1ESP 1009 Princpios de Automao Industrial
CLPs uma abordagem introdutria automao industrial
Prof. Dr. Geomar Machado Martins
Depto. Eletromecnica e Sistemas de Potncia
CT - UFSM
2ROTEIRO Histrico e definio de automao A automao em nossas vidas A automao no meio produtivo Caractersticas e Conceitos da Automao Componentes bsicos das automao Aspectos da automao Arquitetura da Automao Industrial Razes para Automao Industrial Variedades de Automao Tendncias da automao
3Definio de automao Etimologia: Da palavra Automation (1960)
Participao do computador no controle automtico industrial.
Definio atual. Qualquer sistema, apoiado em computadores,
que substitui o trabalho humano, em favor da segurana das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produo ou da reduo de custos, assim aperfeioando os complexos objetivos das indstrias, dos servios ou bem estar (Moraes e Castrucci, 2007).
4A automao em nossas vidas Objetivo: Facilitar nossas vidas Automao no dia-a-dia
Em casa: Lavando roupa Esquentando leite Abrindo o porto Lavando loua
Na rua: Sacando dinheiro Dirigindo pelas ruas Fazendo compras
No lazer: Comprando um refrigerante Caminhando numa esteira Assistindo um filme Jogando um videogame
5 No trabalho:
Registrando o ponto
Programando um rob
Recebendo matria-prima
Estocando produto acabado
Fazendo controle de qualidade
Controlando temperatura de uma tanque de gua
Controlando a temperatura do escritrio
Acionando o sistema de combate incndio
6A automao no meio produtivo
Objetivos:Facilitar os processos produtivos Componentes bsicos
Sensoriamento Comparao e controle Atuao
Automao industrial = sistema otimizado Menor custo Maior quantidade Menor tempo Maior qualidade (preciso)
7 Qualidade = garantir uma produo com as mesmas caractersticas e alta produtividade
Automao no meio ambiente Cumprimento de novas normas
Sistemas de controle de efluentes
Sistemas de controle de gases
8A automao no meio produtivo
Automao nas indstrias Importncia para sobrevivncia das indstrias.
Garante a competio no mercado globalizado
Substitui o Homem Tarefas repetitivas
Ambientes perigosos
Ambientes insalubres
Grande esforo fsico
9 Transforma a estrutura da fora de trabalhoQualitativamenteQuantitativamenteExige treinamentoQualificao da fora de trabalhoMelhoria das condies de trabalho
A automao no meio produtivo
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Viso Histrica
3500-3200 a.C. utilizao da roda 600 a.C. uso do arado (Mesopotamia) novo sistema senhorial
650 estribo (china) atividades militares da antigidade
1080 moinhos dgua (Inglaterra) energia gerao de empregos: metais, elevao de agua, serrarias, britagem de minerais
1768 mquina vapor exodo rural, aglomeraes urbanas 1a. Revoluo Industrial
1785 tear mecnico (Inglaterra) 1as industrias
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Viso Histrica 1811-1816 combate mecanizao
1850 - Atividades tercirias ganham espao
Sociedade agrcola baseada na produo de bens de consumo artesanais perde espao para um novo modelo (industrial, consumo, mercado capitais)
Fatores de Produo: Capital x Trabalho
Grfico Ocupao de mo-de-obra
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Viso Histrica Desdobramentos sociais:
Surgimento do proletariado urbano (classe operria)
vivendo em cortios com salrios irrisrios e longas jornadas de trabalho, e a inexistncia de leis trabalhistas.
Uso da mo-de-obra infantil e feminina nas fbricas.
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Viso Histrica Desdobramentos sociais:
O agravamento dos problemas scio-econmicos com o desemprego e a fome, foram acompanhados de outros problemas, como a prostituio e o alcoolismo.
Surgem os primeiros sindicatos
Polarizao entre burguesia e proletariado
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Viso Histrica Brasil (e America Latina): 1785 alvar rgio proibe instalao de fbricas
1844 a indstria textil impulsionada pelo caf
1850 crise econmica abala a indstria textil
1880 crise na lavoura e baixos preos
Consequncias: atraso no nvel de industrializao.1872 70% de analfabetos.
70%20%13%1965
75%30%17%1950
80%80%73%1820
80%80%73%1750
America LatinaEuropa CentralEUAPerodoTabela Distribuio populao ativa segundo a atividade primria
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Viso Histrica Brasil 1888 libertao da escravatura
1889 proclamao da republica novos investimentos
1914/1918 I Guerra Mundial industrializao do sul
1939/1945 impulso decisivo, controle das importaes
1937 Constituio formao do trabalhador industrial
1942 criao do SENAi
1946 criao do SENAC
1955/1960 governo JK polticas protecionistas
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Viso atual Brasil Mercado cresce em torno de 25% do 1o.S/2007 x 1o.S/2006
Exportaes chegaram a US$ 132 milhes em 2007.
Mercado em expanso, ao contrrio das telecom. (-20,8%)
Fonte: Revista Abinee Agosto/2007
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Aspectos positivos da automao
um processo de evoluo tecnolgica irreversvel
Liberta o ser humano de tarefas montonas, insalubres e de risco
Melhoria na qualidade de vida, no conforto e maior integrao social
Enriquecimento com menor custo do produto e ou aumento de produtividade
Criao de empregos diretos e indiretos
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Aspectos negativos da automao
Por ser irreversvel torna-se imprevisvel A alta qualificao profissional provoca uma poltica de emprego de afunilamento
Crescimento populacional desordenado provoca desigualdades sociais at um limite
Novas tecnologias trazem riscos ao setor da produo
Somente grandes empresas tem acesso imediato s novas tecnologias
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Desafio a ser vencido
Inserir o homem no contexto da automao sem traumatismo, sem desemprego, tendo somente um saldo positivo.
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Caractersticas e Conceitos da Automao
Sistemas automatizadosSistemas automatizadosComplexos ou simplesComplexos ou simples
Subsistemas comuns Subsistemas comuns de simples entendimentode simples entendimento
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Componentes bsicos da automao Sensores
Atuadores
Redes
IHM (Interface Homem mquina)
Controlador (CLP, PC, especfico)
Supervisrios
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Caractersticas e Conceitos da Automao
CLP
Sensores atuadores
IHM
REDES
PCSUPERVISRIOS
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Tipos de controle na automao
Controle Dinmico
Automao Industrial de Controle de processos (automao contnua)
Controle Lgico
Automao Industrial de manufatura (automao discreta)
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Controle dinmico
Utiliza medidas das sadas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho operacional, atravs de realimentao.
Incalculvel poder tecnolgico Aperfeioamento de processos
Velocidade
Preciso
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Exemplo de aplicao:
Controle de temperatura de um aqurio
Objetivo: manter a gua em torno de 25C
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Controle dinmico
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Controle lgico
Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binrios e operaes no lineares.
Circuitos (eltricos, hidrulicos, pneumticos etc)
Variveis binrias ( 0 ou 1) Circuitos de Redes lgicas:
combinatrias seqenciais
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Controle Lgico
Redes lgicas combinatrias (sem memrias nem temporizaes)
Projeto com lgebra booleana
Descrever, analisar e simplificar com auxlio de Tabelas da verdade e Diagramas de rels
Redes lgicas seqenciais (memria, temporizadorese entrada de sinais)
Teoria dos autmatos
Redes de Petri
Cadeias de Markov
Simulao em computador
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Exemplo de aplicao:
Prensa de alavanca
Botes de segurana
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Caractersticas e Conceitos da Automao
Cadeia de comando
Entrada de sinais
Processamentode sinais
Converso de sinais
Sada de sinais
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Computadores especializados (Controladores Programveis)
Controle lgico Controle dinmico Simples reprogramaes
Computadores de Processo
Coletar informaes do processo para criar um modelo matemtico
Sintetizar leis de controle timo Simular desempenhos Implantar leis de controle Facilitar interfaces com supervisores
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Aspectos da automao no contexto econmico industrial
Implantao de sistemas interligados por redes de comunicao
(Auxiliar a superviso de problemas) Sistemas supervisrios
Interfaces homem-mquina (IHM)
Controladores programveis
Controle baseado em PC
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Aspectos da automao
Necessidades da indstria: Maior nvel de qualidade
Flexibilidade
Menores custos
Menores perdas de materiais
Menor custo de capital
Maior controle das informaes do processo
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Aspectos da automao
Principal componente: CLPs (controladores lgicos programveis) - 1968
Memria programvel para instrues
Energizao / desenergizao
Temporizao
Contagem
Sequenciamento
Operaes matemticas
Manipulao de dados
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Arquitetura da Automao Industrial
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Arquitetura da Automao Industrial
Nvel 1: Cho de fbrica Mquinas, dispositivos, componentes
Ex.: Linhas e mquinas
CLPS, Comandos, mquinasMotores, Inversores, I/Os
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Nvel 2: Superviso Informaes dos nvel 1
IHMs
Ex.: Sala de superviso
Superviso e IHM
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Arquitetura da Automao Industrial
Nvel 3: controle do processo produtivo
Banco de dados
ndices
Relatrios
CEP
Ex.: Avaliao e CQ em processo alimentcio
Controle do ProcessoControle do ProcessoProdutivoProdutivo
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Nvel 4: Planejamento do processo Controle de estoques
Logstica Ex.: Controle de suprimentos e estoques em funo da sazonalidade de uma indstria de tecidos
Planejamento Planejamento Do ProcessoDo Processo
Arquitetura da Automao Industrial
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Arquitetura da Automao Industrial
Nvel 5: Administrao dos recursos financeiros, vendas e RH.
GernciamentoGernciamento
GeralGeral
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Arquitetura da Automao Industrial
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Variedades da Automao
Segundo grau de complexidade e meios de realizao fsica
Automaes especializadas (menor complexidade)
Grandes sistemas de automao (maior complexidade)
Automaes Industriais de mbito local (mdia complexidade)
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Automaes especializadas (menor complexidade) Ex.: Interna aos aparelhos eletrnicos, telefones, eletrodomsticos, automveis.
Microprocessadores
Programao em linguagem de mquina
Memria ROM
Variedades da Automao
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Variedades da Automao
Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Ex.: Controladores de vos nos aeroportos, controle metrovirio, sistemas militares.
Programao comercial e cientfica em software de tempo real
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Automaes Industriais e de servios de mbito local (mdia complexidade) Ex.: Transportadores, processos qumicos, trmicos, gerenciadores de energia e de edifcios.
CLPs isolados ou em redes
(...este o alvo de aplicao dos CLPs )
Variedades da Automao
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TENDNCIAS DA AUTOMAO
Tecnologia Wireless
De lenta, cara e insegura tornou-se mais rpida e econmica
Chips de menor capacidade
residiro inteligncia diretamente em sensores e atuadores softwares sero parte do produto
Controles baseados em PLC ou PC sero obsoletos e caros
A propriedade da soluo tecnolgica ser medida em meses em vez de anos
Sistemas microeletromecnicos
miniaturizar sensores, atuadores, motores, engrenagens displays para equipamentos digitais
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Histrico dos PLCs Decada de 60 - aumento de competitividade na industria, melhoria
das linhas de produo
1968 Diviso Hydramatic (GM) define especificaes de projeto para um PLC.
1969 Bedford Associates (Modicon) desenvolve primeiro PLC, chamado MODICON 084.
Dick Morley considerado o pai do PLC.
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Histrico dos PLCs
1972 - PLCs incorporam funes de Temporizao e Contagem. 1973 - The "084" melhorado e re-introduzido como "184". A fora
de trabalho aumentou de 80 para 170 empregados e as vendas atingem US$5 million.So introduzidas: Operaes Aritmticas, manipulao de dados e comunicao com computadores.
1974 - Comunicao com Interfaces Homem-Mquina. 1975 - Modicon lana o "284", o primeiro controlador com um
microprocessador e controle distribudo e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle contnuo (PID). Maior capacidade de memria.
1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede de comunicaes industrial, permitindo o interfaceamento de computadores e controladores. Graas a sua confiabilidade, Modbus se torna um padro industrial.
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Histrico dos PLCs
1979/1980 - Mdulos de I/O remotos, mdulos inteligentes e controle de posicionamento.
1981 - Comunicao em rede. 1982 - Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs. Anos 90s ocorre uma gradual reduo em novos protocolos e a
modernizao das camadas fisicas dos protocolos mais populares dos anos 80.
1993 introduzido o padro internacional IEC 1131-3 com a finalidade de unificar as linguagens de programao dos PLCs.
2000 - criada a Automao Web para superviso remota de processos com produo automatizada. A soluo integra PLCse outros componentes em uma arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web.
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Fonte: http://www.plcdev.com/plc_timeline
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Vista de um quadro de comando atual com PLC
Histrico dos PLCs
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Caractersticas atuais dos PLCs Mdulos I/O de alta densidade, Mdulos remotos controlados por uma mesma CPU, Mdulos inteligentes coprocessados (controle PID, posicionamento de
eixos, transmisso de radio ou modem, leitura de codigo de barras, etc), Softwares de programao e integrao de aplicativos em Windows, Recursos de monitoramento de execuo de programa, diagnsticos e
deteo de falhas, Instrues avanadas para operaes complexas (ponto flutuante,
funes trigonomtricas), Tempo de varredura reduzido, Processamento paralelo (sistema de redundncia), Pequenos e micro PLCs com recursos de HD e SW de grandes PLCs, Conexo de diferentes PLCs em rede.
Constantes atualizaes dos produtos agregam valores e reduzem o custo das solues baseadas em PLCs, o que exige do profissional uma atualizao contnua por intermdio de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a internet uma tima opo. (Georgini, M., Automao aplicada, editora rica, 2000.)
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Alguns Fabricantes Beck IPC GmbH
WEG TP02, TPW03, Clic02 Beckhoff
BoschRexroth
Bernecker&Rainer
Eckelmann
ELAU AG PacDrive MAx-4 sowie C200, C400, C600 und P600
Festo FEC Compact, FEC Standart Foxboro
GE Fanuc 90-70, 90-30, VersaMax, PacSystems Rx3i e Rx7i
HIMA A1, H41, H51 Honeywell FSC KEBA Kemro K2
Keylogix
Matsushita FP-Serie FP0/FP-Sigma/FP-M/FP1/FP2/FP10SH
Mayr Systeme primo-motion control Serie Mitsubishi MELSEC F1, F2, FX1N, FX2N, AxN,
AxS, QnA, QnAS, System Q Moeller PS4, PS416, X-System Omron
SAMSON, TROVIS 5171
BCM Linhas GP3000 e BCM2085B Dexter Sries DX100 e DX200 Horner Electric OCS, NX, LX, XLE, CScape Unitronics Jazz, M90, M91, Vision V120, V160,
V260, V280 Phoenix Contact RFC450/430 ETH, ILC 390/370
PN 2TX, ILC 350 ETH, ILC 200-Serie, S-MAX ACE Schmersal CPK 3011, CPK 3020, CPK 3101,
CPK 3005, CPK 3006, CPK 3001 HI Tecnologia ZAP500, ZAP900, MCI02-QC,
MIX600 Atos Sries MPC6006, MPC4004, Expert DX, Tico;
Altus Altus Srie Ponto - Srie Grano - Srie QUARK - Srie PX - AL-2000 TlmecaniqueModicon Premium - TSX 57
Modicon
Siemens SIMATIC S5 & S7, LOGO! Allen Bradley (Rockwell Automation) ControlLogix,
CompactLogix, RS Logix, GuardPLC ABB 07KT51 und 07KT97 , Advant SAIA-Burgess, PCDx VIPA Art of Automation
CoDeSys
MULTIPROG
AUTOMA, ATM250
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Caminhos alternativos
Desenvolver o prprio PLCPLC on a Chip Integrated Circuit
Fonte:
http://www.divelbiss.com/products/plc_solutions/plconachip/plconchip.asp
The PLC on a Chip Integrated Circuit is a completely
functional Programmable Logic Controller (PLC) in one chip.
Easy to embed into any product and programmable in ladder
logic, using Divelbiss EZ LADDER, the PLC on a Chip is a
cost-effective solution for adding functionality and features to
any product.
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Caminhos alternativos Trabalhar com sofware livre. Ex.: MatPLC
MatPLC is a PLC-like program for Linux, licensed under the GNU GPL. We take advantage of the fact that we have an underlyingoperating system and use its features to make the MatPLC modular. One module could be executing mnemonics. Another module is a PID loop. A different module handles I/O, or logs to a database. TheMatPLC then coordinates their workings to present a simple interface to the user.
(fonte: http://mat.sourceforge.net/)
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Caminhos alternativos Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)
Ideal for:
BroadbandIndustrial and Building AutomationMonitoring and ControlAutomatic Meter ReadingVoice and VoIPSecurity and SafetyLAN
Maxim's Two-Chip Powerline Networking Solution chipset with its
integrated, programmable technology, delivers a secure and robust, high-
speed data network using existing power lines.
Practically any electronic device connected to an electrical power line can
use this technology for data communication without additional wiring.
61Fonte: http://www.maxim-ic.com/products/powerline/
Caminhos alternativos Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)
Distncias: 800 m
Velocidades:
De 2 at 45 Mbit/s.
62Fonte: http://www.redex.com.br
Caminhos alternativos
Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)
No Brasil: Redex XP302 A/H
Modos Transmisso:
10 MHz, 20 MHz e 30 MHz
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Bibliografia Moraes e Castrucci, Engenharia de Automao Industrial, livro.
Editora LTC, So Paulo, 2007.
Revista ABINEE - N 42 - Agosto/2007 WEG Indstrias, Automao de Processos Industriais.
Apostila do Curso mdulo III. Jaragu do Sul, SC, 2006. Natale, Ferdinando, Automao Industrial. Livro, Ed. rica,
So Paulo, 2003. DEXTER, Curso de Automao Industrial. Apostila do Curso,
2001.
WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/
WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf
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Bibliografia
Carrilho, Eduardo, Material de aula da disciplina Automao de Sistemas e Instrumentao Industrial, Curso de engenharia eltrica no IME, So Paulo. Web: http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
Vianna, William S., Controlador Lgico Programvel. Apostila, CEFET-PR, 2000.
Universidade Catlica de Goias,Departamento de Engenharia Eltrica
LADDER Linguagem de programao para controlador programvel. Curso de Sistemas de Informao, Universidade do Contestado-UnC, SC.
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