Control Ad Or l Gico Program Vel

8/3/2019 Control Ad Or l Gico Program Vel

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CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL CLP

A Automao Predial ou Residencial j uma realidade nos dias de hoje. Com

a sua histria advinda das indstrias, vem sendo utilizadas ao longo de todas

as cadeias de processos. A Automao Industrial no demorou muito a chegar

em prdios at galgar as residncias.

O dispositivo mais utilizado e que tornou possvel este tipo de sistema foi oCLP (Controlador Lgico Programvel). O CLP surgiu na dcada de 60.Ainda existem muitas empresas do ramo da indstria de automao que

possuem pouca experincia com eles. A grande vantagem desse dispositivoesta na possibilidade de reprogramao sem necessidade de realizarmodificaes de hardware. Mais o que impulsionou a sada da automao dasindstrias para os prdios e residncias foi a popularizao e odesenvolvimento dos computadores pessoais. De fato, atualmente o que se

busca a conectividade entre os diversos dispositivos que integram umsistema automatizado e os computadores pessoais.

O CLP comeou a ser usado no ambiente industrial desde 1960 embora aindaexistem muitas empresas do ramo da indstria de automao que possuem

pouca experincia com eles. A grande vantagem dos controladoresprogramveis a possibilidade de reprogramao, motivo pelo qualsubstituram os tradicionais painis de controle a rels. Esses painisnecessitavam de modificaes na fiao cada vez que se mudava o projeto, o

que muitas vezes era invivel, tornando-se mais barato simplesmentesubstituir todo painel por um novo. Os CLPs permitiram transferir asmodificaes de hardware em modificaes no software.

A General Motors, em meados de 1969, surgiu com os primeiroscontroladores baseados numa especificao resumida a seguir:


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Facilidade de programao;

Facilidade de manuteno com conceito plug-in;

Alta confiabilidade;

Dimenses menores que painis de Rels, para reduo de custos;

Envio de dados para processamento centralizado;

Preo competitivo;

Expanso em mdulos;

Mnimo de 4000 palavras na memria.

A partir da dcada de 70, com a incluso de microprocessadores dentro doscontroladores, eles passaram a se chamar de Controladores Programveis(CLPs), dez anos a frente na dcada de 80, suas funes foram aperfeioadas e

passaram a utilizar a rede de comunicao de dados. (MORAIS eCASTRUCCI, 2001).

De acordo com (NATALE, 2004, p.11), o CLP um computador com asmesmas caractersticas conhecidas do computador pessoal, porm, [

utilizado] em uma aplicao dedicada [...]. Segundo a ABNT (AssociaoBrasileira de Normas Tcnicas), o CLP um equipamento eletrnico digitalcom hardware e software compatveis com aplicaes industriais.

O NEMA (National Electrical Manufactures Association), considera um CLPum aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria programvel paraarmazenar internamente instrues e para implementar funes especficas,tais como lgica, seqnciamento, temporizao, contagem e aritmtica,controlando, por meio de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de

mquinas ou processos.De forma geral, os controladores lgicos programveis (CLPs) soequipamentos eletrnicos de ltima gerao, utilizados em sistemas deautomao flexvel. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lgica

para acionamento das sadas em funo das entradas. Desta forma, pode-se


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utilizar inmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de sada desinal (cargas).

Funcionamento do CLP

O funcionamento de um CLP corresponde a trs etapas distintas, as quais so:entradas, processamento e sadas. Essas etapas so ilustradas na figura 1(SILVA FILHO, 2000). Com essa finalidade o CLP possui uma arquitetura

bastante conhecida baseada em microcontroladores e microprocessadores.

Figura 1. Estrutura bsica de funcionamento de um CLP

O hardware de um CLP formado por 3 unidades distintas, as quais so: fontede alimentao, CPU (Unidade Central de Processamento, e interfaces de

entrada e sadas ou I/O), e interfaces de I/O. Cada unidade que compe umCLP responsvel pelo seu funcionamento.

Fonte de Alimentao: A alimentao de energia do CLP utiliza uma

fonte chaveada e uma nica tenso de sada de 24 V. Esse valor j

utilizado com a finalidade de alimentar os mdulos de entrada e

sada de dados e a CPU ao mesmo tempo. Outra caracterstica

importante que normalmente as mquinas industriais, funcionam

com essa tenso por ser bem menos suscetvel a rudos. Outro pontodestacvel, que essa tenso j compatvel com o sistema de

comunicao RS-232.


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CPU: Segundo MORAES E CASTRUCCI (p.31, 2001),

responsvel pela execuo do programa do usurio, atualizao da

memria de dados e memria-imagem das entradas e sadas.

Inicialmente com a 2 gerao de CLP (barramento de dados,endereo e controle), a CPU era constituda por um

microcontrolador. A opo por microcontroladores baseava-se pelo

custo-benefcio, facilidade de manuseio, e tambm pela baixa

complexidade dos softwares. Com exceo dos CLPs de pequeno

porte, geralmente, os CLPs apresentam um microprocessador na

forma de um CI (Circuito Integrado) dedicado.

Interfaces de I/O: As entradas e sadas de um CLP podem ser

divididas em duas categorias: as analgicas e digitais. Na figura 2

so ilustrados estes dois modelos de interfaces I/O (DAHER, 2003).

Figura 2. Interfaces de I/O digitais e analgicas.

Existem diversos tipos de mdulos de entrada e sada que se adaptam asnecessidades do sistema a ser controlado. Os mdulos de entrada e sadas socompostos de grupos de bits, associados em conjuntos de 8 bits (1 byte) ouconjuntos de 16 bits, de acordo com o tipo de CPU.

As entradas analgicas so referentes aos dispositivos que trabalham comgrandezas analgicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa,


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presso, entre outras. Para que a CPU trabalhe com esses valores analgicos necessrio que essas entradas sejam convertidas usando conversores A/D(analgico para digital).

Operacionalmente, a CPU l os dados de entradas dos dispositivos de campoatravs dos mdulos de entrada, e ento executa, ou realiza os controles de

programa que tinham sido armazenados na memria. Os programasnormalmente so escritos na linguagem LADDER, a qual assemelha-se muitoa um esquema eltrico baseado em rels. Os programas so colocados namemria da CPU em forma de operaes lgicas, aritmticas etc. Baseadonesses programas o CLP escreve ou atualiza o estado das sadas atuando nosdispositivos de campo (cargas). Este processo, conhecido como ciclo deoperao, continua na mesma seqncia sem interrupes. A figura 3 ilustra ociclo de operao de um CLP (SILVA FILHO, 2000).

Figura 3. Ciclo de processamento de um CLP.

Como foi visto, o CLP formado por uma fonte de alimentao, uma CPU, einterfaces de I/O, porm pode-se consider-lo como uma pequena caixacontendo centenas ou milhares de rels separados, tais como contadores,temporizadores e locais de armazenamento de dados, ver figura 4 (SILVA


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FILHO, 2000). Na verdade o que ocorre que o CLP simula essasfuncionalidades, utilizando os registradores internos da CPU,

Figura 4. Funcionalidades de um CLP.

Onde: Rels de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo.

Existem fisicamente e recebem sinais de interruptores, sensores etc.

Normalmente no so rels e sim transistores munidos de isolamento

ptico. No caso do CLP TP-02 da WEG Automao, o smbolo na

linguagem LADDER que representa este tipo de rel a letra X;

Rels de utilidade interna (contatos): No recebem sinais do mundoexterno e no existem fisicamente. So rels simulados que permitem

eliminar rels de entrada externos (fsicos). Tambm h alguns rels

especiais que servem para executar s uma tarefa, como rels de pulso,

temporizadores etc. Outros so acionados somente uma vez durante o

tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente so usados para

inicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o

smbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de rel a

letra C;

Contadores: Estes no existem fisicamente. So contadores

simulados e podem ser programados para contar pulsos. Normalmente,


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estes contadores podem contar para cima (incrementar), ou abaixo

(decrementar), ou ambos. Considerando que so simulados, os

contadores esto limitados na velocidade de contagem. Alguns

fabricantes tambm incluem contadores de alta velocidade baseados emHardware, podendo ser considerados como fisicamente existentes.

Temporizadores (Timers): Estes tambm no existem fisicamente. O

mais comum o tipo com Retardo no Ligamento. Outros incluem

Retardo no desligamento e tipos retentivos e no-retentivos. Os

incrementos variam de um mili-segundo at um segundo;

Rels de sada: Estes possuem conexo com o mundo externo eexistem fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenides, luzes,

etc., podem ser transistores, Rels ou Triacs, dependendo do modelo de

CLP. No caso do CLP TP-02, o smbolo na linguagem LADDER que

representa este tipo de rel a letra Y;

Armazenamento de dados: Normalmente h registros designados

simplesmente para armazenar dados. Eles so usados comoarmazenamento temporrio para manipulao matemtica ou de dados.

Podem ser usados quando houver ausncia de energia no CLP.

Programao

A lgica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar as suassadas programvel. possvel desenvolver lgicas combinatrias, lgicasseqenciais e tambm uma composio das duas, o qual ocorre na maioria dasvezes.


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Como j mencionado na introduo as indstrias utilizavam painis paradesempenhar os mesmos papis que realizam hoje as linguagens de

programao, padronizadas pela norma IEC 1131-3, fazem. Segundo IEC 1131-3 (MORAES E CASTRUCCI, 2001), ela classifica as linguagens de

programao conforme a tabela 1:

Tabela 1 Norma IEC-1131-3.

Classes Linguagens

Tabulares Tabela DecisoTextuais IL (Lista de Instrues)

ST (Texto Estruturado)Grficas LD (Diagrama de Rels)

FBD (Diagrama de Blocosde Funes)

SFC (Carta de FluxoSeqencial)

Conforme NATALE (2000, p.29), Automatizar um sistema significa fazeruso de funes lgicas, representadas, por sua vez, por portas lgicas que

podem ser implementadas, [...] fazendo uso de componentes,independentemente do nvel de sua tecnologia [...]..

O CLP TP-02 utiliza a linguajem LADDER ou LD conforme a norma IEC 1131-3 acima. Segundo MORAES E CASTRUCCI (2001), A LinguagemLadder ou como o autor cita Linguagem de Diagrama de Contatos(LADDER Diagram), originou-se dos diagramas eltricos em LADDER(Escada), cuja origem provem da Lgica de Rels, ver tabela 2.

Tabela 2 Instrues para a Linguagem Ladder

Instrues Representao

Contato NormalmenteAberto

-| |-

Contato Normalmente -|/|-


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FechadoBobina -( )-Bobina Inversa(acionada desenergizada)

-(|)-

Bobina Set -(S)-Bobina Reset -(R)-Bobina de Memorizao(mantm o estado)

-(M)-

Bobina de Set daMemria

-(SM)-

Bobina de Reset daMemria

-(RM)-

Bobina de Deteco deBorda de Subida

-(P)-

Bobina de Deteco deBorda de Descida

-(N)-

Lgica Matemtica e Binria

Segundo SILVA FILHO (2000a, p.9) [...] a lgica matemtica visa facilitaras ambigidades da linguagem natural, devido a sua natureza subjetiva e,

portanto uma ferramenta muito til na lgica do raciocnio. Para evitar essasdificuldades, criou-se uma linguagem lgica artificial.

Como a lgica binria possui apenas dois valores: 0 e 1. Com a utilizaodestes dois smbolos construmos a base numrica binria. Assim, foramcriadas as portas lgicas, que so circuitos utilizados para combinar nveislgicos digitais de formas especficas. A figura 5 ilustra a relao entre as

portas lgicas bsicas e a linguagem LADDER.


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Figura 5. Representao das funes lgicas bsicas.

A linguagem LADDER permite desenvolver lgicas combinacionais,seqenciais ou ambas. Utiliza como operadores para estas lgicas: entradas,sadas, estados auxiliares e registros numricos. A figura 6 ilustra os principaissmbolos da programao.

Figura 6. Principais smbolos de programao.

Para entendermos a estrutura da linguagem vamos adotar um exemplo bemsimples: o acionamento de uma lmpada L a partir de um boto Liga/Desliga.

Na figura 7 temos o esquema eltrico tradicional, o programa e as ligaes noCLP. Para entender o circuito com o CLP, pode-se observar o programadesenvolvido para acender a lmpada L quando for acionado o boto B1.

Figura 7. Acionamento de uma lmpada.

O boto B1, normalmente aberto, est ligado a entrada X1 e a lmpada ligada sada Y1. Ao acionarmos B1, X1 acionado e a sada Y1 energizada. Casofor desejado que a lmpada apague quando for acionado B1, bastaria trocar o


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contato normalmente aberto por um contato normalmente fechado naprogramao do CLP, o qual seria representado pela funo NOT.

Micro CLP

Outra tendncia de mercado atual o uso do CLP para tarefas simples. Isto ,

em aplicaes nas quais necessrio automatizar um processo com poucos

passos de programao, bem como com poucas entradas e sadas. Diversos

fabricantes entraram nesse mercado atravs do lanamento de CLPs de

pequeno porte, de programao simples e baixo custo. A figura 8 ilustra o

Micro-CLP Clic, da WEG, o qual constitui um exemplo clssico desseequipamento.

Figura 8. Clic - Microcontrolador Programvel.

Atualmente, existe uma forte tendncia utilizao de pequenos controladores

programveis para controlar processos locais, os quais se comunicam com

outros controladores e com Sistemas Supervisrios, formando uma rede de

automao. Assim, possvel descentralizar o controle industrial, evitando

que algum problema interrompa o funcionamento de toda a planta. Os

sistemas supervisrios rodam em computadores tipo PC e permitem monitorar

o estado de um processo, visualizando na tela do PC o estado das entradas,


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sadas, registradores, etc. Esemplos de programas supervisrios so o FIX

(verses SCADA e MMI), InTouch, Genesis, entre outros.

Consideraes de projeto

Para adequar um Controlador Lgico Programvel (CLP) a um sistema ou auma mquina necessrio verificar o nmero de pontos de entrada, o nmerode pontos de sada, a velocidade de processamento e os tipos de entradas esadas (sensores e atuadores) necessrios aplicao.De fato, os Controladores Lgicos Programveis, como todas as ferramentasde automao, esto em constante desenvolvimento, no sentido da reduo de

custos, da dimenso fsica, do aumento da velocidade, da facilidade decomunicao, e tambm no aperfeioamento interfaces mais amigveis.

A flexibilidade dos CLPs indica que, as alteraes lgicas podem ocorrer comgrande facilidade, sem que sejam necessrias alteraes doHardware ouincluso de componentes eletrnicos ou eltricos. Esta a principalcaracterstica dos sistemas de automao flexveis e o que faz dos CLPsferramentas de grande aplicao nas estruturas de automao.

Alm da linguagem de contatos, existem outras formas de programaocaractersticas de cada fabricante. Pode-se concluir ento que os projetos deautomao e controle envolvendo CLPs reduzem o trabalho dedesenvolvimento deHardware dos circuitos lgicos do acionamento, bemcomo os dispositivos e potncia para acionamento de cargas e dos atuadores,uma vez que possvel escolher mdulos de sada j prontos, adequados aotipo de carga que se deseja acionar.

A utilizao do CLP contempla, por conseguinte, alguns passos genricos:

Definio da funo lgica a ser programada;

Transformao desta funo em programa assimilvel pelo CLP;

Implementao fsica do controlador e de suas interfaces com o

processo.


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REDES INDUSTRIAIS

Cabe destacar que nas aplicaes industriais ou prediais o que se busca a

conectividade entre os dispositivos do sistema. Isto pode ser constatado

atravs de diversas topologias existentes. De fato a conexo entre os CLPs

pode ser do tipo barramento, onde todos os equipamentos esto ligados

mesma linha fsica, ou tipo anel, onde a conexo entre os equipamentos feita

um a um. No caso de anel, o mesmo pode ser fechado (o ltimo dispositivo

liga no primeiro) ou aberto. Existem ainda outras topologias, no abordadasneste documento. A figura 9 ilustra a conexo entre o CLP e diversos

dispositivos usando o barramento conhecido como Mestre-Escravo.

Figura 9. Barramento Mestre-Escravo usando o CLP TP02 (WEG).


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- TP02 (proprietrio)- MOdbus

SOFTWARE SUPERVISRIO

Com o surgimento do PC, segundo SEIXAS FILHO (2000,p.1) [...] sumiramas mesas de controle e o PC passou a reinar como a plataforma preferida desuperviso e operao [...]. Os softwares SCADA apareceram em diversostamanhos, [...] com diversos repertrios de funcionalidades.

Os softwares SCADA so chamados de sistemas supervisrios. Tem porobjetivo ilustrar o comportamento de um processo atravs de figuras egrficos, tornando-se assim, uma interface objetiva entre um operador e o

processo.

Segundo OGATA (1997), o software supervisrio deve ser visto como oconjunto de programas gerados e configurados no software bsico desuperviso, implementando as estratgias de controle e superviso com telasgrficas de interface homem-mquina (IHM) que facilitam a visualizao docontexto atual, a aquisio e tratamento de dados do processo e a gerncia derelatrios e alarmes.

A padronizao dos canais de comunicao entre os CLPs e outrosequipamentos inteligentes de automao tem adquirido grande importncia,em vista da tendncia de integrao total dos nveis hierrquicos deautomao, verificada aps a introduo da filosofia CIM (ComputerIntegrated Manufacturing). Para propiciar esta interatividade surgiram vrios

protocolos de comunicao, tais como: BITBUS, PROFIBUS, ETHERNET,etc. Muitos fabricantes oferecem redes proprietrias para esta finalidade,

porm, a tendncia dominante a de utilizar os diversos sistemas propostospara a padronizao de redes para cho de fbrica.

Elipse SCADA

Neste projeto ser utilizado o software ELIPSE/SCADA para monitorar ofuncionamento dos CLPs e o estado das cargas. O objetivo ser o de projetarna tela de superviso uma interface de fcil compreenso e que seja amigvel


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ao usurio, facilitando a monitorao do sistema e a mudana dos parmetros(tempo de desligamento, por exemplo).

Comunicao

Existem vrias maneiras de se trocar informaes com qualquer equipamento

de aquisio de dados, tais como PLC's (Controladores Lgicos

Programveis), DAC's (Cartes de Aquisio de Dados), RTU's (Unidades

Remotas), servidores OPC, controladores e outros tipos de equipamentos.

A forma mais comum e eficiente de se obter comunicao com equipamentos

so as DLLs (Dynamic Link Libraries). As DLLs o os chamados drivers de

comunicao, que so mdulos com processamento independente (threads),

responsveis pela comunicao com um equipamento em especfico.

No Elipse SCADA no h limitaes lgicas de nmeros de equipamentos ou

drivers de comunicao, sendo que uma mesma aplicao pode conter vrios

tipos de conexes, atravs de portas seriais ou redes especficas.

Alm disso, os drivers desenvolvidos pela Elipse Software provm

comunicao via linha discada ou rdio-modem com qualquer PLC de

mercado que possua interface serial RS232/RS485, com tratamento

automtico da conexo, o que o torna ideal para aplicaes de telemetria eacesso remoto, ver figura 11. Caso o equipamento remoto possua capacidade

de discagem, nossos drivers tambm esto prontos a receber ligaes, a fim de

ser informado sobre eventos especficos como uma ocorrncia de alarme.


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Figura 11. Rede de comunicao.

OPC

O Elipse SCADA suporta conexes com quaisquer servidores OPC (Ole for

Process Control), possibilitando a conectividade com diversos equipamentosque suportam este servio. A tecnologia OPC implementa um mecanismo que

provm dados de algum dispositivo para uma base de dados configurada emum servidor OPC, permitindo que qualquer aplicao cliente tenha acesso amesma base de dados.

Interface Grfica

A criao de interface para o usurio feita de maneira simples e rpida.Esto disponveis recursos como animaes, displays, grficos de tendncia devrios tipos (linhas, rea, barras, XY), botes, etc, que so ligados diretamentecom as variveis de campo (Tags). Tambm podem ser utilizados desenhos dequalquer editor grfico. Alm disso, o Elipse SCADA conta com uma

biblioteca grfica de desenhos mais utilizados, de modo a facilitar a criao desinticos. O usurio pode escolher entre utilizar o mouse, teclado outouchscreen para acessar as telas de superviso.

Lgicas (Scripts)

A fim de adicionar flexibilidade e poder realizar tarefas mais complexas, o

usurio pode lanar mo de uma linguagem de programao interativa, que


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utiliza a maioria dos recursos de linguagens de alto nvel como o Visual Basic

ou Visual C++. A linguagem utilizada, chamada Elipse Basic, permite definir

lgicas ou criar sequncias de atitudes atravs de funes especficas.

Os Scripts so orientados a eventos, sendo que sero executados mediante a

especificao de um acontecimento, como o pressionar de uma tecla, a

mudana de uma varivel ou ainda a cada intervalo regular de tempo, dentre

outros eventos.

Histricos - Registro de dadosSo estruturas responsveis pelo registro dos dados de processo, para posterior

anlise. Os Histricos podem ser processos contnuos ou bateladas, guardando

dados a intervalos de tempo fixos ou por eventos, definidos pelo usurio. A

ferramenta de anlise histrica pode ser utilizada para uma visualizao mais

sofisticada dos dados, permitindo zoom e filtro de dados, ver figura 12.

Figura 12.Ferramenta de anlise histrica.


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Conexo em rede (Cliente-Servidor)

O Elipse SCADA fornece solues para conexo com outras aplicaes via

qualquer meio fsico, seja uma Intranet (via protocolos TCP/IP ou IPX/SPX),Internet, ou ainda Linha Discada (Dial-Up Networking) e Linha Privada, alm

de satlites e links de rdio. O mtodo utilizado baseia-se no conceito de

Aplicaes Remotas, onde os dados de uma aplicao qualquer (Servidor) so

acessados por um Cliente, que poder realizar a leitura e escrita de qualquer

parmetro. A estrutura de sockets permite que pelo mesmo canal trafeguem

dados on-line e tambm transferncias de arquivos de dados e imagens.

Banco de Dados

A integrao do Elipse com qualquer base de dados muito simples atravs de

recursos ODBC (Open DataBase Connectivity). Wizards o auxiliaro no

processo de conexo ou criao de uma base de dados qualquer, dentre elas

SQL Server, Access, Oracle e DBase. A partir da o Elipse SCADA ofereceuma srie de funes para a manipulao da base de dados, tais como

adicionar, deletar e modificar registros, fazer consultas etc.

Ferramentas do Elipse

Elipse Watcher: Software para monitorao de sistemas de vdeo com recursosde captura, registro e transmisso digital de imagens em tempo real. Suportadiversos padres, inclusive MPEG, possibilitando a visualizao em janelascom tamanho e qualidade definidas pelo usurio. Permite a criao de um

banco de dados de imagens com busca por perodo ou evento e transmissodeimagens em tempo real para estaes remotas via TCP/IP ou linha discada.


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Elipse Web: Sistema para superviso de processos atravs da Intranet e

Internet. Utilizando um browser comercial (Internet Explorer, por exemplo)

possvel conectar-se a uma estao de superviso remota, recebendo dados em

tempo real (atravs de JAVA Applets). Com este recurso possvel acessar oprocesso de qualquer lugar do mundo.

Telas do supervisrio

A modo de exemplo, a figura 13 ilustra a tela criada com um softwareSCADA simulando o controle de nvel de um tanque.

Figura 13. Controle do nvel de um tanque executado pelo ELIPSE SCADA.

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