Redes Industriais

Redes Industriais

(Parte 1 de 10)

MÓDULO 3
Automação de Processos
Industriais

WEG – Transformando Energia em Soluções tr_CTC

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Módulo 3 – Automação de Processos Industriais · “ Material sujeito a alterações sem prévio aviso!”

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais

Controladores Lógicos Programáveis3
Introdução3
A Automação Industrial4
Noções de Lógica Combinacional5
1.1.1 Operações Fundamentais5
1.1.1.1 Funções BOOLEANAS5
1.1.1.2 Operador “AND“6
1.1.1.3 Operador “OR”6
1.1.1.4 Operador “NOT”6
1.1.1.5 Operador “NAND”7
1.1.1.6 Operador “NOR”7
1.1.1.7 Operador “XOR”7
Tipos de Sinais8
1.1.2 Sinais Analógicos8
1.1.3.1 Single bit8
1.1.3.2 Multi bit8
Definição (IEC 1131-1)8
Princípio de Funcionamento9
Aspectos de Hardware9
1.1.4 Fonte de alimentação10
1.1.5 CPU10
1.1.7 Interfaces de Entrada/Saída1
1.1.8 Periféricos14
1.1.8.1 Terminal inteligente14
1.1.8.2 Microcomputadores15
1.1.8.3 Mini-programadores (terminais de bolso)15
1.1.8.4 Outros periféricos15
1.1.9 Interfaceamento de periféricos16
Aspectos de Software16
1.1.10 Linguagens de programação17
Sistemas Associados19
1.1.1 Redes de comunicação19
1.1.12 Supervisão e controle26
Anexos30
1.1.13 - Manual do PC12 Design Center versão 2.030
1.1.14 - Programação da Interface Homem-Máquina OP-05/OP-0660

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais

Esta apostila tem como objetivo prover uma visão geral das características e recursos hoje disponíveis no mercado de Controladores Programáveis (CP’s), bem como, a sua aplicação nos diversos campos da automação industrial e controle de pro- cessos, onde as necessidades de flexibilidade, versatilidade, disponibilidade, alta confiabilidade, modularidade, robustez e baixos custos, o tornam uma excelente opção.

Mas, o que é um Controlador Programável ? Como surgiu ?

Mesmo antes da industrialização da eletrônica digital, os projetistas de coman- do elaboravam circuitos digitais como contatos programáveis. O programa era armazenado em plugs multi-pinos e as instruções codificadas por meio de ligações elétricas entre os pinos destes plugs. Esses programas eram muito limitados, e, sua principal função era a seleção das operações das maquinas e/ou processos.

Desta forma, além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas: alto consumo de energia, difícil manutenção, modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação ocasionando número de horas paradas, além das dificuldades em manter documentação atualizada dos esquemas de comando modificado.

Com a industrialização da eletrônica, os custos diminuíram, ao mesmo tempo em que a flexibilidade aumentou, permitindo a utilização de comandos eletrônicos em larga escala.

Mas alguns problemas persistiram, e quem sentia estes problemas de forma significativa era a industria automobilística, pois a cada ano com o lançamento de novos modelos, muitos painéis eram sucateados pois os custos para alteração eram maiores do que a instalação de novos painéis.

Porém, em l968 a GM através de sua Divisão Hidromatic preparou as especificações detalhadas do que posteriormente denominou-se Controlador Programável (CP). Estas especificações retratavam as necessidades da indústria, independente- mente do produto final que iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP na GM executando apenas funções de intertravamento.

Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução: De 1970 a 1974, em adi- ção às funções intertravamento e sequenciamento (lógica), foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de dados e intro- dução de terminais de programação de CRT (Cathode Ray Tube). De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fe-

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais chada com algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a comunicação com outros equipamentos “inteligentes”.

Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador em muitas aplicações industriais.

Nesta década atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de software, podemos dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos extremamente atraentes.

Antes de iniciarmos nosso estudo dos controladores programáveis, precisamos sedimentar alguns conceitos importantes. Um destes conceitos está relacionado com às respostas para algumas perguntas :

O que é controle ?

Conforme o dicionário (Aurélio Buarque de Holanda Ferreira) podemos definir a palavra controle como segue :

[Do fr. contrôle.] S. m. 1. Ato, efeito ou poder de controlar; domínio, governo. 2.

Fiscalização exercida sobre as atividades de pessoas, órgãos, departamentos, ou sobre produtos, etc., para que tais atividades, ou produtos, não se desviem das normas preestabelecidas.

O controle, vendo sob o ponto de vista tecnológico, tem um papel importantíssimo no desenvolvimento de ações planejadas, modelando processos desde os mais simples até os mais complexos.

O que é automação industrial ?

Controlador

Processo AtuadoresSensores

Figura 1- Diagrama de blocos de um sistema de automação

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais

Todas as vezes, relacionado a um processo, que introduzimos alguma nova técnica de controle estamos falando de automação industrial. Na verdade a utilização destas técnicas estará diretamente relacionada com o aumento de produtividade, qualidade, flexibilidade e confiabilidade. Note que o termo automação descreverá um con- ceito muito amplo, envolvendo um conjunto de técnicas de controle, das quais criamos um sistema ativo, capaz de fornecer a melhor resposta em funções das informações que recebe do processo em que está atuando. Dependendo das informações o sistema irá calcular a melhor ação corretiva à ser executada. Neste ponto podemos verificar as características relacionadas com os sistemas em malha fechada, também denominados sistemas realimentados (ver figura 1). A teoria clássica de controle define e modela, matematicamente, estas características dando uma conotação científica e tecnológica a este assunto.

Nesta seção iremos trabalhar alguns conceitos importantes para o desenvolvimento de um processo lógico de raciocínio que mas adiante nos permitirá compreender como serão relacionados todos os fatores relevantes à elaboração de projetos envolvendo controladores programáveis.

1.1.1 OPERAÇÕES FUNDAMENTAIS

A teoria matemática das proposições lógicas foi apresentada em 1854(1), pelo filósofo e matemático inglês George Boole (1815-1864), definindo assim os conceitos básicos da chamada álgebra de Boole para dois valores (sistema binário). Mas foi so- mente em 1938(2), que o engenheiro americano Claude Elwood Shannon, aplicou a teoria de Boole ao estudo e simplificação de funções usadas em telefonia, percebendo que as leis que regem as relações entre proposições lógicas eram as mesmas que se aplicavam para dispositivos de chaveamento de dois estados, já que estes dispositivos podem assumir os seguintes estados, como por exemplo : “ligado” ou “desligado”, “aberto” ou “fechado”, “potencial alto” ou ” potencial baixo”, “verdadeiro” ou “falso”.

(1) Intitulado como An Investigation of the Laws of Thought (2) Trabalho entitulado como Symbolic Analysis of Relay and Switching

1.1.1.1 FUNÇÕES BOOLEANAS

A álgebra de Boole está estruturada da seguinte maneira : Um conjunto S; três operações definidas sobre S (operação E, OU e COMPLEMENTO); Os caracteres 0 e

Mas a idéia de uma função lógica segue o mesmo conceito das funções da álgebra tradicional, onde uma função assume um único valor para cada combinação de valores possíveis assumidos pelas suas variáveis. Note, que na realidade uma função lógica (booleana) com n variáveis irá apresentar um total de combinações dadas por 2n. Se adotarmos um procedimento formal para análise dos valores possíveis para uma função booleana chegaremos a conclusão que o processo seria bastante cansativo e

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais muito susceptível a erros, relacionados basicamente com a falta de atenção. Para facilitar esta análise foi proposta, pelo matemático inglês Charles Lutwidge Dogson(3) (1832-

1898), uma forma tabular de representação conhecida como tabela verdade (truth table). A seguir mostraremos as equações algébricas e a tabela verdade dos operadores fundamentais da álgebra booleana.

(3) Cujo pseudônimo era Lewis Carrol, nome adotado quando escreveu o livro Alice no País das Maravilhas

1.1.1.2 OPERADOR “AND“ Equação Algébrica Tabela Verdade

1.1.1.3 OPERADOR “OR” Equação Algébrica Tabela Verdade

1.1.1.4 OPERADOR “NOT” Equação Algébrica Tabela Verdade

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais

1.1.1.5 OPERADOR “NAND” Equação Algébrica Tabela Verdade

1.1.1.6 OPERADOR “NOR” Equação Algébrica Tabela Verdade

1.1.1.7 OPERADOR “XOR” Equação Algébrica Tabela Verdade

Módulo 3 – Automação de Processos Industriais TIPOS DE SINAIS

1.1.2 SINAIS ANALÓGICOS

São sinais que variam continuamente no tempo conforme uma regra de comparação à uma referência definida.

Exemplos : potenciômetros, transdutores de temperatura, pressão, célula de carga, umidade, vazão, medidores, válvulas e atuadores analógicos, acionamentos de motores, etc.

1.1.3 SINAIS DIGITAIS

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