da memória de usuário através do uso de software específico para desenvolvimento do programa de usuário. Efetivamente a comunicação entre o computador principal da instalação e os níveis hierárquicos inferiores num conceito de controle distribuído deve ser realizado através do sistema supervisório. cujo propósito é monitorar o tempo de execução da varredura. Esta interface permite a interação do usuário com a máquina ou processo. monitoração e documentação dos programas. possibilitando a visualização ou alteração das variáveis desses sistemas.Automação Industrial e CLPs 6.3. sendo executado em um microcomputador compatível com o padrão IBM-PC (na versão desktop ou laptop. ou seja. inferior ou equipamentos periféricos. A interface homem-máquina é realizada através de telas. Para executar as funções o SCADA permite a criação de um banco de dados de forma a gerar a interface homem-máquina. Caso exceda este tempo. o terminal de programação permite. para programação em campo).3. o "WATCHDOG TIMER" irá detectar esta condição.4 Interface Homem-Máquina A interface homem-máquina é um equipamento através do qual o operador recebe as informações sobre o processo. Este circuito consiste de um temporizador com uma base de tempo fornecida pelo microprocessador. que está interligado por meio de protocolos específicos às redes de comunicação seja num nível superior. que será instalado nos equipamentos móveis.2 Watchdog Timer Alguns tipos de controladores programáveis possuem internamente à unidade de processamento. um circuito "WATCHDOG TIMER". interface homem-máquina para supervisão de processo e organização das informações sobre o processo. providenciando então o desligamento das saídas do sistema para evitar operações indesejadas e a reinicialização CPU. elaborar gráficos e relatórios. Ele é composto de um terminal de diálogo. 6. muitas vezes. permitindo a edição. O hardware do sistema supervisório é composto por um microcomputador no qual será instalado o software de supervisão.3. monitorar o programa aplicativo. 6. Além disso. Professor Carlos Alexandre Pizzino 45 . visualizar em tempo real o programa sendo executado. Para minimizar as dificuldades de programação usando este código. portanto seus conjuntos de registros e instruções também são diferentes. através da qual o usuário se comunica com a máquina. pode-se utilizar também o código hexadecimal. por instruções.Automação Industrial e CLPs Linguagens de Programação 1. Na linguagem assembler o programa é escrito com instruções abreviadas chamadas mnemônicos. Cada item do programa chama-se linha ou passo. E a desvantagem é o tempo de processamento maior do que em sistemas desenvolvidos em linguagens de baixo nível. Na execução de tarefas ou resolução de problemas com dispositivos microprocessados. Figura 44 – Linguagem de alto nível A vantagem é a elaboração de programa em tempo menor. não necessitando conhecimento da arquitetura do microprocessador. é necessária a utilização de uma linguagem de programação. Todas elas conduzem ao sistema. Cada microprocessador ou microcontrolador possuem estruturas internas diferentes. Exemplos de linguagens de alto nível: Professor Carlos Alexandre Pizzino 46 . um plano básico de controle. Quando um microcomputador utiliza uma linguagem de alto nível. onde as instruções são escritas em código binário (bits 0 e 1). representa uma instrução ou dado a ser operacionalizado. Linguagem de Alto Nível É uma linguagem próxima da linguagem corrente utilizada na comunicação de pessoas. Existem as linguagens de baixo e de alto nível: Linguagem de Baixo Nível A linguagem de máquina é a linguagem corrente de um microprocessador ou microcontrolador. A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa. que vai coordenar e sequenciar as operações que o microprocessador deve executar. ou seja. Introdução A função de todas as linguagens de programação é permitir ao usuário se comunicar com o controlador programável via um dispositivo de programação. é necessário a utilização de compiladores e interpretadores para traduzirem este programa para a linguagem de máquina. Automação Industrial e CLPs • • • • Pascal C Fortran Cobol 2. Cada elemento pode ser programado em qualquer linguagem IEC. com regras de sintaxe O IEC (International Electrotechinal Commitee) é responsável pela padronização das linguagens de programação. para um conjunto de elementos de controle de execução.Grafcet Professor Carlos Alexandre Pizzino 47 . Devido a sua estrutura geral. integrando pessoas de diferentes formações. etc. O SFC descreve graficamente o comportamento seqüencial de um programa de controle e é derivado das redes de Petri e da norma IEC 848 Grafcet. departamentos e países. o SFC funciona também como uma ferramenta de comunicação. blocos. Cada passo representa um estado particular do sistema sendo controlado. Figura 45 – SFC . interligados com blocos de ações e transições. O SFC consiste de passos. incluindo o próprio SFC. comandos. com as alterações necessárias para converter a representação de uma documentação padrão. Tipos de linguagens de programação no CLP As linguagens de programação constituem-se em um conjunto de símbolos. Existem cinco tipos básicos de linguagem que normalmente são encontradas em controladores programáveis e são padronizadas pela norma IEC 61131-3: Linguagens Textuais • Texto Estruturado (Strutured Text – ST) • Lista de Instruções (Instruction List – IL) Linguagens Gráficas • Diagrama Ladder (LD) • Diagrama Blocos Funcionais (Function Block Diagram – FBD) Dentro dos elementos comuns definidos pela norma existe o Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC. então ligar saída S80. A linguagem Ladder Professor Carlos Alexandre Pizzino 48 . A figura 46 mostra um exemplo.2.2 Linguagens Gráficas 2.1 Diagrama Ladder (LD) A linguagem Ladder é uma representação gráfica da linguagem de programação do CLP. Também conhecida como lógica de diagrama de contatos.1 . incluindo condicionais (IF-THEN-ELSE e CASE OF) e iterações (FOR. Pode ser representado em lista de instruções por: AND A E00 : Contato E00 A E01 : EM SÉRIE Contato E01 = S80 : = Acionamento de saída S80 2.Linguagens Textuais 2. WHILE e REPEAT). com raízes em Pascal e “C”.2 Lista de Instruções (Instruction List – IL) Consiste de uma seqüência de comandos padronizados correspondentes a funções.1. O programa representado pela linguagem descritiva: Se as entradas E00 e E01 estiverem ligadas. Assemelha-se a linguagem Assembler.1.Automação Industrial e CLPs 2. Contém todos os elementos essências de uma linguagem de programação moderna.1Texto Estruturado (Strutured Text – ST) É uma linguagem de alto nível muito poderosa. Figura 46 2. projetistas. A maneira tradicional de se programar um CLP é através do “ladder“. uma porta AND. A figura 47 mostra um exemplo. conforme figura 48. Como o CLP veio substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento. Programação em LADDER Alguns CLP’s. É possível desenvolver lógicas combinatórias. os engenheiros. que é a transposição do diagrama lógico de relés para o CLP. por exemplo. O seu sucesso se deve ao fato de que é simbólico. processa a Lógica. o que ocorre na maioria das vezes. a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento. Professor Carlos Alexandre Pizzino 49 .Automação Industrial e CLPs é o sistema de representação que mais se assemelha à tradicional notação de diagramas elétricos. fazendo isto ciclicamente (Tempo de varredura ou Scan). A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar as suas saídas é programável. técnicos eletricistas ou profissionais da área de controle. lógicas seqüenciais e também uma composição das duas. O CLP “lê“ as entradas de campo. desenvolvidos por eletrotécnicos. analisa o programa aplicativo (LADDER DIAGRAM). O programa representado pela linguagem descritiva: Se as entradas E00 e E01 estiverem ligadas.2 Diagrama de Blocos Funcionais (Function Block Diagram – FBD) O diagrama funcional é uma forma gráfica de representação de instruções ou comandos que devem ser executados. é muito simples para ser interpretado. Figura 48 3. Possui blocos indicando. e habilita as saídas. então ligar saída S80. Figura 47 2. possibilitam a apresentação do programa do usuário em uma ou mais formas.2. Pode ser representado em blocos funcionais. Cada uma das linhas horizontais é uma sentença lógica onde os contatos são as entradas das sentenças. 3. esta linguagem é denominada linguagem de contatos ou simplesmente LADDER. manipulação de dados. Compõe-se de vários circuitos dispostos horizontalmente. Professor Carlos Alexandre Pizzino 50 . A linguagem de diagrama ladder é um conjunto de instruções simbólica que é usada para criar um programa para um controlador programável. as bobinas são as saídas e a associação dos contatos é a lógica. Esse endereço aparece no ladder com um nome simbólico. seqüenciais e circuitos que envolvam ambas. está agora estendida conjuntos de sub-instruções como: tipo relé. para facilitar a programação. acoplado ao desenvolvimento na tecnologia. alimentados por duas barras verticais laterais. e por isso é a linguagem de programação de CLP mais simples de ser assimilada por quem já tenha conhecimento de circuitos de comando elétrico. utilizando como operadores para estas lógicas: entradas. aritmética. O diagrama ladder utiliza lógica de relé. com a bobina na extremidade direita. transferência de dados e controle de programa. Por esse formato é que recebe o nome de ladder que significa escada. A lógica de controle desejada pode ser obtida formatando os símbolos de instrução ladder e armazená-los na memória. com contatos (ou chaves) e bobinas. Figura 49 No ladder cada operando (nome genérico dos contatos e bobinas no ladder) é identificado com um endereço da memória à qual se associa no CLP.Automação Industrial e CLPs pessoal da manutenção já estão familiarizados com esta programação. Uma maior flexibilidade era necessária. Antes da extensão da linguagem ladder. é rápido de se programar e se identificar engano e corrigi-los. A figura 49 mostra as mostra os três principais símbolos de programação. temporizador/contador. em inglês. estados auxiliares e registros numéricos. o conjunto de instruções ladder padrão era limitado para desempenhar somente funções de relé equivalentes. A linguagem Ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais. saídas.1 Principais Símbolos de Programação Os CLP vieram a substituir elementos e componentes eletro-eletrônicos de acionamento e a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvidos por eletrotécnicos e profissionais da área de controle. usando um contato básico do tipo relé e símbolos de bobina similar. é a Álgebra de Boole. Na figura 50. expressões representativas da solução do problema ou do comando de um sistema. Professor Carlos Alexandre Pizzino 51 .OR). em várias representações. As bobinas acionam o seu endereço. Tais expressões podem ser executadas por um conjunto de circuitos. 3. As portas lógicas são a traduções dos postulados de Boole. Figura 50 3. os que tiverem por finalidade acionar ou energizar uma bobina deverão ser do mesmo tipo do contato externo que aciona seu respectivo ponto no módulo de entrada. é mostrado um quadro elucidativo a esse respeito. através de seus teoremas.NOT). veremos em detalhe cada bloco. bloco NF (função NÃO .1 Instruções booleanas Os blocos básicos ou fundamentais nas linguagens de programação são: bloco NA (função SIM). formando assim. conforme a figura 51. como entrada. bloco SÉRIE (função E . denominados em eletrônica digital. Os contatos endereçados. para um número reduzido de variáveis.AND) e o bloco PARALELO (função OU .2. um par de terminais no módulo de saída será mantido em condição de condução elétrica.2 Estrutura da Linguagem O tratamento matemático dado à solução de um certo problema. Os contatos são acionados pelo endereço que os identifica. Enquanto uma bobina com endereço de saída estiver acionada.Automação Industrial e CLPs O estado de cada operando é representado em um bit correspondente na memória imagem: este bit assume nível 1 se o operando estiver acionado e 0 quando desacionado. Considerando um CLP genérico de 8 entradas digitais e 8 saídas digitais. são acionados enquanto seu respectivo par de terminais no módulo de entrada é acionado: fecham-se se forem NA e abrem-se se forem NF. Já os que forem usados para desacionar ou desenergizar uma bobina devem ser de tipo contrário do contato externo que os aciona. Com relação ao que foi exposto acima sobre os contatos endereçados como entrada. de portas lógicas. F.Automação Industrial e CLPs Figura 51 – CLP genérico BLOCO N.A. (NORMALMENTE ABERTO). Figura 53 – Função NOT Professor Carlos Alexandre Pizzino 52 . (NORMALMENTE FECHADO). Figura 52 – Função identidade BLOCO N. conforme figura 54: Figura 54 – Função AND BLOCO PARALELO (FUNÇÃO OU).Automação Industrial e CLPs BLOCO SÉRIE (FUNÇÃO E). que pode ser representado. conforme figura 55: Figura 55 – Função OR Professor Carlos Alexandre Pizzino 53 . que pode ser representado. Cada uma dessas flags representa.Automação Industrial e CLPs 3. em última análise. ou por flags e são identificadas por F1. etc. conforme figura 57. do ponto de vista lógico. Apesar dos programas apresentarem o mesmo comportamento.2. um relé auxiliar para uso no diagrama de contatos.2 Circuito Misto Os circuitos mistos podem ser feitos de duas maneiras: • diretamente Figura 56 – Circuito misto pelo método direto • por flags Alternativamente. também poderiam ser utilizadas as regiões internas de memórias. F3. Às vezes denominadas registro ou tag. há uma desvantagem devido ao excessivo uso da memória porém são mais fáceis de se programar. Professor Carlos Alexandre Pizzino 54 . F2. Automação Industrial e CLPs Figura 57 – Circuito misto com uso dos flags Professor Carlos Alexandre Pizzino 55 . ou seja.3 Blocos especiais BLOCO OU INSTRUÇÃO .Esta instrução força o estado de uma saída ou memória a ficar ativada. BLOCO OU INSTRUÇÃO RESET . Figura 58 – Função de SET/RESET BLOCO OU INSTRUÇÃO TIMER . efetua o desligamento de uma memória previamente setada do CLP.RST (RESETAR): Esta instrução força o estado de uma saída ou memória a ficar desativada. Figura 59 – Temporizador de retardo na energização Professor Carlos Alexandre Pizzino 56 . Ele também é chamando de temporizador de retardo na energização. efetua a memorização de um valor numa variável do CLP.2.T (TEMPORIZADOR): Esta instrução serve para ativar uma saída ou memória após certo período de tempo. ou seja.SET (SETAR) .Automação Industrial e CLPs 3. Temporizador de retardo na energização e no desligamento – É o tipo de temporizador cujos contatos são atuados com um atraso de t1 segundos da energização da bobina e desligados t2 segundos após sua desenergização. encontram-se outros esquemas de temporização além do retardo na energização.Automação Industrial e CLPs Outros esquemas de temporização Na prática. Temporizador no retardo no desligamento – É o tipo de temporizador cujos contatos atuam junto com a energização da bobina e desligam t segundos após sua desenergização. Professor Carlos Alexandre Pizzino 57 . Professor Carlos Alexandre Pizzino 58 . Temporizador limitado no tempo – É o tipo de temporizador cujos contatos são atuados enquanto durar o pulso de entrada até o limite de t segundos e após ocorre sua desenergização.Automação Industrial e CLPs Temporizador de tempo definido – É o tipo de temporizador cujos contatos são atuados junto com o pulso de disparo durante t segundos e após ocorre sua desenergização. Oscilador astável – É um esquema de temporização cujos contatos são atuados ciclicamente durante t1 segundos em nível alto e t2 segundos em nível baixo.Automação Industrial e CLPs Temporizador por tempo ‘t’ após o desligamento – É o tipo de temporizador cujos contatos são atuados por t segundos após a borda de descida do contato de entrada. Professor Carlos Alexandre Pizzino 59 . Automação Industrial e CLPs BLOCO OU INSTRUÇÃO COUNTER . após certo número de eventos. Figura 60 – Esquema do contador Professor Carlos Alexandre Pizzino 60 .C (CONTADOR): Esta instrução serve para ativar uma saída ou memória. registradores e temporizadores.2.Automação Industrial e CLPs 3.MOV: É utilizada para movimentar dados entre registradores.CMP: É utilizada para comparar valores de contadores. Figura 62 Professor Carlos Alexandre Pizzino 61 .3 Outros blocos BLOCO OU INSTRUÇÃO COMPARAÇÃO . Figura 61 BLOCO OU INSTRUÇÃO MOVER . contadores e temporizadores. Y + X . (C. (a) F = B. (C + D) . Y2. conforme tabela abaixo.B + A. ( A + B ) Professor Carlos Alexandre Pizzino 62 .C. b) Faça o circuito lógico. ( A + B ) + A . c) Desenhe o diagrama de contatos das funções abaixo.Y + X .D) (d) F = X .Y (e) F = A . Y3 e Y4. expressão lógica e o diagrama de contatos (Ladder) referente as saídas Y1.Automação Industrial e CLPs Exercícios a) Faça a programação em Ladder (diagrama de contatos) do seguinte circuito lógico.D (b) F = (A + B) .B + A. (A + B + D) (c) F = (A.C + A.B) . D + C. e) Faça a programação em Ladder (diagrama de contatos) que realiza a bobinagem de carretéis. e decorrido 5s. chaves contatoras K1 e K2 atuados.Automação Industrial e CLPs d) Faça a programação em Ladder (diagrama de contatos) para um sistema de reservatório composto de uma válvula de entrada P. um alarme AL e quatro sensores de nível (a. M1 e M2 bombeiam. Em ‘d’. fecha-se a válvula P. chaves contatoras K1 e K3 atuados. Se o nível for inferior a ‘b’. duas bombas (acionadas por M1 e M2). As condições de funcionamento são as seguintes: se o nível for ‘a’. b. então. Após o fio ter sido manualmente fixado no carretel. o operador pressiona a botoeira B para o início da bobinagem pelo acionamento do motor M.triangulo. então. ele deve ser alimentado em delta. Usar uma botoeira L para ligar o motor e D para desligar. f) Faça a programação em Ladder (diagrama de contatos) que realiza a partida de um motor trifásico no modo estrela . Cada carretel deve ser preenchido com 150 voltas de fio. c. o motor deve ser desligado. abre-se a válvula P. Abaixo de ‘b’. nenhuma das bombas deverá funcionar. somente M1 bombeia. Ao final da bobinagem. Acima de ‘b’. Professor Carlos Alexandre Pizzino 63 . soa o alarme AL. d) conforme ilustrado na figura. e a indicação de volta completa é feita pelo chanfro no carretel que aciona o fim-de-curso “a”. Abaixo de ‘c’. Na partida o motor deve ter seus enrolamentos alimentados em estrela. para problemas nos quais as ações de comando são seqüenciais. Algumas técnicas utilizadas atualmente para descrever comportamentos seqüenciais incluem fluxogramas. por outro lado. além de limitações quando do uso de ouras tecnologias distintas da pneumática. mas que se mostram inviáveis na solução de automatismos. diagrama trajeto-passo e Grafcet. caso não se disponha de uma metodologia que represente o comportamento do sistema a se automatizar. dada a similaridade que tais sistemas apresentam com implementações em linguagem computacional de baixo nível. em que as saídas ou ações dependem apenas das condições atuais das entradas. Porém. além de outras. Os diagramas de variáveis de estado. apresentam. os primeiros foram aplicados como uma tentativa de adaptar uma solução já consagrada nos programas de computadores escritos em linguagem de alto nível. são mais propícias à análise de sistemas. rede de Petri. diagrama trajeto-passo) Professor Carlos Alexandre Pizzino 64 . pode se tornar confusa e inviável. porém. utilizando tecnologia pneumática. tais como os de estudo em manufatura flexível. Figura 63 – Exemplos de modelagens de lógica seqüencial (fluxograma. o incoveninte de não fornecerem em casos menos triviais um visão gerl do processo que se automatiza. para os sistemas de controle de lógica combinacional.Automação Industrial e CLPs Programação de lógica seqüencial em CLPs 1. variáveis de estado. De fato. Pela ordem. muito mais do que a dinâmica encontrada em máquinas e processos industriais. Introdução Os tradicionais diagramas de lógica a relé tipo ladder têm sido amplamente utilizados pelos engenheiros e técnicos para desenhar e representar a lógica dos sistemas de comando. o diagrama lógico a relé é plenamente satisfatório. ou então de tempo dependente. diagramas de variáveis de estado. a modelagem lógica. As rede de Petri. representada unicamente com diagrama de relés. semelhantes ao caso anterior. descrevem a dinâmica seqüencial em dispositivos controladores. redes de Petri. Enquanto os diagramas de trajeto-passo têm tido boa aceitação para o modelamento de automatizações. O 2.1 Descrição do Grafcet Um Grafcet é um modelo de representação gráfica do comportamento da parte de comando de um sistema automatizado. 2. por uma interpretação das variáveis de entrada e saída da parte de comando caracterizadas como receptividade e ações. por um grupo de pesquisadores e gerentes industriais envolvidos com sistemas discretos de grande complexidade. aliam-se a habilidade do modelo da rede de Petri para modelagem de concorrência e a simplicidade das funções booleanas para a representação de decisões complexas. Nele. e por regras de evolução que definem formalmente o comportamento dinâmico dos elementos comandados. Em 1988. e regularizado pela norma francesa NF C03-190. Figura 64 – Elementos de um Grafcet Professor Carlos Alexandre Pizzino 65 . Grafcet O Grafcet tem suas origens na França. Mais tarde. onde foi desenvolvido em meados dos anos 70. Ele é constituído por uma simbologia gráfica com arcos orientados que interligam etapas e transições. uma ferramenta bastante útil ao projetista na especificação de projetos de automatização. construtores de PLC e produtores de software escolheram o Grafcet como a linguagem de entrada para controle seqüencial booleano propuseram implementações em computadores e controladores. Após ser testado em companhias privadas francesas e em sistemas educacionais. ou Grafcet. em particular. Seu uso industrial vem se ampliando. É.Automação Industrial e CLPs O Gráfico Funcional de Comandos Etapa-Transição. torna-se mais viável para modelamento de sistemas automatizados devido à facilidade de interpretação que apresenta. mostrou-se ser muito conveniente para a representação de sistemas seqüenciais. foi adotado pelo IEC (International Electrotechnical Comission) conforme publicação 848. a fim de implementar o controle seqüencial em um CLP. bem como o número de pesquisadores que estudam o uso teórico desse modelo. Uma compreensão clara do significado de cada uma dessas representações é imprescindível. As etapas são representadas graficamente por um quadrilátero. a significar a evolução do Grafcet de uma situação para outra. O conjunto de etapas ativas num determinado instante determina a situação em que se encontra o Grafcet.1.1 Etapa Uma etapa é um estado no qual o comportamento do circuito de comando não se altera frente a entradas e saídas. 2.3 Arcos orientados Indicam a seqüencialização do Grafcet pela interligação de uma etapa a uma transição e desta a outra etapa sucessivamente. A passagem de uma situação para outra só é possível com a validade de uma transição. O sentido convencionado é de cima para baixo. deve-se indicá-lo. Em um dado instante.2 Transição Representada graficamente por traços nos arcos orientados que ligam etapas. Uma transição está válida quando todas as etapas imediatamente precedentes estiverem ativas. Etapa inicial é a etapa que se torna ativa logo após início do funcionamento do Grafcet e é representada por um duplo quadrilátero.1. 2.4 Ação As ações representam os efeitos que devem ser obtidos sobre os mecanismos controlados em uma determinada situação (“o que deve ser feito”). Representam também ordens de comando (“como deve ser feito”). 2. e devem ser identificadas com números. e se dá com a ocorrência da transição. Em um dado instante. Figura 65 – Representação e exemplos de ação Professor Carlos Alexandre Pizzino 66 .1. uma etapa pode estar ativa ou inativa. seguidos ou não por abreviaturas. quando não for o caso.1. uma transição pode está válida ou não.Automação Industrial e CLPs 2. As ordens de comando contidas em ações atuam sobre: • • • Elementos físicos do mecanismo controlado (saídas do CLP). Elementos auxiliares do comando (temporizadores.4.Automação Industrial e CLPs Cada ação é representada graficamente no interior de retângulos associados a uma etapa. etc. limitada no tempo. depende de uma outra condição lógica a ser satisfeita. condicional. 2.1. com retardo. Interfaces homem-máquina (vídeo. memorizada.1 Ordem contínua Tipo de ordem de comando cuja emissão depende da ativação da etapa a qual estiver associada.) Uma ação pode conter ordens de comando do tipo: contínua. memórias.2 Ordem condicional Tipo de ordem de comando cuja emissão além da ativação da etapa associada. painéis de controle.1. Figura 66 – Ordem contínua 2. etc.). e esta será realizada somente e apenas quando sua etapa correspondente estiver ativa. contadores.4. Figura 67 – Ordem condicional Professor Carlos Alexandre Pizzino 67 . impulsional e em diversas etapas. impressora. mas com tempo de duração “infinitesimamente” pequeno (corresponde ao ciclo de varredura do CLP comum). Figura 68 2. tais como: inicializador de temporizações.4 Limitada no tempo (L) A ordem é emitida logo após a ativação da etapa.4. porém com duração limitada a um valor de tempo específico. Pode ser de duas naturezas: emitida apenas associada à ativação da etapa. além disto. estar ainda condicionada ao aparecimento de uma outra variável. incremento/decremento de controladores.4.1.1. Professor Carlos Alexandre Pizzino 68 .1. ou. Sua finalidade é atuar em elementos de comando.5 Impulsional (P) Semelhante à limitada.Automação Industrial e CLPs 2. Figura 69 – Ordem com tempo limitado 2. armazenamento de dados em memória. etc.3 Com retardo (D) Trata-se do caso particular de ordem condicional em que a dependência é associada a um retardo de tempo.4. 1. Figura 71 – (a) Repetição de ações em etapas consecutivas. Professor Carlos Alexandre Pizzino 69 .Automação Industrial e CLPs Figura 70 – Ordem impulsional e impulsional condicionada 2.4. é possível a repetição da ordem de comando tantas vezes quantas for preciso.6 Em diversas etapas Quando necessita-se que uma mesma ação atue em mais de uma etapa. (b) Estrutura em paralelo equivalente. 1.5 Receptividade Receptividade é a função lógica combinacional associada a cada transição. seja pela borda de subida. uma receptividade vai ocasionar a ocorrência de uma transição válida. Quando em estado lógico verdadeiro. Figura 72 – Ordem memorizada usando indicadores S e R. Uma receptividade pode ser encarada como o elo existente entre a lógica combinacional e a lógica seqüencial.7 Memorizada Ação específica para ligar (SET) e outra para desligar (RESET). Uma receptividade também pode estar associada ao sentido de comutação de uma variável lógica. 2.Automação Industrial e CLPs 2. Uma receptividade é associada a: • • • • • Variáveis lógicas oriundas de sinais de entrada do sistema Variáveis internas de controle Resultado da comparação de contadores e temporizadores Informação do estado de uma outra etapa Condicionada a uma determinada situação do Grafcet No exemplo da figura 73. seja pela borda de descida ou por temporizações. ilustra o caso em que a informação do estado da etapa E3 é usada como receptividade para a transição T4.4.1. Professor Carlos Alexandre Pizzino 70 . Duas ou mais receptividades podem ocorrer ao mesmo tempo se forem correlatas. Problema da simultaneidade de receptividades correlatas e sistemas com ciclos de varredura grande quando comparado com os tempos de transição do sistema. Exemplo de receptividade associada à temporização: Figura 74 – Exemplo de temporização Professor Carlos Alexandre Pizzino 71 .Automação Industrial e CLPs Figura 73 – Exemplo de receptividade associada à situação do Grafcet A detecção de bordas faz sentido naquelas situações em que se deseja identificar o instante exato da ocorrência de um evento. como. a informação do instante em que uma botoeira é pressionada (ou liberada) em vez de simplesmente a sua informação “estar (ou não) pressionada”. ou ainda o caso de sensores de presença cujo momento da chegada da peça é o que interessa. por exemplo. poderá incluir etapas que se tornem ativas ciclicamente. correspondendo. A situação inicial corresponde então à passagem de uma situação em que nenhuma etapa está ativa (sistema de comando desenergizado ou inoperante) para outra situação em que pelo menos uma etapa está ativa (sistema de comando energizado). • Energizado e inoperante: o sistema de comando existe. 3. Simbologia para uma situação inicial é mostrada na figura 75. a situações de repouso ou de referenciação do sistema de comando. Comportamento dinâmico do Grafcet Para uma correta compreensão do funcionamento de um Grafcet. Deve ser composta de pelo menos uma etapa. realizando ações de inicialização do sistema. Professor Carlos Alexandre Pizzino 72 . faz-se necessário acrescentar às definições anteriores.1 Situação inicial Essa situação corresponde ao conjunto de etapas que devem estar ativas quando do início do funcionamento do sistema de comando. por exemplo. Ou. encontrar-se em três possíveis estados: • Desenergizado: em que não há existência física em relação ao mecanismo controlado. • Energizado e operante: pelo menos uma etapa está ativa. Um sistema de comando lógico pode. a um instante dado.Automação Industrial e CLPs 3. Figura 75 – Situação inicial: a) etapas E0 e E3 b) etapas X1 e X3 c) etapa A5 A situação inicial pode incluir etapas que se realizem unicamente no início do funcionamento do sistema de comando. algumas regras de entendimento do seu comportamento dinâmico. mas não está receptivo a nenhuma informação vinda do mecanismo controlado. em outros casos. como exemplificado na figura 76. por exemplo. Esta evolução corresponde a uma ordem que tanto poderá advir de um outro sistema de comando. quando estas duas condições forem satisfeitas. 3. como mostrado na figura 77. a ocorrência de uma transição tem um tempo de duração impulsional. forçando a uma troca de situação do Grafcet. a receptividade associada a essa transição estiver verdadeira. Neste caso.2 Evolução entre situações A evolução do Grafcet de uma situação para outra situação corresponde à ocorrência de uma transição. A ocorrência de uma transição ocasiona a troca de situação do Grafcet. Figura 77 – Evolução entre situações Professor Carlos Alexandre Pizzino 73 . equivalente no CLP ao tempo de um ciclo de varredura. esta mesma transição não válida. ocorre a transição.Automação Industrial e CLPs Figura 76 – Passagem ao estado energizado operante. uma vez que a condição não será mais satisfeita. b) por ordem de outro Grafcet. Tomando. bem como a ativação de todas as etapas imediatamente seguintes ligadas a essa mesma transição. acontece a desativação de todas as etapas imediatamente precedentes ligadas a essa transição. a) por ação externa de comando. Na prática. Assim. que acontece quando: • • essa transição estiver válida. como conseqüência. tal que em sua estrutura cada etapa é seguida por uma única transição e esta. uma cadeia de etapas e transições dispostas de forma linear. Figura 77 – Análise temporal de exemplo de seqüencialização modelada por um Grafcet 3. Esta regra é ilustrada na figura 78. pode-se perceber que a transição H2 estará sempre válida. Não há. e representa casos em que uma seqüência de etapas deva estar sempre pronta para início de execução. pois obrigatoriamente elas devem ser Professor Carlos Alexandre Pizzino 74 .3 Estrutura seqüencial Denomina-se seqüência única. seguida de apenas uma etapa. Figura 78 – Seqüência linear Deve ficar claro que a alternância etapa-transição e transição-etapa deve ser sempre respeitada. por definição. duas etapas jamais poderão estar ligadas diretamente. Assim. Na figura 78. por sua vez. portanto. possibilidades de desvios ou paralelismos. Uma estrutura seqüencial linear de cinco etapas é mostrada na figura 79. ou interpretando de outra maneira. a etapa E2 permanecerá sempre ativa após a primeira vez que for ativada. ela mantém-se. independente da estrutura da seqüência seguinte.Automação Industrial e CLPs Se. no decorrer do funcionamento de um automatismo uma mesma etapa tiver que ser simultaneamente ativada e desativada. sempre ativa. Assim. e têm seu avanço comandado pelas eletroválvulas EV1. atuar o extrator e o bico de ar para a retirada da peça pronta. O funcionamento prevê como condição inicial que os cilindros não estejam avançados.Automação Industrial e CLPs separadas por uma transição. obtido a partir do acionamento da eletroválvula EV4 e efetivamente monitorada pela atuação do foto sensor FS. um cilindro 1 (alimentador). (a) (b) (c) Figura 80 – Erros de sintaxe . recuar o êmbolo do cilindro alimentador. EV3 respectivamente. EV2. Da mesma forma. essa condição traduz que todas as eletroválvulas estejam desligadas. prensar o estampo sobre a peça (deve-se aguardar um tempo de dois segundos com a peça sendo prensada). A figura 80 mostra alguns erros de sintaxe relativos à seqüencialização. com a chave de partida (PTD) acionada e estando a máquina na condição inicial.3. duas transições não devem estar ligadas diretamente. mas deverão estar separadas por uma etapa. ou seja. S. A seqüência consiste em. Todos os três cilindros são de ação simples com retorno de mola. Figura 81 – Máquina para estampar peças Professor Carlos Alexandre Pizzino 75 . primeiramente. deve-se iniciar a operação. A expulsão da peça é realizada por um sopro de ar comprimido.(a) falta transição (b) e (c) transições subseqüentes 3. colocar uma peça no molde. S3 do tipo reed-switch. um cilindro 2 (estampador) e um cilindro 3 (exaustor).1 Exemplo 1 Um equipamento para estampar peças plásticas é formado por um dispositivo de carregamento de peças (por gravidade). A máxima excursão de cada cilindro é monitorada pela atuação dos sensores S1. obrigatoriamente. Neste caso.Automação Industrial e CLPs O grafcet que modela o automatismo da máquina pode. que é um procedimento aceitável na modelagem. antecedida por uma etapa e. senão apenas a de aguardar a autorização de funcionamento por parte da chave PTD. A figura 83 mostra uma estrutura de seleção de seqüências. sendo importante ainda frisar que tais transições devem ser receptivas preferencialmente a condições lógicas mutuamente exclusivas entre si. Vê-se ainda que as ordens de acionamento das eletroválvulas EV2 e EV4 repetem-se por mais de uma etapa. mas que poderia também ser modelado utilizando ordens do tipo S e R. 3. Tal situação é representada por um elemento denominado divergência seletiva. e precedida por seqüências finalizadas por transições. então.4 Seleção entre seqüências Uma estrutura com seleção entre seqüências é utilizada quando ocorrem situações em que uma determinada seqüência deva ser executada em detrimento de outras que serão desativadas. sucedida por etapa. ser representado conforme a figura 82. Uma convergência seletiva deve ser. Figura 82 – Grafcet de uma máquina de estampa Observa-se que se trata de uma seqüência linear de seis etapas. obrigatoriamente. sucedida por seqüências iniciadas com transições. Já o retorno do grafcet a uma estrutura linear é representado graficamente por um elemento denominado convergência seletiva. A etapa inicial não tem ações específicas. Professor Carlos Alexandre Pizzino 76 . a divergência seletiva deve ser obrigatoriamente. ou simplesmente convergência em OU. ou simplesmente divergência OU. conforme figura 84. passa da etapa E4 ativa para E6 ativa somente quando a transição T5 ocorrer. B2 – café com leite e B3 – chocolate quente. escolhida por uma chave seletora (B) de três posições. ou ainda. que pode fornecer as seguintes opções ao usuário: B1 – café puro. Figura 84 – Máquina dispensadora de bebidas quentes Professor Carlos Alexandre Pizzino 77 . 3.Automação Industrial e CLPs Figura 83 – Estruturas de seleção de seqüências Exemplificando pela figura 83.1 Exemplo 2 – seleção de seqüências Trata-se de uma maquina dispensadora de bebidas quentes. Ainda neste caso.4. tem-se que a situação passa da etapa E2 ativa para E3 ativa somente se ocorrer a transição T2. ou a situação passa da etapa E2 ativa para E4 ativa somente se ocorrer a transição T3 isolada da ocorrência da transição T2. a situação evolui da etapa E3 ativa para E5 ativa somente quando a transição T4 ocorrer. tem-se então o grafcet mostrado na figura 85. R2 – leite em pó. inicia-se o processo de preparo pela abertura temporizada das eletroválvulas. Primeiro ocorre a liberação de açúcar com os tempos de abertura de VR4 por 4 segundos para doce. A2 – doce. um nível de açúcar e um tipo de bebida pré-selecionados. inicia-se então o preparo de uma das seguintes receitas (cada uma com as dosagens na ordem exata em são apresentadas): • café puro: 3 segundos de café e 5 segundos de água quente. Assim. R4 – açúcar e R5 – água quente.Automação Industrial e CLPs O sistema é dotado de cinco reservatórios: R1 – café solúvel. o qual posiciona corretamente apenas um copo a cada vez que for atuado. o qual é monitorado pelo sensor SC. VR4 e VR5 respectivamente. A partir destas informações. 6 segundos para extra doce e sem liberação para amargo. • café com leite: 2 segundo de café. Há também um dispositivo eletromecânico (AC) para alimentação de copo descartável. a dosagem de cada produto no copo descartável é feita pela abertura temporizada de válvulas VR1. Como condição de finalização. • chocolate: 2 segundos de leite. um copo deve ser posicionado corretamente. o copo cheio deve ser retirado. com a condição inicial satisfeita. Como condição inicial de funcionamento. 3 segundos de chocolate e 6 segundo de água quente. R3 – chocolate. Professor Carlos Alexandre Pizzino 78 . ajustado por uma chave seletora (A) de três posições. com o pressionar da botoeira de partida. VR3. A3 – extra doce. O sistema prevê ainda três níveis de liberação de açúcar: A1 – amargo. Figura 85 – Grafcet para a máquina dispensadora de bebidas quentes. Após. 3 segundos de leite e 7 segundos de água quente. VR2. Com o correto posicionamento do vagão e não estando cheio. A partir deste instante. conforme figura 86. tem inicio o seu enchimento dado pela abertura de Y1. sendo que só será desligado após o último vagão ser carregado. Figura 86 – Sistema para carregar vagões A partir de um comando de partida (PTD).Automação Industrial e CLPs 3. Após o enchimento do vagão. A identificação do último vagão é feita por uma supervisão de tempo (15s) contado após a saída do vagão previamente carregado. fecha-se a eletroválvula e aguardam-se 7s para o esvaziamento da esteira. e o seu destravamento exige a atuação elétrica do eletroímã Y2. o sistema estará pronto para funcionar. uma eletroválvula Y1 para permitir saída de produtos do silo. Com a chegada do primeiro vagão (indicado por S3). Professor Carlos Alexandre Pizzino 79 . um sensor balança B1 para indicar que o vagão está cheio e uma trava de vagão Y2.2 Exemplo 3 – repetição de seqüências Um sistema para carregamento de vagões é composto pelos seguintes elementos: uma esteira acionada pelo motor M. cujo destravamento é feito por eletroímã.4. é acionado o motor da esteira. um sensor S3 para detectar a presença de um vagão. o vagão é destravado. Partindo das premissas anteriores. na figura 87 é apresentada uma possível solução para o problema. O travamento dos vagões na posição correta é feito por um atuador mecânico pela força de uma mola. ou simplesmente convergência em E. é utilizada então uma estrutura gráfica representada pela divergência simultânea. Após uma divergência simultânea. por exemplo. ou também denominada divergência E. Professor Carlos Alexandre Pizzino 80 .Automação Industrial e CLPs Figura 87 – Grafcet para o sistema de carregamento de vagões 3. um paralelismo só é encerrado quando todas as suas seqüências estiverem concluídas. A representação de uma divergência simultânea estará correta quando antecedida por transição e sucedida por seqüências iniciadas por etapas. fica implícita a idéia de que todas as seqüências seguintes terão suas execuções concomitantemente iniciadas. O retorno do grafcet a uma estrutura linear é então representado graficamente por um elemento denominado convergência simultânea. Dinamicamente. É o caso. estabelecendo-se assim um caso de paralelismo.5 Paralelismo Quando duas ou mais seqüências num grafcet devem ser executadas ao mesmo tempo. utilizado na modelagem de mecanismos independentes pertencentes ao mesmo sistema comandado. quando a etapa final de cada uma das seqüências estiver ativa. ou seja. Uma convergência simultânea deve ser obrigatoriamente sucedida por transição e precedida por seqüências finalizadas com etapas. e que devem ter suas atividades assincronamente concluídas para que se dê continuidade ao processo. . B... B. f+: atuado F de simples ação e eletroválvula de avanço. Estação 3: Inspeciona o furo por meio de um sensor de profundidade e elimina a peça. e+: eletroválvulas que irão comandar o avanço de A.5. Estação 2: Prende a peça e efetua a furação. Os sensores e atuadores utilizados no sistema são os seguintes: • A. • fca+.. b-.. D e E. • PP3: sensor de presença de peça na estação de inspeção.. • PP2: sensor de presença de peça na estação da furação. C... e-: eletroválvulas que irão comandar o recuo de A.. • PP1: sensor de presença de peça na entrada da mesa. B.. é utilizada para alimentar três estações de trabalho que realizam as seguintes operações: Figura 88 – Máquina de furação • • • Estação 1: Carrega a peça na mesa circular. • a-.fcf+: chaves fim-de-curso de máxima excursão nos atuadores. • F.. D e E.. b+. C..fce-: chaves fim-de-curso que indicam posição recuada dos atuadores.. E: atuadores (cilindros) pneumáticos de dupla ação..Automação Industrial e CLPs 3. • PP4: sensor de peça no pallet da mesa Professor Carlos Alexandre Pizzino 81 .. • a+. mostrada na figura 88.1 Exemplo 4 – paralelismo Uma mesa circular. D. • fca-. C. As operações são realizadas após o comando de ordem de partida dado pelo operador (chave P) com as seguintes condições iniciais satisfeitas: • Condição inicial 1: os atuadores A. um grafcet para modelar tal problema é mostrado na figura 89. e desligá-la quando ela subir. B. D e E devem estar recuados. O motor da furadeira é acionado por um sistema mecânico que vai liga-lo quano a furadeira descer. dê o comando de rearme (botoeira R). Assim. o que indicará que a furação foi realizada corretamente. Figura 89 – Grafcet para máquina de furação Professor Carlos Alexandre Pizzino 82 . A verificação do furo é realizada pela descida do acionador D que deverá atingir o fim-de-curso fcd+ em um tempo na o superior a 5s.Automação Industrial e CLPs A mesa circular é sucessivamente rotacionada em 120º pelo atuador F. Caso esta condição não ocorra. • Condição inicial 2: deve existir peça em pelo menos uma das estações de trabalho. a máquina deverá parar a fim de que o operador retire a peça defeituosa e. C. o que vai garantir o correto posicionamento da mesa após cada rotação. manualmente. Professor Carlos Alexandre Pizzino 83 . amplamente utilizadas em informática. pode afetar sobremaneira o comportamento final obtido. apesar do grafcet ser uma ferramenta gráfica destinada ao modelamento de processos industriais. observa-se claramente. têm origem nas transições. a exemplo da Siemens. ocorre que a disposição dos ramos. a existência de três elementos básicos: as transições. há o consenso a respeito de uma ordem hierárquica na qual as ações são realizadas a partir das etapas. muitos fabricantes. essas partes do programa devem. Telemechanique e Klocner Moeller. E. no programa CLP. num diagrama de relés. dentre outros. necessariamente. outra que realizará as ações operativas (conseqüência da etapa correntemente ativa). outra responsável pela seqüencialização das etapas (interconectadas rigidamente a fim de formarem a correta seqüencialização do processo) e. Ou seja. Devido à característica seqüencial da solução das saídas no circuito de controle de um grafcet. e estas. Alguns equipamentos dispõem de recursos para a programação de estruturas seqüenciais por meio de grafcet. conforme figura 90. se cada um desses elementos for corretamente especificado na programação do CLP. depois as etapas por último as ações. Casos críticos dessa natureza ocorrem principalmente com intertravamentos oriundos de sinais com natureza impulsional. já possuem o grafcet como linguagem de programação (além das quatro formas tradicionais citadas anteriormente). o último é apenas uma conseqüência daquele. as dificuldades inerente à formação da seqüência lógica de programação tornam-se transparente. Introdução A modelagem na solução de um problema via Grafcet e a respectiva implantação do programa de controle em um CLP são tarefas equivalentes à analise do sistema e à programação de computador. obtendo-se rapidamente uma implementação prática e funcional. assim como na metodologia descrita em seguida. cada uma dessas partes pode ser facilmente obtida a partir do grafcet. por sua vez. obter-se-á como resultado uma implementação isenta de erros (desde que o grafcet esteja corretamente modelado). Metodologia Na estrutura de um Grafcet. finalmente. Uma vez tendo chegado à solução final do primeiro. 2.Automação Industrial e CLPs Do Grafcet à linguagem de Relés 1. De fato. estar dispostas conforme o seguinte critério: Primeiro as transições. as etapas e as ações. deve-se encarar uma implementação grafcet como sendo subdivida em três partes distintas: uma responsável pela ocorrência das transições (responsáveis em maior grau pelo fluxo do processo). Por isto. Nesses equipamentos. assim. Não obstante. 1 Exemplo 1 – seqüência linear Um carro se desloca sobre trilho entre as estações A e B. toda vez que uma ordem de marcha M for enviada. o qual tem o seguinte esquema funcional (figura 91) e Grafcet (figura 92). Figura 91 – Esquema funcional de um carro sobre trilhos Professor Carlos Alexandre Pizzino 84 .Automação Industrial e CLPs Figura 90 – Diagrama de contatos implementados a partir de um Grafcet 2. Professor Carlos Alexandre Pizzino 85 . desenha-se um novo Grafcet orientado para o esquema tecnológico do CLP.Automação Industrial e CLPs Figura 92 – Grafcet para o carro sobre trilhos (nível 1) Definem-se as tabela que relacionam as sensibilidades e ações do processo com as entradas e saídas do CLP. mostrado na figura 93. Transição Entre etapas 0 e 1 Entre etapas 1 e 2 Entre etapas 2 e 3 Memória do CLP F10 F11 F12 Etapa Etapa 0 Etapa 1 Etapa 2 Memória do CLP F0 F1 F2 E. bem como cada uma das transições. assim. Sensibilidade Ordem de marcha M Fim-de-curso “a” Fim-de-curso “b” Entrada do CLP I0 I1 I2 Ação Carro vai para a direita Carro vai para a esquerda Saída do CLP Q0 Q1 Igualmente. definem-se tabelas para memorização interna do CLP de cada uma das etapas. Automação Industrial e CLPs Figura 93 – Grafcet tecnológico para o carro sobre trilhos (nível 2) Observa-se que seu aspecto é idêntico ao do Grafcet da figura 92. Primeiramente. Figura 94 – Diagrama de contatos referente às transições Verifica-se que cada uma das flags vai para nível alto quando forem satisfeitas duas condições: • que ela esteja válida. mostrado na figura 94. ou seja. ou seja. que a etapa anterior esteja ativa. especifica-se o diagrama de contatos. entretanto aqui seus elementos de controle estão diretamente relacionados com o elemento tecnológico utilizado para implementação. Professor Carlos Alexandre Pizzino 86 . • que a receptividade associada seja verdadeira. É a partir desse Grafcet que. então. para as transições. o CLP. Figura 95 – Diagrama de contatos referente às etapas Cabe observar que a etapa inicial é aquela que deverá se tornar ativa quando se acionar o processo pela primeira vez. Figura 96 – Diagrama de contatos referente às ações No diagrama de ações. ela ocorrerá quando estiver válida (etapa F1 ativa) e sua receptividade verdadeira (I2 em nível alto). terão. cada uma das saídas do CLP é diretamente acionada pela etapa correspondente. cada uma delas. E. Esta condição é apresentada no diagrama pela associação série de contatos NF de todas as bobinas de etapas. pelo fato de terem características biestáveis. quando nenhuma das demais etapas estiverem ativas. conforme figura 95. o diagrama referente às ações no controle do carro sobre trilhos terá o seguinte aspecto. conforme figura 96. condição de ligamento pelo comando SET e condição de desligamento pelo comando RESET. para a transição F11. finalmente. Em seguida.Automação Industrial e CLPs Por exemplo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 87 . ou seja. escreve-se o diagrama de contatos para as etapas que. percebe-se que como elas são do tipo ordem contínua. O acionamento do carro é feito por M1 para a esquerda e M2 para a direita. sendo que quando V1=0 implica que o carro vai para C. O atuador V1 controla o destino do carro. e V1=1 implica que o carro vai para B. o carro deve efetuar o trajeto ACA. Se um operário localizado em B pressionar a botoeira P1. Se um operário localizado em C pressionar a botoeira P2. Os comandos só serão aceitos se o carro estiver na posição de repouso (A). o carro deve efetuar o trajeto ABA.2 Exemplo 2 – Seleção entre seqüências A implementação de um modelo grafcet com seleção de seqüências apresenta peculiaridade em relação à estrutura de convergência e divergência em OU. conforme ilustrado na figura 97. Figura 97 – Carro com seleção de trajeto O grafcet que modela o funcionamento desse processo é mostrado na figura 98. Figura 98 – Grafcet de controle do carro com seleção de trajeto Professor Carlos Alexandre Pizzino 88 . conforme se pode observar pelo exemplo descrito a seguir: Um sistema de carro para transporte de peças deve servir dois grupos de operários em diferentes posições (B e C).Automação Industrial e CLPs 2. Professor Carlos Alexandre Pizzino 89 . desenha-se um novo grafcet orientado para o esquema tecnológico do CLP. bem como cada uma das transições. definem-se tabelas para memorização interna do CLP de cada uma das etapas. tem-se: Sensibilidade Ordem P1 Ordem P2 Fim-de-curso A Fim-de-curso B Fim-de-curso C Ação Acionar M1 Acionar M2 Acionar V 1 Entrada do CLP I0 I1 I2 I3 I4 Saída do CLP Q0 Q1 Q2 Igualmente. assim. Transição Entre etapas 10 e 11 Entre etapas 11 e 12 Entre etapas 12 e 10 Entre etapas 10 e 13 Entre etapas 13 e 14 Entre etapas 14 e 10 Memória do CLP F20 F21 F22 F23 F24 F25 Etapa Etapa 10 Etapa 11 Etapa 12 Etapa 13 Etapa 14 Memória do CLP F10 F11 F12 F13 F14 E. conforme figura 99.Automação Industrial e CLPs Definindo uma tabela que relacione as sensibilidades e ações do processo com as entradas e saídas do CLP. a qual serve como condição de validade para duas transições: a transição F20 e a transição F23. Especial atenção cabe a etapa F10. em que se deve identificar a etapa que a torna válida e a sensibilidade que a faz ocorrer. o que caracteriza a seleção do processo. Figura 100 – Diagrama das transições no controle de carro com seleção de trajeto Cabe observar que a especificação das transições segue a mesma regra geral.Automação Industrial e CLPs Figura 99 – Grafcet tecnológico para controle de carro com seleção de trajeto O diagrama de contatos referente às transições fica como na figura 100. Professor Carlos Alexandre Pizzino 90 . ilustrado na figura 101. mas quando assim o for. a saber. Figura 101 – Diagrama das etapas no controle de carro com seleção de trajeto Observa-se que a etapa F10 tem como condições de ligamento: a partida do CLP (pois ela é a etapa inicial). O diagrama de contatos referente à parte destinada ao controle das etapas do grafcet modelado para o processo de seleção de caixas é. Já as demais etapas são ativadas e desativadas. Professor Carlos Alexandre Pizzino 91 . F20 e F23. Finalmente o diagrama de contatos pertinente às ações do controle de carro com seleção de trajeto tem o aspecto conforme ilustrado na figura 102.Automação Industrial e CLPs Como neste caso há uma condição de correlatividade entre as transições F20 e F23. Além disto. bem como as transições F22 e F25. há a necessidade de tratamento mútuo exclusivo entre tais transições. então. determinada pela possibilidade de P1 e P2 serem acionados no mesmo instante. seguindo a mesma regra de ativação pelas transições anteriores. conforme se percebe pelo contato NF de F20 no ramo de F23. Este fato nem sempre ocorre com estruturas de divergência em OU. tal exclusividade deve ser prevista no diagrama de contatos. e desativação pelas transições posteriores. a mesma etapa é desligada por duas possíveis transições. Automação Industrial e CLPs Figura 102 – Diagrama das ações no processo de seleção de trajetos Professor Carlos Alexandre Pizzino 92 . umidade e corrosão. Resultado: não existe um tipo de rede que seja capaz de atender a todos os requisitos dos diversos subsistemas existentes em um ambiente industrial. • Controladores de alto nível coordenam todo o processo de produção. reduzindo os custos de produção. Os requisitos do ambiente industrial e seus processos de produção são geralmente diferentes daqueles presentes em redes locais de computadores. • Controle de qualidade. sensores. Cada subsistema adota o tipo de rede mais adequado para si levando em conta o tipo de equipamento que utiliza e os requisitos da atividade que executa. com cada um sendo responsável por parte do processo de produção.Automação Industrial e CLPs Redes industriais 1. • Tempo entre falhas e tempo de reparos baixos. • Tempo de acesso e de propagação limitados. As redes são usadas para integrar os equipamentos presentes em um determinado subsistema responsável por parte do processo de produção. • Boa modularidade e possibilidade de interconexão. Os subsistemas devem estar interligados para que sejam feitos a coordenação das atividades e a supervisão do processo produtivo como um todo. Todas as etapas do processo produtivo devem ser informatizadas: • Projeto do produto. esteiras. • O controle do estoque de peças ou da matéria-prima usada para produção. Vários tipos de equipamento estão presentes em cada subsistema do ambiente industrial: • Computadores são usados p/ projeto e supervisão. venda e distribuição do produto. atuadores. • No chão de fábrica são usados robôs. • O sistema de vendas ou de encomenda do produto. Podemos dar exemplo de requisitos de redes industriais: • Boa resistência mecânica. Introdução As redes industriais são necessárias devido à crescente informatização das empresas. O objetivo final é aumentar a eficiência. tornos. • Resistência a chama. • Alta imunidade a ruídos. Professor Carlos Alexandre Pizzino 93 . • Taxa de erros baixa ou quase nula. • A produção em escala industrial. O processo de produção passa por várias etapas executadas por diferentes elementos presentes no ambiente industrial. A tendência no ambiente industrial é de se ter vários subsistemas com certa autonomia. Perturbações físicas. de naturezas diversas. de baixa velocidade e alta segurança. tais como: remotas de aquisição de dados. Número de áreas de processo. instrumentos. principalmente interferências eletromagnéticas. Familiaridade do cliente com novas tecnologias de rede de campo para instrumentação. etc. Ethernet/IP e Fieldbus Foundation HSE. De uma forma resumida. Existências de unidades fora da área industrial que necessitem de conexão à planta. planejamento e Banco de Dados. estando estes sob a tutela de redes de comunicação de dados que mais se adaptem do objeto em questão. Orientado para integração entre unidades inteligentes. CLPs. bem como a velocidade de comunicação. Podemos citar como exemplo deste nível as redes: Profinet. buscando-se sempre estruturas que garantam a segurança na transmissão dos dados. existentes no local de instalação e adjacências. as ações associadas a este nível são: supervisão. sistemas de supervisão. Previsão de expansão dos módulos. etc.Automação Industrial e CLPs 2. sendo de máxima importância a organização dos elementos vitais. Necessidade de backup e a que nível esta deve atender. Há muito. As soluções irão depender dentre outros fatores: • • • • • • • • • Confiabilidade requerida. Aplicações de característica contínua. No nível de Controle permite o controle sobre as ações do nível de campo em função das definições e Professor Carlos Alexandre Pizzino 94 . sensores e acionamento. tem-se desenvolvido diferentes esquemas de comunicação de dados em ambientes industriais. Arquitetura de sistemas de automação O passo inicial na concepção de uma solução em automação constitui-se no desenho da arquitetura do sistema. Necessidade de atendimento aos padrões internacionais ou preferência por redes proprietárias. expansibilidade. Um modelo bastante abrangente para os vários requisitos de comunicação no ambiente industrial é o de três níveis hierárquicos: • Nível de informação: caracterizado por grandes volumes de troca de dados com constantes de tempo da ordem de grandeza de segundos (tempo não crítico). • Nível de automação e controle: caracterizado por volumes moderados de dados com constantes de tempo da ordem de grandeza de centenas de milissegundos.modularidade. A correta escolha de uma arquitetura irá determinar o sucesso do sistema quanto ao eficiente atendimento de seus objetivos de desenvolvimento. Essencialmente de domínio da informática. com razoável nível de informações de diferentes propósitos. No nível da planta temos a supervisão e gerenciamento de todo processo que normalmente ocorre através de um software supervisório. Necessidade dos dispositivos no que tange a velocidade de transmissão de dados. comando. Mensagens complexas. da distância entre elas e do layout das instalações industriais. tipicamente de natureza discreta.Automação Industrial e CLPs comandos dados pelo nível da planta. Através deste nível torna-se possível a aquisição e atuação direta dos dados de chão de fábrica como valor de pressão. No nível de campo. Ações executadas no nível dos dispositivos. etc. • Facilidade de aquisição de instrumentos de múltiplas fontes. • Capacidade de expansão futura. Modbus. ligamento e desligamento de uma válvula. as redes que fazem parte deste nível constituem a base na hierarquia da comunicação industrial. um projeto de automação deve atender às seguintes premissas: Rede se dispositivos de campo • Baixo tempo de varredura para leitura cíclica de todos os dispositivos em rede. • Obediência a padrões internacionais (padrão aberto). sem necessidade de interação com níveis superiores. • Possibilidade de utilização de meio óptico para uso externo. as ações associadas a este nível são: aquisição das variáveis e atuação sobre equipamentos. Podemos citar como exemplo deste nível as redes Profibus DP e PA. APR03M e Fieldbus Foundation H1. De uma forma resumida. • Possibilidade de adição de redundância. APR03M e Controlnet. Podemos citar como exemplo deste nível as redes Profibus FMS. fora das salas elétricas. Interbus. de tal forma que um cabo partido não interrompa todo o circuito. Considerando a divisão acima. segurança e interface. • Exigência para algumas aplicações de uma rede com topologia em anel com self-healing ou outro tipo de redundância. Professor Carlos Alexandre Pizzino 95 . • Nível de dispositivos de campo: caracterizado por volumes menores de dados com constantes de tempo da ordem de grandeza de dezenas de milissegundos (tempos de resposta muito curtos). • Determinismo no tempo. • Capacidade de expansão futura. • Possibilidade de uso de fibra ótica. as ações associadas a este nível são: controle em tempo real. • Disponibilidade de sensores/atuadores do tipo desejado na aplicação dentro da tensão desejada (média tensão/ baixa tensão). AS-Interface. broadcasting). Redes de dados (informação e controle) • Padrão internacional é de fato o Ethernet 100Base-T que se apresenta como a melhor referência. Devicenet. • Capacidade de comandar vários dispositivos sincronamente (multicasting. De uma forma resumida. Orientada a sensores e atuadores. • Alto desempenho medido pela velocidade de transmissão. status de um motor. Redes de campo Um dos principais dispositivos em uma rede de campo é o CLP. Na verdade. Já os sinais analógicos são geralmente codificados na faixa de 0 a 20 mA ou de 0-10V. Caso uma rede digital não seja usada.Automação Industrial e CLPs Figura 103 – diferentes níveis de rede Segue abaixo as características principais entre os níveis de rede: 3. 3.1 Redes digitais Este tipo de rede atende pelo nome genérico de fieldbus ou barramento de campo. os sinais de campo serão conectados aos cartões de entrada e saída dos Clps. Os sinais discretos são codificados na faixa de 0 a 24VCC ou 0-110VAC ou 0-220VAC. Ele é usado na leitura de sensores discretos ou digitais e dos valores dos instrumentos analógicos. devemos dividir estes tipos de rede em 3 tipos diferentes: Professor Carlos Alexandre Pizzino 96 . São redes concebidas para integrar instrumentos analógicos no ambiente industrial.são redes capazes de interligar dispositivos mais genéricos como CLPs. Figura 104 – Tipos de rede segundo ARC Professor Carlos Alexandre Pizzino 97 .2 Padronização Internacional Hoje o standard Fieldbus está padronizando 8 famílias de redes: Existe forte tendência de que todas estas redes venham a utilizar a Ethernet como plataforma básica num futuro próximo e que adotem forte orientação a objetos através de blocos de função padrões. CAN. LonWorks. etc. Seriplex. Interbus. 3.Automação Industrial e CLPs • • • Redes de sensores ou Sensorbus . Exemplos: IECSP50-H1. CAN e LonWorks. contactores. outras remotas de aquisição de dados e controle. etc. relés de medição inteligentes. etc. HART. Redes de Dispositivos ou Devicebus . Redes de instrumentação ou fieldbus . Exemplos: Profibus-DP. SDS. DeviceNet. desviadores. como transmissores de vazão. WorldFIP e Profibus-PA. etc. pressão. São exemplos de rede Sensorbus: ASI da Siemens. temperatura. conversores AC/DC. válvulas de controle. ControlNet e ModbusPlus.são redes apropriadas para interligar sensores e atuadores discretos tais como chaves limite (limit switches). mas também ao formato de mensagens e seu conteúdo.2 Conceitos Básicos O protocolo Foundation Fieldbus (FF) é uma tecnologia de comunicação serial.1 Fieldbus Foundation 4.1 Introdução Antes de iniciar o desenvolvimento deste item. versatilidade na distribuição automática do controle etc. Estes blocos e suas funcionalidades são especificados pela Foundation Fieldbus para permitir a compatibilidade dos diversos fabricantes no que tange a confiabilidade de interação e coerência na troca de informações. 4. está se falando em barramentos de campo de um modo geral que englobam uma gama de tecnologias distintas em termos de aplicação e características específicas. O protocolo Foundation Fieldbus não se detém apenas ao nível físico (cabeamento. com determinismo no tempo e bastante estável nesse quesito.Automação Industrial e CLPs 4. Isso proporciona uma distribuição efetiva do controle de malhas. mais informações de diagnóstico. processos voláteis e ambientes insalubres de difícil manutenção. Uma das grandes diferenças desta tecnologia para as demais é a utilização do conceito de Blocos Funcionais de Controle. Introdução às tecnologias 4.1. pode-se afirmar que a grande evolução do FF foi estender a visão processo até o instrumento e não até o último elemento inteligente da rede. aberto e simples. sensores. atuadores e medidores aos sistemas de controle utilizando o conceito de redes de campo para automação com capacidade de distribuição das aplicações de controle pelo barramento. Quando se fala em fieldbus. Outro ponto que diferencia bastante o FF das demais tecnologias é a “inteligência” dos seus equipamentos de campo. A fim de interconectar equipamentos de instrumentação e controle de plantas industriais. foi concebido para a indústria de controle de processos de modo a atender uma longa e antiga lista de necessidades dos usuários. tais como transmissores. Outra questão crítica é a possibilidade de operação com segurança intrínseca que permite a instalação da rede em áreas com risco de explosão. controladores. Em última análise. gerando diversas vantagens como redução de custos de instalação.1. maior imunidade a ruídos. facilidade de expansão da rede. digital. A arquitetura do protocolo pode ser descrita conforme a figura a seguir: Professor Carlos Alexandre Pizzino 98 . A sincronização é explícita. é necessário que se esclareça uma grande confusão que se faz com as designações. consumidores e diversas outras empresas que tem como objetivo acelerar o desenvolvimento e a aceitação das especificações do protocolo Foundation Fieldbus interoperável. o consórcio de fornecedores líderes no mercado de instrumentação. bidirecional e multi-drop. níveis de tensão e freqüência). Trata-se por Fieldbus Foundation. O FF não apenas mais um protocolo de comunicação digital. Automação Industrial e CLPs Figura 105 . O stack de comunicação contém a camada de acesso ao meio. o stack de comunicação e a camada de usuário. Figura 106 – Quadro de mensagens Fieldbus Professor Carlos Alexandre Pizzino 99 . Fazendo a correspondência com o modelo OSI/ISO. A camada de usuário é inexistente no modelo OSI.Comparação Modelo ISO/OSI x Modelo Fieldbus O sistema é formado de três camadas: a camada física. a camada física corresponde à camada física do modelo OSI. a camada de aplicação que é o Fieldbus Message Specification (FMS) e o Fieldbus Access Sublayer (FAS) que mapeia o FMS nas funções da DLL. 2 Profibus 4. A necessidade de desenvolvimento e distribuição coordenados dos sistemas de barramento de campo no mercado fez surgir inúmeras Organizações de Usuários. englobando produtores. assim como durante a produção. mas mesmo assim seu desenvolvimento continua com o mesmo entusiasmo. Uma característica dos barramentos de campos é a possibilidade de uma transmissão otimizada para volumes de dados pequenos e com tempo crítico (timecritical). As atividades atuais giram em torno da integração de sistemas. Uma vantagem adicional se dá através da redução do custo total da vida útil na forma de fácil modificação e de disponibilidade contínua através de informações de diagnóstico contínuas. manutenção preventiva. utilizado em um amplo espectro de aplicações em automação da manufatura. PROFIBUS Nutzerorganisation) e a principal organização PROFIBUS Internacional (PI). usuários e institutos. isto se manifesta como uma redução do custo total.Automação Industrial e CLPs 4. o PROFIBUS se tornou o líder de mercado das tecnologias de barramentos de campo. cabeamento. No fim das contas. A integração entre a TI e o mundo da automação abre muitas possibilidades para comunicações entre sistemas de automação. além de simplificar o processo de transmissão. fluxo de dados consistente e manutenção do acervo. alteração simples de parâmetros. em particular. Os benefícios são atingidos durante a configuração. como a Organização dos Usuários de PROFIBUS (PNO – do alemão.2. Inicialmente o foco era a tecnologia de comunicação. Sistemas modernos de barramentos de campo adotaram princípios de Tecnologia de Informação (TI) e estão alcançando uma consistência maior com o nível de gerenciamento coorporativo. assim como num aumento na performance e na qualidade durante a instalação e operação das plantas de automação. A capacidade de comunicação dos dispositivos e subsistemas e uma metodologia de informação consistente são componentes indispensáveis dos conceitos de automação. de processos e Professor Carlos Alexandre Pizzino 100 .1 Introdução A implementação da tecnologia de barramentos de campo significou uma inovação considerável na produção. engenharia e. ou seja. O uso de padrões abertos ao invés de soluções proprietárias garante compatibilidade e expansibilidade. Em busca deste objetivo o PROFIBUS é aprimorado pelo padrão baseado em Ethernet chamado ProfiNet. o que tem sido o objetivo do PROFIBUS por mais de dez anos. documentação e montagem. O desenvolvimento contínuo da tecnologia do PROFIBUS proporciona aos membros da organização uma perspectiva de longo alcance. Nestes dez anos. Estes perfis tornaram o PROFIBUS um dos barramentos mais abrangentes tanto para automação de manufatura como de processos. Os benefícios aos usuários são a motivação para o surgimento e o desenvolvimento contínuo das tecnologias de barramentos de campo. engenharia. os perfis de aplicações. Isto é um ponto chave para a PNO. O PROFIBUS é um padrão aberto de rede de comunicação industrial. possibilitando a migração de sistemas de automação centralizados para sistemas não centralizados. proteção do investimento existente. Figura 107 – Profibus e Ethernet 4. pode-se utilizar como meio de transmissão (Physical Profile) qualquer um dos seguintes padrões: RS-485. O PROFIBUSDP pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em 24 V em sistemas de automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20 mA ou HART em sistemas de automação de processo. Oferece diferentes protocolos de comunicação (Communication Profile): DP e FMS. PROFIBUS-DP .Periferia Descentralizada (Decentralized Periphery): O DP é o perfil mais freqüentemente utilizado. foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos I/O’s distribuídos a nível de dispositivo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 101 .Automação Industrial e CLPs predial. Sua total independência de fabricantes e sua padronização são garantidas pelas normas EN50170 e EN50254. O PROFIBUS pode ser usado tanto em aplicações com transmissão de dados em alta velocidade como em tarefas complexas e extensas de comunicação. Com o PROFIBUS. Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo. IEC 61158-2 ou Fibra Ótica. O Perfil da Aplicação (Aplication Profile) define as opções do protocolo e da tecnologia de transmissão requerida nas respectivas áreas de aplicação e para os vários tipos de dispositivos. Estes perfis também definem o comportamento do dispositivo. De acordo com a aplicação.2 Perfil de Comunicação (Communication Profile) O perfil de comunicação PROFIBUS define como os dados serão transmitidos serialmente através do meio de comunicação.2. dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade de qualquer adaptação na interface. existem atualmente três tipos físicos de comunicação disponíveis no PROFIBUS: RS-485: para uso universal. etc. soma-se as exigências específicas da área automação de processos tais como operação em área classificada. o FMS terá um papel menos significativo. aos requisitos de uso genérico. Atualmente.3 Perfil Físico (Physical Profile) A aplicação de um sistema de comunicação industrial é amplamente influenciada pela escolha do meio de transmissão disponível. No futuro. Fibra Ótica: para aplicações em sistemas que demandam grande imunidade à interferências e grandes distâncias. Links e acopladores são disponíveis para acoplamento entre os vários meios de transmissão.Automação Industrial e CLPs PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification): O PROFIBUS-FMS é o perfil de comunicação universal para tarefas de comunicação complexas. em especial em sistemas de automação da manufatura. transmissão de dados e alimentação no mesmo meio físico. Assim sendo.2. Professor Carlos Alexandre Pizzino 102 . FMS oferece muitas funções sofisticadas de comunicação entre dispositivos inteligentes. estão sendo feitos desenvolvimentos para uso de componentes comerciais de 10 e 100 Mbit/s como camada física para PROFIBUS. grandes distâncias a serem cobertas e alta velocidade de transmissão. com o uso do TCP/IP no nível de célula. IEC 61158-2: para aplicações em sistemas de automação em controle de processo. Figura 108 – Estrutura da tecnologia PROFIBUS 4. tais como alta confiabilidade de transmissão. Partindo-se do princípio de que não é possível atender a todos estes requisitos com um único meio de transmissão. Os escravos também são chamados estações passivas. O PROFIBUS diferencia seus dispositivos entre mestres e escravos.Automação Industrial e CLPs Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se à dispositivos que implementam o protocolo somente no que se refere ao meio físico de transmissão. a camada 2 (data link layer) define o protocolo de acesso ao meio e a camada 7 (application layer) define as funções de aplicação. 4.6 Arquitetura do Protocolo O PROFIBUS é baseado em padrões reconhecidos internacionalmente.2. sendo sua arquitetura de protocolo orientada ao modelo de referência OSI (Open System Interconnection) conforme o padrão internacional ISSO 7498.5 Características Básicas O PROFIBUS especifica as características técnica e funcionais de um sistema de comunicação industrial. a camada 1 (nível físico) define as características físicas de transmissão.2.4 Perfil de Aplicação (Aplication Profile) O perfil de Aplicação descreve a interação do protocolo de comunicação com o meio de transmissão que está sendo utilizado. Existem ainda alguns outros perfis disponíveis. o perfil PA. válvulas. Um mestre pode enviar mensagens. que define os parâmetros e blocos de função para dispositivos de automação de processo. A arquitetura do protocolo PROFIBUS é mostrado na figura 109. tais como transmissores. Neste modelo. válvulas e posicionadores.2. I/O’s). Eles não têm direito de acesso ao barramento e só podem enviar mensagens ao mestre ou reconhecer mensagens recebidas quando solicitados. atualmente. desde do nível de campo até o nível de células. sempre que possuir o direito de acesso ao barramento (o token). sem uma requisição externa. o termo Link se aplica aos dispositivos inteligentes que oferecem maiores opções na operação entre subredes. sua implementação é particularmente econômica. Os mestres também são chamados de estações ativas no protocolo PROFIBUS. tais como: Acionamentos (Drives). além de definir o comportamento do dispositivo durante a comunicação. através do qual dispositivos digitais podem se interconectar. 4. Professor Carlos Alexandre Pizzino 103 . tais como módulos de I/O. Os dispositivos escravos são dispositivos remotos (de periferia). Já que para executar estas funções de comunicação somente um pequena parte do protocolo se faz necessária. os quais definem a comunicação e o comportamento destes equipamentos de uma maneira independente do fabricante. Interface Homem Máquina e Encoders. engenharia ou visualização. O mais importante perfil de aplicação PROFIBUS é. acionamentos de velocidade variável e transdutores. Dispositivos mestres determinam a comunicação de dados no barramento. com seus respectivos dispositivos periféricos (por ex. 4. O PROFIBUS é um sistema multimestre e permite a operação conjunta de diversos sistemas de automação. etc. O FMS define uma ampla seleção de serviços de comunicação mestremestre ou mestre-escravo. 4. As funções de aplicação disponíveis ao usuário.2. O Direct Data Link Mapper (DDLM) proporciona à interface do usuário acesso fácil à camada 2. A topologia por sua vez permite a adição e remoção de estações.Automação Industrial e CLPs Figura 109 – Arquitetura do protocolo O PROFIBUS-DP usa somente as camadas 1 e 2. As camadas 3 a 7 não são utilizadas. Esta arquitetura simplificada assegura uma transmissão de dados eficiente e rápida. O LLI define a representação destes serviços FMS no protocolo de transmissão de dados. O uso de par trançado não requer nenhum conhecimento ou habilidade especial. bem como a interface do usuário. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão aliada à uma instalação simples e barata são necessárias. Um par trançado de cobre blindado (shieldado) com um único par condutor é o suficiente neste caso. bem como uma colocação em Professor Carlos Alexandre Pizzino 104 . A camada de aplicação é composta do FMS (Fieldbus Message Specification) e do LLI (Lower Layer Interface).7 Meio de Transmissão RS – 485: O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais freqüentemente encontrada no PROFIBUS. são especificados na Interface do Usuário. A tecnologia de transmissão RS 485 é muito fácil de manusear. No PROFIBUS-FMS as camadas 1. 2 e 7 são de especial importância. assim como o comportamento dos dispositivos e do sistemas dos vários tipos de dispositivos DP. A transmissão é baseada nos seguintes princípios.Automação Industrial e CLPs funcionamento do tipo passo-a-passo. com uma taxa de transmissão definida em 21.6 Kbits/s e 12 Mbits/s podem ser selecionadas. o PROFIBUS pode ser utilizado em áreas classificadas. Expansões futuras. a fonte de alimentação. Os dispositivos de campo consomem uma corrente básica constante quando em estado de repouso. Os dispositivos de campo agem como consumidores passivos de corrente (sink). Topologia linear. portanto. em ambos fins da linha principal do barramento. sem afetar outras estações. Uma terminação passiva de linha é necessária. quando o sistema é inicializado. e é freqüentemente referida como H1: • • • • • • Cada segmento possui somente uma fonte de energia. Permite. Taxas de transmissão entre 9. que os dispositivos de campo sejam energizados pelo próprio barramento. porém uma única taxa de transmissão é selecionada para todos dispositivos no barramento.25 Kbits/s. Tabela 1 – Características da IEC 61158-2 Professor Carlos Alexandre Pizzino 105 . Assim. IEC 61158-2: Transmissão síncrona em conformidade à norma IEC 61158-2. podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação. veio atender aos requisitos das indústrias químicas e petroquímicas. Alimentação não é fornecida ao bus enquanto uma estação está enviando. árvore e estrela são permitidas. além de segurança intrínseca. Automação Industrial e CLPs Figura 110 - Sistema com alimentação de dispositivos em uma rede PROFIBUS e IEC 61158-2 A Fibra ótica pode ser utilizada pelo PROFIBUS para aplicações em ambientes com alta interferência eletromagnética ou mesmo com o objetivo de aumentar o comprimento máximo com taxas de transmissão elevadas. Vários tipos de fibra estão disponíveis, com diferentes características, tais como, distância máxima, preço e aplicação. Os segmentos PROFIBUS que utilizam fibra normalmente são em estrela ou em anel. Alguns fabricantes de componentes para fibra ótica permitem o uso de links redundantes com meios físicos alternativos, cuja transferência é automática quando ocorre uma falha. Tabela 2 – Propriedades das fibras ópticas 4.2.8 Protocolo de acesso ao meio Os perfis de comunicação PROFIBUS (Communication Profiles) usam um protocolo uniforme de acesso ao meio. Este protocolo é implementado pela camada 2 do modelo de referência da OSI. Isto inclui também a segurança de dados e a manipulação dos protocolos de transmissão e mensagens. No PROFIBUS a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link (FDL). O Controle de Acesso ao meio (MAC) especifica o procedimento quando uma estação tem a Professor Carlos Alexandre Pizzino 106 Automação Industrial e CLPs permissão para transmitir dados. O MAC deve assegurar que uma única estação tem direito de transmitir dados em um determinado momento. O protocolo do PROFIBUS foi projetado para atender os dois requisitos básicos do Controle de Acesso ao Meio: • • Durante a comunicação entre sistemas complexos de automação (mestres), deve ser assegurado que cada uma destas estações detém tempo suficiente para executar suas tarefas de comunicação dentro de um intervalo definido e preciso de tempo. Por outro lado, a transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser implementada tão rápida e simples quanto possível para a comunicação entre um controlador programável complexo e seus próprios dispositivos de I/O’s (escravos). Portanto, o protocolo PROFIBUS de acesso ao barramento (Figura 111) inclui o procedimento de passagem do Token, que é utilizado pelas estações ativas da rede (mestres) para comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de mestre-escravo que é usado por estações ativas para se comunicarem com as estações passivas (escravos). Figura 111 – Configuração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 passivas (escravos) 4.2.9 Funções básicas Profibus – DP O controlador central (mestre) lê ciclicamente a informação de entrada dos escravos e escreve também ciclicamente a informação de saída nos escravos. Além da transmissão cíclica de dados de usuário, PROFIBUS-DP proporciona funções poderosas de diagnóstico e configuração. A comunicação de dados é controlada por funções de monitoração tanto no mestre, como no escravo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 107 Automação Industrial e CLPs 4.2.9.1 Características básicas Somente uma alta velocidade de transferência de dados não é um critério suficiente para o sucesso de um sistema de comunicação de dados. Instalação e manutenção simples, uma boa capacidade de diagnóstico e uma de transmissão de dados segura e livres de erros são também importantes para o usuário. O PROFIBUSDP representa a combinação ótima destas características. 4.2.9.2 Funções de diagnóstico As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS-DP permitem a rápida localização de falhas. As mensagens de diagnósticos são transmitidas ao barramento e coletadas no mestre. Estas mensagens são divididas em três níveis: • Diagnósticos de Estação: estas mensagens ocupam-se com o estado operacional geral da estação (por exemplo: alta temperatura ou baixa tensão). • Diagnósticos de Módulo: estas mensagens indicam que existe uma falha em um I/O específico (por ex.: o bit 7 do módulo de saída) de uma estação. • Diagnósticos de Canal: estas mensagens indicam um erro em um bit de I/O (por ex.: curto-circuito na saída 7). 4.2.9.3 Configuração do sistema e tipos de dispositivos O PROFIBUS DP permite sistemas mono e multi-mestre oferecendo um alto grau de flexibilidade na configuração do sistema. Até 126 dispositivos (mestres ou escravos) podem ser ligados a um barramento. Sua configuração consiste na definição do número de estações, dos endereços das estações e de seus I/O’s, do formato dos dados de I/O, do formato das mensagens de diagnóstico e os parâmetros de barramento. Cada sistema de PROFIBUS-DP pode conter três tipos de dispositivos diferentes: • Classe-1 DP MASTER é um controlador central que troca informação com as estações descentralizadas (por ex.: DP slaves) dentro de um ciclo de mensagem especificado. Dispositivos mestres típicos incluem controladores programáveis (PLCs) e PC ou sistemas VME. • Classe-2 DP MASTER são terminais de engenharia, programadores, dispositivos de configurações ou painéis de operação. São utilizados durante o comissionamento para configuração do sistema DP e também para a manutenção e diagnóstico do barramento e/ou de seus dispositivos. • DP SLAVE é um dispositivo periférico (dispositivos de I/O, drivers, IHM, válvulas, etc.) que coleta informações de entrada e enviam informações de saída ao controlador. Pode haver dispositivos que possuem somente informações de entrada e outros com somente informações de saída.A quantidade de informação de I/O depende do tipo de dispositivo. Um máximo de 246 bytes de entrada e 246 bytes de saída são permitidos. Professor Carlos Alexandre Pizzino 108 independente do fabricante. O perfil PA define os parâmetros dos dispositivos e o comportamento de dispositivos típicos. 4. etc. As definições e opções do perfil de aplicação PA. mesmo em áreas intrinsecamente seguras. O perfil PROFIBUS-PA foi desenvolvido em cooperação conjunta com os usuários da indústria de processos (NAMUR) e possui os seguintes requisitos especiais para trabalho nestas áreas de aplicação: • • • • Perfil de aplicação padronizado para automação e controle de processo e intercambiabilidade dedispositivos de campo entre diferentes fabricantes Inserção e remoção de estações (dispositivos). Diferente da fiação convencional. sem influenciar outras estações Alimentação dos dispositivos tipo transmissores.Automação Industrial e CLPs 4.11 Automação de processo (PA) O uso do PROFIBUS em dispositivos e aplicações típicas de automação e controle de processos é definido por perfil PA. onde um fio individual é usado para cada sinal a ser ligado do ponto de medição ao módulo de E/S do sistema digital de controle (DCS). Além de definições relevantes sobre comunicação. além de efetuar manutenção e conexão/desconexão de dispositivos durante a operação. tais como: transmissores de variáveis. o acoplador ou link de segmento realiza esta função em comum para muitos dispositivos em uma rede PROFIBUS. executada via o próprio barramento. conforme o padrão IEC 61158-2. assim como o significado da palvra de status que acompanha o valor medido. Professor Carlos Alexandre Pizzino 109 . posicionadores. a intercambiabilidade do dispositivo e a total independência do fabricante. O PROFIBUS também permite medir e controlar em malha fechada processos industriais através de um único par de cabos. As especificações para a unidade de medida e o significado dos parâmetros do dispositivo.2. até mesmo em áreas perigosas. tais como: tipo de dados e unidades de medida do valor transmitido. Possibilidade de uso em áreas potencialmente explosivas com proteções do tipo intrínseca ou encapsulada. Enquanto uma alimentação separada (em caso de instalação à prova de explosão) para cada sinal na ligação convencional é necessária. tornam o PROFIBUS um conveniente substituto para transmissão analógica com 4 a 20 mA ou HART. tais como limites baixo e alto do range de medição são independentes do fabricante.2. controladores programáveis (CLP’s ou PC’s) comunicam-se uns com outros. com o PROFIBUS os dados de vários dispositivos são transmitidos através de um único cabo. facilitando assim.10 Perfil de Comunicação FMS Neste nível. Nesta área de aplicação. mais importante que um sistema com tempos de reação rápida é um sistema com uma diversidade grande de funções disponíveis. o perfil PA também contém definições sobre a aplicação. definiu-se um Arquivo de Dados Eletrônicos do Dispositivo (Arquivo GSD). onde estas informações são armazenadas. Especificações relacionadas ao Mestre Esta seção contém todos os parâmetros relacionados ao mestre. tipo Plug and Play. funções de diagnósticos) ou de parametrização da comunicação.2. Esta seção não existe para dispositivos escravos.2. 4. Estes parâmetros variam individualmente para cada tipo de dispositivo e de fabricante e são normalmente documentados nos manuais técnicos. taxas de transmissão suportadas e possibilidades para a definição do intervalo de tempo para monitoração.11. revisão atual de hardware e software.11. Professor Carlos Alexandre Pizzino 110 .2 Arquivos “GSD” As características de comunicação de um dispositivo PROFIBUS são definidas na forma de uma folha de dados eletrônica do dispositivo (“GSD”). Apesar disto.: número de I/O’s.1 Características Básicas Dispositivos PROFIBUS possuem diferentes características de funcionalidade (p. Os arquivos GSD devem ser fornecidos pelo fabricante dos dispositivos. ex. ou opções de upload e download.Automação Industrial e CLPs 4. Figura 112 – Configuração Arquivos GSD permitem configuração aberta O arquivo GSD é dividido em três seções: Especificações gerais Esta seção contém informações sobre o fabricante e nome do dispositivo. tais como: o número de máximo de escravos que podem ser conectados. tais como taxa de transmissão e tempo de monitoração. a fim de tornar o PROFIBUS um sistema configurável facilmente. 4.2.4 Descrição Eletrônica do Dispositivo (EDD) A descrição eletrônica do dispositivo (EDD) traça as propriedades de um dispositivo PROFIBUS. O mestre compara o número de identificação dos dispositivos conectados com o número de identificação especificado e gravado pela ferramenta de configuração do sistema. A Ferramentas de Dispositivos de Campo (FDT) opera baseada na tecnologia Microsoft COM/DCOM. operação e diagnóstico de um grande sistema no futuro.11. 4. A transferência de dados do usuário não é inicializada até que os corretos tipos de dispositivos com as corretas estações tenham sido conectados no barramento.5 Conceito FDT (Fieldbus Device Tool) Dentro dos trabalhos em desenvolvimento.2. oferecendo uma base independente para acessar todas características de comunicação e aplicação de um dispositivo na configuração. os arquivos EDD descrevem as variáveis e a função de um dispositivo e por outro contém elementos para operação e visualização. Por um lado.2. Fabricantes de dispositivos devem solicitar a Organização de Usuários PROFIBUS um número de identificação para cada tipo de dispositivo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 111 .12 Opções de Implementação Uma grande quantidade de componentes padronizados (tecnologia básica) está disponível para implementação do protocolo PROFIBUS. A descrição eletrônica do dispositivo (EDD) é fornecida pelo fabricante do dispositivo em formato eletrônico para cada dispositivo. A linguagem pode ser usada universalmente e permite descrições independente do fabricante tanto para dispositivos simples (sensores e atuadores) quanto para sistemas complexos.Automação Industrial e CLPs Especificações relacionadas ao Escravo Esta seção contém toda especificação relacionada ao escravo.11.3 Ident Number Todos os escravos e mestres classe tipo-1 devem possuir um número de identificação (ID). O formato dos arquivos GSD contém listas (tal como velocidade de comunicação suportada pelo dispositivo) assim como espaços para descrever os tipos de módulos disponíveis em um dispositivo modular.2. o comitê técnico de “Automação de Processo” da organização PROFIBUS está atualmente trabalhando no conceito de uma ferramenta de engenharia de sistemas. 4. 4. especificação de informações e textos de diagnósticos nos módulos disponíveis. reduzindo assim gastos e tempo de desenvolvimento do fabricante dos dispositivos. tais como: número e tipo de canais de I/O.11. Os arquivos EDD são lidos pelas ferramentas de configuração simplificando assim o comissionamento e a manutenção do sistema PROFIBUS. Isto oferece um alto grau de segurança contra erros de configuração. no qual certificados são fornecidos para os dispositivos testados em laboratórios de teste credenciados. Como regra. Como exemplo.4 Implementação de interfaces IEC 61158-2 Na implementação de dispositivos de campo. que é checada de acordo com as especificações RS485.12. eventuais erros devido a uma interpretação equivocada do padrão por parte dos engenheiros de desenvolvimento são detectados e corrigidos antes mesmo do dispositivo ser efetivamente utilizado em aplicações reais. não sendo necessário nenhum microprocessador ou software. existe o SPM2 da SIEMENS o IX1 da MC2 e o VPCLS da PROFICHIP.Automação Industrial e CLPs 4.3 Implementação de mestres complexos Neste caso.2. O DPC31 da SIEMENS representa uma combinação do microcontrolador e do chip de protocolo. Como chip de protocolo puro. VPC3+ (PROFICHIP) e IX1 (MC2) atualmente disponíveis. a alimentação destes dispositivos será de 10 mA. uma solução prática é a implementação com componentes do tipo ASIC single-chip. 4.13 Certificação de Dispositivos O padrão PROFIBUS EN50170 é a garantia que os dispositivos irão comunicarse entre si.2. IX1 (M2C) e PBM (IAM).2 Implementação de dispositivos inteligentes Nesta forma de implementação. Todas as funções do protocolo já estão integradas neste componente. As características elétricas (por exemplo: resistores de Professor Carlos Alexandre Pizzino 112 . 4.12. Assim. alimentado pelo barramento com a interface 61158-2. 4. incluindo a interface de barramento e a eletrônica de medição. as partes críticas do protocolo PROFIBUS são implementadas em um chip de protocolo e as outras partes do protocolo são realizadas por software em um microcontrolador.12.12. particular atenção deve ser dedicada em relação ao baixo consumo de potência.12. Esta alimentação servirá para o dispositivo inteiro. estão atualmente disponíveis.2. Para garantir que dispositivos PROFIBUS de diferentes fabricantes possam comunicar-se facilmente uns com os outros. O ASPC2 (SIEMENS). a Organização de Usuários PROFIBUS estabeleceu um procedimento assegurado. o cristal de quartzo e a eletrônica de potência como componentes externos.2. O teste de hardware examina a eletrônica da interface. somente a interface de barramento.1 Implementação de dispositivos simples Para dispositivos de I/O simples. Para se obter esta certificação é necessário submeter os vários dispositivos à um teste abrangente em laboratórios especializados. existe o SPC3 (SIEMENS). O objetivo desta certificação é oferecer aos usuários a segurança necessária para uma operação tranqüila com dispositivos de diferentes fabricantes. Eles podem operar em conjunto com vários microprocessadores atuais. assim como para os dispositivos inteligente. 4. as partes críticas do protocolo PROFIBUS são implementadas em um chip e as outras partes do protocolo são realizadas por software em um microcontrolador. O comportamento desejado é combinado para formar uma seqüência de teste a qual pode ser adaptada para um dispositivo em teste. assim como a funcionalidade do dispositivo. Se necessário. o fabricante pode solicitar um certificado da Organização de Usuários PROFIBUS. As reações geradas pelo dispositivo em teste podem ser monitoradas no barramento e registradas via um monitor de barramento.: interrupção de barramento. O comportamento real é analisado e comparado com o comportamento desejado. Após a aprovação do dispositivo em todos os procedimentos de teste. o dispositivo é testado em um ambiente multi-fabricante. interface ao barramento e nível da linha) são testadas. Durante as seqüências de teste. Operação mista: Combinação de escravos são checadas para operação com um Mestre FMS e DP. as quais são dedicadas aos relacionamentos de tempo no barramento. Todo dispositivo certificado recebe um número de certificação como referencia. Dados de diagnóstico: Os dados de diagnósticos devem corresponder aos registros no arquivo GSD e ao padrão da norma. as saídas do dispositivo também são monitoradas e registradas. a documentação técnica e registros no arquivo GSD são checados em relação aos parâmetros do dispositivo. Durante os testes de interoperabilidade e carregamento com vários dispositivos PROFIBUS de outros fabricantes. curtocircuito e falha de tensão de alimentação) são simuladas. Endereçabilidade: O dispositivo é endereçado dentre qualquer três endereços dentro de uma faixa de endereços e testado para funcionamento correto. Comportamento em caso de falha: Falha de barramento (por ex. Professor Carlos Alexandre Pizzino 113 . O teste de conformidade é a principal parte do teste. Um cheque é feito para determinar se a funcionalidade de um sistema inteiro continua preservada quando o dispositivo em teste é adicionado.Automação Industrial e CLPs terminação. O teste de função examina o acesso ao barramento e o protocolo de transmissão. mas pode ser prolongado mediante um teste adicional. são analisados os dados registrados com um monitor de barramento e comparado-os com os valores padrão. Este procedimento não requer nenhum conhecimento da estrutura de implementação. Além disso. A implementação do protocolo é checada para conformidade com o padrão PROFIBUS. O arquivo GSD é usado para parametrizar e adaptar o sistema de teste. e os resultados são registrados em um arquivo de protocolo. O certificado é válido por 3 anos. enquanto o operador geralmente só consegue atuar malha a malha com um sistema convencional. O objetivo principal dos sistemas SCADA é propiciar uma interface de alto nível do operador com o processo. por exemplo. Isto. gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais. Funções de operação: atualmente os sistemas SCADA substituíram com vantagens as funções da mesa de controle. o Controle Supervisório: Nesta classe de sistemas. As funções de operação incluem: ligar e desligar equipamentos e seqüências de equipamentos. e a saída é aplicada ao processo (ação direta sobre uma variável manipulada). Professor Carlos Alexandre Pizzino 114 . etc. é executado.Automação Industrial e CLPs SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) 1. entretanto só é possível quando a velocidade do processo assim o permite. Geralmente é utilizada uma interface tipo sistema especialista para definição das regras de controle ao nível de supervisão. Esta arquitetura possui maior confiabilidade que os sistemas DDC e traz a vantagem de atuar sobre um grande número de malhas de controle simultaneamente. sem depender de um nível intermediário de controle representado por remotas inteligentes. um algoritmo de controle como um controlador PID. mas os setpoints para as malhas de controle são calculados dinamicamente pelo sistema de supervisão. requisitos de confiabilidade tornam desaconselhável este tipo de solução. os algoritmos de controle são executados pela unidade terminal remota (UTR). Todas as operações de entrada e saída são executadas diretamente através de cartões de E/S ligados diretamente ao barramento do micro. Este tipo de estratégia é muito utilizado para controle avançado na área mineral onde é comum a modelagem matemática da planta. etc. formatam estes dados e os apresentam ao operador em uma multiplicidade de formas. operação de malhas PID. Em alguns casos. mudança de modo de operação de equipamentos. de acordo com o comportamento global do processo. Introdução São os sistemas de supervisão de processos industriais que coletam dados do processo através de remotas industriais. informando-o "em tempo real" de todos os eventos de importância da planta. ou por remotas mais simples. Os dados são amostrados. Funções de controle: o Controle DDC ("Digital Direct Control"): alguns sistemas de supervisão possuem uma linguagem que permite definir diretamente ações de controle. relatórios em vídeo e impressos. principalmente Clps. Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas: • • • Funções de supervisão: inclui todas as funções de monitoramento do processo tais como: sinóticos animados. 1. Quando a variável cruza uma destas fronteiras um alarme é dado para o operador.2 Os objetos de um supervisório Cada sistema SCADA irá gerenciar um certo número de objetos também denominados entidades. Estas cores em geral são as mesmas para todas as variáveis.Automação Industrial e CLPs Figura 113 – Controle supervisório 1. Embora este número varie de um sistema para outro. Em geral os valores da variável na tela dependem das cores atribuídas a cada faixa. Os valores limites definem 5 faixas de operação para a variável. que descrevem as variáveis de processo controladas e os elementos habituais de uma mesa de controle. Professor Carlos Alexandre Pizzino 115 . existe um consenso em relação às suas características básicas. Em todo o sistema existem basicamente duas variáveis simples ou primitivas e algumas variáveis compostas formadas a partir das primeiras.1 Variáveis simples ou primitivas • Variável analógica: Descreve uma variável analógica de entrada.2. Definir sinóticos. A atividade de configuração de um supervisório compreende geralmente duas etapas: • • Definir cada variável de processo na base de dados. O CLP já converte esta leitura para um valor digital quantizado. gráficos e relatórios. outros possuem tipos mais complexos formados pelo agregado de várias primitivas fundamentais.2 Variáveis compostas Enquanto alguns sistemas possuem apenas um pequeno número de primitivas. O valor normal para uma variável discreta é sempre convencionado para todas as variáveis conjuntamente.2. definir cores e textos para cada estado. Professor Carlos Alexandre Pizzino 116 . A entrada da totalização tanto pode ser um valor analógico (fluxo ou vazão) quanto pulsos associados a uma variável discreta (totalizador de pulsos). Neste último caso. De uma forma ou de outra. um incremento pré-determinado é aplicado ao valor totalizado.Automação Industrial e CLPs Figura 114 – Faixas de uma variável analógica • Variável Discreta: Também chamada de variável digital. Em alguns sistemas é possível definir agregados de variáveis discretas (bit strings). 1. Controlador PID: Descrevem um controlador PID independente de sua encarnação física. Single loops e Multi loops. Corresponde a 1 bit de informação que pode assumir os valores 0 ou 1. a cada pulso. para maior facilidade de interpretação por parte do operador e pessoal da manutenção. Um sistema supervisório moderno é capaz de comandar dezenas de malhas de controle que na verdade são implementadas no nível inferior de controle representado pelos CLP. cada sistema sempre possui uma forma de representar todas as entidades que correspondem às entidades controladas no processo ou aos instrumentos da mesa de comando convencional: • • Totalizador: Totaliza uma variável analógica diretamente ou reproduz um valor totalizado pelo CLP. guiado por uma tela de tendência que plota os valores da variável medida. O tipo retornado de um cálculo geralmente é um valor real. Um equipamento pode pertencer a diversas seqüências diferentes. O operador pode então realizar a sintonia da malha durante o startup do sistema. um valor booleano ou uma string. • Equipamento: Corresponde a um equipamento de processo qualquer: motor. Cada seqüência é composta tipicamente por 8 ou mais equipamentos.Automação Industrial e CLPs Figura 115– Diagrama de malha PID típica Os parâmetros de configuração definidos são enviados para a memória do controlador. Por exemplo. Professor Carlos Alexandre Pizzino 117 . • Seqüência ou Grupo: É um conjunto de equipamentos intertravados que pode ser tratado do ponto de vista lógico como uma única entidade. Por exemplo. já que todos os equipamentos que o compõem partem e operam em conjunto. etc. classificador espiral. Por exemplo: o conjunto de motores e outros subsistemas que compõem um moinho de bolas pode ser tratado de forma unificada pelo sistema. • Cálculo: Nem todas as variáveis de interesse podem ser amostradas diretamente do processo. reator. de forma intertravada. Às vezes estamos interessados no comportamento de uma variável que não é medida. A variável calculada deve se comportar como um ponto qualquer amostrado diretamente do processo e permitir: o Gerar valores instantâneos para exibição em sinóticos segundo diversas formas. um transportador de correia do pátio de um porto pode estar conectado a diversas rotas de transferência de minério de acordo com o tipo de minério sendo carregado. A chamada de um cálculo que envolve um outro cálculo deve referenciar sempre ao último valor calculado para se evitar chamadas recursivas infinitas. pier de embarque. transportador de correia. etc. A partir daí as únicas operações possíveis são mudar o modo de operação da malha ou o seu setpoint. corrente e fator de potência. setpoint e variável manipulada em função do tempo (tuning) ou usando uma ferramenta qualquer de sintonia. mas que pode ser inferida a partir de diversas outras variáveis. calcular a potência ativa a partir dos valores de tensão. Automação Industrial e CLPs o Gerar valores para base de dados histórica. Se o símbolo armazenado corresponde a uma configuração fixa de bits (mapa de bits). Processadores de expressões também são úteis para diversas finalidades dentro de um sistema de supervisão como. como num quebra-cabeça. etc. 1. por exemplo.2. arcos. a um sinótico de hierarquia inferior (sub-sinótico). Cada sinótico representa uma área do processo em um certo nível de detalhe. No sistema gráfico ao contrário. por exemplo. zoom-in e zoom-out em tempo real. O construtor de sinóticos é a ferramenta que permite ao usuário criar novos sinóticos. chaves de habilitação. As telas possuem uma parte fixa denominada de máscara ou fundo e diversos campos dinâmicos atualizados automaticamente. Os símbolos utilizados para um determinado tipo de processo petroquímico. Outras entidades podem ser definidas dependendo do tipo de processo como chaves de seleção. o desenho é formado livremente pela combinação de entidades geométricas fundamentais como retas. não serviam para representar um processo mineral ou de outra natureza. Os primeiros sistemas supervisórios possuíam interface com o usuário semigráfica. para efetuar operações de panning. rotas. etc. splines. O sinóptico era formado pela justaposição dos caracteres gráficos. ou a uma visão de uma outra camada do mesmo sinótico (sistema "multi-layer"). etc. Alguns construtores são editores gráficos que definem duas estruturas de dados básicas: uma para a máscara e outra para os campos dinâmicos. elipses e círculos. constantes paramétricas. os símbolos são armazenados numa biblioteca. Alguns construtores. Para se obter uma visão mais detalhada de uma determinada área pode-se recorrer a um novo sinótico. retângulos. De preferência deve ser possível se usar o construtor com o sistema on-line. tanques. Se a representação armazenada corresponde à descrição das entidades geométricas temos um sinóptico orientado para geometria. texto “bitmapeado” e vetorizados ("stroke-fonts"). Depois de definidos. curvas de bézier. quanto dos terminais precisavam sersubstituídas. o sistema de controle de tráfego de uma cidade. Todos os espaços vagos da tabela do gerador de caracteres eram preenchidos com símbolos especiais que permitiam representar os equipamentos de processo. tal como um oleoduto. Tanto as EPROMs do console do computador. Professor Carlos Alexandre Pizzino 118 . temos um editor “bitmapeado”. Esta técnica é denominada full-graphics e requer um poder computacional muito maior por parte das estações de trabalho. Para alguns tipos de processo. um sistema de controle de subestações de trolebus. recomenda-se o uso de um sinótico tipo plano infinito que traz a representação global de um sistema distribuído geograficamente. para criar campos virtuais em planilhas e geradores de relatórios.3 Principais funções de um supervisório Fornecem uma representação gráfica geral da planta em substituição aos painéis sinóticos tradicionais. eventos de processo e eventos de operação. necessitam compilar a descrição de campos para obter um código executável para as animações. Sinópticos “bitmapeados” são mais rápidos de se exibir e permitem definir um maior nível de detalhe para cada símbolo. rotação e mudança de escala. Os objetos podem ser transformados por translação. Figura 116 – Sinóptico projetado com canhão Professor Carlos Alexandre Pizzino 119 . Sinóticos com estrutura de dados geométrica (modelados) são mais flexíveis para modificações futuras e parecem ser uma tendência para sistemas SCADA atuais. Atualmente os editores orientados para objetos são ainda mais flexíveis. O sistema se torna totalmente dirigido a eventos. Cada equipamento corresponde a um objeto.Automação Industrial e CLPs entretanto. podem ter qualquer uma de suas propriedades (atributos) alterada e ter ações complexas a ele associadas (click actions). e como já dito. Estes podem estar geograficamente próximos ou separados uns dos outros. Saem de cena os sinais de 4-20 mA e outras medidas analógicas. PC. Professor Carlos Alexandre Pizzino 120 . submetidos ao protocolo que está sendo utilizado. Essa evolução nos sistemas de automação é similar à evolução da indústria de informática. lento. o controle distribuído ganha uma nova alternativa: a utilização de dispositivos inteligentes. aliado à conexão dos dispositivos em rede (Fieldbus). no mal funcionamento de todo o sistema). há 15 anos tinham-se terminais "burros" conectados a um computador central. um controle centralizado se torna exageradamente complexo. possivelmente. pela rede de dispositivos de campo trafegam dados no formato digital apenas. um PC ou outro equipamento dedicado. A necessidade de existência do elemento centralizador fica por conta da supervisão e sintonia do sistema. que pode ser um CLP.Automação Industrial e CLPs SDCD (Sistemas digitais de controle distribuído) 1. Introdução Um sistema distribuído é um sistema de computação em que as funções computacionais são alocadas entre vários elementos físicos de computação. Com a entrada do conceito de Fieldbus no mercado. já é utilizada desde a década de 70 com bastante sucesso. etc. caro e. o que. 2. confiabilidade do sistema como um todo (o mal funcionamento de uma parte não implica. Esses dispositivos são dotados de alguma capacidade de processamento. tipicamente executam tarefas simples de monitoração e atuação. tendo como base a utilização de terminais remotas conectadas aos dispositivos no campo e conectadas entre si a uma via de dados que por sua vez contém um elemento centralizador. Os nós do sistema (dispositivos inteligentes conectados ao Fieldbus).). ações e intertravamentos. Atualmente os sistemas de controle tendem a se tornar complexos. Controle distribuído Com o advento dos microprocessadores e microcontroladores. Conseqüentemente. mas quando trabalhando juntos podem perfazer tarefas bastante complexas. a eletrônica inteligente se tornou muito mais acessível e barata. A filosofia SDCD. não mais com a finalidade de controle. Dividir o problema em partes menores que podem ser resolvidas individualmente passa a ser então uma solução atrativa por muitos motivos: maior facilidade de desenvolvimento. pode levar a uma solução onde os próprios dispositivos troquem mensagens entre si e o controle do sistema de automação seja de responsabilidade da rede de dispositivos e não mais de um elemento centralizador (CLP. hoje o processamento é distribuído entre diversos computadores pessoais e os dados são trocados através de uma rede. com um grande número de variáveis. manutenção simplificada. operação e administração. necessariamente. entre outros. Automação Industrial e CLPs Figura 117 – Interação supervisório CLP 3. que permitem localizar o cartão defeituoso a partir do console de operação. Os cartões de E/S com defeito podem ser trocados a quente. Além disso. possuíam sofisticados algoritmos de diagnóstico. redundância de rede de comunicação de dados. etc. de cartões de entrada e saída. Arquitetura de um SDCD Os SDCDs tradicionais se caracterizavam por um elevado nível de redundância: redundância de servidores. Figura 118 – Configuração se um SDCD Professor Carlos Alexandre Pizzino 121 . um computador reserva está energizado e pronto para atuar no caso de falha do computador primário. Este sistema pode estar baseado num protocolo de comunicação entre os próprios micros ou em um software residente no CLP.1 Sistemas híbridos Atualmente os SDCDs têm um sucesso peso leve. Conhecido como sistema híbrido. Nesta última situação. • Uso de entrada e saídas isoladas galvanicamente. então sabe que o computador principal está em falha. Figura 119 – Sistema híbrido da ABB com rede Profibus redundante 4. Quando este apresenta falha. O controle é então transferido ao micro reserva. • Uso de no break com filtragem eletrônica da alimentação. A disponibilidade de um sistema computacional pode ser aumentada de duas formas: aumentando-se o MTBF (Mean Time Between Failures) e o diminuindo-se o MTTR (Mean Time To Repair). um computador deve escrever periodicamente que está vivo. O CLP lê esta palavra especial (palavra chave) e a apaga ciclicamente. São exemplos desta classe de sistema o Industrialit (Operateit/ Controlit) da ABB. detecta que o bit ou palavra chave não foi escrito. em uma de suas varreduras. • Adição de redundância.Automação Industrial e CLPs 3. este novo sistema alia a versatilidade e performance de um SDCD com o baixo custo de uma solução SCADA + CLP. Ações para se obter um alto MTBF: • Uso de um computador industrial. • Uso de redes com fibra ótica. o Plant Web da Emerson e o PSC7 da Siemens. Sistemas HOT STAND BY Num sistema hot stand by convencional. Se o CLP. um sistema de detecção de falhas irá comandar a comutação. Professor Carlos Alexandre Pizzino 122 . • Cartões All-in-One. que só atendiam a versões específicas da combinação de fatores apresentada acima. Imagine que este supervisório fosse o Factory Link da US Data e que o CLP fosse uma CPU da família 5 da Rockwell. Um fabricante de CLP sempre fornecerá com o seu equipamento um servidor OPC. Protocolos da camada de aplicação usados em Automação 5. • Ausência de Motherboard à Backplane Passivo. O MMS permite também que dois dispositivos de controle. 5. Este modelo assume que o servidor é o deposito de dados e que o cliente é um usuário ou fornecedor de dados. O MMS é baseado no modelo cliente/servidor. Isto implicava na existência de centenas de drives de comunicação. o protocolo MMS parece ter sucesso garantido. O CLP 5 pode se comunicar com diversas redes diferentes. Sutherland-Schultz ou outro.1 MMS – Manufacturing Message Specification (RS512 . Este protocolo é hoje o padrão de fato da indústria. nós teríamos que utilizar ou desenvolver um driver que atendesse perfeitamente à combinação: Sistema SCADA (existem dezenas) / sistema operacional (várias opções). Pode rodar tanto sobre a pilha OSI/ISO como por exemplo sobre a pilha TCP/IP. O PC pode utilizar cartões de comunicação Rockwell. 5. Professor Carlos Alexandre Pizzino 123 . para diversos sistemas operacionais. • Unidades de floppy e winchester plug-in de substituição independente. A aplicação servidora é baseada no conceito de Dispositivo de Manufatura Virtual (VMD). O VMD possui 6 objetos usados para facilitar o processo de transferência de informações. como dois CLPs. Imagine como faríamos para interfacear um sistema SCADA com um CLP há 3 anos. de relés inteligentes ou de qualquer outro dispositivo industrial inteligente. por exemplo com uma rede DH+. A especificação também define 84 serviços disponíveis para manipular estes objetos.ISO 9506) Foi definido durante o projeto do MAP (Manufacturing Automation Protocol) patrocinado pela GM.2 O protocolo OPC (OLE FOR PROCESS CONTROL) Um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas no chão de fábrica reside em se compatibilizar os protocolos da camada de aplicação. cartão de comunicação PC/CLP (várias fontes e possibilidade de rede). O padrão OPC foi inicialmente liderado pela Microsoft e especificado pela OPC Foundation.Automação Industrial e CLPs Ações para se obter um baixo MTTR: • Uso de um computador Modular. O fabricante de SCADA também fornecerá o cliente OPC. Com este protocolo. O protocolo OPC elimina esta situação. O Factory Link era fornecido em várias versões. O mesmo acontece com um fornecedor de inversores. Enquanto o futuro do MAP é incerto. Na prática. qualquer programa rodando em um computador pode acessar dados em qualquer dispositivo orientado a manufatura conectado a rede. comuniquem facilmente entre si via rede. O número de combinações é muito grande. O protocolo OPC não resolve o problema de nomes globais. etc. clonar e deletar grupos de itens.versão 2. caso o servidor saia do ar. uma maneira eficiente de se estabelecer interfaces para aplicações que substitui as chamadas de procedimento e as DLL usadas inicialmente para encapsular uma aplicação. a tarefa de escrever drives de comunicação fica muito facilitada. receita. Cada tela sinóptica. Professor Carlos Alexandre Pizzino 124 . • Definir a taxa de leitura do dado no grupo. e o servidor precisa fornecer dados em um formato único. comandos de controle (abrir.). pode usar um ou mais grupos. Cada grupo de dados pode ter uma taxa de leitura específica: pode ser lida periodicamente (polling). • Ler e escrever valores para um ou mais itens do grupo.Versão 1. Entre suas funções principais ele permite à aplicação cliente: • Gerenciar grupos: criar. • Obter o status de funcionamento do servidor. você deve saber exatamente em que servidor uma dada variável pode ser encontrada. O grupo pode ser ativado ou desativado como um todo. • Incluir e remover itens em um grupo. status de comunicação. por exemplo. superando o MMS para aplicações práticas. As especificações do protocolo OPC estão disponíveis no site da OPC Foundation e incluem além da especificação básica para a construção de drives (OPC Data Access Specification . etc.01). O servidor OPC fornece dados de tempo real proveniente de sensores (temperatura. fechar. • Ser avisada.. O padrão OPC é baseado em comunicações cíclicas ou por exceção. O servidor OPC é um objeto COM. segundo técnicos da divisão Powertrain da GM. ignorando a implementação do dispositivo. um PIMS. o que torna o protocolo muito eficiente.00) e outros.Automação Industrial e CLPs Um sistema SCADA também pode oferecer um servidor OPC para comunicação com outro sistema de aquisição de dados. tais como: padrão OPC para comunicação de alarmes e eventos (OPC Alarms and Events Specification – Versão 1.02). • Navegar pelas tags4 existentes (browser interface). Como as aplicações precisam apenas saber como buscar dados de um servidor OPC. A interface de grupo permite à aplicação cliente: • Adicionar e remover itens dos grupos. pressão. relatório. O nome OPC: OLE for Process Control foi cunhado na época em que o COM era um modelo embrionário de comunicação entre aplicativos como o nome de OLE (Object Linking and Embedding). desligar. desativar grupos. O grupo de dados constitui uma maneira conveniente da aplicação organizar os dados de que necessita. O protocolo OPC é baseado no modelo do que poderia se chamar “componentização” criado pela Microsoft e denominado COM (Componet Object Model). • Definir a linguagem de comunicação (idioma) a ser usada. • Ver os atributos ou campos associados a cada tag.). ligar. padrão OPC para acesso de dados de processo em batelada (OPC Batch Specification versão 2. ou por exceção.05) outras especificações. • Associar mensagens significativas a códigos de erro. renomear. etc. dados de performance e estatística do sistema. ativar. • Assinar dados do grupo por exceção. Cada transação pode ter de 1 a milhares de itens de dados. etc. padrão OPC para dados históricos (OP Historical Data Access Specification . Automação Industrial e CLPs Cada item é um objeto OPC que proporciona uma conexão com uma entrada física de dados. Cada item fornece ao cliente informação de: valor, time stamp, qualidade do dado e tipo de dado. É possível definir um vetor de objetos como um único item. Isto otimiza a comunicação de dados já que apenas um time stamp e uma palavra de qualidade de dados são utilizados para cada conjunto de dados. As leituras de dados podem ser de três tipos: leitura cíclica (polling), leitura assíncrona (o cliente é avisado quando a leitura se completa) e por exceção (assinatura). As duas primeiras trabalham sobre listas (subconjuntos) de um grupo e o serviço de assinatura envia aos clientes qualquer item no grupo que mudar de valor. Professor Carlos Alexandre Pizzino 125 Automação Industrial e CLPs Parte experimental 1. Estudo do CLP ATOS Série TICO Os micro-controladores programáveis da série TICO, são indicados para a automação de sistemas de pequeno porte, que requeiram avançados recursos de controle. São disponíveis em várias configurações de entradas e saídas digitais e analógicas, bem como tensão de alimentação CC ou CA. A série TICO conta com diversos recursos de programação dos controladores de médio porte da Atos. Para programar os micro-controladores da série TICO foi desenvolvido, na ferramenta de programação WinSUP 2, o driver MPC2200 que através de seu computador possibilita o desenvolvimento e monitoramento de diagramas “Ladder”, e variáveis do sistema. O conjunto de instruções e configurações do driver MPC2200 permite entre outros recursos, contadores, timers, operações com relógio calendário, seqüenciador, sub-rotinas, jump, call, operações indexadas, operações matemáticas básicas e leitura de dados através do canal serial. A série TICO possui um canal serial, o qual pode ser configurado para o padrão elétrico RS232 ou RS485 (dependendo do modelo). O canal serial pode ser configurado como mestre ou escravo, utilizando um dos protocolos disponíveis Apr03 ou Modbus/RTU. 1.1 Características de programação/hardware Figura 120 – Programação Figura 121 – Hardware Professor Carlos Alexandre Pizzino 126 Automação Industrial e CLPs 1.2 Especificações elétricas 1.2.1 Entrada digital (corrente contínua) Figura 122 – Entrada em corrente contínua Entrada tipo N: a comutação é executada quando um dispositivo externo fornece 0 Vcc à entrada digital. Entrada tipo P: a comutação é executada quando um dispositivo externo fornece 24 Vcc à entrada digital. 1.2.2 Entrada digital (corrente alternada) Figura 123 – Entrada em corrente alternada 1.2.3 Saída digital (corrente contínua) Figura 124 – Saída em corrente contínua Professor Carlos Alexandre Pizzino 127 o comum das cargas deve estar ligado ao potencial de +24 Vcc da fonte de alimentação.Automação Industrial e CLPs Saída tipo N: quando a comutação é executada.2.3 Esquemas de ligação Professor Carlos Alexandre Pizzino 128 . Saída tipo P: quando a comutação é executada. Portanto. as cargas recebem o potencial de 0 Vcc da fonte de alimentação. as cargas recebem o potencial de +24 Vcc da fonte de alimentação. o comum das cargas deve estar ligado ao potencial de 0 Vcc da fonte de alimentação.3 Saída digital (relé) Figura 125 – saída à relé 1. 1. Portanto. chaves. Um bit é então a menor unidade de estrutura de memória. os bits de um byte (conjunto de 8 bits) ou os bits de uma palavra/word (conjunto de 16 bits) são manipulados simultaneamente. Normalmente o CLP manipula mais do que um bit quando deseja transferir dados para ou da memória. portanto. pois é suficiente para armazenar o estado de botoeiras. o sistema de numeração binário é utilizado para representar a informação armazenada na memória. motores e outros dispositivos externos que podem ser interligados ao Controlador Programável. Portanto.Automação Industrial e CLPs Figura 126 – Esquemas de ligação 1. Figura 127 – estrutura de memória Professor Carlos Alexandre Pizzino 129 .4 Mapeamento de memória A memória do Controlador Programável armazena informações na forma de “1” ou “0”. sensores de proximidade ou qualquer outro dispositivo capaz de comutar tensão 24Vcc. Dependo do ambiente de programação pode-se atribuir um apelido ao endereço (tag.Automação Industrial e CLPs A estrutura da memória pode ser de 2 tipos: Estado: Informações do tipo ON/OFF. nickname). valores preset de contadores e temporizadores. Exemplos de registros: entradas e saídas analógicas. Exemplos de estados: entradas digitais. que referencie o programador com relação as funções de campo.1 Mapeamento de memória das entradas As entradas digitais da série TICO detectam e convertem sinais de comutação de entrada em níveis lógicos de tensão no controlador programável. Na programação. são posições de memória destinadas a armazenar informações quantitativas. saídas digitais. Professor Carlos Alexandre Pizzino 130 . estados auxiliares. cada contato. Essas entradas poderão ser botoeiras. Cada entrada é isolada do sistema através de um acoplador ótico sendo seu estado "ON" sinalizado através de led's no frontal do módulo. ou seja.4. (diferentes das entradas e saídas externas. assim como qualquer outro dado numérico manipulado pelo CLP. etc. bobina e registro é referenciado com um endereço que identifica o local de armazenamento do conteúdo do mesmo. contatos de temporizadores ou contadores. Para se programar um controlador um primeiro passo é analisar o tipo de endereço utilizado por ele. Registros: Informações representadas por um grupo de bits (Word). A figura mostra o mapeamento geral da memória da série TICO. canais de leitura de temperatura. ou seja. representados pelos binários 0 ou 1. chaves limite. definir as variáveis associadas aos endereços. Figura 128 – mapeamento geral de memória 1. os estados auxiliares não possuem um ponto físico correspondente de entradas ou saídas do Controlador Programável). 2 Mapeamento de memória das saídas As saídas digitais da série TICO convertem sinais lógicos usados no controlador programável em saídas (corrente contínua – 24 Vcc ou alternada – relés). lâmpadas.Automação Industrial e CLPs Figura – estados internos relacionados com as entradas digitais 1. Estão disponíveis ao usuário 32 Temporizadores ou Contadores. Figura 129 – estados internos relacionados com as saídas digitais 1. Os Temporizadores possuem base de tempo de 0. através das Instruções TMR (Temporizador) e CNT (Contador). Figura 130 – Estados e registros associados aos temporizadores e contadores Professor Carlos Alexandre Pizzino 131 .4. As saídas são isoladas do sistema através de acopladores óticos.01 segundos. Também para o Contador os estados internos são acionados quando o Efetivo da contagem atingir o Preset. relés.4.99 segundos. O estado interno relacionado ao Temporizador passa de desacionado (OFF) para acionado (ON) quando o Efetivo atingir o Preset de tempo programado.3 Temporizadores e Contadores A série TICO possibilita simular Temporizadores com retardo na energização e Contadores. solenóides ou qualquer outra carga. chaves contatoras. capazes de energizar bobinas. tendo assim o tempo máximo de 99. sendo a indicação de saída ativada através de led's no frontal do produto. Começa a operação em cada lógica ou bloco lógico através de contato NA. Professor Carlos Alexandre Pizzino 132 . É similar a instrução LD. A instrução LD faz com que o conteúdo de um estado interno especificado pelo operando (estado ON ou OFF) se armazene em um registro de operações lógicas. Esta instrução normalmente é usada para entradas internas. Presets e Efetivos dos Temporizadores/Contadores: Figura 131 – tabela geral dos estados e registros internos dos temporizadores e contadores 1. É uma instrução de um operando.Automação Industrial e CLPs Abaixo temos uma tabela realizando a referência cruzada dos Estados Internos. Figura 132 – Load 1.1 Load ou carregamento.5 Instruções de Programação 1. porém para contatos NF (normalmente fechado). externas e contatos de saídas externas. Para formar operações lógicas esta instrução deve ser combinada com outras instruções como OR.2 Carregamento de NF. AND.5.5. Este estado interno pode ser uma saída.5 Output não em fim de linha Coloca o resultado de uma operação lógica (armazenada no primeiro registro de operações lógicas) em um estado interno especificado pelo operando (sem alterar o conteúdo do primeiro registro de operações lógicas) podendo portanto ser continuada a seqüência de operações lógicas da linha. Figura 135 – Output negado 1. Este estado interno pode ser uma saída.5.5.Automação Industrial e CLPs Figura 133 – Load negado 1. um estado interno auxiliar ou um estado interno auxiliar com retenção.3 Output Coloca o resultado de uma operação lógica em um estado interno especificado pelo operando. Figura 136 – Output não em fim de linha Professor Carlos Alexandre Pizzino 133 . Figura 134 – Output 1. um estado interno auxiliar ou um estado interno auxiliar com retenção.4 Output negado Coloca o resultado invertido de uma operação lógica em um estado interno especificado pelo operando.5. Automação Industrial e CLPs 1.5.6 Output negado não em fim de linha Coloca o resultado invertido de uma operação lógica (armazenada no primeiro registro de operações lógicas) em um estado interno especificado pelo operando (sem alterar o conteúdo do primeiro registro de operações lógicas) podendo portanto ser continuada a seqüência de operações lógicas da linha. Figura 137 – Output negado não em fim de linha 1.5.7 SET-RESET. Permite executar um estado interno com retenção (LATCH). É composta por duas entradas: • (S)ET - Se a entrada é acionada, mesmo durante um único período de varredura, o estado interno especificado pelo operando é acionado; • (R)ESET - se a entrada é acionada, mesmo durante um único período de varredura o estado interno especificado pelo operando é desacionado. Se ambas as entradas são acionadas a entrada RESET tem prioridade. Figura 138 – Set/Reset Se a entrada 100 é acionada a saída 180 é acionada; desacionando a entrada 100 a saída 180 continua acionada (LATCH). Acionando a entrada 101 a saída 180 é desacionada. 1.5.8 Monoestável no acionamento. Realiza o acionamento de um estado interno especificado por uma única varredura quando as condições lógicas de entrada passam do estado desativado (OFF) para o estado ativado (ON). Quando a condição lógica de entrada está desativada o estado interno especificado permanece desativado. Professor Carlos Alexandre Pizzino 134 Automação Industrial e CLPs Figura 139 – monoestável no acionamento 1.5.9 Monoestável no desacionamento. Realiza o acionamento de um estado interno especificado por uma única varredura quando as condições lógicas de entrada passam do estado ativado (ON) para desativado (OFF). Quando a condição lógica de entrada está ativada (ON) o estado interno especificado permanece desativado. Figura 140 – monoestável no desacionamento 1.5.10 TMR Simula um temporizador com retardo na energização. É composta por 2 entradas: • HABILITA - permite a contagem do temporizador, quando a condição lógica da entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada. • START/STOP - Quando ativada permite a contagem e quando desativada pára a contagem (sem zerar). Professor Carlos Alexandre Pizzino 135 Automação Industrial e CLPs Figura 141 – Temporizador Funcionamento: Inicialmente deve-se presetar este temporizador no endereço (400). Este endereço é devido ao estado interno utilizado (000), consultar mapeamento do CP utilizado. Este valor de preset pode ser colocado na memória de várias formas, por exemplo, através de uma tela de uma edição e uma visualização em uma IHM ou através de uma instrução que escreva dados na memória do CP. Estando a entrada 100 acionada, quando a entrada 101 for acionada a contagem de tempo é iniciada, e neste caso alocada, ou atualizada no endereço (440) efetivo. E com a entrada 100 desacionada o valor da contagem é zerado. Se a entrada 101 for desacionada a temporização para e não zera continuando assim que a entrada 101 for acionada novamente. Neste exemplo, quando o valor da contagem de tempo (end. 440) se igualar ao valor de preset (end.400) o E.I. 000 será acionado e conseqüentemente a saída 180 também. 1.5.11 CNT Simula um contador. É composta por duas entradas: • (H)ABILITA - Permite que ocorra a contagem, quando a condição lógica da entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada. • (S)TART/STOP - na Transição de OFF para ON incrementa a contagem. Para isto a entrada HABILITA deve estar ativada. Figura 142 – Contador Funcionamento: Inicialmente deve-se presetar este contador no endereço (400/401). Este endereço é devido ao estado interno utilizado (000), consultar mapeamento do CP utilizado. Este valor de preset pode ser colocado na memória do CP de várias formas, por exemplo, através de uma tela de edição e de visualização em uma IHM ou através de uma instrução que escreva dados na memória. Estando a entrada 100 acionada, a cada acionamento da entrada 101 o conteúdo do endereço (440) Professor Carlos Alexandre Pizzino 136 1.6 Winsup WinSup é um ambiente de programação que permite o desenvolvimento de uma aplicação de controle baseada na linguagem de programação Ladder. quando o valor da contagem (end. se o estado 200. 1. 1.440) se igualar ao valor de preset (end.Automação Industrial e CLPs efetivo é incrementado de uma unidade. Esta instrução executa a colocação de um valor de 16 bits em um registro de palavras indicado por OP1.1 Descrição da interface Winsup A interface do WinSup proporciona diversos atalhos e opções para que o usuário possa criar sua aplicação. executada em ambiente Windows™.5. Neste exemplo. o valor 1234 é colocado no registro 600 (posições 600 e 601 da memória).6. Conforme veremos a seguir: Professor Carlos Alexandre Pizzino 137 . A instrução tem uma única entrada (Habilita). Figura 143 – Carregamento de constante em um registro No exemplo acima. sendo uma poderosa ferramenta de desenvolvimento.400/401) o EI 000 será acionado e conseqüentemente a saída 180 também. derivado da operação MONOA estiver acionado.12 MOVK Carregamento de constante em um registro. documentação e manutenção de aplicações de controle. E com a entrada 100 desacionada o valor da contagem é zerado. Editor Ladder. E. A maioria destes comandos está disponível na barra de ferramentas do aplicativo. Visualização do comentário do operando selecionado. Controles do Windows. Barra de título. Permite a criação das rotinas do programa de usuário. Possibilita a visualização. Barra de ferramentas. Comentário de operandos. Sempre que executamos o WinSUP. Esta barra mostra o título do projeto que está sendo trabalhado. Barra de Ferramentas Ladder. F. Concentra todos os comandos do WinSup. Maximizar.Automação Industrial e CLPs Figura 144 – Área de trabalho do Winsup A. G. edição e configuração de todos os itens envolvidos no projeto. Esta barra concentra atalhos para os comandos mais utilizados do WinSup. Esta barra concentra os botões de acesso a todas as instruções de programação. Fechar). H. Barra de menu. C. Professor Carlos Alexandre Pizzino 138 . D. B. a localização do arquivo e o driver selecionado. a barra de ferramentas do editor ladder já vem anexada à esquerda da área de edição de linhas. Gerenciador de Projetos. São os controles padrões do Windows para toda aplicação (Minimizar. Localização e Driver. de até 60 caracteres. mostrando seu conteúdo. em janelas independentes. 3 .Documentação: O WinSup possui um editor de textos. Figura 145 – Descrição do gerenciador de projeto 1 . sendo que.Configuração de Hardware: Na janela Configuração do Projeto. Int2. através desta tabela terá acesso ao valor/status da variável supervisionada. englobando desde as placas de expansão do CLP até as telas de IHM. Este recurso permite também uma supervisão através de um gráfico das variáveis do processo/máquina. facilitando a edição e configuração de todos os itens envolvidos no projeto. 2 .Programas e Subrotinas: A pasta programas armazena o programa principal.Supervisão: Esta janela permite supervisionar todos os operandos.Configuração da IHM: Na guia Configuração da IHM tem-se acesso às ferramentas para criar. Int1.2 Descrição do gerenciador de projeto Rodar o programa WinSup através do menu iniciar do Windows. E a pasta Subrotinas armazena todas as sub-rotinas do projeto. a partir de itens como: Projeto. Pseudo e Sub rotinas. tem-se acesso a todos os parâmetros e objetos da configuração do CLP. tendo disponíveis todas as opções de configuração e documentação em uma tela específica. 5 . Int1.Int2 e Pseudo. Principal. 6 . você poderá navegar pela aplicação. ou seja. Selecionando-se qualquer um dos ramos da árvore do projeto o mesmo irá se expandir. de um modo fácil e rápido. 4 . Após a execução irá aparecer a janela do Winsup. O Gerenciador de projeto oferece uma visão rápida e organizada de toda a aplicação.Automação Industrial e CLPs 1. de cada um dos registros/EI’s do projeto. Desta forma.6. chamada de Gerenciador de Projeto. pode-se criar várias janelas de supervisão com nomes diferentes. O WinSUP trata os programas e subrotinas como entidades independentes. facilitando uma posterior análise. através de uma árvore hierárquica de opções. Professor Carlos Alexandre Pizzino 139 . que permite gerar a documentação do projeto.Comentários de Operandos: Possibilita fazer uma breve descrição. excluir e configurar telas. funções de teclas e alarmes da IHM. criar um novo projeto através do sub-menu Novo Projeto. Selecione o driver utilizado e digite o nome do projeto a ser criado. Selecionando as instruções de programação dispostas na barra de ferramentas à esquerda da tela construa a lógica conforme desejado.Automação Industrial e CLPs 1. 1.4 Elaboração do programa do usuário Através do Gerenciador de Projetos.3 Criação de um novo projeto No menu Arquivo.6. selecione o item Programas e o sub-menu Principal. Professor Carlos Alexandre Pizzino 140 .6. O quadro abaixo mostra todas as funções da barra de ferramentas do Ladder. 1. O comentário será exibido sempre que o cursor se posicionar sobre uma instrução que utilize este mesmo operando. de cada um dos registros/EI’s do projeto.5 Barra de ferramentas do Ladder Todas as instruções de programação deverão ser relacionadas a um ou mais operandos (endereços). Professor Carlos Alexandre Pizzino 141 . na barra de status da janela da rotina. há vários modos diferentes. localize o endereço do operando e digite a descrição do mesmo na coluna Comentário.6. • No menu Projeto. Para inserir um comentário em um operando.6 Comentário dos operandos Através da ferramenta de Comentário de Operandos.6. facilitando uma posterior análise. acesse a opção Comentários de Operandos. é possível colocar uma breve descrição. Na janela que se abre. conforme descrição do funcionamento das mesmas no Manual.Automação Industrial e CLPs 1. de até 60 caracteres. localize o endereço do operando e digite a descrição do mesmo na coluna Comentário. Após configurada a conexão. o envio do projeto. Professor Carlos Alexandre Pizzino 142 . 1. item Enviar para o CLP ou através do atalho na barra de ferramentas. pressionar as teclas Shift+F10. o WinSUP necessita estar corretamente configurado. do WinSup para o CLP será realizado acessando o Menu Comunicação. Para configurar a comunicação serial no WinSUP. Na janela que se abre. Na janela que se abre. no menu Comunicação. acione o botão . O CLP necessita ter seu canal serial disponível (função PRINT desabilitada.7 Envio do Programa O WinSUP necessita de uma conexão com o CLP para realizar tarefas como o envio/recepção de programas e supervisões. selecione a opção Configurar Conexão.Automação Industrial e CLPs • • Na barra de ferramentas do WinSUP. Para comunicar-se com o CLP. localize o endereço do operando e digite a descrição do mesmo na coluna Comentário. No modo de edição. ou parte dele.6. modo escravo) para estabelecer conexão com o WinSUP. Para iniciar a supervisão de linhas. Contatos NF serão marcados com um retângulo colorido. sempre que estiverem ativos. Ative a janela da(s) rotina(s) a ser supervisionada. sempre que não estiverem ativos. quando seu Estado Interno estiver ON. 1. ou seja. Instruções de Bloco irão exibir o conteúdo dos seus operandos na cor verde. Inicie a supervisão clicando no botão correspondente na barra de ferramentas do WinSUP. quando seu Estado Interno estiver OFF. é necessário ter um projeto aberto.Automação Industrial e CLPs 1.6. O status dos EI’s e o conteúdo dos registros são exibidos no próprio programa ladder.8 Supervisão Supervisão de Linhas O recurso de supervisão de linhas permite-nos visualizar e analisar o funcionamento do programa de usuário no CLP. ou seja. Professor Carlos Alexandre Pizzino 143 . imediatamente abaixo dos mesmos. sejam eles registros ou EI’s. Durante a supervisão de linhas: Contatos NA serão marcados com um retângulo colorido. 2.