Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
AUTOMAÇÃO
DEI/Jaime Fonseca
1
Programa
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
Introdução
Instrumentação, sensores e medidas
„
„
Características dos sensores
Tipo de sensores
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Sensores de Temperatura
Sensores de Luz
Sensores de Força
Sensores de Deslocamento
Sensores de Som
Sensores de Caudal
Sensores de Distância
Sistemas Electropneumáticos e Electrohidráulicos
Concepção de um automatismo
„
„
„
Características de um automatismo
Estrutura de um automatismo
Implementação de um automatismo
DEI/Jaime Fonseca
2
Programa
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Métodos gráficos para representação da lógica
„
„
„
„
Autómatos programáveis
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Linguagens de programação
Áreas de memória – CPM 1
Instruções de tratamento lógico
Funções em Ladder
Redes industriais
„
„
„
Estrutura de um autómato programável
Tipo de entradas
Tipo de saídas
CPU
Memórias
Cartas mais usuais
Programação de autómatos
„
„
Diagrama de contactos
Diagrama lógico
Grafcet
Conceitos gerais de redes
Tipos de redes industriais
Sistemas scada
DEI/Jaime Fonseca
3
Apresentação da disciplina
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Escolaridade
„
„
Avaliação
„
„
„
Exame final (2 chamadas)
Trabalho prático ?
Início das aulas Teórico-práticas
„
„
2h Teóricas + 1h Teórico-Prática
Dia 7/10/04
Elementos de estudo
„
„
„
Apontamentos da disciplina
Exercícios propostos
Livros existentes na biblioteca
DEI/Jaime Fonseca
4
Apresentação da disciplina
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
[email protected]
http://www.dei.uminho.pt
- 5ªs feiras, das 15.00 às 17.00
DEI/Jaime Fonseca
5
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Introdução
DEI/Jaime Fonseca
6
Sistema Electromecânico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Transdutor
de Entrada
Processamento
(Electrónica)
Transdutor
de Saída
Grandezas
físicas:
temperatura
pressão
deslocamento
Processo
Actuação
...
DEI/Jaime Fonseca
7
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Instrumentação, Sensores e medidas
DEI/Jaime Fonseca
8
Transdutores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
grandeza
física
Transdutor de
Entrada
sinal
eléctrico
sinal
eléctrico
Transdutor de
Saída
grandeza
física
DEI/Jaime Fonseca
9
Transdutores de entrada (exemplos)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Tipo
Entrada
Termopar
Temperatura
Potência Disponível
(W)
0.5 x 10-4
Tensão
(V)
10-3
Corrente
(A)
10-1
Tensão (CC)
Célula fotovoltaica
Luz
0.5 x 10-5
10-1
10-4
Tensão (CC)
Extensómetro
Força
—
—
—
Resistência
Tacómetro
Velocidade
10-3
100
10-3
Tensão (CC)
Microfone
Som
10-8
10-3
—
Tensão (CA)
"Pickup"
magnético
Resolver
Vibração
0.25 x 10-6
10-2
10-4
Tensão (CA)
Ângulo
10-2 – 10
10
—
Tensão (CA)
DEI/Jaime Fonseca
Saída
10
Transdutores de saída (exemplos)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Tipo
Potência (W)
Rendimento (%)
Aplicações
Motor eléctrico
1 – 106
75 – 95
Sistemas de controlo
Altifalante
1 – 102
3 – 10
Sistemas de som
Galvanómetro
10-6 (F.S.D.)*
—
Sistemas de medida
Voltímetro electrostático
10-6 (F.S.D.)*
—
Sistemas de medida
Relé
10-4 – 10-1
—
Sistemas de controlo
Tubo de raios catódicos
(CRT)
10-7
—
Sistemas de medida e
monitorização
DEI/Jaime Fonseca
11
Transdutores (miscelândia)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Tipo
Entrada
Saída
Variação de
resistência
Variação de
resistência
Extensómetro
Força
Célula de carga*
Força/pressão
Fotocélula
Intensidade da luz
Tensão
Transformador
diferencial (LVDT)
Deslocamento
(linear)
Termopar
Temperatura
Termistor
Temperatura
Variação de
indutância
Variação de
tensão
Variação de
resistência
Tacómetro
Velocidade
angular
Tensão
Aplicações
Medida de força, tensão,
deslocamento
Medida de peso, pressão
Fontes de energia,dispositivos
sensíveis a luz
Medida de deslocamento
Sistemas de controlo e
monitor. de temperatura
Sistemas de controlo e
monitor. de temperatura
Sistemas de controlo de
velocidade
DEI/Jaime Fonseca
12
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
Sempre que a propriedade física de um material se altera em resposta
a uma excitação então esse material pode ser usado como sensor.
Características estáticas dos sensores
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Gama de funcionamento
Resolução
Erro
Precisão
Exactidão (accuracy)
Sensibilidade
Linearidade
Repetibilidade e estabilidade
Histerese
Limite (threshold) e zona morta (Dead Zone)
DEI/Jaime Fonseca
13
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Gama
Máximo e mínimo valores que podem ser medidos.
„
Resolução
A resolução define-se como a quantidade mais pequena que um
sistema é capaz de distinguir.
Exemplo : Considere-se o caso duma resistência variável de
100Ω com uma resolução de 1% do seu valor máximo, ou seja
A resistência pode assim ser ajustada para 1Ω, 2Ω, 3Ω, etc.,
mas não pode fixar-se em 2.2Ω ou 4.5Ω (admitindo que se
começa em 0Ω).
„
Erro
Diferença entre o valor medido e o valor real
„
„
Erro aleatório
Erro Sistemático
DEI/Jaime Fonseca
14
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Exactidão (Accuracy)
É o desvio entre o valor medido e o valor real.
Exactidão(%) =
Valor real - Valor Medido
×100
Valor de referência
Valor de referência – É um valor real definido previamente,
frequentemente é o valor de fim de escala
DEI/Jaime Fonseca
15
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Precisão
„
A precisão de um sistema é uma medida
de como o desempenho do sistema se
aproxima das expectativas.
„
„
Exemplo : A especificação da precisão de
grande parte dos aparelhos de medida –
dum voltímetro, p. ex. –, faz-se
normalmente nestes termos, isto é, em
termos do valor máximo de funcionamento
ou fim de escala. Dizer que a classe de
precisão dum voltímetro é 0.1, por exemplo,
quer dizer que o maior erro que é possível
cometer numa medida (tendo em conta
todas as fontes de imprecisão), é 0.1% do
valor máximo da escala em que se está a
trabalhar. Assim, quando trabalhamos na
escala de 20V, o maior erro absoluto que
cometemos é:
Quando medimos nesta escala, uma tensão
de 5V, o erro relativo cometido é de:
0.1
× 20V = 0.02 V
100
0.02 V
±
× 100% = ±0.4%
5V
DEI/Jaime Fonseca
16
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Relação entre precisão e exactidão
DEI/Jaime Fonseca
17
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Sensibilidade
A sensibilidade pode entender-se como a variação da saída por
unidade de variação da entrada.
„
Exemplo: Considere-se o sistema de controlo de velocidade electrónico da fig.
Neste caso a referência de velocidade é determinada pela tensão no ponto
médio do potenciómetro, Er. Vamos admitir que quando Er = 5V, a velocidade é
3000rpm (rotações-por-minuto). Para Er = 6V, a velocidade é 4000rpm. A
sensibilidade é então de (6 – 5)V para a variação correspondente de (4000 –
3000) rpm, ou seja, 1000rpm/V.
Tacómetro
Amp.
DEI/Jaime Fonseca
Saída
(r.p.m do veio)
18
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
No exemplo anterior se quisermos provocar uma alteração de 4000rpm na
velocidade, devemos variar a entrada de (4000 a dividir pela sensibilidade):
4000rpm
∆Er =
= 4V
1000rpm V
Ou seja, é necessário variar a tensão Er de 5V para 9V. É possível traçar um gráfico com os
pontos acima obtidos:
Er
Velocidade (rpm)
5
3000
6
9
4000
7000
DEI/Jaime Fonseca
19
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Linearidade
„
A linearidade pode definir-se como o desvio da relação entre duas
grandezas de uma linha recta.
Resistência vs posição angular do veio (relação linear)
DEI/Jaime Fonseca
20
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Recta que
melhor se
ajusta
Recta de referência
(linearidade terminal)
∆R
%linearidade =
× 100
Rmax
Linearidade independente
∆R
%linearidade =
× 100
Rx
DEI/Jaime Fonseca
21
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Repetibilidade e estabilidade do zero
Repetibilidade refere-se a um conjunto de medidas com o mesmo
valor e pode ser expressa em percentagem por:
%repetibilidade =
Max.Desv.Media
Max.Val.Lido − Min.Val.Lid
×100 =
×100
Max.Val.Lido + Min.Val.Lid
Média
A “estabilidade do zero” refere-se à estabilidade do valor zero.
DEI/Jaime Fonseca
22
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Histerese
Relação entre a entrada e a
saída de um sensor. É uma
característica do material
que está relacionada com a
inércia ao nível molecular.
DEI/Jaime Fonseca
23
Características dos sensores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Limite e zona morta
O limite representa a mais
pequena variação na entrada
que é detectada/discernível na
saída.
A zona morta corresponde a
uma zona em que pode existir
uma variação da entrada entre
valores negativos e positivos em
torno do zero sem o valor de
saída estabilizar.
DEI/Jaime Fonseca
24
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Termómetros de resistência (RTD –Resistance Thermometer detectors)
„
„
São dispositivos normalmente constituídos por fios de platina (também
denominados platinum resistance thermometers or PRT)
São lineares mas com uma pobre sensibilidade.
PRT Típico
PRT de bainha
DEI/Jaime Fonseca
25
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
500ºC
DEI/Jaime Fonseca
26
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Termístores
„
„
Usam materiais com um alto coeficiente térmico de resistência. Como por
exemplo óxido de magnésio, cobalto, cobalto, níquel e outros metais.
Sensíveis mas de fraca linearidade
DEI/Jaime Fonseca
27
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Resistência (Ω)
Departamento de
Electrónica Industrial
Temperatura (°C)
DEI/Jaime Fonseca
28
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Termopares
São os sensores de temperatura mais largamente usados na indústria. A
sua capacidade para medir sem qualquer fonte de alimentação externa, a
excelente repetibilidade, razoável custo e facilidade de fabrico são alguns
dos motivos responsáveis por esta situação.
„
°C
°F
2760
2482
2204
1927
1649
1371
1093
816
538
260
-18
DEI/Jaime Fonseca
29
Sensores de temperatura
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
30
Sensores de temperatura (resumo)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Características
Termopar
Termistor
Termoresistência
Gama de temperatura
–190°C — 2500°C
(0 absoluto) — 320°C
–270°C — 1200°C
Linearidade
10 — 25%
10% — 25%
0.17%: –20°C — 100°C
1.62%: –20°C — 420°C
Precisão
0.1% — 5%
5%
0.01% (facilmente)
Estabilidade
Excelente
Pobre
Excelente
Nível de sinal
40mV/°C (ou menos)
500mV/°C — 1V/°C
(com uma ponte)
até 200mV/°C
(com uma ponte)
Medida dum só ponto
Excelente
Excelente
Pobre
Área de medida
Pode ser muito pequena
Muito pequena
Grande
DEI/Jaime Fonseca
31
Transdutores Ópticos (Sensores de
Luz)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Fotoresistência (LDR – "Light Dependent Resistor")
Eléctrodos de metal
sobre uma superficie
de sulfureto de
cádmio
Fotodíodo
DEI/Jaime Fonseca
32
Transdutores Ópticos (Sensores de
Luz)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Fototransístor
Fotocélula
η = 10%
0.5V / célula
35mA / cm2
DEI/Jaime Fonseca
33
Transdutores Baseados na Medida
de Deformação - Extensómetros
d0
L0
Departamento de
Electrónica Industrial
Direcção de deformação
d1
A0 =
Universidade do Minho
π d02
4
A1 =
R0
L1
π d 12
4
R1
∆L
P
F
R1 = ρ
L1
,
A1
R1 L1 A0
= ⋅
R0 L0 A1
Ro = ρ
L0
A0
→
( ρ → resistividade do metal)
R1 = R0 ⋅
L1 A0
⋅
L0 A1
L1 = 1.01L0 (1% de incremento no comprimento)
A1 = 0.99 L0 (1% de diminuição na secção)
R1 = R0 ⋅
1.01L0
A0
⋅
= 1.02 R0
L0
0.99 A0
(∆R = 2% )
G=
∆R R
∆L L
∆L
= 1% = 0.01,
L
0.02
→G =
=2
0.01
DEI/Jaime Fonseca
(factor de gauge)
∆R
= 2% = 0.02
R
34
Extensómetros
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
35
Transdutores Baseados na Medida
de Deformação
v≈
V∆R
4R
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
( se R >> ∆R )
RA ⋅ RD = RB ⋅ RC
DEI/Jaime Fonseca
36
Medida de Força/Pressão
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
v≈
DEI/Jaime Fonseca
V∆R
2R
( se R >> ∆R )
37
Medida de Força/Pressão
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
38
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Potenciómetros
„
„
„
São dos dispositivos mais
largamente usados para medir
deslocamentos devido à sua
simplicidade.
Pode medir deslocamentos
angulares ou lineares.
É de baixo custo e de fácil
utilização.
v =V
Rr
Rr + R
para R >> Rr ,
v ≈V
DEI/Jaime Fonseca
Rr
R
39
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Sensores de proximidade indutivos
„
„
O enrolamento indutivo é afectado pela presença de materiais
ferromagnéticos.
A proximidade de um material ferromagnético é determinada pela medida
da indutância no enrolamento.
DEI/Jaime Fonseca
40
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Medida de proximidade – detectores de fim de curso
„
Sensor de deslocamento digital. Consoante a sua forma de funcionamento
podem ser dividido em : microswitches, float switches, pressure switches,
etc.
DEI/Jaime Fonseca
41
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
42
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Opto-switches
„
Consiste num emissor de luz e num sensor de luz juntos numa mesma
unidade.
DEI/Jaime Fonseca
43
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Transformador diferencial (LVDT)
Comportamento linear
Disponível para medidas até 1 m com resolução praticamente infinita
Robusto
DEI/Jaime Fonseca
44
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Codificador absoluto (Absolute position encoder)
„
Angulo
Binário
Decimal
0
000
0
45
001
1
90
010
2
135
011
3
180
100
4
225
101
5
270
110
6
315
111
7
DEI/Jaime Fonseca
45
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Codificador incremental
„
Usa uma simples linha que alterna o preto/branco
„
Detecta o movimento nos dois sentidos, os impulsos são contados para
determinar a posição absoluta (deverá ser inicialmente feito o reset).
DEI/Jaime Fonseca
46
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Sentido
directo
Sentido
inverso
DEI/Jaime Fonseca
47
Sensores de deslocamento
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Outras técnicas de contagem para determinar o deslocamento
„
Diferentes métodos usam a contagem para determinar a posição.
Inductive sensor
Opto-switch sensor
DEI/Jaime Fonseca
48
Sensores de som
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Microfones
„
Existem microfones de diferentes tipos: Carbono (resisitivos),
capacitivos, piezoeléctricos, etc.
Membrana
Suporte suspensa e
enrolamento íman
Terminais do
enrolamento
DEI/Jaime Fonseca
49
Sensores de som
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Cristal
Eléctrodo
de metal
Eléctrodo
de metal
Saída
Estrutura básica de um microfone de cristal
Diafragma
Estrutura básica de um microfone capacitivo
Saída
DEI/Jaime Fonseca
50
Sensores de Caudal
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Medida por diferencial de pressão (medidores do tipo “Venturi”)
DEI/Jaime Fonseca
51
Sensores de Caudal
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Medidores do tipo rotativo
DEI/Jaime Fonseca
52
Sensores de Caudal
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Dispositivos do tipo Vortex
Medidores de caudal por ultra-sons
DEI/Jaime Fonseca
53
Sensores de distância
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Infravermelhos
Ultrassons
DEI/Jaime Fonseca
54
Universidade do Minho
Gas Sensor
Departamento de
Electrónica Industrial
Gyro
Accelerometer
Pendulum Resistive
Tilt Sensors
Metal Detector
Piezo Bend Sensor
Gieger-Muller
Radiation Sensor
Pyroelectric Detector
UV Detector
Resistive Bend Sensors
Digital Infrared Ranging
CDS Cell
Resistive Light Sensor
Pressure Switch
Miniature Polaroid Sensor
Limit Switch
Touch Switch
Mechanical Tilt Sensors
IR Pin
Diode
IR Sensor w/lens
Thyristor
IR Reflection
Sensor
Magnetic Sensor
Magnetic Reed Switch
IR Amplifier Sensor
Hall Effect
Magnetic Field
Sensors
Polaroid Sensor Board
IRDA Transceiver
Lite-On IR
Remote Receiver
Radio Shack
Remote Receiver
IR Modulator
Receiver
Solar Cell
DEI/Jaime
Fonseca
Compass
Compass
55
Piezo Ultrasonic Transducers
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Actuadores
Electropneumáticos e
Electrohidráulicos
DEI/Jaime Fonseca
56
Sistemas Pneumáticos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Introdução
„ Utilizam
como forma de energia o ar-comprimido e são utilizados em
sistemas de comando e automatização
„A
automatização pneumática constitui, juntamente com a electrónica,
o principal meio de automatização de várias indústrias; a maior parte
das aplicações em "automação de baixo custo" utilizam a
pneumática como sistema de controlo e automação
DEI/Jaime Fonseca
57
Sistemas Pneumáticos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Vantagens
„O
ar existe em volume ilimitado (não custa dinheiro)
„ Quando comprimido pode ser facilmente armazenado para posterior
utilização
„ Não arde
„ São sistemas não poluentes e “limpos”
„ Facilmente se associam a outros sistemas de transmissão de
energia
„ Grande facilidade na automatização de sistemas
Desvantagens
„O
ar é compressível o que dificulta um posicionamento preciso
„ O ar expande-se o que pode originar acidentes do tipo explosão
„ Não permitem a aplicação de forças elevadas já que não é possível
utilizar pressões elevadas
DEI/Jaime Fonseca
58
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
59
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
60
Componentes de Sistemas
Pneumáticos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Motores pneumáticos
(elementos que transformam a energia
potencial do ar-comprimido em energia
mecânica)
„ Cilindros
(movimento linear)
„
Efeito simples
„
Efeito duplo – A pressão do ar
pode ser aplicada ao pistão nos
dois sentidos
Cilindros de efeito simples
Cilindros de efeito duplo
DEI/Jaime Fonseca
61
Componentes de Sistemas
Pneumáticos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Válvulas
(elementos que regulam e controlam a energia)
„
„
„
„
Direccionais – Dirigem o ar para as
diferentes partes do circuito.
Reguladoras/limitadoras de pressão – As
reguladoras mantêm a pressão a jusante
constante, independentemente da pressão a
montante. As limitadores são válvulas de
segurança.
Reguladoras de caudal – Permitem
estrangular o fluxo do ar permitindo variar o
seu caudal.
Anti-retorno – Permitem que o ar circule só
num sentido.
Tipos de comando
„
„
„
Manual
Mecânico
Eléctrico (electroválvulas)
DEI/Jaime Fonseca
62
Sistemas Pneumáticos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Aplicações
„ Industria
mineira
„ Metalomecânica
„ Industria
dos plásticos
„ Construção
„ Industria
civil
alimentar
„ Automatização
mecânica
DEI/Jaime Fonseca
63
Sistemas Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Introdução
„ Os
sistemas óleo-hidráulicos utilizam o óleo (actualmente sintéticos)
como meio de transmissão de energia
„ Se
aos sistemas de ar-comprimido se deve associar a ideia de
automatização e comando, à óleo-hidráulica deve associar-se a
ideia de força
DEI/Jaime Fonseca
64
Sistemas Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Vantagens
„ Os
óleos possuem características
auto-lubrificantes, não são corrosivos e não deixam depósitos
„ Obtenção
de forças elevadas à custa de orgãos de reduzidas dimensões
„ Constituídos
por orgãos de pequena inércia e elevada relação peso/potência
o que possibilita excelentes acelerações da carga
„ Facilidade
de associação a outros sistemas de transmissão de energia
„ Possibilidade
de automação de ciclos de trabalho
„É
relativamente fácil garantir a segurança graças à natureza não expansiva do
óleo
Desvantagens
„ São
muito mais caros que os sistemas pneumáticos
„ Existe
„É
o perigo potencial incêndio (o óleo é combustível)
normalmente necessário prever sistemas de arrefecimento do óleo
DEI/Jaime Fonseca
65
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
66
Componentes de Sistemas
Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Geradores Hidráulicos
(Na produção de energia
hidráulica )
„ Bombas
„
de engrenagens (cilindrada
constante)
„
de palhetas (cilindrada constante
ou variável)
„
de êmbolos (cilindrada constante
ou variável)
„ Acumuladores
(Acumulam energia sob a forma
de uma determinada quantidade
de óleo a determinada pressão)
DEI/Jaime Fonseca
67
Componentes de Sistemas
Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Válvulas
(São os elementos de comando e regulação da energia hidráulica)
„
Distribuidoras (direccionais) – Controlam a direcção de escoamento do óleo, comandando
arranques e paragens de receptores.
„
De retenção (anti-retorno) - permitem que o óleo circule apenas num sentido.
„
Reguladoras de pressão
„
Limitadoras de pressão - são válvulas de segurança
„
De sequência - abrem quando a pressão do óleo atinge determinado valor permitindo criar sequências na
distribuição do óleo no circuito
„
Contra-pressão – similares às anteriores
„
Redutoras de pressão - as válvulas redutoras de pressão mantêm constante a pressão a jusante
„
Reguladoras de caudal - alteram as condições de escoamento do óleo, permitindo assim
controlar a velocidade de deslocamento dos receptores.
„
Servo-válvulas, válvulas proporcionais - destinam-se a ser utilizadas em sistemas de comando
com realimentação.
DEI/Jaime Fonseca
68
Componentes de Sistemas
Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Receptores
„ Cilindros
hidráulicos - Energia
hidráulica em mecânica.
„ Motores
hidráulicos - - Energia
hidráulica em mecânica.
Acessórios
(tubagens, filtros, reservatórios,
manómetros, etc.)
Funcionamento do cilindros de efeito simples:
A, por compressão; B, por tracção
DEI/Jaime Fonseca
69
Sistemas Hidráulicos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Aplicações
„ Máquinas-ferramenta
„ Maquinaria
utilizada na agricultura e construção civil
„ Maquinaria
utilizada na construção fluvial e marítima
„ Navios
„ Siderurgia
„ Outras
(prensas, injectoras, ...)
indústrias (outras industrias pesadas, plásticos, ...)
DEI/Jaime Fonseca
70
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Concepção de um automatismo
DEI/Jaime Fonseca
71
Características de um automatismo
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Automatismo :
„
„
Dispositivo que permite que um sistema funcione de forma
autónoma, sendo a intervenção do operador reduzida ao mínimo
indispensável.
Vantagens:
„
„
„
„
„
„
„
Simplifica o trabalho do operador
Retira do operador tarefas complexas, perigosas, pesadas, ou
indesejadas.
Alterações aos processos de fabrico
Qualidade constante de fabrico
Aumento de produção
Economia de matéria prima e energia
…
DEI/Jaime Fonseca
72
Estrutura de um automatismo
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Estrutura:
„
„
„
Entradas : Dispositivos que
recebem informações do sistema a controlar. Botoneiras,
sensores, comutadores, fins de
curso, etc.
Saídas : Dispositivos actuadores e sinalizadores. Motores,
válvulas, lâmpadas, displays,
etc.
Lógica : Bloco que define as
características de funcionamento do automatismo.
DEI/Jaime Fonseca
73
Exemplo : Automatismo de uma porta
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Parte operativa : Motor que acciona o
fecho e abertura da porta.
„
Parte de controlo : O sensor de
proximidade, os fins de curso, a chave
de permissão e toda a lógica de
exploração.
DEI/Jaime Fonseca
74
Implementação de um automatismo
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
Especificações funcionais: Detalhar
todo o funcionamento do sistema a
automatizar. Deve pormenorizar-se
toda a lógica que vai permitir a correcta
exploração do sistema.
Especificações tecnológicas:
Descreve-se o ambiente em que o
sistema vai operar, assim como as
características que os equipamentos a
integrar deverão possuir, de forma a
permitirem um bom desempenho do
automatismo.
Especificações operativas: Dizem
respeito à fiabilidade, segurança,
flexibilidade, manutenção, diálogo
homem-máquina, etc.
DEI/Jaime Fonseca
75
Exemplo da porta automática
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Especificações funcionais
„
„
„
„
Pretende-se que o automatismo de exploração deste sistema, permita comandar
a abertura e fecho de uma porta de acesso.
O comando poderá ser automático ou manual. Para o efeito, existirá no frontal
do quadro de comando, um comutador de duas posições para a selecção do
modo.
O modo manual usa duas botoneiras que permitirão respectivamente abrir e
fechar a porta. Uma vez premida a botoneira de abertura, a porta abrir-se-á até
que seja atingido um fim de curso que detecta o limite de abertura da mesma.
Premindo a botoneira de fecho, a porta fechar-se-á até que seja premido um
outro fim de curso que detecta o fecho.
O modo automático faz uso de 2 sensores que detectam a proximidade de uma
pessoa. Quando um deles é activado inicia-se a abertura da porta. Esta
permanece aberta até que tenha passado um tempo que pode ir de 5 até 20s,
após o desaparecimento do sinal proveniente dos sensores de proximidade.
Findo este tempo, a porta inicia o fecho. Se durante o fecho, o sensor de
proximidade detectar a presença de uma pessoa, deverá interromper a operação
e abrir de novo a porta.
DEI/Jaime Fonseca
76
Exemplo da porta automática
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Especificações tecnológicas
„
„
O sensor que detecta a proximidade de uma pessoa, deve ser um
modelo para ser montado sobre a porta (um no interior e outro no
exterior) e deve ser de infravermelhos passivo, com saída por
transístor. A sua sensibilidade deve ser tal, que a saída deste só active
quando estiver uma pessoa a menos de 2 metros da porta. O motor que
acciona a abertura e fecho da porta, ser eléctrico, trifásico,..,etc.
Especificações operativas
„
O comutador automático-manual dever ser um modelo com chave.
Deve existir um contador de operações de abertura e fecho da porta, de
forma a identificar o momento das operações de manutenção que
deverão efectuar-se de 10000 em 10000 manobras...etc.
DEI/Jaime Fonseca
77
Métodos gráficos para representação da
lógica
„
Diagrama de contactos
„
Diagrama lógico
„
Grafcet
DEI/Jaime Fonseca
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
78
Diagrama de contactos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Diagrama de contactos
„
Este método de representação, implementa a sequência lógica usando
contactos colocados em série e em paralelo, tal como num esquema eléctrico. O
símbolo de contacto é ligeiramente alterado como se pode ver nas figuras
seguintes.
DEI/Jaime Fonseca
79
Diagrama de contactos
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Esquema eléctrico
Diagrama de contactos
DEI/Jaime Fonseca
80
Diagrama lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Diagrama lógico
„
Esta representação do automatismo, implementa a lógica, usando circuitos
lógicos “E” e “OU”. Para representar o mesmo circuito do exemplo anterior,
teríamos :
DEI/Jaime Fonseca
81
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Grafcet (GRAFo de Comando Etapa-Transição) : inspirado nos diagramas de
estado surge como uma ferramenta útil para descrição das três fases de
especificação de um caderno de encargos (especificações funcionais, tecnológicas e
operacionais). Permite descrever de uma forma simples o comportamento de um
automatismo sequencial de uma forma clara, simples e de fácil compreensão. Por
outro lado facilita o diálogo entre pessoas com níveis de formação diferente.
„
Grafcet de nível 1 (especificações funcionais): Onde se registam os aspectos
funcionais que constituem um caderno de encargos especificado de uma forma
rigorosa (especificações funcionais).
„
Grafcet de nível 2 (especificações tecnológicas e operacionais): Onde os
aspectos tecnológicos já surgem com a definição precisa das entradas e saídas,
constitue uma tradução do caderno de encargos pronta a ser implementada
directamente através de sequenciadores, módulos lógicos ou autómatos
programáveis.
DEI/Jaime Fonseca
82
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Um sistema automatizado pode decompor-se em duas partes interactivas:
„
„
Parte operativa: Sistema físico a automatizar.
Parte de comando (ou autómato): Equipamento que determina as
ordens destinadas ao sistema físico e os sinais visuais em função das
informações enviadas pela parte operativa e das instruções recebidas do
operador.
OPERADOR
Sinalizações
Instruções
Ordens
PARTE
COMANDO
Autómato
Informações
DEI/Jaime Fonseca
PARTE
OPERATIVA
Processo a
automatizar
83
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Elementos do Grafcet
„
ETAPAS (às quais estão associadas acções).
„
TRANSIÇÕES (às quais estão associadas receptividades).
„
LIGAÇÕES ORIENTADAS (une as etapas às transições e estas às
etapas).
------> Etapa
------> Transição
------> Etapa
DEI/Jaime Fonseca
84
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Etapas
„
„
„
„
„
Caracterizam-se por um comportamento
invariante da parte de comando em
relação às suas entradas e saídas.
Num determinado instante, uma etapa
pode estar activa ou inactiva. O conjunto
das etapas activas definem inteiramente a
situação do autómato.
Representa-se por um rectângulo e é
referenciado por um número, ao qual se
pode associar um nome relacionado com
a sua respectiva função.
Um rectângulo com linha dupla simboliza
a etapa inicial do Grafcet. Estas etapas
são sempre activadas ao iniciar um
Grafcet. Após a inicialização deste estas
actuam como etapas normais.
Uma etapa pode ter mais que uma
entrada e mais que uma saída.
DEI/Jaime Fonseca
0
INÍCIO
30
ESPERA
5
AVANÇA
6
ESPERA
85
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Acções
„
„
„
São executadas quando a etapa com que estão relacionadas está activa.
Podem ser externas, afectando as saídas, ou internas relacionadas com blocos
funcionais como por exemplo os temporizadores e os contadores.
São referenciadas através do símbolo correspondente, podendo também incluir
uma breve descrição.
A execução das acções pode depender também da verificação de uma
expressão lógica (condição) envolvendo: Entradas; Variáveis auxiliares
relacionadas com blocos funcionais (temporizadores e contadores); O estado
(activo ou inactivo) de outras etapas (X).
20
INÍCIO
Ligar o sinalizador L
Arrancar o motor M
OU
20
INÍCIO
L=1
M=1
20
INÍCIO
DEI/Jaime Fonseca
E1/
X30
L=1
M=1
86
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Transições
„
„
„
Indicam a possibilidade de evolução entre etapas. Essa evolução ocorre
quando uma transição é transposta, originando uma alteração na situação
do autómato.
A transposição depende da validação da transição e da verificação da sua
receptividade.
Uma transição encontra-se validada sempre que todas as etapas
imediatamente precedentes estão activas.
(E0 + E1) * T0 + X22
DEI/Jaime Fonseca
87
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Regras de evolução
„
„
Regra 1: Na inicialização do sistema devem activar-se todas as etapas iniciais
e sómente as iniciais.
Regra 2: Uma transição diz-se validada quando todas as etapas
imediatamente precedentes estão activas. A transposição duma transição
realiza-se no caso de : a transição estar validada; a receptividade
associada à transição ser verdadeira.
2
2
a + b.c = 0 ou 1
3
Transição não validada
2
a + b.c = 0
3
Transição Validada
DEI/Jaime Fonseca
a + b.c = 1
3
Transição Transposta
88
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Regras de evolução (Cont.)
„
„
„
Regra 3: A transposição de uma transição provoca a activação das etapas
imediatamente a seguir, ao mesmo tempo que se desactivam todas as
imediatamente precedentes. Quando existem várias etapas ligadas a uma
mesma transição representa-se o conjunto das ligações por dois traços
paralelos.
Regra 4: Várias transições validadas simultâneamente com receptividades
verdadeiras são transpostas também em conjunto.
Regra 5: Se, no decurso do funcionamento, uma mesma etapa deve ser
simultaneamente desactivada e activada, ela permanece activa.
5
4
6
4
5
a + b.c = 0 ou 1
7
8
Transição não validada
6
4
5
a + b.c = 0
7
8
Transição Validada
DEI/Jaime Fonseca
6
a + b.c = 1
7
8
Transição Transposta
89
Grafcet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Estrutura base: sequência única; sequências simultâneas; sequências exclusivas.
1
1
4
1
2
2
5
a.b
a.b
2
3
3
3
DEI/Jaime Fonseca
90
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Autómatos programáveis
DEI/Jaime Fonseca
91
Estrutura de um autómato programável
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
Do ponto de vista do utilizador, o autómato é
uma "caixa preta" que processa informação.
Os Controladores Lógicos Programáveis
(PLC's) podem apresentar aspectos físicos
diferentes, diferentes performances e custos
muito díspares; no entanto, os seus
elementos constituintes são
fundamentalmente os mesmos.
Sendo um equipamento capaz de controlar
processos,
naturalmente
dispõe
de
dispositivos de aquisição e saída de
informações. Sendo também um equipamento
programável, integra um microprocessador e
uma memória para guardar o programa. Para
alimentar os circuitos atrás descritos, existirá
também uma fonte de alimentação.
Finalmente, para que possa ser introduzido o
programa e para que possa existir um diálogo
básico para o exterior, dispõe também a
possibilidade de ligar dispositivos de
programação.
volátil
RAM
não volátil
ROM
EPROM
Memória
Interface
Entradas
DEI/Jaime Fonseca
CPU
Unidade Central de
Processamento da
Informação
Interface
Saídas
Interface
Homem
x
Máquina
92
Tipos de entradas
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Por transístor
Por relé
Por acoplador óptico
DEI/Jaime Fonseca
93
Tipos de saídas
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Por transístor
Por relé
Por triac
DEI/Jaime Fonseca
94
CPU
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
É este o bloco que tem a função de ler os valores lógicos
presentes nas entradas, executar as instruções que constituem o
programa e transferir para as saídas as ordens provenientes
dessas instruções. Tem ainda a seu cargo gerir todos os
periféricos e diagnosticar defeitos que possam ocorrer
internamente.
Tempo de ciclo depende:
„
„
„
„
Velocidade de trabalho do microprocessador
Número de instruções do programa
Tipo de instruções usadas no programa
Número de periféricos
DEI/Jaime Fonseca
95
Memória
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
É na memória que se encontra o programa a ser executado pelo
autómato. A memória tem como função salvaguardar todas as
instruções do programa, mesmo quando este não está a ser
alimentado. A memória caracteriza-se pela sua capacidade que
pode ser expressa de três formas:
„
„
„
„
Número de bits ou Kbts (1Kbts = 1024 bits)
Número de Bytes ou KB (1Byte = 8 bits)
Número de Words ou KW (1 Word = 16 bits)
Quanto à tecnologia podem ser:
„
„
„
„
RAM (Random Access Memory)
EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
EEPROM ( Electricaly Erasable Programable Read Only Memory)
FLASHRAM
DEI/Jaime Fonseca
96
Memórias
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
RAM
„
„
„
„
EPROM
„
„
„
Não perde a informação no caso de falhar a alimentação.
Morosa qualquer alteração pois tem que ser apagada por exposição a raios
ultravioletas e novamente programada com recurso a equipamento específico.
EEPROM
„
„
„
„
Podem ser escritas e alteradas facilmente.
São as mais usadas na fase de desenvolvimento.
Perdem a informação quando não alimentadas (usual a utilização de pilhas).
Não perde a informação no caso de falhar a alimentação.
Pode ser apagada e escrita pelo autómato mas com um número limitado de
ciclos de escrita.
Custo mais elevado do que o de uma RAM.
FLASHRAM
„
„
„
Características semelhantes às da EEPROM permitindo também leitura e escrita
no próprio circuito onde é usada.
Limitada também pelo número de escritas.
Mais rápida a velocidade de escrita do que a EEPROM.
DEI/Jaime Fonseca
97
Cartas mais usuais
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
„
Entrada e saída digitais: Estas podem ser a relé, transístor ou triac. As saídas a relé
são normalmente preferidas porque na maior parte das vezes dispensam os relés de
acoplamento aos actuadores.
Analógico/Digitais: Os sinais analógicos são recebidos por módulos de entrada que
possuem conversão analógica/digital. Os módulos de saída dirigem os sinais
destinados aos actuadores depois de toda a informação ter sido processada
internamente pela unidade central. As gamas usuais são: (0V a 10V) ou (4mA a
20mA) ou (1V a 5V).
Digital/Analógico: Os módulos de saídas analógicas destinadas, por exemplo, a
válvulas proporcionais ou a variadores de velocidade, executam a conversão
digital/analógica dentro das gamas já adiantadas anteriormente para os módulos de
entrada.
Cartas especiais: Os módulos especiais destinam-se por exemplo ao
posicionamento de um ou mais eixos num motor passo-a-passo ou a reconhecer
sinais de alta frequência, como: geradores de impulsos (encoders) ou fotocélulas que
geram sinais cujo período é de milisegundos e que dificilmente poderão ser vistos
nas entradas consideradas normais.
DEI/Jaime Fonseca
98
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Programação de autómatos
DEI/Jaime Fonseca
99
Linguagens de programação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Booleana
„
mnemónica
„
Diagramas de escada (Ladder)
„
Grafcet
DEI/Jaime Fonseca
100
Ficha técnica – CPM1 – 10CDR-A
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
101
Áreas de memória – CPM1
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
102
Áreas de memória – CPM1
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
103
Áreas de memória – CPM1
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
104
Áreas de memória – CPM1
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
105
Áreas de memória – CPM1
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
106
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
107
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
108
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
109
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
110
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
111
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
112
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
113
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
114
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
115
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
116
Instruções de tratamento lógico
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
117
Utilização de memória temporária
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
118
Utilização de memória temporária
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
119
Exemplo – Circuito com realimentação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
120
Exemplo – Circuito com realimentação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
121
Funções set e reset
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
122
Função Keep(11)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
123
Função Keep(11)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
124
Função DIFU(13)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
125
Função DIFD(14)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
126
Exemplo – Comando do motor
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
127
Temporizadores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
128
Temporizadores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
129
Contadores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
130
Contadores
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
131
Função CMP(20)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
132
Função CMP(20)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
133
Função MOV(21)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
134
Função MOV(21)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
135
Função SFT(10)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
136
Função SFT(10)
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
137
Exemplo-Programação de processos
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
138
Exemplo-Programação de processos
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
139
Exemplo-Programação de processos
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
140
Exemplo-Programação de processos
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
141
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Terminais MMI (Man Machine Interface)
DEI/Jaime Fonseca
142
O que é um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
143
Vantagens em usar um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
144
Vantagens em usar um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
145
Vantagens em usar um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
146
Vantagens em usar um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
147
Vantagens em usar um terminal MMI
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
148
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
Redes Industriais
DEI/Jaime Fonseca
149
Conceitos gerais de redes
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Hierarquia num barramento industrial
Control Panel
Temperature
Flow
Pressure Alarm Conditions
STOP
Enterprise
Control Panel
Temperature
Flow
Pressure Alarm Conditions
STOP
Control
Fieldbus
Devicebus
Fisher
N
N
N
Sensorbus
N
N
DEI/Jaime Fonseca
N
150
Conceitos gerais de redes
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Hierarquia ao nível da funcionalidade
„
„
„
„
„
Enterprise bus (Ethernet)
Control bus (HSE (High Speed Ethernet), ControlNet) – Redes
intermédias para facilitar a ligação à Internet. A norma IEEE1451
determina como sensores e actuadores podem ser ligados
directamente a uma rede de controlo.
Fieldbus (Foundation Fieldbus, Profibus PA) – Redes
especializadas em variáveis analógicas e controlo.
Device bus (DeviceNet, Profibus DP, Interbus-S) – Interligam
dispositivos “inteligentes” mais complexos. As mensagens aqui são
orientadas ao byte.
Sensor bus (CAN, ASI, Seriplex, LonWorks) – Normalmente
utilizadas para interligar sensores e actuadores discretos.
Basicamente transmitem estados e bits de comando.
DEI/Jaime Fonseca
151
Conceitos gerais de redes
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
O modelo OSI
7
Application
6
Presentation
5
Session
4
Transport
3
Network
2
Data link
1
Physical
Application
layers
DEI/Jaime Fonseca
Data
transport
layers
152
Conceitos gerais de redes
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Escolhendo uma rede industrial
„
Requisitos da aplicação
„
„
„
„
„
„
Facilidades/conformidade da camada física
Desempenho da rede
Facilidades de integração com equipamento existente
Requisitos de velocidade e tempo
Disponibilidade de equipamentos
Custo
„
Instalação, dispositivos, treino e manutenção.
DEI/Jaime Fonseca
153
CAN
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
„
„
„
O protocolo CAN foi desenvolvido por Robert Bosch e tem como
principal aplicação a implementação de uma rede intraveicular
Classe C, particularmente exemplificada na indústria automóvel,
que se tem mostrado uma cliente em potencial do CAN.
1991 Publicação pela Bosch da especificação do CAN 2.0.
1991 Introdução da Kvaser de um protocolo em camadas baseado
em CAN, chamado CAN Kingdom.
1992 Primeiros carros da Mercedes-Benz a usar redes CAN.
1994 Introdução do protocolo DeviceNet por Allen-Bradley
1995 Publicação do protocolo CANopen pela CIA
DEI/Jaime Fonseca
154
CAN
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Características do protocolo CAN
„
„
„
„
„
„
„
„
Número máximo de unidades: 110
A prioridade de mensagens definida pelo utilizador, com latência
máxima garantida para mensagens de maior prioridade
Protocolo multi-master que utiliza NON - Destructive Collision
Resolution
Sistema flexível
Característica de detecção e sinalização de erros construídas dentro do
protocolo CAN, com retransmissão automática de mensagens
corrompidas
Comprimentos estimados em projectos de 500m a 1km
Utiliza bitwise arbitration, isto é, um dispositivo pode transmitir a
qualquer momento quando o barramento estiver disponível (CSMA), em
caso de colisão, o bit 0 no identificador é dominante, definindo assim a
prioridade dos dispositivos
11 ou 29 bit no campo de identificação
DEI/Jaime Fonseca
155
CAN
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
Existem dois formatos de frames
que são utilizados no protocolo
CAN, o Standard CAN e o Extended
CAN.
O standard CAN possui um
identificador de 11 bits
O extended CAN surgiu para
promover a compatibilidade com
outros protocolos de comunicação
série usados em aplicações
automóveis nos EUA e para ainda
ser compatível com a versão 2.0A.
Possui um identificador de 29 bits
(11+18 extended)
DEI/Jaime Fonseca
156
CAN
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Taxa de transmissão
Comprimento máximo da rede
1 Mbit/s
30m
800 kbit/s
50m
500 kbit/s
100m
250 kbit/s
250m
125 kbit/s
500m
62.5 kbit/s
1000m
20 kbit/s
2500m
10 kbit/s
5000m
DEI/Jaime Fonseca
157
Controladores CAN
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Intel
Philips
Philips
NEC
Nat. Semi
Siemens
Siemens
Motorola
Motorola
Motorola
82527
82C200
82C150
uPD72005
COP884
81C90
SABC167C
TOUCAN
MSCAN
MCAN
2.0B
1.0
1.0
2.0B
2.0A
2.0A
2.0B
2.0B
2.0B
1.0
FullCAN. Stand-alone
BasicCAN. Stand-alone
SLIO
FullCAN. Stand-alone
BasicCAN. On-chip
FullCAN. Stand-alone
FullCAN. On-chip
FullCAN. On-chip
BasicCAN. On-chip
BasicCAN. On-chip
DEI/Jaime Fonseca
158
DeviceNet – Camada física
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
„
„
„
„
„
„
É uma rede de comunicação de baixo custo
idealizada para interligar equipamentos industriais,
tais como: Sensores indutivos de proximidade,
capacitivos, fotoeléctricos, válvulas, solenóides,
motores de passo, sensores de processos, leitores
de código de barras, variadores de frequência,
painéis e interfaces de operação.
DeviceNet é um dos 3 standard aberto da (ODVA)
os outros dois são o ControlNet e Ethernet/IP
CAN na camada de comunicação
125kbps (500m), 250, or 500 kbps
Até 64 dispositivos por rede
Sinal diferencial (CAN high + CAN low)
Alimentação disponível no barramento
11 bit arbitration ID
PC
DEI/Jaime Fonseca
Trunk
Drop
159
DeviceNet – Camada de aplicação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Tipos de comunicação
„
„
„
Ligações ponto-a-ponto
Ligações Multicast
Tipos de ligação Multicast
„
„
„
„
Polled – O escravo só responde quando o master faz um pedido.
Strobed – O master envia uma mensagem por difusão. Todos os
escravos respondem com a informação do seu sensor. Usado
somente para sensores simples como por exemplo foto sensores e
fins de curso.
Change-of-state – O escravo envia uma mensagem para o master
sempre que detecta alterações na informação do sensor.
Cyclic – O escravo envia uma mensagem para o master
periodicamente.
DEI/Jaime Fonseca
160
DeviceNet
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
161
Profibus
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
O PROFIBUS (PROcess Field BUS),
pode ser definido como FieldBus
(barramento de campo aberto) e é
utilizado numa ampla gama de aplicações
para a indústria. As redes deste tipo visam
a interligação de sensores, actuadores,
transdutores, racks de entrada/saída e
sistemas de controlo local de forma
bidireccional, atribuindo a cada dispositivo
um maior poder de computação e
tornando-o um dispositivo mais
“inteligente”.
PROFIBUS distingue equipamentos
Master e Slave:
„
„
Os Masters controlam a transmissão dos
dados no barramento. Um Master pode
emitir mensagens quando quiser, sob
reserva de obter o acesso à rede.
Os Slaves são equipamentos periféricos
(tipicamente blocos de entradas e saídas,
inversores, válvulas, terminais, sensores,
actuadores) que não tem autorização para
aceder ao Bus. As suas acções limitam-se
ao processamento das mensagens
recebidas ou à transmissão de mensagens a
pedido do Master.
DEI/Jaime Fonseca
162
Profibus and FOUNDATION
Fieldbus Camada Física
ƒ
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
Profibus PA (Process Automation) and FOUNDATION Fieldbus
„
„
„
Standard is IEC 61158
31.25 Kbps
Até 32 dispositivos por segmento
„
„
„
„
PC
Mais com repetidores
Sinal diferencial
Alimentação disponível no barramento
Até 1900 m
„
IS
Barrier
Mais com repetidores
DEI/Jaime Fonseca
163
Profibus – camada de aplicação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
„
O PROFIBUS está dividido em três protocolos de transmissão designados por
perfis de comunicação, com funções bem definidas: DP, FMS e PA.
Estes perfis têm por objectivo definir a forma como os dados são transmitidos
em série pelo utilizador sobre um mesmo suporte físico.
DP - Rede de dispositivos
FMS – Integração de células
PA – Áreas classificadas e processos
DEI/Jaime Fonseca
164
Profibus – camada de aplicação
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Perfil DP – trata-se do perfil de comunicação mais difundido na indústria e o mais utilizado
devido à sua rapidez, à sua performance e a sua ligação a baixo custo. Este perfil está
reservado à comunicação entre automatismos e periféricos não centralizados. Ele substitui
perfeitamente a transmissão clássica de sinais paralelos de 24V e os sinais analógicos em
anel 4-20 mA.
„
Perfil FMS (Fieldbus Message Specification) – trata-se de um perfil universal, sobressai nas
tarefas de comunicação exigentes e é acompanhado de múltiplas funções aplicativas
evoluídas gerando a comunicação entre equipamentos inteligentes (Redes de controladores
programáveis, sistemas de controlo de processos, painéis de operação, PC’s, etc.). Submetido
à evolução do PROFIBUS e à persuasão do mundo TCP/IP ao nível de célula, é de constatar
que o perfil FMS tem um papel cada vez menos importante na comunicação industrial do
futuro.
„
Perfil PA (Process Automation):
„
„
„
Comunicação nas indústrias de processo;
Acoplamento de instrumentos de medição a controladores programáveis, sistemas
de controlo de processos, PCs;
Transmissão de dados e energia no mesmo cabo.
DEI/Jaime Fonseca
165
Profibus
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca
166
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica
Industrial
SCADA
DEI/Jaime Fonseca
167
Sistemas SCADA
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition
„
Aplicação informática para controlo de processos, proporcionando
comunicação entre os dispositivos de campo (controladores
programáveis,...) e o computador, o qual faz a monitorização do
sistema, gestão de alarmes, controlo do processo. A informação
referente ao processo produtivo é disponibilizada a outros sectores
da empresa, nomeadamente, controlo de qualidade, manutenção,
supervisão.
DEI/Jaime Fonseca
168
Sistemas SCADA
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Equipamento
„
„
„
„
„
PC
Equipamento de campo (controladores)
Redes dedicadas (Field Bus)
‘Displays’ gráficos
Rede Ethernet
DEI/Jaime Fonseca
169
Sistema SCADA
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Funções
„
„
„
„
„
Gestão de alarmes
Visualização de dados monitor/impressora
Gravação de históricos em ficheiro/base de dados com
possibilidade de importação numa folha de cálculo
Execução de programas de controlo que eventualmente alterem o
estado dos autómatos
Múltiplas estações por servidor com possibilidade de acesso
remoto
DEI/Jaime Fonseca
170
Sistema SCADA
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Requisitos
„
„
„
„
Sistemas abertos, com possibilidade de alterações e inovações
Redes locais e de gestão transparentes para o utilizador
Sistemas fáceis de instalar, sem grandes necessidades de
hardware
Programas fáceis de usar, com interfaces amigáveis para o
utilizador
DEI/Jaime Fonseca
171
Sistema SCADA
Universidade do Minho
Departamento de
Electrónica Industrial
„
Módulos
„
„
„
„
„
Configuração
Interface gráfico com o utilizador
Controlo do processo
Gestão e gravação de dados
Comunicações
DEI/Jaime Fonseca
172