Baixe Apostila Automa?o e outras Notas de aula em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! ESCLARECIMENTOS : Esta apostila foi elaborada por mim, Pedro Luis Antonelli ( Técnico com Habilitação Plena em Eletrônica ), para ser inicialmente utillizada em um curso que ministrei para o Ministério do Trabalho, com o apoio do Fundo de Amparo ao Trabalhador ( FAT ), para o Programa de Qualificação e Requalificação Profissional. Ele foi ministrado no CEETPES - E.T.E Professor Armando Bayeux da Silva , no ano de 1998 no Curso CLP - Básico. A apostila foi idealizada para uma introdução geral, não especificando marca ou modelo de CLP, razão pelo qual pode ser aproveitada em diversos cursos. No referido curso foi utilizado para a parte prática ( incluído em manual à parte ) o CLP Mitsubishi FXON - 24 MR-ES. Atualmente utilizo este mesmo material para um curso de CLP Básico que ministro no SENAI - “Manoel José Ferreira , tendo sido acrescentado uma parte prática para os LPs- PL 102/R e PL103/R - ALTUS, que utilizamos para as aulas práticas. Espero que este material possa contribuir para o ensino de CLP e coloco-me a disposição para qualquer consulta. Como professor da área técnica ( eletrônica - instrumentação - informática ) desde 1990, o meu objetivo é contribuir para a melhoria do ensino técnico no Brasil. INTRODUÇÃO CONCEITUAL - HISTÓRICO O Controlador Lógico Programável ( C.L.P. ) nasceu praticamente dentro da indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors , em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controla de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que refletia as necessidades de muitos usuários de circuitos à reles, não só da indústria automobilística, como de toda a indústria manufatureira. Nascia assim, um equipamento bastante versátil e de fácil utilização, que vem se aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicações, o que justifica hoje ( junho /1998) um mercado mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais. Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das entradas e saídas e principalmente o modo de programação e a interface com o usuário. DIVISÃO HISTÓRICA Podemos didaticamente dividir os CLPs historicamente de acordo com o sistema de programação por ele utilizado : 1a. Geração : Os CLPs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja , para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando - se o programa em memória EPROM , sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do CLP. 2a. Geração : Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “ no CLP , o qual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do programa , verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das saídas. Os Terminais de Programação ( ou Maletas, como eram conhecidas ) eram na verdade Programadores de Memória EPROM . As memórias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosse executado. 3a. Geração : Os CLPs passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar , gravar o programa do usuário, além de realizar testes ( Debug ) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4a. Geração : Com a popularização e a diminuição dos preços dos micro - computadores ( normalmente clones do IBM PC ), os CLPs passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio do microcomputadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens , possibilidade de simulações e testes , treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc. 5a. Geração : Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os CLPs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só CLPs , como Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração afim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. Existe uma Fundação Mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. VANTAGENS DO USO DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS - Ocupam menor espaço; - Requerem menor potência elétrica; - Podem ser reutilizados; - São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; - Apresentam maior confiabilidade; - Manutenção mais fácil e rápida; - Oferecem maior flexibilidade; - Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle; - Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO - DIAGRAMA EM BLOCOS INICIALIZAÇÃO VERIFICAR ESTADO DAS ENTRADAS TRANSFERIR PARA A MEMÓRIA CICLO DE VARREDURA COMPARAR COM O PROGRAMA DO USUÁRIO ATUALIZAR AS SAÍDAS INICIALIZAÇÃO No momento em que é ligado o CLP executa uma série de operações pré - programadas, gravadas em seu Programa Monitor : - Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U. , memórias e circuitos auxiliares; - Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados; - Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. ); - Desativa todas as saídas; - Verifica a existência de um programa de usuário; - Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe. VERIFICAR ESTADO DAS ENTRADAS O CLP lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro - segundos ( scan time ). TRANSFERIR PARA A MEMÓRIA Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do usuário. COMPARAR COM O PROGRAMA DO USUÁRIO O CLP ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória Imagem das Entradas , atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa. ATUALIZAR O ESTADO DAS SAÍDAS As entradas de 24 VCC são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o CLP não excedam 50 m. Caso contrário , o nível de ruído pode provocar disparos acidentais. Exemplo de circuito de entrada digital 24 VCC : Exemplo de circuito de entrada digital 110 / 220 VCA : ENTRADAS ANALÓGICAS : As Interfaces de Entrada Analógica , permitem que o CLP possa manipular grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão as faixas de utilização são : 0 á 10 VCC, 0 á 5 VCC, 1 á 5 VCC, -5 á +5 VCC, -10 á +10 VCC ( no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas Diferenciais ), e no caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 á 20 mA , 4 á 20 mA. Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são : - Sensores de pressão manométrica; - Sensores de pressão mecânica ( strain gauges - utilizados em células de carga ); - Taco - geradores para medição rotação de eixos; - Transmissores de temperatura; - Transmissores de umidade relativa; -Etc. Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua resolução. Esta é normalmente medida em Bits. Uma entrada analógica com um maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza analógica. Por exemplo : Uma placa de entrada analógica de 0 á 10 VCC com uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV , enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV. Exemplo de um circuito de entrada analógico : MÓDULOS ESPECIAIS DE ENTRADA Existem módulos especiais de entrada com funções bastante especializadas. Alguns exemplos são : - Módulos Contadores de Fase Única; - Módulos Contadores de Dupla Fase; - Módulos para Encoder Incremental; - Módulos para Encoder Absoluto; - Módulos para Termopares ( Tipo J, K, L , S, etc ); - Módulos para Termoresistências ( PT-100, Ni-100, Cu-25 ,etc); - Módulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - Gauges; - Módulos para leitura de grandezas elétricas ( KW , KWh , KQ, KQh, cos Fi , I , V , etc). MÓDULOS OU INTERFACES DE SAÍDA : Os Módulos ou Interfaces de Saída adequam eletricamente os sinais vindos do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados . Existem dois tipos básicos de interfaces de saída : as digitais e as analógicas . SAÍDAS DIGITAIS : As saídas digitais admitem apenas dois estados : ligado e desligado. Podemos com elas controlar dispositivos do tipo : - Reles ; - Contatores ; - Reles de estato-sólido - Solenóides; - Válvulas ; - Inversores de frequência; - Etc. As saídas digitais podem ser construídas de três formas básicas : Saída digital à Relê , Saída digital 24 VCC e Saída digital à Triac. Nos três casos, também é de praxe , prover o circuito de um isolamento galvânico, normalmente opto - acoplado. Exemplo de saída digital à relê : Exemplo de saída digital à transistor : Exemplo de saída digital à Triac : SAÍDAS ANALÓGICAS : Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinais de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente 0 à 10 VCC ou 0 à 5 VCC, e no caso de corrente de 0 à 20 mA ou 4 à 20 mA. Estes sinais são utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo : - Válvulas proporcionais; - Motores C.C.; - Servo - Motores C.C; - Inversores de frequência; - Posicionadores rotativos; -Etc. Exemplo de circuito de saída analógico : Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são : - Módulos P.W.M. para controle de motores C.C.; - Módulos para controle de Servomotores; - Módulos para controle de Motores de Passo ( Step Motor ); - Módulos para I.H.M. ( Interface Homem Máquina ); - Etc. “ CAPACIDADE ” DE UM C.L.P. Podemos ressaltar que, com a popularização dos micro - controladores e a redução dos custos de desenvolvimento e produção houve uma avalanche no mercado de tipos e modelos de C.L.P.s , os quais podemos dividir em : Nano e Micro - C.L.P.s : São C.L.P.s de pouca capacidade de E/S ( máximo 16 Entradas e 16 Saídas ), normalmente só digitais, composto de um só módulo ( ou placa ) , baixo custo e reduzida capacidade de memória ( máximo 512 passos ). C.L.P. s de Médio Porte : São C.L.P.s com uma capacidade de Entrada e Saída de até 256 pontos, digitais e analógicas , podendo ser formado por um módulo básico, que pode ser expandido. Costumam permitir até 2048 passos de memória , que poder interna ou externa ( Módulos em Cassetes de Estato - Sólido , Soquetes de Memória , etc ), ou podem ser totalmente modulares. C.L.P.s de Grande Porte : Os C.L.P.s de grande porte se caracterizam por uma construção modular , constituída por uma Fonte de alimentação , C.P.U. principal , CPUs auxiliares , CPUs Dedicadas , Módulos de E/S digitais e Analógicos, Módulos de E/ S especializados, Módulos de Redes Locais ou Remotas , etc, que são agrupados de acordo com a necessidade e complexidade da automação. Permitem a utilização de até 4096 pontos de E/S. São montados em um Bastidor ( ou Rack ) que permite um Cabeamento Estruturado . PARTE II - PROGRAMAÇÃO DOS CLPs LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO - CLP Para facilitar a programação dos CLPs , foram sendo desenvolvidas durante o tempo, diversas Linguagens de Programação. Essas linguagens de programação constituem - se em um conjunto de símbolos, comandos, blocos , figuras, etc, com regras de sintaxe e semântica. Entre elas ,surgiu a Linguagem STEP 5. LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO STEP 5 A linguagem STEP 5 tem se mostrado bastante eficiente, principalmente porque permite ao usuário representar o programa de automação, tanto em Diagrama de Contatos ( D.I.C. ou LADDER ), em Diagrama Lógico ( D.I.C. ) e como uma Lista de Instruções ( L.I.S.). Isso facilita o manejo da linguagem a um amplo círculo de usuários, na confecção e modificação de programas. Uma biblioteca dos denominados Blocos Funcionais Estandardizados , posta à disposição dos usuários, é um passo a mais na confecção racional de programas e redução dos custos de software. A linguagem STEP 5 é uma entre as muitas outras de alto nível existentes, entendendo - se por alto nível aquela que se aproxima muito da linguagem humana. Ela foi desenvolvida levando - se em conta os conhecimentos da área de automação, tendo a partir daí representações para a mesma linguagem. INTERCAMBIALIDADE ENTRE REPRESENTAÇÕES Cada um dos métodos de representação DIC, LIS e DIL tem suas propriedades e limitações em termos de programação, ou seja, um programa escrito em LIS nem sempre pode ser escrito em DIC ou DIL, isso em face da característica da própria representação; é o caso por exemplo, de querer se representar em DIC uma instrução de entrada de dados ou de um salto condicional de programação, embora alguns compiladores o faça, porém está instrução é facilmente representada em LIS. A seguir temos uma representação simbólica da intercambialidade : ESTRUTURA DA LINGUAGEM BLOCO OU INSTRUÇÃO END ( FIM ) : Esta instrução serve para avisar o Programa Monitor o final do Programa do Usuário, caso contrário, o Programa Monitor irá varrer toda a memória, mesmo que o Programa do usuário não a ocupe totalmente. A sua omissão causa um desperdício de tempo de processamento. BLOCO OU INSTRUÇÃO - ORB ( OR BLOCK ): A instrução ORB não tem parâmetro físico de contato, é uma seqüência de lógicas AND , em paralelo com várias outras seqüências de lógica AND. A função ORB é uma ferramenta de programação para a criação de funções OR complexas. BLOCO OU INSTRUÇÃO ANB ( AND BLOCK ) : A instrução ANB não tem um parâmetro físico de contato, é uma união de múltiplas seqüências de lógicas OR /ORI em série. Ë uma ferramenta para criação de funções AND complexas. BLOCO OU INSTRUÇÃO COMPARAÇÃO - CMP : É utilizada para comparar valores de contadores, registradores e temporizadores. Quando acionada X0 a função está habilitada a comparar o valor K100 com o contador C20, o controlador fará a seguinte comparação : Quando C20 < K100 , M0 = On ; Quando C20 = K100 , M1 = On ; Quando C20 > K100 , M2 = On. BLOCO OU INSTRUÇÃO MOVER - MOV : É utilizada para movimentar dados entre registradores, contadores e temporizadores. Quando a entrada X0 for acionada habilitará a função a mover dados de K100 para o registrador D10 BLOCO OU INSTRUÇÃO RENOVAÇÃO ( Refresh ) - REF : É utilizada para gerar a imagem das entradas ou saídas no bloco de memória antes da instrução END. Quando ativada X0 é feita uma renovação dos dados de X0 a X15 ( ou Y0 a Y11 ) em sua memória imagem BLOCO OU INSTRUÇÃO RENOVAÇÃO e FILTRO - REFF : É utilizada para filtrar o sinal de entrada, ou seja, evitar que ruídos ativem a entrada ( 0 à 60 mili - segundos ). Quando ativada X0, o filtro de entrada passa a ser de 1 mili - segundo BLOCO OU FUNÇÃO ALTERNAR - ALT : É utilizada para configurar uma saída em FLIP - FLOP . Exemplo de um circuito de comando em mais de uma representação : PASSOS PARA A AUTOMAÇÃO DE UM EQUIPAMENTO COM CLPs ETAPAS PARA A PROGRAMAÇÃO DE UM CLP EXEMPLOS PARA EXERCÍCIOS : Exemplo - Tanque de Agitação de Produtos BIBLIOGRAFIA : LIVROS : - Oliveira, Júlio César P. - Controlador Programável - Makron Books - 1993; - Bonacorso, Nelso G. e Noll, Valdir . - Automação Eletropneumática - Érica - 1997; - Siemens - ABC de la Programación para Simatic S5-100U - Siemens - 1990; - Porras , A. e Montanero, A.P. - Autómatas Programables - Mc Graw Hill ; 1992 - Mandado, J. Marcos - Controladores Lógicos y Autómatas Programables - Marcombo ; 1991 MANUAIS : - Programmable Controlller - Manual do usuário - Allen Bradley - 1984; - Programming of Control Sistems in STEP 5 - Basic Software - Siemens - 1980; - Simatic S5 - STEP 5 / MT - Basic Package - Siemens - !991; - Simatic S5 - Autómata Programable - S5-90U / S5-95U - Manual del Sistema - Siemens - 1992; -Programação Ladder Série H -Actsip - H - Hitachi - 1996; - Manual de Operação do CPW-A080 - Weg - 1989; - Hardware Manual - FXo / FXon - Mitsubihi Eletric - 1997; - Manual do Melsec FX - Mitsubishi Eletric - 1997; - Manual do Melsec A1S - Mitsubishi Eletric - 1997; - Manual do programador Altus AL3800 - Altus - 1994. -Manual do programa Lookout - Evaluation Guide - National Istruments FOLHETOS / MATERIAL DE DIVULGAÇÃO DOS SEGUINTES CLPS / FABRICANTES : - FP1-C14 / FP3 / FP10S / FP-M - Aromat - Matsushita Group; - MPC-504 / MPC-506 / MPC-710 / MPC-910 / MPC-1200 - Atos ; - SÉRIE EC / H-BOARD / H-200 /250/252 / H-300-2002 - Hitachi ; - CPW-A080 - Weg; - LPC-40 / LPC-42 / PS-306 / PS-22 - Indumatic; - PS-22 - Klockner-Moeller ; - D50 - Cutler - Hammer ; - SËRIES 90 / 90-30 / 90-70 - G.E. - Fanuc Autotion; - MICRO-1 / FA-3S / FA-2 / FA-1J / FA-2J - Idec - Digi -Mec; - BCM 1086 / BCM 2085-A / BCM 740-IHM-LCD - BCM ; - MIDA 24 - Icon; PICOLOG / PICOFACE - C.O.M.P. Suprasonic; - MICRO-DX SÉRIE 100 - Dexter; ARTIGOS : - Micro-DX - Controlador Programável - Revista Saber Eletrônica nºs 258/259 - 1994; - Construa um CLP com o Basic Stamp - Revista Saber Eletrônica - nº 288 / 1997; -Controladores Lógicos Programáveis - Revista Saber Eletrônica - nºs 303/304/305 - 1998; - Sistema Micro - PLC - Revista Elektor Eletrónica - Portugal - Maio - 1996; - Programação PLC - Revista Elektor Elrtrónica - Portugal - Maio/Junho - 1996;