Automação - CLP

1. Automação - CLP Professor: Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

2. Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervenção do homem. Automação é diferente de mecanização, pois a mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem. Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas. Pode-se dizer que o progresso da automação, tem melhorado sensivelmente o padrão de vida da população, principalmente devido ao aumento dos níveis de produtividade do trabalho. No início, os processos produtivos usavam ao máximo a força da mão-de-obra. Introdução à Automação

3. A produção era composta por estágios nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções, especializando-se numa certa tarefa ou etapa da produção. É o princípio da produção seriada. O mesmo ocorria com as máquinas, que eram específicas para uma dada aplicação, o que impedia de utilizá-las em outras etapas. Por exemplo, uma determinada máquina só fazia furos e de um só tipo. Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções que não se adequavam à estrutura física do homem. A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem, a supervisioná-la. Introdução à Automação

4. Para obter uma boa integração entre o operador e seu instrumento de trabalho, foram colocados sensores nas máquinas, para indicar a situação da produção, e também atuadores, para melhorar a relação entre o homem e a máquina. O processo da produção era controlado diretamente pelo operador, o que caracterizava um sistema automático. Automatizar um sistema tornou-se viável quando a eletrônica passou a dispor de circuitos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada, e de gerar sinais de saída. Assim, o controlador uniu-se aos sensores e atuadores para transformar o processo produtivo num sistema automatizado. Introdução à Automação

5. Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída. Desenvolvido a partir de necessidades da indústria automobilística, com o objetivo de substituir os painéis de controle à relés, o Controlador Lógico Programável (PLC – Progamable Logic Controller), se tornou um dos equipamentos mais utilizados na implementação de sistemas automatizados. Introdução à Automação

6. Na década de 60, o aumento da competitividade fez com que a indústria automotiva melhorasse o desempenho de suas linhas de produção, aumentando tanto a qualidade como a produtividade. Fazia-se necessário encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a relés, sendo que uma possível saída, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no computador. Assim, em 1968, a divisão hydramatic da GM determinou os critérios para o projeto do CLP, sendo que o primeiro dispositivo a atender as especificações foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969. Resumo Histórico

7. As principais características desejadas nos novos equipamentos de estado sólido, com flexibilidade dos computadores eram: Preço competitivo com os sistemas a relés; Dispositivos de entrada e saída facilmente substituíveis; Funcionamento em ambiente industrial (vibração, calor, poeira, ruídos); Facilidade de programação e manutenção por técnicos e engenheiros; Repetibilidade de operação e uso. Resumo Histórico

8. Originalmente os CLPs foram usados em aplicações de controle discreto (on/off ), como os sistemas a relés, porém eram facilmente instalados, economizando espaço e energia, além de possuírem indicadores de diagnóstico que facilitavam a manutenção. Uma eventual necessidade de alteração na lógica de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com mudanças no programa, sem a necessidade de muitas alterações (ou até nenhuma) nas ligações elétricas. Resumo Histórico

9. A década de 70 marca uma fase de grande aprimoramento dos CLPs. Com as inovações tecnológicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um grau mais elevado de inteligência, os CLPs incorporaram: 1972 – funções de temporização e contagem; 1973 – operações aritméticas, manipulação de dados e comunicação com computadores; 1974 – comunicação com interfaces IHM (Interface Homem Máquina); Maior capacidade de memória, controles analógicos e controle PID; Resumo Histórico

10. 1979/80 – módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de posicionamento. Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, e em 1981 veio a possibilidade de comunicação em rede. Além disso, atingiu-se um alto grau de integração, tanto no número de pontos como no tamanho físico (surgiram mini e micro CLPs – a partir de 1982). Resumo Histórico

11. Atualmente, os CLPs apresentam as seguintes características: Módulos de I/O de alta densidade (elevado número de pontos de I/O por módulo); Módulos remotos controlados por uma mesma CPU; Módulos inteligentes (co-processadores que permitem a realização de tarefas complexas: posicionamento de eixos, controle PID, transmissão via rádio ou modem, leitura de código de barras); Softwares de programação em ambiente windows (facilidade de programação); Integração de aplicativos windows para comunicação com CLPs (Access, excel, etc); Resumo Histórico

12. Recursos de monitoramento da execução do programa, diagnósticos e detecção de falhas; Instruções avançadas que permitem operações complexas (ponto flutuante, funções trigonométricas); Scan time reduzido (processamento mais rápido) devido à utilização de processadores dedicados; Processamento paralelo (sistema de redundância), proporcionando confiabilidade na utilização em áreas de segurança; Pequenos e micro CLPs que oferecem recursos de hardware e software dos CLPs de grande porte; Conexões de CLPs em rede (diferentes CLPs na mesma rede – comunicação via rede Ethernet). Resumo Histórico

13. É um equipamento eletrônico digital que tem como objetivo implementar funções específicas de controle e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou processo por intermédio de módulos de entrada e saída. Todas as funções disponíveis devem poder ser programadas em uma memória interna e o hardware deve ser universal, podendo ser aplicado a todos os tipos de processos. O CLP, de acordo com (NATALE, 2001), é um computador com as mesmas características conhecidas do computador pessoal, porém, em uma aplicação dedicada na automação de processos em geral, assim como no comando Numérico Computadorizado – CNC, que se trata de um computador na automação da manufatura. CLP - Definição

14. O CLP, de acordo com (GEORGINI, 2000), pode ser definido como um dispositivo de estado sólido- um computador industrial, capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle (seqüência lógica, temporização e contagem, etc), além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de sistemas automatizados. A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT padronizou o nome deste equipamento como Controlador Programável, porém a sigla CLP em português ou PLC (Programable Logical Controller, em inglês) se popularizou. CLP - Definição

15. CLP - Definição

16. O CLP alcançou o maior sucesso comercial em controle de processos industriais e na automação da manufatura, embora ele possa ser aplicado em qualquer tipo de sistema que se deseja tornar automático. O CLP pode controlar uma grande quantidade de variáveis, substituindo o homem com mais precisão, confiabilidade, custo e rapidez. Os principais blocos que compõem um CLP são: CPU, Módulos de I/O, fonte de alimentação, base ou rack e algumas vezes módulos especiais. CLP - Definição

17. Arquitetura de CLPs

18. CPU (Central Processing Unit – Unidade Central de Processamento): compreende o processador (que pode ser um microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado), o sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de controle. Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação fornecida a CPU e aos módulos de I/O. Módulos de I/O (Input/Output): são módulos de entrada e saída que podem ser discretos (sinais digitais – 12 VDC, 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC, contatos “NA”, “NF”), ou analógicos (em tensão de 0 à 10 VDC ou em corrente 4 a 20 mA). Arquitetura de CLPs

19. Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e elétrica entre a CPU, os módulos de I/O e a fonte de alimentação. Contém o barramento de comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão de alimentação estão presentes. Módulos Especiais: podem ser contadores rápidos (1 ou mais de 5, 10 ou 100 kHz), interrupção por hardware, controlador de temperatura, PID, Co-processadores (transmissão via rádio, posicionamento de eixos, sintetizador de voz, etc), de comunicação em rede, etc. Arquitetura de CLPs

20. Arquitetura de CLPs