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FIC – CLP (Controlador Lógico Programável)

Prof. Alexsander Furtado CarneiroContato:

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mailto:[email protected]

CLPCircuito de comando de uma partida Estrela Triângulo

Introdução a Automação

Qual a definição da Automação?

“... Qualquer sistema, apoiado a computadores, que substitui o trabalho humano, em favor da segurança das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produção ou da redução de custos, assim aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias, dos serviços ou bem estar ...” (Moraes e Castrucci, 2007)

Introdução a Automação

Onde vemos a presença da Automação?

A automação está presente em vários ambientes em que estamos presentes:• Nas residências : Lavadora de roupas, no portão eletrônico, micro-ondas, etc.• Na rua: Semáforo, controlador de velocidade, trens, etc.• No trabalho: Esteiras rolantes, robôs de solda, controle de temperatura, pressão e vazão, etc. • Lazer: DVD, vídeo games, em máquinas de refrigerantes, etc.

Sistemas de Controle

Sistema de Controle de Malha Aberta:

São aqueles em que a saída não exerce nenhuma ação de controle no sistema.Ex. Máquina de lavar roupa.


Os Sistemas de controle de malha fechada apresentam a característica de utilizar umsensor como sinal de realimentação.Ex. Controle de temperatura.


Baseado no sistema de controle de malha fechada temos diversas estratégias de controle.Dentre elas:Controle Liga e Desliga: O controlador compara o sinal de entrada (Set Point) com o da saída (PV), quando PV alcança o SP desliga o controle.


Controle Proporcional: O controlador entrega energia ao processo com valor proporcional à diferença entre o Set Point e o valor atual da grandeza ( PV ), esta diferença é chamada de erro.


Controle Integral: Esta estratégia de controle utiliza a operação matemática chamada integração, que produz uma saída nula quando não houver erro, ou um valor que será tanto maior quanto maior for o tempo de existência do erro. O valor de saída do controlador aumenta enquanto o erro existir, até atingir o valor máximo na saída, e quanto maior o erro mais rápido será este aumento.


Controle Proporcional e Integral: É a combinação das duas estratégias de controle anteriores, pois, a utilização do controlador integral elimina um dos problemas presentes no controle proporcional, que é o erro de regime constante


Controle Proporcional e Derivativo: Combinação entre o controle proporcional, já visto, e o derivativo. Este tem como base a operação matemática chamada de derivada. De forma simplificada, esta pode ser entendida como a taxa de variação do erro em relação ao tempo.

Sistemas de ControleControle Proporcional, Integral e Derivativo: a combinação da estratégia anterior com o controle integral. O resultado apresenta as vantagens dos três tipos de controladores, podendo cada uma das variáveis ser ajustada independentemente conforme as características do processo a ser controlado. Assim, obtém-se um controle com resposta rápida, com condição de minimizar o erro de regime permanente.

CLP

Essas ações de controle podem ser implementadas no Controlador Lógico Programável.Sendo este o principal controlador utilizado na industria.

CLP – HistóricoO primeiro CLP surgiu na industria automobilística americana ate então um usuário em potencial dos reles eletromagnéticos utilizados para controlar operações sequenciadas e repetitivas numa linha de montagem, especificamente na Hydromic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade existente para alterar-se a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem.

CLP – Histórico

Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que refletia os sentimentos de muitos usuários de reles, não só da industria automobilística como de toda a industria manufatureira.

CLP – HistóricoOs primeiros controladores surgiram baseados numa especificação resumida a seguir:• Facilidade de programação;• Facilidade de manutenção com conceito plug-in;• Alta confiabilidade;• Dimensões menores que painéis de Reles, para redução de custos;• Envio de dados para processamento centralizado;• Preço competitivo;• Expansão em módulos;• Mínimo de 4000 palavras na memória.

CLP – Histórico

A grande vantagem dos controladores programáveis era a possibilidade de reprogramação, permitindo transferir as modificações de hardware em modificações de software.

CLP – HistóricoLinha do Tempo Década de 60 - aumento de competitividade na industria, melhoria das linhas de produção. 1968 – Divisão Hydramatic (GM) define especificações de projeto para um PLC. 1969 – Bedford Associates (Modicon) desenvolve primeiro PLC, chamado MODICON 084. 1972 - PLCs incorporam funções de Temporização e Contagem.

CLP – Histórico1973- The "084" e melhorado e reintroduzido como "184". São introduzidas: Operações Aritméticas, manipulação de dados e comunicação com computadores. 1974 - Comunicação com Interfaces Homem maquina. 1975 - Modicon lança o "284", o primeiro controlador com um microprocessador e controle distribuído e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle continuo (PID). Maior capacidade de memória.

CLP – Histórico1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede de comunicações industrial, permitindo o interfaceamento de computadores e controladores. Graças a sua confiabilidade, Modbus se torna um padrão industrial. 1979/1980 Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de posicionamento. 1981 Comunicação em rede. 1982 Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs.

CLP – HistóricoAnos 90s ocorre uma gradual redução em novos protocolos e a modernização das camadas físicas dos protocolos mais populares dos anos 80. 1993 – E introduzido o padrão internacional IEC 1131-3 com a finalidade de unificar as linguagens de programação dos PLCs. 2000 - E criada a Automação Web para supervisão remota de processos com produção automatizada. A solução integra PLCs e outros componentes em uma arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web.

O que é um CLP ?De acordo com (Natale, 2003, p.11), o CLP “E um computador com as mesmas características conhecidas do computador pessoal, porem, (e utilizado) em uma aplicação dedicada [...]”

Definição segundo a ABNT: O CLP e um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

O que é um CLP ?

Entradas e Saídas

Entradas e Saídas

São módulos responsáveis pelo interfaceamento da CPU com o mundo exterior, adaptando os níveis de tensão e corrente e realizando a conversão dos sinais no formato adequado. Cada entrada ou saída de sinal é denominada de ponto. Esses módulos também são conhecidos como módulos de I/O.

EntradasMódulos de Entrada

Fazem a interface entre os elementos de sinais de entrada e o CLP.

EntradasMódulos de Entrada

Cada CLP pode receber um certo número de entrada. Alguns possibilitam a expansão das entradas. Cabe ao catalogo do fabricante indicar quantas entradas possui o seu equipamento.As entradas podem ser dividas em entradas digitais e analógicas.

EntradasEntrada digital

Esse tipo de entrada recebe somente dois valores: 0 ou 1, ligado ou desligado, verdadeiro ou falso.Os dispositivos de entrada digital funcionam essencialmente como chaves, enviando o nível lógico 0 (OFF) quando abertas e nível lógico 1 (ON) quando fechadas.

Entradas

Entrada digital

Exemplo de entrada digital e como ela é interpretada pelo CLP.O CLP trabalha com uma fonte de 24V para as suas entradas. Sendo que ela pode ser interna ou externa

EntradasAtividade prática

Realizar a montagem proposta.Utilizar:

1 Botão sem retenção1 Lâmpada1 Multiteste

Antes de apertar o botão, medir a tensão em cima da lâmpada.Apertar o botão e medir a tensão em cima da lâmpada.



2 Botão sem retenção1 Contator1 Lâmpada1 Multiteste

Antes de apertar o botão, medir a tensão em cima da lâmpada.Apertar o botão e medir a tensão em cima da lâmpada.



2 Botões sem retenção1 Contator1 Lâmpada1 Multiteste

Ligar a Fotocélula, medir a tensão em cima da lâmpada.Escurecer o sensor da fotocélula e medir a tensão em cima da lâmpada.

EntradasDispositivos de Entrada

Os dispositivos de entrada digital se caracterizam pelo seu estado de repouso.

Normalmente aberto

Normalmente fechado

EntradasCaracterísticas de saída dos sensores

Sensores com saídas digitais, para serem ligados nas entrada digitais. Possuem dois tipos de saída.

SaídasSaídas Digitais

Assim como a entrada admitem apenas dois estados. Ligado ou desligado.Nela podemos ligar diversos equipamentos.


As saídas digitais são divididas em três tipos básicos:

Saída digital a relé: Aciona cargas alimentadas por tensão tanto contínua quanto alternada. Imune a ruído. Baixa vida útil


Saída Digital a transistor: Utilizado para fontes de corrente contínua. Possui alta velocidade de comutação. Possui uma vida útil alta.


Saída Digital a TRIAC: Utilizado para fontes de corrente alternada. Possui alta velocidade de comutação. Possui uma vida útil alta.

Linguagem Ladder

A função principal de um programa em linguagem Ladder é controlar o acionamento de saídas, dependendo da combinação lógica dos contatos de entrada.

Linguagem LadderVamos iniciar o estudo desta linguagem de programação, baseado no programa da WEG TPW03-PCLINK V2.1

Linguagem Ladder

Iniciamos criando um novo projeto

Escolhemos o modelo do CLP

Linguagem Ladder

Aparece linha das entradas

Aparece a linha das saídas

Linguagem Ladder

Iniciamos inserindo uma entrada

E definimos uma saída

Linguagem Ladder

Entrada NA (normalmente aberta)

Entrada NF (Normalmente Fechada)

Linguagem Ladder

Saída NA (Normalmente Aberta)

Saída NF (Normalmente Fechada)

Linguagem Ladder

Instrução SET - Aciona uma saída e a mantém ligada

Instrução RST (reset) – Desliga a saída

Linguagem Ladder

Fazer o programa exemplo

Linguagem Ladder

Vamos simular.Para tanto, vá até o menu PLC e Simulate (U)

Linguagem LadderPara alterar as entradas clicamos duas vezes na mesma

Aparece o menu ao lado, nele podemos força a entrada ON, OFF ou alterar o estado

Linguagem Ladder

Após a simulação, vamos conectar com o CLP, através do menu PLC, Connect(C)

Aparece a tela de conexão, e apertamos o botão Link

Linguagem LadderVamos fazer uma atividade prática

Exercício 1O botão X0 Liga o sistema e a lâmpada passa 5 segundos ligada e 5 segundos desligada. Utilizar Y0 como saída.

Exercício 2Elabore um programa de CLP capaz de interromper automaticamente o funcionamento de uma esteira transportadora de peças. A parada se realiza sempre que um sensor ótico não detectar a passagem de uma nova peça num intervalo menor que 5 segundos. Oreligamento da esteira se dá pelo comando do operador em uma botoeira.

Exercício 3As condições de funcionamento são as seguintes: se o nível estiver em “a”, então fecha-se a válvula P. Se o nível for inferior a “b”, então abre-se a válvula P. Acima de “b”, M1 e M2 bombeiam. Abaixo de “b”, somente M1 bombeia. Abaixo de “c”, soa o alarme AL. Abaixo de “d”, nenhuma das bombas deverá funcionar.

ContadorO contador é acionado por uma das entradas.Faz a contagem conforme os pulsos da entrada.Pode fazer na subida ou na descida

Memória AuxiliarÉ utilizada para auxiliar na construção do programa.

Memória de Dados e Função MOV

A Função MOV é utilizada para o transporte de informações dentro do CLP e a memória de dados é utilizada para armazenar esses dados.

Sensores

São dispositivos que indicam uma mudança.Por exemplo:Presença ou ausência de um objeto ou material (detecção discreta)Uma mudança na distância, temperatura, cor (detecção analógica)

SensoresSensores com contato – são dispositivos que indicam a mudança através do contato direto com o objeto alvo.Ex: chave fim de curso, chave de emergência, encoder.

Sensores

Sensores sem contato – São dispositivos de estado sólido que criam um campo (elétrico, magnético) ou um feixe (luz – infravermelha, laser) e reagem a alterações a estes.Exemplos: indutivo, capacitivo, barreira de luz, ultrassônicos.

Sensores

Detecção Discreta: Esta responde a pergunta, “ O alvo está lá? “ o sensor produz uma resposta baseado na presença do alvo. Sim – nível alto, Não – nível baixo por exemplo.

Detecção Analógica: Esta responde as perguntas “Onde está?” ou “Quanto está?” fornecendo uma resposta continua. A saída é proporcional ao efeito do alvo no sensor. Ex. Sensor de temperatura, para 0 ºC o valor de saída é 0V e para 100 ºC é 10V.

Chave Fim de Curso

Dispositivo eletromecânico que consiste em um atuador mecânico conectado a um conjunto de contatos.Quando um objeto entra em contato com o atuador, o dispositivo altera o estado de repouso dos contatos.Na sua maioria as chaves fim de curso vem com um contato NA e outro NF.

Chave Fim de CursoUm exemplo de utilização da chave fim de curso é o portão de garagem.Agora desenvolva um programa utilizando CLP baseado no funcionamento do portão eletrônico.Chave A – Aberto (entrada X2)Chave B – Fechado (entrada X3)X0 – Aciona portãoX1 – Para portãoSaída Y0 – Liga motorSaída Y1 – Sentido do motor (0 fecha, 1 abre).

Sensores Indutivos

Estes sensores são dispositivos de estado sólido destinados a detecção de objetos metálicos.• Não estão sujeitos à avaria ou desgaste mecânicos.• Não são afetados pelo acúmulo de contaminantes taiscomo: pó, graxa, óleo ou fuligem, na face sensora.• Detectam tanto os metais ferrosos (que contêm ferro)quanto os não-ferrosos.• Seu princípio de funcionamento baseia-se na geração deum campo eletromagnético.

Sensores Indutivos

• Vantagens:1. Não são afetados pela umidade;2. Não são afetados pelos ambientes com poeira/sujeira;3. Sem partes móveis/sem desgaste mecânico;4. Não dependem de cor;5. Menor superfície dependente do que outras tecnologias sensoras;6. Sem zona cega.

Sensores Indutivos

• Desvantagens:1. Detectam somente a presença de alvos metálicos;2. A amplitude operacional é menor do que em outras tecnologias sensoras;3. Podem ser afetados por campos eletromagnéticos fortes.

Sensores Indutivos

Sensores CapacitivosDetecção capacitiva é uma tecnologia própria para detectar não metais, sólidos e líquidos. Pode detectar metais, porém o custo é mais elevado que o indutivo.Os sensores de proximidade capacitivos sãosemelhantes aos sensores de proximidade indutivos em tamanho, forma e conceito. Entretanto, enquanto os sensores indutivos usam campos magnéticos indutivos para detectar objetos, os sensores de proximidade capacitivos reagem às alterações do campo elétrico.

Sensores CapacitivosVantagens:1. Detectam metais e não metais, líquidos e sólidos2. Podem "ver através" de certos materiais (caixas de produto)3. Estado sólido, vida útil longa4. Diversas configurações de montagem

Sensores CapacitivosDesvantagens:1. Distância sensora curta (1 polegada ou menos) varia amplamente de acordo com o material a ser detectado;2. Muito sensível aos fatores ambientais - umidade em climas litorâneos podem afetar o resultado da detecção;3. Nem um pouco seletivo em relação ao alvo - o controle do que se aproxima do sensor é essencial.

Sensores Capacitivos

Sensores FotoelétricosPrincípio de Funcionamento:Todos os sensores fotoelétricos operam detectando uma mudança na quantidade de luz recebida por um detector de luz. A mudança na luz permite que o sensor detecte a presença ou a ausência do objeto, bem como seu tamanho, sua forma, sua capacidade refletora, opacidade, transparência ou cor.

Sensores FotoelétricosTipos:a) Tipo Barreira;b) Tipo Retro Refletido (com espelho prismático);c) Tipo Difuso;d) Com Fibra ótica (objetos pequenos e alta temperatura).

Sensores Fotoelétricosa) Barreira (Feixe transmitido)Neste modo de detecção, o emissor e o receptor de luz estão em invólucros separados. As duas unidades estão posicionadas em lados opostos de forma que a luz do emissor brilhe diretamente sobre o receptor. O feixe entre o receptor e a fonte de luz deve ser interrompido para a detecção do objeto.

Sensores Fotoelétricosb) RetrorefletidoUm sensor retrorefletido contém tanto o emissor quanto o receptor em um invólucro. O feixe de luz do emissor é propagado do refletor (ou de material refletivo especial) e detectado pelo receptor. O objeto é detectado quando intercepta esse feixe de luz.

Sensores Fotoelétricosb) Retrorefletido Polarizado– Os sensores retrorefletidos polarizados contêm filtros polarizadores em frente do emissor e do receptor que orientam a luz em um único plano. Esses filtros são perpendiculares ou ficam posicionados 90° fora de fase entre si.

Sensores Fotoelétricosc) DifusoNeste tipo é detectado um reflexo diretamente a partir do objeto.A superfície do objeto espalha a luz em todos os ângulos; uma pequena parte é refletida em direção ao receptor. Esse modo de detecção é denominado detecção difusa.

EntradasEntrada Analógica

Permite ao CLP manipular grandezas analógicas que são enviadas por sensores eletrônicos.


As grandezas tratadas pelo CLP são tensão e corrente.Temos as seguintes faixas de trabalho:

Tensão Corrente

0 a 10 Vcc0 a 5 Vcc1 a 5 Vcc-5 a +5 Vcc-10 a +10 Vcc

0 a 20 mA4 a 20 mA


Outra questão que deve ser analisada é a resolução da entrada, normalmente medida em bits. Os equipamentos em suas entradas analógicas dão a faixa de trabalho por ex:WEG TPW03 a entrada analógica em tensão de 0 a 10 Vcc a variação é de 0 a 4000.Ou seja se eu tenho uma leitura de 0 o valor na entra é zero. Se eu tenho uma leitura de 4000 a entrada é 10V

Programação

Softwares utilizados

WEGhttp://www.weg.net/files/products/WEG-software-de-programacao-do-controlador-tpw-03-pclink-2.1-software-english.zip

http://www.weg.net/files/products/WEG-software-de-programacao-do-controlador-tpw-03-pclink-2.1-software-english.zip



Programação

Omron

Programação Conceito de

programação ECA (Escreve – Copia –

Apaga)

Utilizado para evitar o uso de intertravamentos no CLP e para que o mesmo faça um passo de cada vez

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