SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS

1. SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN

2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)

4. CLP em um sistema SCADA

5. Definição • É um equipamento digital que usa memória programável para armazenar instruções que implementam funções como: lógica, sequenciamento, temporização, contagem e operações aritméticas, para controlar através de módulos de entrada e saída (digital e analógica) diversos tipos de máquinas e processos.

6. Histórico • Sistemas eletromecânicos: baixa confiabilidade, pouca flexibilidade e grande consumo de energia • 1968: divisão de hidramáticos da GM • Década 70: microprocessadores deram impulso ao CLP • Década de 80: uso no Brasil • Década de 90: grande evolução

7. Características do CLP • Fácil diagnóstico de funcionamento ainda em fase de projeto do sistema e/ou reparos que venham a ocorrer em sua operação • Pode ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido • Operam com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem geradores de faiscamentos • Facilmente reprogramado sem a necessidade de interromper o processo produtivo (programação on-line)

8. Características do CLP • Possibilitam a criação de um banco de armazenamento de programas que podem ser reutilizados a qualquer momento • Baixo consumo de energia • Maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos • Flexibilidade da expansão do número de entradas e saídas a serem controladas • Capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos

9. Aplicações na Indústria • Painéis seqüenciais de intertravamento • Controle de malhas • Sistemas SCADA • Sistemas de controle de estações • Sistemas de controle de células da manufatura • Processos de: empacotamento, engarrafamento, enlatamento, transporte e manuseio de materiais, usinagem, geração de energia; em sistemas de controle predial de ar condicionado, sistemas de segurança, montagem automatizada, linhas de pintura e sistemas de tratamento de água, existentes em indústrias de alimentos, bebidas, automotiva, química, têxtil, plásticos, papel e celulose, farmacêutica e siderúrgica/metalúrgica

10. Exemplo: Comando de um motor – antes do CLP

11. Exemplo: Comando de um motor – depois do CLP

12. Diagrama de Blocos de um CLP

13. Componentes de um CLP • Fonte de alimentação • CPU • Memória • Módulos de entrada e saída • Linguagens de programação • Dispositivos de programação • Módulos de comunicação • Racks

14. Módulos de um CLP

15. Componentes - Fonte • Alimenta a CPU e demais dispositivos • Converte AC em DC • O CLP possui uma bateria interna

16. Componentes - CPU Princípio de funcionamento: Execução, por parte da CPU, de um programa que realiza continuamente um ciclo de varredura, com os seguintes passos: a) Obtenção dos dados dos vários módulos de entrada; b) Execução das instruções do programa c) Atualização das saídas, transferindo os dados ao equipamento controlável através dos módulos de saída

17. Componentes - CPU

18. Componentes - Memórias • Do Programa Executivo: não-volátil • Do usuário: • De dados: controle do programa do usuário • Imagem das entradas e saídas: interligação entre o CLP e os equipamentos

19. Memória do Programa Executivo • O gerenciamento de todo o sistema composto pelo CLP é efetuada através da execução de um programa inserido nesta parte da memória e, denominado de programa executivo. • Não-volátil • Responsabilidade do fabricante do equipamento

20. Memória do Usuário • Armazena o programa do usuário • Contém alguns Kbytes de palavras-livres que serão processadas pela CPU • A cada ciclo, a CPU processa este programa, atualiza a memória de dados internos e as imagens das entradas e saídas

21. Memória de Dados • Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do programa do usuário

22. Memória Imagem das Entradas e Saídas • Área de memória reservada para a interligação entre Controladores Lógicos Programáveis e os equipamentos • Esta memória é a imagem real das entradas e saídas do CLP

26. Componentes: Módulos de Entradas e Saídas • Realizam a conexão física entre a CPU e o mundo externo, através de circuitos de interfaceamento

27. Módulos de Entrada • Os módulos de entradas tem que ser seguros contra destruição das entradas por excesso ou alimentação de tensão indevida; e devem possuir filtros de supressão para impulsos parasitórios

28. Módulos de Saída • Os módulos de saída devem ser amplificados e possuir proteção contra curto-circuito

29. Os módulos de entradas e saídas podem ser subdivididos em dois grupos distintos: digitais (discretos) e analógicos (numéricos).

30. Entradas e Saídas Digitais • São os tipos de sinais mais comuns encontrados em sistemas automatizados com CLP. Nestes tipos de interface a informação consiste em um estado binário da variável de controle (ligado ou desligado)

31. Exemplos • Entradas digitais: chaves seletoras, sensores fotoelétricos, chaves de fim de curso, sensores de proximidade, etc • Saídas digitais: alarmes, ventiladores, lâmpadas, solenóides, etc

32. Interface típica para entrada de sinais em CA/CC

33. Interface típica para saída de sinais em CA

34. Entradas e Saídas Analógicas • A diferença básica com relação às entradas e saídas discretas é que aqui mais de um Bit deverá ser manipulado, seja paralelamente (todos ao mesmo tempo) ou serialmente (um Bit de cada vez), a fim de se controlar a grandeza física do processo em questão.

35. Exemplos • Entradas Analógicas: transdutor de temperatura, pressão, transdutores óticos, de umidade, de fluxo, conversor D/A, etc • Saídas Analógicas: válvula analógica, acionamento de um motor, atuador analógico, etc

36. Interface típica para entrada/saída de sinais analógicos

37. Módulos de Comunicação • São responsáveis principalmente pela ligação do CLP com os seus periféricos: terminais de vídeo, impressoras, instrumentos digitais e quaisquer instrumentos que possam se comunicar através de portas seriais tipo RS-232. • Podem ser: ASCII, Adaptador de E/S Remotas, Serial e Interface de Redes.

38. Módulos de Comunicação ASCII • São usados para enviar e receber dados alfanuméricos de equipamentos periféricos para o controlador • Geralmente este módulo possui processador e memória próprios que executam as tarefas de transferência de dados

39. Módulos Adaptadores de E/S Remotas • São usados em controladores geralmente de grande porte e permitem a instalação de sistemas de E/S localizados a distancias maiores da CPU principal • Os subsistemas de E/S são geralmente conectados usando uma configuração serial ou estrela • A comunicação pode ser feita através de par trançado, cabo coaxial ou fibra óptica.

40. Elos de Comunicação em Rede • Para executar estas tarefas de comunicação, os fabricantes de CLP implementaram módulos de comunicação que permitem a integração de um CLP a outros CLPs e a computadores corporativos • Estes módulos geralmente adotam padrões de comunicação em rede como Ethernet ou proprietárias que permitem a troca de informações entre computadores e os controladores programáveis

41. Elos de Comunicação em Rede • Os módulos de rede hoje oferecidos pelos fabricantes permitem opções como a de execução de controle distribuído, onde vários controladores de pequeno porte controlam células de produção • Estas células interligadas via rede podem ter sua operação supervisionadas por estações baseadas em microcomputadores ou computadores

42. Rack do CLP • A base ou rack é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP • Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de dados, endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de entrada/saída possam operar

44. Linguagens de Programação Introdução

45. Linguagens de Programação de CLPs • As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicar com o CLP através de um dispositivo de programação e definir as tarefas que o CLP deve executar. • As linguagens mais usadas são: - Diagrama de Contatos (Ladder Diagram) e - Lista de Instruções (Statement List)

46. LADDER • É um diagrama de relés cujos símbolos representam: - contatos normalmente abertos -| |- - contatos normalmente fechados -| / |- - saída, representando a bobina -( )-

47. Exemplo • S1 S2 Y1 • -------[ ]------[ / ]-------------------( )-------- • Se a entrada S1 for verdadeira e a entrada S2 for falsa, a saída Y1 será ativada

48. Exemplo: Comando de um Motor

50. Exemplo de Aplicação - Estampador de Peças