SUPERVISÃO E
CONTROLE
OPERACIONAL DE
SISTEMAS
Prof. André Laurindo Maitelli
DCA-UFRN
Controladores Lógicos
Programáveis (CLPs)
CLP em um sistema SCADA
Definição
• É um equipamento digital que usa memória
programável para armazenar instruções que
implementam funções como: lógica,
sequenciamento, temporização, contagem e
operações aritméticas, para controlar através
de módulos de entrada e saída (digital e
analógica) diversos tipos de máquinas e
processos.
Histórico
• Sistemas
eletromecânicos:
baixa
confiabilidade, pouca flexibilidade e grande
consumo de energia
• 1968: divisão de hidramáticos da GM
• Década 70: microprocessadores deram
impulso ao CLP
• Década de 80: uso no Brasil
• Década de 90: grande evolução
Características do CLP
• Fácil diagnóstico de funcionamento ainda em fase
de projeto do sistema e/ou reparos que venham a
ocorrer em sua operação
• Pode ser instalado em cabines reduzidas devido ao
pequeno espaço físico exigido
• Operam com reduzido grau de proteção, pelo fato
de não serem geradores de faiscamentos
• Facilmente reprogramado sem a necessidade de
interromper o processo produtivo (programação
on-line)
Características do CLP
• Possibilitam a criação de um banco de
armazenamento de programas que podem ser
reutilizados a qualquer momento
• Baixo consumo de energia
• Maior confiabilidade pela menor incidência de
defeitos
• Flexibilidade da expansão do número de entradas
e saídas a serem controladas
• Capacidade de se comunicar com diversos outros
equipamentos
Aplicações na Indústria
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Painéis seqüenciais de intertravamento
Controle de malhas
Sistemas SCADA
Sistemas de controle de estações
Sistemas de controle de células da manufatura
Processos de: empacotamento, engarrafamento,
enlatamento, transporte e manuseio de materiais,
usinagem, geração de energia; em sistemas de controle
predial de ar condicionado, sistemas de segurança,
montagem automatizada, linhas de pintura e sistemas
de tratamento de água, existentes em indústrias de
alimentos, bebidas, automotiva, química, têxtil,
plásticos, papel e celulose, farmacêutica e
siderúrgica/metalúrgica
Exemplo: Comando de um
motor – antes do CLP
Exemplo: Comando de um
motor – depois do CLP
Diagrama de Blocos de um CLP
Componentes de um CLP
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Fonte de alimentação
CPU
Memória
Módulos de entrada e saída
Linguagens de programação
Dispositivos de programação
Módulos de comunicação
Racks
Módulos de um CLP
Componentes - Fonte
• Alimenta a CPU e demais dispositivos
• Converte AC em DC
• O CLP possui uma bateria interna
Componentes - CPU
Princípio de funcionamento:
Execução, por parte da CPU, de um programa
que realiza continuamente um ciclo de varredura,
com os seguintes passos:
a) Obtenção dos dados dos vários módulos de
entrada;
b) Execução das instruções do programa
c) Atualização das saídas, transferindo os dados ao
equipamento controlável através dos módulos de
saída
Componentes - CPU
Componentes - Memórias
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•
•
Do Programa Executivo: não-volátil
Do usuário:
De dados: controle do programa do usuário
Imagem das entradas e saídas: interligação
entre o CLP e os equipamentos
Memória do Programa Executivo
• O gerenciamento de todo o sistema
composto pelo CLP é efetuada através da
execução de um programa inserido nesta
parte da memória e, denominado de
programa executivo.
• Não-volátil
• Responsabilidade
do
fabricante
do
equipamento
Memória do Usuário
• Armazena o programa do usuário
• Contém alguns Kbytes de palavras-livres
que serão processadas pela CPU
• A cada ciclo, a CPU processa este
programa, atualiza a memória de dados
internos e as imagens das entradas e saídas
Memória de Dados
• Nesta área se encontram dados referentes ao
processamento do programa do usuário
Memória Imagem das Entradas e
Saídas
• Área de memória reservada para a
interligação entre Controladores Lógicos
Programáveis e os equipamentos
• Esta memória é a imagem real das entradas
e saídas do CLP
Componentes: Módulos de
Entradas e Saídas
• Realizam a conexão física entre a CPU e o
mundo externo, através de circuitos de
interfaceamento
Módulos de Entrada
• Os módulos de entradas tem que ser seguros
contra destruição das entradas por excesso
ou alimentação de tensão indevida; e devem
possuir filtros de supressão para impulsos
parasitórios
Módulos de Saída
• Os módulos de saída devem ser
amplificados e possuir proteção contra
curto-circuito
• Os módulos de entradas e saídas podem ser
subdivididos em dois grupos distintos:
digitais (discretos) e analógicos
(numéricos).
Entradas e Saídas Digitais
• São os tipos de sinais mais comuns
encontrados em sistemas automatizados
com CLP. Nestes tipos de interface a
informação consiste em um estado binário
da variável de controle (ligado ou
desligado)
Exemplos
• Entradas digitais: chaves seletoras,
sensores fotoelétricos, chaves de fim de
curso, sensores de proximidade, etc
• Saídas digitais: alarmes,
lâmpadas, solenóides, etc
ventiladores,
Interface típica para entrada de
sinais em CA/CC
Interface típica para saída de
sinais em CA
Entradas e Saídas Analógicas
• A diferença básica com relação às entradas
e saídas discretas é que aqui mais de um Bit
deverá ser manipulado, seja paralelamente
(todos ao mesmo tempo) ou serialmente
(um Bit de cada vez), a fim de se controlar a
grandeza física do processo em questão.
Exemplos
• Entradas Analógicas: transdutor de
temperatura, pressão, transdutores óticos, de
umidade, de fluxo, conversor D/A, etc
• Saídas Analógicas: válvula analógica,
acionamento de um motor, atuador
analógico, etc
Interface típica para entrada/saída
de sinais analógicos
Módulos de Comunicação
• São responsáveis principalmente pela
ligação do CLP com os seus periféricos:
terminais
de
vídeo,
impressoras,
instrumentos
digitais
e
quaisquer
instrumentos que possam se comunicar
através de portas seriais tipo RS-232.
• Podem ser: ASCII, Adaptador de E/S
Remotas, Serial e Interface de Redes.
Módulos de Comunicação ASCII
• São usados para enviar e receber dados
alfanuméricos de equipamentos periféricos
para o controlador
• Geralmente este módulo possui processador
e memória próprios que executam as tarefas
de transferência de dados
Módulos Adaptadores de E/S
Remotas
• São usados em controladores geralmente de
grande porte e permitem a instalação de
sistemas de E/S localizados a distancias
maiores da CPU principal
• Os subsistemas de E/S são geralmente
conectados usando uma configuração serial
ou estrela
• A comunicação pode ser feita através de par
trançado, cabo coaxial ou fibra óptica.
Elos de Comunicação em Rede
• Para executar estas tarefas de comunicação, os
fabricantes de CLP implementaram módulos de
comunicação que permitem a integração de um
CLP a outros CLPs e a computadores corporativos
• Estes módulos geralmente adotam padrões de
comunicação em rede como Ethernet ou
proprietárias que permitem a troca de informações
entre computadores
e
os
controladores
programáveis
Elos de Comunicação em Rede
• Os módulos de rede hoje oferecidos pelos
fabricantes permitem opções como a de
execução de controle distribuído, onde
vários controladores de pequeno porte
controlam células de produção
• Estas células interligadas via rede podem ter
sua operação supervisionadas por estações
baseadas em microcomputadores ou
computadores
Rack do CLP
• A base ou rack é responsável pela
sustentação mecânica dos elementos que
compõem o CLP
• Contém o barramento que faz a conexão
elétrica entre eles, no qual estão presentes
os sinais de dados, endereço e controle
necessários para que a CPU e os módulos
de entrada/saída possam operar
Linguagens de Programação
Introdução
Linguagens de Programação de
CLPs
• As linguagens de programação permitem
aos usuários se comunicar com o CLP
através de um dispositivo de programação e
definir as tarefas que o CLP deve executar.
• As linguagens mais usadas são:
- Diagrama de Contatos (Ladder Diagram)
e
- Lista de Instruções (Statement List)
LADDER
• É um diagrama de relés cujos
representam:
- contatos normalmente abertos
- contatos normalmente fechados
- saída, representando a bobina
símbolos
-| |-| / |-( )-
Exemplo
S1
S2
Y1
-------[ ]------[ / ]-------------------( )-------• Se a entrada S1 for verdadeira e a entrada
S2 for falsa, a saída Y1 será ativada
Exemplo: Comando de um Motor
Exemplo de Aplicação - Estampador
de Peças
Entradas
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S1: sensor de final de curso do cilindro 1
S2: sensor de final de curso do cilindro 2
S3: sensor de final de curso do cilindro 3
FS: foto-sensor de peça
PTD: chave de partida
Saídas
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•
EV1: eletroválvula de comando do cilindro 1
EV2: eletroválvula de comando do cilindro 2
EV3: eletroválvula de comando do cilindro 3
EV4: eletroválvula para ar comprimido
Dispositivos de Programação
• A programação de CLPs é realizada através
de dispositivos de programação separados
que são compartilhados por vários CLPs de
uma instalação
• Pode ser : off-line ou on-line
• O uso de PCs como ferramenta de
programação tem grande aceitação
Dispositivos de Programação