Automação CLP
Professor: Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Introdução à Automação
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Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos
e/ou
mecânicos
que
controlam
seu
próprio
funcionamento, quase sem a intervenção do homem.
Automação é diferente de mecanização, pois a
mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas
para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço
físico do homem.
Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de
máquinas controladas automaticamente, capazes de se
regularem sozinhas.
Pode-se dizer que o progresso da automação, tem
melhorado sensivelmente o padrão de vida da população,
principalmente devido ao aumento dos níveis de
produtividade do trabalho. No início, os processos
produtivos usavam ao máximo a força da mão-de-obra.
Introdução à Automação
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A produção era composta por estágios nos quais as
pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções,
especializando-se numa certa tarefa ou etapa da produção.
É o princípio da produção seriada.
O mesmo ocorria com as máquinas, que eram específicas
para uma dada aplicação, o que impedia de utilizá-las em
outras etapas. Por exemplo, uma determinada máquina só
fazia furos e de um só tipo.
Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador,
foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas, de
forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções
que não se adequavam à estrutura física do homem.
A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o
homem, a supervisioná-la.
Introdução à Automação
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Para obter uma boa integração entre o operador e seu
instrumento de trabalho, foram colocados sensores nas
máquinas, para indicar a situação da produção, e também
atuadores, para melhorar a relação entre o homem e a
máquina.
O processo da produção era controlado diretamente pelo
operador, o que caracterizava um sistema automático.
Automatizar um sistema tornou-se viável quando a
eletrônica passou a dispor de circuitos capazes de realizar
funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada, e
de gerar sinais de saída.
Assim, o controlador uniu-se aos sensores e atuadores
para transformar o processo produtivo num sistema
automatizado.
Introdução à Automação
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Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são
equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados
em sistemas de automação flexível.
Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para
acionamento das saídas em função das entradas.
Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada
de sinal para controlar pontos de saída.
Desenvolvido a partir de necessidades da indústria
automobilística, com o objetivo de substituir os painéis de
controle à relés, o Controlador Lógico Programável (PLC
– Progamable Logic Controller), se tornou um dos
equipamentos mais utilizados na implementação de
sistemas automatizados.
Resumo Histórico
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Na década de 60, o aumento da competitividade fez
com que a indústria automotiva melhorasse o
desempenho de suas linhas de produção, aumentando
tanto a qualidade como a produtividade.
Fazia-se necessário encontrar uma alternativa para os
sistemas de controle a relés, sendo que uma possível
saída, imaginada pela General Motors, seria um
sistema baseado no computador.
Assim, em 1968, a divisão hydramatic da GM
determinou os critérios para o projeto do CLP, sendo
que o primeiro dispositivo a atender as especificações
foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969.
Resumo Histórico
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As principais características desejadas nos novos
equipamentos de estado sólido, com flexibilidade dos
computadores eram:
Preço competitivo com os sistemas a relés;
Dispositivos de
substituíveis;
entrada
e
saída
facilmente
Funcionamento em ambiente industrial (vibração,
calor, poeira, ruídos);
Facilidade de programação e manutenção por técnicos
e engenheiros;
Repetibilidade de operação e uso.
Resumo Histórico
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Originalmente os CLPs foram usados em aplicações
de controle discreto (on/off ), como os sistemas a
relés,
porém
eram
facilmente
instalados,
economizando espaço e energia, além de possuírem
indicadores de diagnóstico que facilitavam a
manutenção.
Uma eventual necessidade de alteração na lógica de
controle da máquina era realizada em pouco tempo,
apenas com mudanças no programa, sem a
necessidade de muitas alterações (ou até nenhuma)
nas ligações elétricas.
Resumo Histórico
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A década de 70 marca uma fase de grande
aprimoramento dos CLPs. Com as inovações
tecnológicas
dos
microprocessadores,
maior
flexibilidade e um grau mais elevado de inteligência,
os CLPs incorporaram:
1972 – funções de temporização e contagem;
1973 – operações aritméticas, manipulação de dados e
comunicação com computadores;
1974 – comunicação com interfaces IHM (Interface
Homem Máquina);
Maior capacidade de memória, controles analógicos e
controle PID;
Resumo Histórico
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1979/80 – módulos de I/O remotos, módulos
inteligentes e controle de posicionamento.
Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, e em
1981 veio a possibilidade de comunicação em rede.
Além disso, atingiu-se um alto grau de integração,
tanto no número de pontos como no tamanho físico
(surgiram mini e micro CLPs – a partir de 1982).
Resumo Histórico
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Atualmente, os CLPs apresentam as seguintes
características:
Módulos de I/O de alta densidade (elevado número de
pontos de I/O por módulo);
Módulos remotos controlados por uma mesma CPU;
Módulos inteligentes (co-processadores que permitem
a realização de tarefas complexas: posicionamento de
eixos, controle PID, transmissão via rádio ou modem,
leitura de código de barras);
Softwares de programação em ambiente windows
(facilidade de programação);
Integração de aplicativos windows para comunicação
com CLPs (Access, excel, etc);
Resumo Histórico
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Recursos de monitoramento da execução do
programa, diagnósticos e detecção de falhas;
Instruções avançadas que permitem operações
complexas (ponto flutuante, funções trigonométricas);
Scan time reduzido (processamento mais rápido)
devido à utilização de processadores dedicados;
Processamento paralelo (sistema de redundância),
proporcionando confiabilidade na utilização em áreas
de segurança;
Pequenos e micro CLPs que oferecem recursos de
hardware e software dos CLPs de grande porte;
Conexões de CLPs em rede (diferentes CLPs na
mesma rede – comunicação via rede Ethernet).
CLP - Definição
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É um equipamento eletrônico digital que tem como
objetivo implementar funções específicas de controle
e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou
processo por intermédio de módulos de entrada e
saída. Todas as funções disponíveis devem poder ser
programadas em uma memória interna e o hardware
deve ser universal, podendo ser aplicado a todos os
tipos de processos.
O CLP, de acordo com (NATALE, 2001), é um
computador com as mesmas características
conhecidas do computador pessoal, porém, em uma
aplicação dedicada na automação de processos em
geral, assim como no comando Numérico
Computadorizado – CNC, que se trata de um
computador na automação da manufatura.
CLP - Definição
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O CLP, de acordo com (GEORGINI, 2000), pode ser
definido como um dispositivo de estado sólido- um
computador industrial, capaz de armazenar instruções
para implementação de funções
de controle
(seqüência lógica, temporização e contagem, etc),
além de realizar operações lógicas e aritméticas,
manipulação de dados e comunicação em rede, sendo
utilizado no controle de sistemas automatizados.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas –
ABNT padronizou o nome deste equipamento como
Controlador Programável, porém a sigla CLP em
português ou PLC (Programable Logical Controller,
em inglês) se popularizou.
CLP - Definição
CLP - Definição
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O CLP alcançou o maior sucesso comercial em
controle de processos industriais e na automação da
manufatura, embora ele possa ser aplicado em
qualquer tipo de sistema que se deseja tornar
automático.
O CLP pode controlar uma grande quantidade de
variáveis, substituindo o homem com mais precisão,
confiabilidade, custo e rapidez.
Os principais blocos que compõem um CLP são:
CPU, Módulos de I/O, fonte de alimentação, base ou
rack e algumas vezes módulos especiais.
Arquitetura de CLPs
Arquitetura de CLPs
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CPU (Central Processing Unit – Unidade Central de
Processamento): compreende o processador (que pode
ser um microprocessador, microcontrolador ou
processador dedicado), o sistema de memória (ROM e
RAM) e os circuitos auxiliares de controle.
Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de
alimentação fornecida a CPU e aos módulos de I/O.
Módulos de I/O (Input/Output): são módulos de
entrada e saída que podem ser discretos (sinais
digitais – 12 VDC, 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC,
contatos “NA”, “NF”), ou analógicos (em tensão de 0
à 10 VDC ou em corrente 4 a 20 mA).
Arquitetura de CLPs
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Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e
elétrica entre a CPU, os módulos de I/O e a fonte de
alimentação. Contém o barramento de comunicação
entre eles, no qual os sinais de dados, endereço,
controle e tensão de alimentação estão presentes.
Módulos Especiais: podem ser contadores rápidos (1
ou mais de 5, 10 ou 100 kHz), interrupção por
hardware, controlador de temperatura, PID, Coprocessadores (transmissão via rádio, posicionamento
de eixos, sintetizador de voz, etc), de comunicação
em rede, etc.
Arquitetura de CLPs