AUTOMATOS_PROGRAMAVEIS_v4

Centro de Formao Profissional da Indstria Electrnica

AUTMATOS PROGRAMAVEISLus Magalhes


Automao - Histria

Autmatos Programveis

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Automao

Histria

A automao existe desde a pr-histria, com a inveno da roda para transportar materiais J nesta altura o Homem pensou em optimizar o esforo empregue na realizao de certas tarefas e trabalho do seu quotidiano.

Nota: Acredita-se que seus inventores foram os povos que habitavam a antiga Mesopotmia (5.500 AC ??? / 3500 a 3000AC)Autmatos Programveis 3


Automao

Histria

Pode-se dizer que a automao apareceu realmente com o incio da Revoluo industrial. Com a Revoluo Industrial, no sculo XVIII, comeou a utilizao de equipamentos e mquinas nas indstrias onde eram utilizadas para realizar tarefas que outrora eram manuais. A partir dessa poca em diante, as mquinas e equipamentos utilizados na indstria sofreram vrias melhorias e modificaes, sempre com o objectivo de tornarem a produo cada vez mais rpida, precisa e confivel.Autmatos Programveis 4


Automao

Histria

Por volta de 1788, alguns tipos de artefactos mecnicos, munidos de sistemas hidrulicos e pneumticos passaram a ser aplicados nas linhas de produo. Com esta utilizao conseguiu-se a reduo dos esforos dos operadores, como tambm o aumento da preciso no controlo do equipamento.


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Histria

Esses primeiros anos da Revoluo Industrial foram marcados por um impacto social muito grande, pois as mquinas realmente substituiram postos de trabalhos. S ficaram empregados aqueles que conseguiram adaptar-se a novas funes e ou os que apresentaram maior aptido para operar as mqunas.


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Produo em srie: Fordismo e a lgica de rels J no sculo XX, houve o incio da produo em srie, sobretudo das tcnicas desenvolvidas e aplicadas por Henry Ford nos estados unidos - bateu recordes de produo de automveis em menos tempo. Nesta poca, o controle dos processos era realizado atravs de gigantescos e elaborados circuitos lgicos controlados por dispositivos eletromagnticos (rels) . a famosa lgica de rels.


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Automao

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Apesar do grande avano na automao que a lgica de rels protagonizou tambm trouxe alguns incovenientes: Os sistemas com rel ocupavam imenso espao. A capacidade de trabalho com variveis analgicas era muito limitada. Na ocorrncia de um defeito, o diagnstico era muito demorado. O pessoal da manuteno poderia levar dias para encontrar uma bobina queimada ou um contacto defeituoso dentro do circuito.Autmatos Programveis 8


Automao

Histria

Apesar do grande avano na automao que a lgica de rels protagonizou tambm trouxe alguns incovenientes: Quando era necessrio mudar o comportamento do sistema (devido mudana no modelo do produto, por exemplo) era necessrio remendar o sistema e ou comear a fazer tudo do zero o que custava meses de trabalho.


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Histria


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Histria


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A eletrnica e os processadores Em meados da dcada de 50, sculo XX, com a evoluo da eletrnica e com o aperfeioamento das tcnicas e sistemas de medio e controlo, as indstrias comearam a trabalhar com equipamentos de controlo ou comando numrico. Surgiu ento o conceito de distribuio de salas de controlo. De notar que em 1947, Willian Shockley, John Barden e Walter Brattain descobriram o transistor, que um componente eletrnico utilizado nos processadores modernos.Autmatos Programveis 12


Automaosurgiram industriais, os

Histriaprimeiros computadores a ser

Com o aperfeioamento da eletrnica que comearam

utilizados na indstria a partir de 1961, quando tambm surgiram os primeiros robs industriais.


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A partir da, o crescimento dos sistemas de controlo e a modernizao de equipamentos atingiu uma velocidade espantosa, com o surgimento dos mini e microcomputadores, que ampliaram as possibilidades, passando a ser empregados em diversos ramos da instrumentao industrial. O emprego de computadores na indstria traduziu-se no aumento da produo e reduo de gastos, atravs da automao das mquinas.


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Os microprocessadores passam a integrar o processo devido s suas capacidades de tomar decises no controlo de uma mquina, tais como: lig-la deslig-la moviment-la ou movimentar partes da mquina sinalizar defeitos gerar relatrios operacionais.


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Dentro deste conceito, surgiram microcomputadores desenvolvidos especialmente para efectuar operaes e controlos lgicos sobre os equipamentos e com possibilidade de reprogramao de suas funes. Este microcomputador especial foi chamado de PLC (Programmable Logic Controller) ou em portugus, CLP (Controlador Lgico Programvel).


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O primeiro PLC surgiu em 1968 por Dick Morley, que trabalhava para a empresa Bedford Associates, que tinha (ganhou) uma solicitao da General Motors para desenvolver um sistema capaz de eliminar a infinidade de fios e rels utilizados para o controle de sua fbrica. Posteriormente essa empresa passou a chamar-se MODICON (Modular Digital Controller), que hoje propriedade da Schneider Electric, fabricante de equipamentos para automao industrial.


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Dick Morley com o seu modelo, o Modicon 084, o primeiro Controlador Programvel feito em srie. De notar a construo modular com placas encaixadas em bastidores.


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Algumas especificaes bsicas pedidas pela GM em 1968 na sua solicitao, que foi ganha pel GM: Reduo de custos. Reduo de dimenses em relao a um sistema equivalente em lgica cablada; Facilidade de programao e reprogramao Facilidade de manuteno e reparao, de preferncia utilizando mdulos plug-in;


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Automaopor:

Histria

Actualmente as caractersticas gerais de um automatismo passamBaixo custo e um vasto domnio de aplicaes; Instalao e manuteno simples e barata; Substituio directa de automatismos baseados em tecnologias cabladas; Linguagens de programao adaptadas aos automatismos e de simples percepo; Elevada flexibilidade: reprogramveis, modular, etc.; Adaptao a ambiente industrial, sendo robusto contra a humidade, choque, poeiras e rudo electromagntico.


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Automao

Porqu ???


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Automao - DefinioA automao industrial pode ser definida pelo conjunto de tecnologias relacionadas com a aplicao de equipamentos (mecnicos, electrnicos, baseados em computador, etc.) em sistemas industriais de produo, e que com ela conseguido um aumento de competitividade (em termos de custos, qualidade, disponibilidade e inovao).


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Automao - ObjectivosEm termos gerais, os objectivos a atingir poder-se-o enquadrar em dois grandes nveis: Segurana: Melhoria das condies de trabalho e de segurana de pessoas e bens. Polticas de Mercado. Aumento da competitividade global do produto e da empresa.


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AutomaoAo nvel da Segurana: A automao de um processo de fabrico veio reduzir ou anular a interveno humana em muitas tarefas: de perigo imediato (ex.: prensagem, corte, etc. ) mdio ou longo prazo (ex.: soldadura e pintura - inalao de gases)


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AutomaoAo nvel da Segurana: Por outro lado as tarefas menos perigosas mas extremamente repetitivas conduzem a estados de cansao, possveis geradores de situaes perigosas do ponto vista da segurana que se reflectem na qualidade do produto final.


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AutomaoAo nvel das Polticas de Mercado:Aumento da competitividade da empresa atravs da: Reduo de custos de pessoal: automao das mquinas (tem o seu custo...) ou com a automao do controlo e planeamento da produo. Reduo de custos de stock (intermdios e terminais): Controlo e planeamento da produo: Atingir stocks intermdios mantidos ao mnimo (stock zero), Disponibilidade de produtos (atraso zero), Optimizao de compras graas ao controlo de produo em tempo real, etc. Noo de operao JIT (Just In Time).Autmatos Programveis 26


AutomaoAo nvel das Polticas de Mercado:Aumento da qualidade dos produtos: Mquinas mais precisas do que o homem, o que garante melhores caractersticas de repetio (qualidade constante, no dependente de turnos particulares) Maior disponibilidade dos produtos: reduo do nmero de avarias. Aumento da evoluo: menos tempo necessrio para o projecto, planeamento e fabrico de novos produtos, associado utilizao de mquinas programveis aptas a desempenhar diferentes operaes. Aumento da flexibilidade da produo: resposta rpida s solicitaes do mercado e capacidade de operar diferentes variantes de produtos.Autmatos Programveis 27


AutomaoAs estratgias de produo visam um conjunto de objectivos, que na realidade corresponde a um s mais lato: O aumento da competitividade !!! A competitividade cria necessidades: Maior velocidade de execuo das tarefas; Menores tempos de paragem; Menor nmero de acidentes; Produtos com maior e mais uniforme qualidade;Autmatos Programveis 28


Automao: Tecnologia Cablada vs ProgramadaOs automatismos, de acordo com a sua tecnologia, podem-se classificar em dois grandes grupos: Tecnologias cabladas: Elctrica: Rels, Electrnica Fludica: Pneumtica, Hidrulica Tecnologias programadas: Autmatos Programveis; Microprocessadores; Microcomputadores.


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Automao: Tecnologia Cablada vs ProgramadaOs automatismos, de acordo com a sua tecnologia, podem-se classificar em dois grandes grupos: Tecnologias cabladas: Elctrica: Rels, Electrnica Fludica: Pneumtica, Hidrulica Tecnologias programadas: Autmatos Programveis; Microprocessadores; Microcomputadores.


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Automao: Tecnologia Cablada vs ProgramadaA tecnologia cablada recorre utilizao de rels electromecnicos e de blocos lgicos interligados entre si, o que apresenta algumas desvantagens: Complexidade de expanso Dificuldade de alterao nas funes a desempenhar Custos envolvidos na concepo do sistema de controlo Complexidade e dificuldade de manuteno em processos complexos


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Automao: Tecnologia Cablada vs ProgramadaCaractersticas da lgica programada: O funcionamento da instalao definido por um programa executado de maneira cclica por um autmato programvel. Para cada modificao de funcionamento, basta modificar o programa. No necessrio cablar novamente e ou acrescentar um ou mais rel auxiliares. Um s aparelho (PLC), sem cablagem entre os mdulos, unicamente a ligao aos sensores (entradas do autmato), aos accionadores (sadas do autmato) e alimentao.


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Automao: Tecnologia Cablada vs ProgramadaA tecnologia Programada, atravs da utilizao do PLC, substitui todos os rels auxiliares e temporizadores. Com isto ganha-se: em volume das instalaes, nomeadamente na parte de controlo do autonatismo mais fiabilidade pois no h peas mecnicas no crebro do automatismo. necessita apenas das seguintes ligaes: a alimentao do autmato os sensores os accionadores.Autmatos Programveis 33


Controladores Lgicos Programveis (CLP)Programmable Logic Controller (PLC)


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Autmato Programvel - PLCPLC Programmable Logic Controller ou Controlador lgico programvel Dispositivo electrnico e programvel, destinado a comandar e controlar, em ambiente industrial e em tempo real, processos produtivos. na realidade um computador especializado, baseado num microprocessador, que desempenha funes de controlo de diversos tipos e nveis de complexidade O PLC surgiu com o objectivo de substituir os sistemas de controlo, desenvolvidos em lgica cablada, vulgarmente utilizados na indstria.Autmatos Programveis 35


Autmato Programvel - PLCObjectivo inicial: Flexibilidade de controlo Programao e modularidade de funes Reduo do tempo de concepo e de instalao de sistemas de controlo.


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Autmato Programvel - PLCPanorama actual: Rpido crescimento do mercado Grande variedade de PLCs disponveis Sistemas de controlo previamente utilizados na indstria, se tornassem rapidamente obsoletos, principalmente devido ao facto de apresentarem pouca flexibilidade Actualmente, os autmatos programveis so os componentes fulcrais no desenvolvimento de aplicaes de automao industrialAutmatos Programveis 37


Arquitectura do PLC


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Arquitectura do PLCUnidade Central de Processamento (CPU) A unidade central chamada tambm de processador constitui o crebro do autmato. ela que: L os valores dos sensores. Executa o programa com os dados contidos na memria. Escreve as sadas ligadas aos accionadores.


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Arquitectura do PLCMemria A memria do autmato contm o programa a executar e os dados utilizados por esse programa (valores de variveis, de temporizadores, de contadores...). o local onde so armazenadas todas as informaes contidas no autmato.


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Arquitectura do PLCA interface Entrada/Sada A interface entrada/sada permite no s transferir para o autmato o estado dos sensores, mas tambm enviar as ordens para os accionadores, por exemplo para os rels, os contactores... A Unidade de Alimentao Os autmatos podem ser alimentados a 24Vdc ou 230Vac. Quando so alimentados a 24Vdc a fonte de alimentao externa. Quando a alimentao de 230Vac so ligados directamente rede elctrica e tm uma fonte de alimentao interna.Autmatos Programveis 41


Arquitectura do PLCO mdulo de comunicao O autmato constitui o crebro do automatismo, ele contm um programa que descreve as aces a efectuar. Esse programa realizado no computador, deve ser transferido para o autmato, o trabalho deste mdulo. Nalguns autmatos o mdulo de comunicao interno, ele s visvel pelo seu ligador.


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PLC - MdulosA Unidade de Alimentao


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PLC - MdulosMdulo do processador


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PLC - MdulosInterfaces de entradas digitais


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PLC - MdulosInterfaces de sadas digitais


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PLC - MdulosInterfaces de entradas analgicas


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PLC - MdulosInterfaces de sadas analgicas


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PLC - MdulosInterfaces de comunicao


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PLC - MdulosInterfaces de aplicaes especficas


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PLC

Aspecto Comercial


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Implementao de um automatismo com PLCEspecificaes da aplicao Descrio das funes do sistema automatizado Anlise das especificaes Estrutura Modo de aplicao Configurao do PLC Interfaces Parmetros


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Implementao de um automatismo com PLCDeclarao de dados Estruturao dos dados Definio das variveis Programao Codificao das especificaes


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Principios de Operao do PLC

Actua em: Valores Fsicos Produtos Slidos, Lquidos ou Gasosos Mquinas ou Processos Um ou mais PLC s controlados por interface Homem-Mquina


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Principios de Operao do PLC


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Principios de Operao do PLCParte de Comando (PC): 1 ou mais processadores processam os dados da Parte de Operao (PO) Interface Homem-mquina: Controlo do processo Parte de Operao (PO) Sensores e Actuadores: asseguram o interface entre PC e PO Sensores: Informam o estado da PO Actuadores: Alteram o estado da PO em funo das ordens geradas pelo PCAutmatos Programveis 56


Principios de Funcionamento do PLC


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Principios de Funcionamento do PLCOs sinais que o autmato recebe dos sensores, que fornecem as informaes ao programa chamam-se variveis externas de entrada. Os sinais que o autmato fornece aos actuadores, que actuam sobre a parte operativa da instalao denominam-se variveis externas de sada. Os sinais que o autmato utiliza como resultado das operaes aritmticas e lgicas efectuadas pelo programa, chamam-se variveis internas.Autmatos Programveis 58


Principios de Funcionamento do PLCSENSORES PROCESSO ACTUADORES

AUTMATO Variveis externas de entrada (digitais ou analgicas) PROGRAMVEL Variveis internas Variveis externas de sada (digitais ou analgicas)


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO - PLCLogo que executamos um programa, o autmato vai efectuar ciclicamente estas trs fases: Fase 1: Leitura do estado das entradas Fase 2: Execuo do programa Fase 3: Activao ou desactivao das sadas Ao terminar a Fase 3, o autmato volta Fase 1 e assim sucessivamente.


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BITS E WORDSUm bit a zona em memria que pode ter dois valores: 0 ou 1. Uma word a zona em memria que contm um valor numrico. Ela utilizada para reter uma durao de temporizao, um valor de contagem. A memria do autmato pode conter dados ou um programa. Ela pode ser de dois tipos: RAM ou ROM.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO - PLCO tempo de ciclo (scan) de um autmato, com leitura cclica, corresponde ao tempo decorrido entre a leitura das entradas e a actualizao das sadas.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO - PLCDigitaistudo ou nada (1 ou 0, ligado ou desligado) (a variao contnua)

Analgicas

Variveis externas de entrada

Parte de comando por exemplo um interruptor de fim de curso.

Parte de comando por exemplo o valor fornecido por um sensor de temperatura.

Variveis externas de sada

Parte de potncia por exemplo um motor elctrico.

Parte de potncia por exemplo a regulao da velocidade de um motor.


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BITS E WORDSA memria RAM pode ser escrita ou lida, a memria ROM s pode ser lida. As entradas e sadas constituem as ligaes fsicas do autmato com o exterior. Para ns, so simples terminais de ligao mas para o autmato, um sistema que: Transforma um sinal elctrico num estado lgico (0 ou 1) para as entradas. Transforma um estado lgico (0 ou 1) num sinal elctrico para as sadas.


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ARQUITECTURA PLCVariveis Internas


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ARQUITECTURA PLCVariveis externas


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ARQUITECTURA PLCVariveis de configurao, ajuste e diagnostico


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ARQUITECTURA PLCEndereamento de variveis de interface


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ARQUITECTURA PLCEndereamento de variveis de blocos de funes


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ARQUITECTURA PLCVariveis do Sistema


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ARQUITECTURA PLCCiclo do PLC:

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