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CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS. Professor : Jair Jonko Araujo. Sumário. Tipos de indústrias; Níveis de Controle; Conceitos: SVC, SED, Classificação dos dispositivos; CLP: Histórico, componentes, funcionamento, classificação, exemplos;. Introdução – Conceitos Básicos. Tipos de Indústria.

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CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

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  1. CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS Professor : Jair Jonko Araujo

  2. Sumário • Tipos de indústrias; • Níveis de Controle; • Conceitos: SVC, SED, Classificação dos dispositivos; • CLP: Histórico, componentes, funcionamento, classificação, exemplos;

  3. Introdução – Conceitos Básicos

  4. Tipos de Indústria • Manufatura produzir um bem qualquer utilizando ferramentas ou máquinas (transformação mecânica através de sucessivas operações); • Processo Conjunto de operações/transformações realizadas sobre um material, com a finalidade de variar suas propriedades físicas/químicas. Processos podem ser contínuos ou descontínuos (batch).

  5. Gerenciamento COMUNICAÇÃO Supervisão COMUNICAÇÃO Laço de Controle COMUNICAÇÃO Sensores / Atuadores Níveis de controle - Funções

  6. Níveis de Controle(1)

  7. Níveis de Controle(2)

  8. Níveis de Controle(3)

  9. Conceitos • Controle é “aplicação de uma ação pré-planejada para que aquilo que se considera como objeto de controle atinja certos objetivos” (Miyagi, 1996). • Sistemas de controle: • SVC (sistemas de variáveis contínuas) igualar o valor de uma variável física (var. de controle) a um valor de referência; • SED (Sistema de eventos discretos) execução de operações conforme procedimento pré-estabelecido.

  10. Dispositivo de Controle (SVC) Variáveis de atuação Regulador Atuador Objeto de controle Detector Variáveis controladas Sinais de realimentação Conceitos Valores de referência Dispositivo de Controle (SED) Variáveis de atuação Camandos de Controle Comandos de tarefa Processador de Comandos Atuador Objeto de controle Detector Variáveis controladas Estados

  11. Objeto de Controle Instalações/Máquinas Conceitos Sistema de Controle SED Recursos Operador/ Usuário Dispositivo de Atuação Dispositivo de Realização do Controle Dispositivo de Comando Dispositivo de Monitoração Dispositivo de Detecção Dispositivo de Controle Sistema de Controle Produtos

  12. Conceitos • Dispositivos de comando (E): botoeiras, chaves rotativas, etc; • Dispositivos de atuação(S): contatores, solenóides(válvulas), servo-motores, etc; • Dispositivos de detecção(E): chaves fim de curso, potenciômetros, sensores, encoders, etc; • Dispositivos de monitoração(S): lâmpadas, buzinas, displays, registradores, etc. • Dispositivos de Realização: circuitos elétricos, CLPs, etc.

  13. Dispositivos - Exemplos

  14. CLP – Controlador Lógico Programável

  15. Histórico • Até o final da década de 60 os sistemas de controle eram eletromecânicos (realizados para armários/quadros de relés); • Ocupavam muito espaço e eram de difícil manutenção; • Modificações nas linhas de produção demandavam muito tempo e praticamente exigiam a montagem de novos quadros; • Em 1968 a GM (USA) lançou uma especificação técnica de um novo dispositivo de controle.

  16. Histórico Requisitos de especificação: • Fácil programação e manutenção (reprogramação); • Alta confiabilidade no ambiente industrial (vibração, aquecimento, poeira, etc.); • Dimensões reduzidas; • Capacidade de enviar dados a um Sistema Central; • Ser modular (expansível); • Sinais de E/S de 115VCA (2A mínimo saída)

  17. Histórico • Em 1969 surgiram os primeiros controladores • Eram muito simples apenas com E/S digitais; • A fácil programação foi uma das chave do sucesso (baseada em ladder); • Ao longo da década de 70 foram sendo introduzidas novas funcionalidades (temporização, computação numérica, etc.) • A partir da década de 80 as funções de comunicação foram aperfeiçoadas

  18. Histórico • Hoje o PLC é um sistema microcontrolador (microprocessador) industrial com software e hardware adaptado para ambiente industrial (especialmente ruído eletromagnético) com muitas opções de programação, com capacidade de operar em rede em diversos níveis.

  19. Dispositivos Placa Entrada Fonte CPU Comuni- cação Computador Memória Barra- mento Placa Saída Dispositivos Componentes

  20. Componentes CPU • Microcontrolador de 16/32 bits: • Funções: • Comunicação entre as partes do PLC; • Controle das entradas e saídas; • Execução; • Operação da memória; • Check-ups internos.

  21. Componentes Memória • A memória é divida em 2 grandes blocos: • Memória do Sistema • Programa de Execução; • Área de Rascunho: flags, cálculos, alarmes, erros. • Memória do Usuário • Programa do usuário (binário); • Tabela de Dados: Mapa E/S, valor atual e pre-set de contadores e temporizadores, variáveis de programa.

  22. Componentes Módulos de E/S • Podem ser Discretos ou Analógicos • Discretos • Quantidade de Pontos Disponíveis • AC, DC, Relé • DC: Tipo P ou Tipo N • Saída: necessidade de alimentação externa, fusiveis • Analógicos • Número de Canais, Resolução do conversor A/D • Faixa de operação: 0-20mA, 4-20mA, 0-5V, 0-10V, +-5V, +-10V, temperatura (termopar - J,E,K ... , termorresistência – PT100, ...)

  23. 1 ciclo com período de T segundos Com. - Man. SO Aquisição das entradas Atualização das Saídas Processamento Funcionamento • Baseado em processamento cíclico composto, de forma simplificada, por 3 etapas visíveis ao usuário: • Aquisição das entradas; • Processamento; • Atualização das Saídas; Comunicação e Manutenção do S.O (Carga de módulos, atualização de timers, tratamento de interrupção, etc.) X ms para cada 1000 instruções

  24. Funcionamento • As etapas são distintas e independentes; • O processamento inicia depois que os sinais de entrada são amostrados; • Durante o processamento as entradas e saídas permanecem inalteradas (qualquer alteração das E/S e estados internos só pode ocorrer fora deste intervalo); • Durante a atualização das saídas os valores das entradas permanecem inalterados

  25. Funcionamento Uma entrada deve permanecer acionada, no mínimo: tempo de varredura das entradas + tempo de processamento ALTERNATIVAS

  26. Características(exemplo)

  27. Classificação • Feita baseada no número de E/S (não padronizado): • Nano: até 50 pontos de E/S; • Micro: até 250 pontos de E/S; • Médio: até 1000 pontos de E/S; • Geralmente associado ao aumento do número de E/S estão associados aumentos dos recursos de programação e diminuição dos tempos de respostas.

  28. Exemplos de Aplicações • máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, calçados); • equipamentos industriais para processos ( siderurgia, papel e celulose, petroquímica, química, alimentação, mineração, etc); • equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga); • aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios; • bancadas de teste automático de componentes industriais.

  29. Exemplos (modelos)

  30. Norma IEC 61131

  31. Introdução • As ferramentas para programação de CLP não evoluíram na mesma velocidade das ferramentas para programação de computadores pois não apresentam (avam): • Facilidade de uso • Portabilidade • Interoperabilidade entre diferentes produtos • Padrões de comunicação A norma IEC 61131 busca preencher esta lacuna

  32. Norma IEC 61131 • Define a sintaxe e o comportamento da linguagem • Provê um conjunto de linguagens interligadas para resolver diferentes problemas de controle • Melhora a qualidade do software aplicativo através das técnicas de projeto estruturado, encapsulamento de dados, etc.

  33. Norma IEC 61131 • Part 1 – General Overview, definitions • Part 2 – Hardware, I/O Signals, safety requeriments, environment • Part 3 – Programming Languages • Part 4 –User Guidelines • Part 5 – Messaging Service Specification

  34. Norma IEC 61131 – parte 3 Principais características • Programação estruturada e linguagem de alto nível para construção de grandes programas • Conjunto padronizado de instruções (em inglês) • Programação Simbólica • Grande variedade de tipos de dados padronizados • Funções reutilizáveis podem ser criadas • Conjunto de funções matemáticas padronizadas disponíveis (trigronométricas, logaritmos, etc.)

  35. A estrutura da Norma IEC 61131-3 Elementos Comuns Linguagens de Programação

  36. A estrutura da Norma IEC 61131-3 Elementos Comuns Linguagens de Programação

  37. Linguagens de Programação IEC 61131 – parte 3 • Definição de Cinco Linguagens Interligadas • Sintaxe e Semântica de 2 linguagens textuais e 2 gráficas: • Instruction List (IL) • Structered Text (ST) • Ladder Diagram (LD) • Function Block Diagram (FBD) • Linguagem para estruturação da Programação • Sequential Function Chart (SFC)

  38. Linguagens Tradicionais • Ladder Diagram (LD) • Function Block Diagram (FBD)

  39. Linguagens Tradicionais • Instruction List (IL)

  40. Linguagens Novas • Structered Text (ST) • Linguagem estruturada de alto nível • Sintaxe semelhante ao Pascal • Permitido o uso de declarações complexas e instruções aninhadas • Suporte para: • Laços de controle (REPEAT-UNTIL; WHILE-DO) • Execução condicional (IF-THEN-ELSE; CASE) • Funções (SQRT(), SIN())

  41. Linguagens Novas • Sequential Function Chart (SFC) • Técnica gráfica muito poderosa para descrever o comportamento seqüencial de um programa de controle • Usado para particionar um problema de controle • Mostra uma visão geral, desejável para um rápido diagnóstico

  42. Linguagens - Resumo

  43. A estrutura da Norma IEC 61131-3 Elementos Comuns Linguagens de Programação

  44. ELEMENTOS COMUNS • 1. Tipos de Dados e Variáveis • 2. Modelo de Software • * Configuração, Recursos, Tarefas • 3. POUs (Unidades de Organização de Programa) • Funções • Blocos de Função (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comuns

  45. ELEMENTOS COMUNS • 1. Tipos de Dados e Variáveis • 2. Modelo de Software • * Configuração, Recursos, Tarefas • 3. POUs (Unidades de Organização de Programa) • Funções • Blocos de Função (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comuns

  46. O que é isto? 01010101 10101010 Variáveis e Tipos de Dados • Historicamente • Referência a uma posição física de memória • Referência a uma entrada física

  47. Variáveis e Tipos de Dados • Sensor_Temperatura_1 : Integer • Representação simbólica • Área própria para mapeamento de I/O • Código independente do hardware • Altamente transparente e compreensível • Menos erros

  48. Variáveis e Tipos de Dados

  49. Representação das Variáveis

  50. ELEMENTOS COMUNS • 1. Tipos de Dados e Variáveis • 2. Modelo de Software • * Configuração, Recursos, Tarefas • 3. POUs (Unidades de Organização de Programa) • Funções • Blocos de Função (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comuns

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