Automatismos e Autómatos
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O que é um automatismo.
Estrutura geral de um automatismo.
Constituintes de um automatismo.
Tecnologia cablada ou programada.
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O autómato.
Estrutura de um autómato programável.
Funcionamento de um autómato.
O que é um ciclo de programa.
O que é um programa.
O que é a linguagem de programação.
A linguagem lista de instruções.
A linguagem de contactos.
Programar o autómato.
O que é um automatismo.
Automatismo é todo o dispositivo eléctrico,
electrónico, pneumático ou hidráulico capaz de por
si só controlar o funcionamento de uma máquina ou
processo.
Exemplos de automatismos: escadas rolantes,
elevadores, portas automáticas, semáforos, linhas de
montagem das fábricas, etc.
Estrutura geral de um automatismo.
de distribuição (ac trifásica, ac monofásica, dc…)
Engenho ou máquina (elevador, semáforo, escada
Parte Operativa rolante…)
Accionadores (motores, lâmpadas, resistências…)
Rede
Detectores
(fins de curso, detectores de proximidade, células
fotoeléctricas…)
Tratamento de dados (autómatos programáveis, contactores
Parte Comando auxiliares…)
Diálogo Homem – Máquina (botoneiras, sinalizadores,
teclados…)
Comando de potência ou pré-accionadores (contactores
electromagnéticos, relés…)
Estrutura geral de um automatismo.
Analogia com um veículo automóvel.
Comparemos um automatismo com um automóvel.
Automóvel
Automatismo
Veículo
Máquina ou instalação
Olho do condutor
Detector, captador de informações
Pedal acelerador
Comando de potência, contactor
Motor
Accionador
Combustível
Energia, alimentação
Cérebro do condutor
Sistema de tratamento, cálculo, decisão
Painel de instrumentos
Diálogo Homem – máquina, visualização
Uma cisterna
Sensores
Detectores
fotoeléctricos
Actuador
Motor
Comando de
potência
Contactor
Sistema de
processamento
Autómato
programável
Visualização
Consola HMI
(Interface Homem – máquina)
Exemplos de constituintes
de automatismos
Instalação
Constituintes de automatismos
A máquina ou a instalação
É o sistema que deve ser automatizado. Este sistema pode ser muito
complexo como uma cadeia de fabrico, uma unidade de produção ou uma
fábrica.
É igualmente possível automatizar os equipamentos mais simples como os
semáforos, um portão de garagem, uma piscina ou um sistema de irrigação.
Os sensores
Como o olho de um automobilista, um sistema automatizado deve possuir
equipamentos que darão as informações sobre o seu ambiente. São os
sensores:
•Sensores de nível
•Sensores de temperatura
•Sensores de passagem
Por exemplo, para a detecção de um automóvel numa portagem de autoestrada, utilizaremos um sensor fotoeléctrico.
Constituintes de automatismos
Os accionadores
Os accionadores permitem efectuar as acções no sistema.
São as bombas, os cilindros, os motores...
O comando de potência ou pré-accionadores
Para transmitir a energia necessária aos accionadores e
servir de intermediário com o sistema de tratamento de
dados, são necessários equipamentos específicos, que
são os sistemas de comando de potência: contactores,
disjuntores, relés...
Constituintes de automatismos
Os sistemas de tratamento de dados
O cérebro da instalação é o sistema de tratamento de dados.
Depois de realizado com a ajuda de relés e de contactores auxiliares, ele é
agora composto de autómatos programáveis.
O diálogo Homem/Máquina
Todo o sistema automatizado deve ser vigiado ou controlado pelo homem.
Para isso são necessários equipamentos tais como:
•Os botões
•Os terminais de diálogo
•Os ecrãs
Tecnologia cablada ou programada
Características da tecnologia cablada
O funcionamento da instalação é definido pela
cablagem entre os diferentes constituintes (relés,
temporizadores, relógios...).
Quanto mais complexa for a instalação, mais
complexa é a cablagem.
Para cada modificação de funcionamento, é
necessário modificar a cablagem o que acarreta
a paragem do processo de fabrico.
Tecnologia cablada ou programada
Características da tecnologia programada
O funcionamento da instalação é definido por um programa executado
de maneira cíclica por um autómato programável.
Para cada modificação de funcionamento, basta modificar o
programa. Não é necessário cablar uma nova temporização ou um
novo relé auxiliar, é um programa que o substitui. Desta forma, a
flexibilidade é grande e o custo final é baixo.
Um só aparelho (PLC), sem cablagem entre os módulos, unicamente a
ligação aos sensores (entradas do autómato), aos accionadores (saídas
do autómato) e à alimentação.
Tecnologia cablada ou programada
Vantagens da tecnologia programada
Menos constituintes: O autómato programável substitui todos os relés
auxiliares, os temporizadores ou os relógios: importante ganho de
volume mas também mais fiabilidade pois não há peças mecânicas no
cérebro do automatismo.
As únicas ligações são: a alimentação do autómato, os sensores e os
accionadores.
Mais flexibilidade: O programa é uma sucessão de instruções que se
pode escrever e modificar facilmente com a ajuda de um terminal de
programação. Pode mesmo duplicar o programa facilmente se precisar de
realizar automatismos idênticos.
Mais fácil de testar e de reparar: Na face frontal do autómato
geralmente encontram-se sinalizadores luminosos que sinalizam: o
estado de funcionamento dos sensores (abertos ou fechados), o estado
dos accionadores (em serviço ou parados), o estado de funcionamento
do autómato.
O Autómato
O autómato programável (AP) ou Controlador Lógico
Programável (Programmable Logic Controller – PLC)
utiliza-se no comando de circuitos de automatismos.
É um equipamento electrónico, programado pelo
utilizador, com funcionamento cíclico.
Há autómatos compactos (integram no mesmo bloco todos
os elementos necessários ao seu funcionamento) e autómatos
modulares (são constituídos por diversos módulos que se
associam de forma a obter a configuração ideal para cada
aplicação).
Estrutura de um autómato programável
Programação
Dados dos sensores
Dados para os actuadores
O bus serve para fazer a comunicação entre todas as partes no seu
conjunto. É a ferramenta de diálogo interno do autómato.
Estrutura de um autómato programável
A unidade central ou processador
A unidade central chamada também de
processador constitui o cérebro do autómato.
É ela que:
•Lê os valores dos sensores.
•Executa o programa com os dados contidos na
memória.
•Escreve as saídas ligadas aos accionadores.
A memória
A memória do autómato contém o programa a
executar mas também os dados utilizados por esse
programa (valores de temporizadores,
monoestáveis, contadores...).
É o local onde são armazenadas todas as
informações contidas no autómato. Sem memória,
um autómato não pode funcionar.
Estrutura de um autómato programável
A interface entrada/saída
A interface entrada/saída permite não só transferir para o autómato o estado
dos sensores, mas também enviar as ordens para os accionadores, por exemplo
os relés, os contactores...
A alimentação
Os autómatos podem ser alimentados a 24Vdc ou 230Vac. Quando são
alimentados a 24Vdc a fonte e alimentação é externa. Quando a alimentação é
de 230Vac são ligados directamente à rede eléctrica e têm uma fonte de
alimentação interna
O módulo de comunicação
O autómato constitui o cérebro do automatismo, ele contém um programa que
descreve as acções a efectuar.
Esse programa realizado no computador, deve ser transferido para o
autómato, é o trabalho deste módulo.
Nalguns autómatos o módulo de comunicação é interno, ele só é
visível pelo seu ligador.
Bits e Words
Um bit é a zona em memória que pode ter dois valores: 0 ou 1.
Uma word é a zona em memória que contêm um valor numérico.
Ela é utilizada para reter uma duração de temporização, um valor de
contagem...
A memória do autómato pode conter dados ou um programa.
Ela pode ser de dois tipos: RAM ou ROM. A memória RAM pode ser
escrita ou lida, a memória ROM só pode ser lida.
As entradas e saídas constituem as ligações físicas do autómato com o
exterior. Para nós, são simples terminais de ligação mas para o
autómato, é um sistema que:
Transforma um sinal eléctrico num estado lógico (0 ou 1) para as
entradas.
Transforma um estado lógico (0 ou 1) num sinal eléctrico para as saídas.
Funcionamento do autómato
SENSORES
PROCESSO
ACTUADORES
AUTÓMATO
Variáveis externas
de entrada
(digitais ou analógicas)
PROGRAMÁVEL
Variáveis internas
Variáveis externas
de saída
(digitais ou analógicas)
Os sinais que o autómato recebe dos sensores, que fornecem as informações
ao programa chamam-se variáveis externas de entrada.
Os sinais que o autómato fornece aos actuadores, que actuam sobre a parte
operativa da instalação denominam-se variáveis externas de saída.
Os sinais que o autómato utiliza como resultado das operações aritméticas e
lógicas efectuadas pelo programa, chamam-se variáveis internas.
Funcionamento do autómato
Digitais
Variáveis externas
de entrada
Variáveis externas
de saída
tudo ou nada
(1 ou 0, ligado ou
desligado)
Parte de comando
por exemplo um
interruptor de fim de
curso.
Parte de potência
por exemplo um motor
eléctrico.
Analógicas
(a variação é contínua)
Parte de comando
por exemplo o valor
fornecido por um sensor de
temperatura.
Parte de potência
por exemplo a regulação da
velocidade de um motor.
O que é um ciclo de programa?
Logo que executamos um
programa, o autómato vai
efectuar ciclicamente
estas três fases:
Fase 1: Leitura do estado
das entradas
Fase 2: Execução do
programa
Fase 3: Activação ou
desactivação das saídas
Ao terminar a Fase 3, o
autómato volta à Fase 1 e
assim sucessivamente.
O tempo de ciclo (scan) de um autómato, com leitura cíclica,
corresponde ao tempo decorrido entre a leitura das entradas e a
actualização das saídas.
O que é um programa?
Um programa é uma sucessão ordenada de instruções (numa
linguagem que o autómato entenda) que indicam ao processador as
operações a efectuar.
Cada fabricante de autómatos utiliza as suas mnemónicas
(abreviaturas das palavras que designam as instruções).
Esquema eléctrico
a
b
Exemplo de programa
s
Ler
o estado de a
Ler o estado de b
Se a ou b fechar então acende s
Se não apagar s
O que é a linguagem de programação?
O programa que vimos anteriormente deve ser escrito numa
linguagem compreensível para o processador, é a linguagem
de programação.
A linguagem de programação é uma linguagem reconhecida
pelo processador do autómato graças à qual são descritas as
instruções a efectuar.
Linguagens de programação mais utilizadas:
•Linguagem em lista de instruções (Instruction List – IL).
•Linguagem em diagrama de contactos (Ladder Diagram – LD)
A linguagem lista de instruções
Linguagem que consiste num conjunto de instruções
representadas por mnemónicas (abreviaturas das palavras
que designam as instruções), que indicam as operações que o
programa deve executar.
Exemplo:
a
s=a+b
b
s
Linha de programa Programa Instrução Mnemónica
Linha 0 LD a
Linha 1 OR b
Linha 2 ST s
Load
OU
Store
LD
OR
ST
Operando
a (variável de entrada)
b (variável de entrada)
s (variável de saída)
As variáveis de entrada “a”, “b” e de saída “s” serão substituídas pelos
códigos referentes às entradas e saídas dos respectivos autómatos.
A linguagem de contactos
Antes da tecnologia programada, existia (e ainda existe) a tecnologia
cablada. Para que a mudança entre estas duas tecnologias fosse o menos
complicada possível, foi criada uma linguagem próxima da cablagem
eléctrica. Trata-se da linguagem de contactos.
A linguagem de contactos gráficos é composta de contactos, de bobines e
de ligações entre esses elementos.
Circuito eléctrico Diagrama de contactos
Representam condições Contacto
lógicas de entrada
aberto
Contacto
fechado
Representam condições Bobina
lógicas de saída
Exemplo de linguagem de contactos
Eis um exemplo simples de linguagem de contactos. As duas entradas
do autómato ligadas sobre o botão a e b comandam a lâmpada ligada
sobre uma saída s do autómato.
A linguagem de programação, linguagem de contactos, é a imagem
de um esquema eléctrico.
Esquema eléctrico
a
b
s
Programa
Ler
o estado de a
Ler o estado de b
Se a ou b fechar
então acende s
Se não apaga s
Linguagem de
contactos
Programar o autómato
O computador é actualmente a forma mais utilizada para
programar o autómato.
Utilizando o computador, os autómatos podem ser
geralmente programados em diagrama de contactos ou
em lista de instruções.
Para esse efeito é necessário o software de programação e
um cabo de comunicação para ligar o autómato ao
computador. O software encarrega-se de efectuar a
conversão da linguagem de contacto para a linguagem
lista de instruções e vice-versa.
Textos e imagens
retirados do site da Schneider Electric
http://www.schneiderelectric.pt
Livro de apoio
Autómatos Programáveis
António Francisco
http://www.amsfrancisco.planetaclix.pt
Montagem técnica e pedagógica
Lucínio Preza de Araújo
http://www.prof2000.pt/users/lpa