Automação de Processos Industriais

Automação de Processos Industriais

(Parte 2 de 4)

Conversor D/A

Registradores

Configuração

Canais CPU

Figura 5 – Configuração típica para interfaces de saída analógica. Vc [+]

Vc [-]

Carga Vc [+]

Vc [-]

Carga 1 Carga 2

Carga N comum

Figura 6 – Configurações típicas para interfaces de saída digital a relé.

Vc [+]

Vc [-] Carga

Figura 7 – Configuração típica para uma interface de saída digital a transistor.

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1.1.8 PERIFÉRICOS

Dentre os diversos equipamentos periféricos ao CP’s podemos destacar os de programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa de controle na memória do CP e a visualização e documentação do mesmo.

Os equipamentos de programação mais comumente utilizados são os seguintes:

1.1.8.1 TERMINAL INTELIGENTE

Sendo microprocessado, é capaz de executar funções de edição de programas e outras independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua própria me-

Impressoras

Programadores dedicados

Terminais Inteligentes

Microcomputadores
IHM Touch Screen

Interface Homem-Máquina CLP

Figura 8- Periféricos mais utilizados

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais mória com software para criação, alteração e monitoração dos programas. A grande vantagem é a de poder também editar e armazenar os programas de controle sem es- tar acoplados ao CP. Esta capacidade é conhecida como programação “off-line”.

Em geral, estes terminais possuem acionadores de ”Floppy-Disks” (discos flexíveis) e programadores de EPROM’s o que possibilita também o arquivo de programas tanto em Floppy-Disks como em EPROM’s.

Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acoplálos às redes locais de comunicação. Este arranjo permite o terminal acessar qualquer CP na rede, alterar parâmetros ou programas, e monitorar quaisquer elementos sem estar acoplado diretamente a qualquer CP. Com software adequado, este arranjo pode permitir também um meio centralizado de aquisição e apresentação, inclusive gráfica, dos dados dos diferentes controladores da rede.

Uma desvantagem, é que estes terminais não são intercambiáveis entre diferentes fabricantes de CP’s.

1.1.8.2 MICROCOMPUTADORES

Com o advento dos microcomputadores pessoais (PC’s) e com a crescente utilização dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes desenvolveram software especiais que possibilitaram utilizá-los também como programadores tanto “on line” como “off line”. A grande maioria destes software foram desenvolvidos com base na linha de micros compatíveis com os IBM-PC’s, facilitando inclusive a compilação de programas em linguagens de alto nível (BASIC, C, PASCAL, etc.).

Há atualmente uma acentuada utilização destes equipamentos com CP’s, principalmente como Interface Homem-Máquina/Processo no nível de Supervisão do controle de processos, tema este que abordaremos no capítulo 6.

1.1.8.3 MINI-PROGRAMADORES (TERMINAIS DE BOLSO)

São bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras de mão. Este equipamento é preferencialmente utilizado para aplicação no campo, para testes e parametrização.

1.1.8.4 OUTROS PERIFÉRICOS

Ainda dentro da família de equipamentos periféricos aos CP’s podemos destacar os seguintes:

INTERFACE HOMEM/MÁQUINA: Com dimensões reduzidas, são utilizados principalmente para introdução e visualização de dados e mensagens. São compostos

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais de um teclado numérico-funcional, muitas vezes do tipo membrana, e de display alfanumérico, sendo gerenciados por um microprocessador.

IMPRESSORAS: São utilizadas normalmente para prover cópia do programa de controle e geração de relatórios e mensagens ao operador. A comunicação é feita normalmente através de interfaces de comunicação serial padrão RS 232C.

1.1.9 INTERFACEAMENTO DE PERIFÉRICOS

COMUNICAÇÃO SERIAL: É a mais comumente utilizada para a maioria dos periféricos e é feita utilizando-se simples cabos de par traçado. Os padrões mais utilizados são o RS 232C, loop de corrente 20mA, e o RS-422/RS-485 em alguns casos.

RS-232C: Este padrão define basicamente as características dos sinais elétricos, bem como os detalhes mecânicos (pinagem) da interface.

É empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/seg) e distância máxima de 15 metros. (Com a utilização dos modems esta distância pode ser ampliada).

RS-422/RS-485: É uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita, principalmente, o emprego de velocidade de transmissão de até 100k baud para distância de até 1200m, podendo alcançar velocidades da ordem de MBaud para distâncias menores.

LOOP DE CORRENTE 20mA: A interface de loop de corrente é idêntica a RS- 232C e, evidentemente como é baseada em níveis de corrente em vez de tensão, possibilita o emprego em distâncias bem maiores. Muitos CP’s oferecem ambos os padrões, RS-232C e loop de corrente.

Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CP são os recursos de software disponíveis, isto é, que funções ele pode executar. Todos os CP’s possuem as seguintes funções básicas de software :

- SET e RESET - Temporização e contagem;

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A medida que os CP’s tem sua capacidade de processamento aumentada, surge a necessidade de funções de software mais avançadas, tais como:

- Cálculos com ponto flutuante; - Cálculos integrais e trigonométricos;

1.1.10 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO

A programação traduz as funções a serem executadas; para tanto ela deve ser a mais simples possível. Utilizando-se de linguagem específica, baseando-se na memotécnica, a linguagem de programação usa abreviações, figuras e números de tal forma a formar-se acessível a todos os níveis tecnológicos.

Os tipos de funções são associações lógicas ( “E”, “OU”, etc), funções de memória ( SET, RESET, etc), funções de contagem, temporização, aritméticas e outras mais específicas. A forma visual que a instrução se apresenta depende unicamente do tipo de sistema utilizado pelo programador. Seja por exemplo, a associação lógica “OU” entre duas informações que chamaremos de entradas por traduzirem informações do processo. O resultado desta associação será armazenado em uma memória para depois ser utilizado, na dependência da ordem de operação. Podemos representar essa associação na forma de diagrama de contatos (Ladder).

Podemos ainda representar a associação através de um esquema de funcionamento ou diagrama lógico.

As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programação são dependentes dos conhecimentos do programador.

A linguagem mais difundida até agora tem sido o diagrama de contatos (LAD-

DER), devido a semelhança com os esquemas elétricos usados para o comando convencional e a facilidade de visualização nas telas de vídeo dos programadores (CRT).

As funções aplicadas aos processadores de palavra (byte processor) são baseadas na mesma filosofia, porém as operações são de uma gama mais variada.

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O Software pode apresentar-se de forma linear, onde o programa é varrido desde a primeira instrução até a última não importando-se com a necessidade ou não de ser executada parte do programa.

Essa programação linear é característica dos processadores mais simples (Bit Processor).

Outra forma de programação é a programação estruturada onde um programa principal é lido e, conforme a seqüência dos eventos, os blocos de programa e funções são executados.

A programação estruturada permite a otimização do Software adaptando assim as necessidades de cada comando, oferecendo ainda a possibilidade de utilização de subrotinas e subprogramas.

Alguns Softwares de programação permitem migrar de uma linguagem para ou- tra. Como por exemplo, de Ladder para lista de instrução, de Ladder para diagrama lógico e vice versa.

Listas de instruções

A lista ao lado mostra um exemplo da linguagem escrita na forma de mnemônicos booleanos (TP-02 - Weg).

Diagrama de contatos

Ao lado apresentamos um exemplo de instruções escritas na forma de diagrama de contatos ou Ladder (TP-02 – Weg).

0001 STR X001 0002 OR X002 0003 AND NOT X003 0004 AND NOT C020 0005 OUT C001 0006 STR C001 0007 TMR V001 V002 0008 OUT C050

TMR V001 V002 C001 C050

X001 X003 C020 C001

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Diagrama de blocos

Ao lado temos um exemplo de instruções escritas em diagrama de blocos ou blocos funcionais.

Atualmente os controladores programáveis trabalham isoladamente, exceto em aplicações muito pequenas, e de maneira geral eles compõem com outros equipamentos um sistema integrado de controle. A seguir abordaremos algumas questões interessantes com relação a este aspecto.

1.1.1 REDES DE COMUNICAÇÃO

A utilização de processamento distribuído e de redes vem apresentando um crescimento significativo nos últimos anos. O advento dos chamados “sistemas distribuídos” tem exigido o desenvolvimento de novos modelos de programação e também de ferramentas apropriadas para o compartilhamento de recursos e de informações. Nos últimos anos vem-se verificando uma forte tendência de substituir sistemas computacionais centralizados, geralmente baseados em equipamentos de grande porte, por sistemas distribuídos, compostos por diversos similares de menor porte.

Para contribuir com essa tendência salienta-se que os processadores se tornaram muito mais baratos nos últimos anos, a modularidade obtida conduz a sistemas de mais fácil instalação, manutenção e expansão, além de permitir que o processo continue operando mesmo que um dos integrantes apresente uma falha. Esse controle dis- tribuído, no entanto, somente é viável se todos os integrantes do sistema puderem trocar informações entre si de modo rápido e confiável. Dessa necessidade surgiu um campo vastíssimo de tecnologia em redes de comunicação. Diversos são os tipos, padrões, protocolos e centros de pesquisa e desenvolvimento em torno desse assunto.

Rede de comunicação é o conjunto de equipamentos e software utilizados para propiciar o trânsito de informações entre os diversos níveis hierárquicos e participantes de um processo industrial é chamado de rede de comunicação para automação. Atu- almente, uma das características importantes de uma rede de comunicação é que ela seja aberta.

I 1.1 I 1.2

I 2.3M 100 O 3.2

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Vantagens do uso de redes abertas

· Flexibilidade para estender a rede e conectar diferentes módulos na mesma linha

• Cobertura de distâncias muito maiores que as conexões tradicionais

• Redução substancial da quantidade de cabos

• Ampliação do domínio da aplicação

• Redução global de custos

• Simplificação da instalação e operação

• Redução do custo de engenharia (acumulação do know-how devido à experiência) • Disponibilidade de ferramentas para instalação e diagnose

• Possibilidade de conectar produtos de diferentes fabricantes

Requisitos para uma rede industrial

• Determinismo

• Flexibilidade • Interoperabilidade

• Custo efetivo baixo

• Confiabilidade e segurança

Rede Corporativa (Escritório)

Rede Industrial (Chão de fábrica)

Figura 9- Trânsito de informações através de uma rede de comunicação

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· Facilidade de uso • Solução completa para automação

• Ser aberto

• Padronizado

• Veloz

Grupos interessados em redes

Existem três categorias de profissionais particularmente interessados no uso das redes:

a) Consumidores: todos os operadores e administradores que no dia-a-dia utilizam o computador para fazer setups de sistemas, download de receitas e controle de processos, bem como acompanhamento de resultados; b) Integradores: empresas que utilizam as ferramentas de hardware e software disponíveis no mercado para implementar soluções de automação usando redes de comunicação; c) Fornecedores: empresas que desenvolvem equipamentos de visualização de dados, controle de variáveis, aquisição de dados e medição de grandezas para conexão direta em redes de comunicação. A Weg enquadra-se nos três grupos, pois é consumidora enquanto usa redes de comunicação nos mais diversos setores de fabricação e corporativo; é integradora enquanto fornece soluções completas de automação industrial baseadas em redes para seus clientes internos e externos e é fornecedora enquanto desenvolve equipamentos como o drive CFW-09, que podem ser diretamente ligados às modernas redes de comunicação.

Meios físicos, topologias e protocolos para redes

Como MEIO para tráfego das informações utilizam-se cabos condutores elétricos de diversos tipos, fibras óticas ou até mesmo ondas de rádio. A escolha do meio está associada a fatores como distância entre estações participantes, atenuação do sinal, imunidade a perturbações externas e velocidade de transferência das informações.

Tradicionalmente utilizam-se cabos condutores elétricos que apresentam bom desempenho em todos os quesitos de escolha. Observa-se no entanto uma tendência de uso da fibra ótica como meio de transporte para redes industriais, devido às suas excelentes características e à redução no seu custo devido ao crescente uso no setor de telecomunicações.

As redes de comunicação são elaboradas a partir de três tipos de topologia ou da combinação dessas.

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Protocolo

O protocolo de uma rede é o conjunto de regras e convenções de linguagem que são empregadas entre os participantes da rede para a troca de informações. Os protocolos, assim como as línguas, são muitos e cada um com suas particularidades. Existem no entanto alguns que se sobressaem devido à grande disseminação do seu uso e aprovação junto aos fabricantes de equipamentos, integradores e usuários.

Protocolos mais usados

Os protocolos atualmente aceitos são baseados em um documento desenvolvido pela ISO (International Standards Organization). Esse documento denominado OSI (Open System Interconnection) é um modelo de referência para o desenvolvimento de protocolos de comunicação. A estrutura do modelo OSI é baseada em 7 camadas. Softwares desenvolvidos com base nesse modelo são ditos ABERTOS, pois qualquer fabricante de equipamentos pode usá-lo para desenvolvimento de produtos que almejem ser usados em rede. Destacam-se hoje os seguintes padrões de rede que seguem o modelo OSI (Normalizado):

· PROFIBUS • DeviceNET

Figura 10-Tipos de topologia para interligação de equipamentos em rede

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Redes PROFIBUS

A PROFIBUS, de origem européia, é um padrão aberto de comunicação para um largo campo de aplicações em automação da manufatura, predial e processo. A independência de fabricante e abertura são garantidas pelo padrão PROFIBUS EN50170. Com o PROFIBUS, dispositivos de fabricantes diferentes podem se comunicar sem adaptações especiais de interface. Existem três tipos de PROFIBUS: a FMS, a DP e a PA. Dessas a DP é a mais utilizada.

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)

Solução de uso geral para tarefas de comunicação no nível célula. Serviços poderosos de FMS permitem largo campo de aplicações e proporcionam grande flexibilidade. Pode também ser usado para tarefas complexas e extensas de comunicação.

PROFIBUS-DP (Descentralized Peripheria)

Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo. Esta versão de

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