ENGENHEIRO ELTRICO/ INSTRUMENTAOTCNICAS AVANADAS EM AUTOMAO INDUSTRIAL UTILIZANDO CLPS

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ENGENHEIRO ELTRICO/INSTRUMENTAOTCNICAS AVANADAS EM AUTOMAO INDUSTRIAL UTILIZANDO CLPS

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PETROBRAS Petrleo Brasileiro S.A. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19.2.1998. proibida a reproduo total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produo de apostilas, sem autorizao prvia, por escrito, do Petrleo Brasileiro S.A. PETROBRAS.

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Mastelari, Niederauer Automao Industrial Utilizando CLPs, UNICAMP 2007. 111 p.:90il. PETROBRAS Petrleo Brasileiro S.A. Avenida Almirante Barroso, 81 17 andar Centro CEP: 20030-003 Rio de Janeiro RJ Brasil

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INDICE1 Lgica seqencial: GRAFCET ......................................................................................... 16 1.1 INTRODUO AOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE PRODUO ..... 16 1.2 GRAFCET................................................................................................... 17 1.3 EXERCCIOS .............................................................................................. 25 2 Arquitetura Bsica dos PLCs............................................................................................ 33 2.1 HISTRICO ................................................................................................ 33 2.2 ESTRUTURA E PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DOS PLCs............... 34 2.3 UTILIZANDO CLPs .................................................................................... 38 3 Programao de CLPs ..................................................................................................... 39 3.1 NORMA IEC-13613-3 ................................................................................. 39 3.2 Modos De Trabalho..................................................................................... 39 3.3 FERRAMENTAS PARA PROGRAMAO DE CLPs ................................ 42 3.4 LINGUAGEM LADDER ............................................................................... 44 3.5 ESTRUTURAS BSICAS ........................................................................... 46 3.6 PROGRAMAO LADDER: VARIVEIS DISCRETAS.............................. 50 Descrio das operaes ..................................................................................................... 60 3.7 PROGRAMAO LADDER:VARIVEIS ANALGICAS............................ 61 3.8 FUNES ESPECIAIS............................................................................... 71 3.9 IHM ............................................................................................................. 77 3.10 MERCADO.................................................................................................. 85 4 Comunicao com CLPs.................................................................................................. 89 4.1 MEIO FSICO.............................................................................................. 89 4.2 PROTOCOLOS........................................................................................... 97 4.3 CLPs E SISTEMAS SUPERVISRIOS ..................................................... 98 5 Sensores e o Kit Didtico................................................................................................ 103 5.1 SENSORES .............................................................................................. 103 Sensores indutivos ........................................................................................... 103 Sensores capacitivos ....................................................................................... 104 Sensores pticos.............................................................................................. 106 Sistema Reflexivo ......................................................................................... 107 Sensores ultra-sonicos..................................................................................... 108 Encoders .......................................................................................................... 108 Resolver ........................................................................................................... 109 5.2 GUIA PARA UTILIZAO DO KIT DIDTICO HI-ZAP500....................... 111 6 Bibliografia ......................................................................................................................... 115

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 GRAFCET ................................................................................................... 17 Figura 2 Tipos de Etapas .......................................................................................... 18 Figura 3 Ao contnua ............................................................................................. 19 Figura 4 Ao Memorizada ....................................................................................... 20 Figura 5 Ao condicional ......................................................................................... 20 Figura 6 Ao com atraso ......................................................................................... 21 Figura 7 Ao limitada............................................................................................... 21 Figura 8 Ao impulso.............................................................................................. 21 Figura 9 Transies simultneas............................................................................... 22 Figura 10 Tipos bsicos de seqncias .................................................................... 23 Figura 11 Esquema de partida de um motor de induo........................................... 25 Figura 12 Movimento entre esteiras, os sensores no esto representados ............ 26 Figura 13 Processo de furao, os sensores no esto representados.................... 27 Figura 14 Processo de estampa................................................................................ 28 Figura 15 Carregamento ........................................................................................... 29 Figura 16 Mquina de caf........................................................................................ 30 Figura 17 Estao para fabricao de peas ............................................................ 31 Figura 18 Estruturas bsicas de um CLP................................................................. 35 Figura 19 Arquitetura de um CLP.............................................................................. 36 Figura 20 Tipos de entrada ....................................................................................... 37 Figura 21 Chave para seleo do modo de trabalho................................................. 40 Figura 22 Ciclo de Scan de CLP ............................................................................... 41 Figura 23 Ferramentas de Programao .................................................................. 43 Figura 24 Kits didticos ............................................................................................. 44 Figura 25 Exemplo de programa Ladder................................................................... 44 Figura 26 Elementos bsicos de um programa Ladder............................................. 45 Figura 27 Interpretao por meio da corrente lgica fictcia...................................... 46

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Figura 28 Comandos lgicos bsicos........................................................................ 47 Figura 29 Diagrama com as possibilidades de atribuies entre variveis do CLP_ZAP 500 -Extrado das documentao tcnica HiTecnologia........................... 48 Figura 30 Diviso de um programa Ladder em partes com o uso de reles mestres . 49 Figura 31 Circuito com selo....................................................................................... 50 Figura 32 Circuitos com selo ..................................................................................... 51 Figura 33 Sistema para controle do enchimento de tanque de gua ........................ 52 Figura 34 Acionamento de um pisto simples com retorno por mola........................ 53 Figura 35 Programa acionamento de pisto com um sensor .................................... 54 Figura 36 Temporizador (HITecnologia).................................................................... 54 Figura 37 Partida estrela-tringulo ............................................................................ 55 Figura 38 Programa para partida estrela-triangulo.................................................... 56 Figura 39 Pisto com duplo acionamento ................................................................. 57 Figura 40 Circuitos diferentes.................................................................................... 57 Figura 41 Loop de testes controlado por CLP ........................................................... 58 Figura 42 Programa que l a entrada 0 e escreve na sada 0................................... 62 Figura 43 Controle de motor DC pequena potncia .................................................. 62 Figura 44 Diagrama de blocos de um controlador Industrial ..................................... 63 Figura 45 Tela de configurao do PID..................................................................... 66 Figura 46 Programa para controle de um processo industrial................................... 68 Figura 47 Configurao das variveis envolvidas no controle .................................. 68 Figura 48 Tela do controlador ................................................................................... 69 Figura 49 Sinais tpicos de um encoder incremental................................................. 71 Figura 50 Motor com encoder e esquema de ligao ............................................... 73 Figura 51 Programa de leitura dos dados de um encoder ........................................ 75 Figura 52 Duty Cicle ................................................................................................. 76 Figura 53 Configura IHM ........................................................................................... 78 Figura 54 Mensagem Base ....................................................................................... 78 Figura 55 Ladder exemplo1....................................................................................... 79 Figura 56 Definio da mensagem............................................................................ 79 Figura 57 Mensagem R0 ........................................................................................... 80 Figura 58 Correlao boto 0 -> varivel R0............................................................. 80

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Figura 59 Ladder exerccio........................................................................................ 81 Figura 60 Varivel inteira M0..................................................................................... 81 Figura 61 Mensagem ................................................................................................ 81 Figura 62 Apresenta o valor de set point................................................................... 82 Figura 63 Campo de edio de mensagens.............................................................. 82 Figura 64 Tela para editar a tag ................................................................................ 83 Figura 65 Estrutura de um caractere no meio fsico RS232...................................... 90 Figura 66 Tpica rede RS485 de dois fios ................................................................. 92 Figura 67 Sada de uma linha balanceada diferencial............................................... 93 Figura 68 Entrada de uma linha no balanceada diferencial .................................... 93 Figura 69 Taxa de transferncia x comprimento do cabo usando um par tranado 24 AWG.......................................................................................................................... 94 Figura 70 Dispositivo RS485 isolado opticamente .................................................... 95 Figura 71 Conexo de redes Ethernet por meio do protocolo TCP-IPExtrado da documentao tcnica da HiTecnologia.................................................................... 96 Figura 72 Modelo Modbus, extrado da documentao da Modbus-IDA................... 97 Figura 73 Drivers HI-OPC, Hitecnologia.................................................................. 100 Figura 74 Variveis que sero disponibilizadas via OPC ....................................... 100 Figura 75 Tela para configurao do driver OPC .................................................... 101 Figura 76 Configurao do bloco de dados............................................................. 102 Figura 77 Visualizao dos valores nas variveis:M0 e M1 que esto sendo disponibilizadas. ...................................................................................................... 102 Figura 78 Sensor indutivo em peas metlicas ....................................................... 103 Figura 79 Sensor magntico ligado ao corpo de um pisto pneumtico ................. 104 Figura 80 Circuitos, transdutores e aplicaes de sensores capacitivos ................ 105 Figura 81 Barreiras de luz ....................................................................................... 106 Figura 82 Barreira ptica ......................................................................................... 106 Figura 83 Por difuso .............................................................................................. 107 Figura 84 Reflexivo ................................................................................................. 107 Figura 85 Resolver .................................................................................................. 110 Figura 86 Kit didtico com CLP ZAP-500................................................................ 111 Figura 87 Tela principal SPSW ............................................................................... 112

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Figura 88 Configurao........................................................................................... 112 Figura 89 Editor ....................................................................................................... 113 Figura 90 Depurador ............................................................................................... 114

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LISTA DE TABELASTabela 1 Planejamento do curso............................................................................... 14 Tabela 2 Parmetros de sintonia............................................................................... 65 Tabela 3 Modos mais utilizados de Programao de CLP's ..................................... 87 Tabela 4 Pinagem para uma conexo porta serial DB9 ............................................ 91 Tabela 5 Resumo das especificaes RS485 ........................................................... 95

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APRESENTAOO curso visa familiarizar engenheiros e outros profissionais de nvel superior com tcnicas de instrumentao, robtica e controle industrial. So apresentados os principais instrumentos de medida e atuao em engenharia, bem como as tcnicas envolvidas com o processamento dos sinais oriundos de tais instrumentos. Tal conhecimento capacita o profissional para atuao em uma vasta gama de processos automatizados modernos. O curso engloba conceitos bsicos necessrios para utilizao de CLPs em projetos avanados de automao, interligadas em redes com produtos padronizados de comunicao e com troca de informaes baseada num sistema de superviso industrial. A disciplina tem por objetivo dar noes tericas e prticas sobre os fundamentos e aplicaes da Automao Industrial, atravs de Solues Baseadas em CLP (Controlador Lgico Programvel). Ao final do curso o aluno dever ser capaz de: Demonstrar conhecimentos sobre arquitetura, configurao, utilizao e programao Tratar e desenvolver solues de problemas de automao utilizando CLPs em um Desenvolver a programao dos elementos estudados para integrao de sistemas de Solues Baseadas em CLPs (programao em Linguagem Ladder). nvel mais alto utilizando GRAFCET (SFC). na implementao de Sistemas Automatizados (Seqenciais). FERRAMENTAL TECNOLGICO: CLPs Koyo e HI com respectivos softwares DirectSoft e SPDSW.

Desenvolvimento do curso:O curso inicia-se pelo estudo e descrio da lgica de problemas seqenciais, utilizando GRAFCET. Desta forma os alunos podem ter uma viso em mais alto nvel de problemas de automao normalmente implementados em CLPs. Com o uso de GRAFCET a descrio da lgica dos problemas facilitada. Alm disto, possvel entrar em contato com as estruturas lgicas bsicas: seqncias, decises, repeties e tambm com o conceito de concorrncia. Os alunos estaro, nesta etapa, mais voltados para a lgica da soluo dos problemas do que para os detalhes de como esta soluo ser implementada. Mais frente as solues desenvolvidas em Grafcet auxiliaro os alunos a implementar programas com outras tcnicas de programao. O uso de Grafcet, de forma geral, instiga os alunos a pensar nas vantagens e desvantagens que os diferentes paradigmas de programao trazem, principalmente quando comeam a trabalhar com a linguagem Ladder. Nesta parte inicial, pressupe-se o conhecimento bsico de lgica Booleana por parte dos integrantes do grupo. A segunda parte do curso envolve os aspectos de Hardware do CLP. Busca descrever as partes principais que constituem um CLP comercial e os detalhes de configurao do sistema.

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Uma dificuldade encontrada em um curso como este, eminentemente tecnolgico, que a teoria est intimamente relacionada com os recursos de laboratrio. Os CLPs apesar de serem conceitualmente semelhantes; cada fabricante tem seu sistema de desenvolvimento e recursos particulares que fazem com que cada modelo de CLP tenha particularidades que precisam ser assimiladas por meio de sua documentao. Ento, em um curso que busca ensinar a programar todos os CLPs, acaba caindo nas especificidades de um ou dois modelos de uns poucos fabricantes. No caso deste curso, os exemplos apresentados se referem aos Kits didticos da empresa Hi-Tecnologia e da FAL baseadas no CLP DL05 da KOYO. A terceira parte do curso a mais extensa e trata da programao de CLPs, principalmente com linguagem Ladder. Busca-se descrever os elementos bsicos desta linguagem em um crescente com problemas mais difceis, porm, significativos. O autor deste curso acredita que programar se aprende programando, portanto fundamental que o aluno trabalhe com as ferramentas de programao no laboratrio desenvolvendo as solues para os problemas. So apresentados trs exemplos com solues de problemas clssicos na automao: Controle de nvel de um tanque, acionamento de pisto e partida de um motor de induo. Apesar de serem problemas simples mostram dificuldades muitas vezes subestimadas pelos alunos. No primeiro problema aborda a realimentao quando uma soluo apresentada ao se utilizar uma varivel de sada, a de acionamento do motor como parte da soluo. No segundo o pisto tem apenas um sensor o que pode causar uma oscilao se o usurio manter o boto ativado: o pisto sentido pelo sensor e corta, ao iniciar o retorno o sensor pra de detect-lo e avana, assim, o pisto oscila em um vai e vem curto. Esta questo das oscilaes muito comum nos problemas de automao quando compreendida traz um avano aos alunos. O problema da partida do motor de induo traz a questo de segurana tona, uma questo crucial para quem trabalha em automao. Se o problema no for bem resolvido pode deixar possibilidades no facilmente percebveis de risco de segurana, no caso de colocar em curto as fases da rede. Assim, dependendo da soluo o programa pode funcionar, porm, uma fonte potencial de acidentes. importante ilustrar isto e colocar a importncia de um sensor no contator sentindo a realidade na soluo do problema. A parte que trata de variveis discretas termina com um conjunto de exerccios com os quais os alunos podem testar seus conhecimentos e ganhar experincia neste tipo de programao. O exerccio 9 praticamente um projeto. Na parte inicial de Variveis analgicas se faz uma introduo sobre converso AD e DA. Apresenta-se um problema bastante simples que ler um sinal analgico e apresent-lo na sada analgica. No caso do Kit didtico utilizado h tambm no software blocos funcionais para controle industrial PID, ou seja, ele pode ser utilizado para controle de processos variantes no tempo. Utilizando este recurso, apresentado um exemplo que utiliza o potencimetro como a varivel de entrada: O sistema busca compensar as variaes de tal forma que o sistema sempre caminhe para o setpoint estabelecido. H tambm recursos para leitura dos pulsos de encoders e controle PWM pelo gerador de pulsos. Porm, tais recursos precisam do hardware para funcionar. No laboratrio onde este curso foi apresentado primeiramente, h uma montagem que se constitui em um encoder ligado

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a um motor DC de pequena potncia com um driver para dar ganho de potncia ao sinal de controle. Com esta montagem possvel fazer a programao dos blocos para encoder e PWM. Foi reservado um tempo para se dedicar ao tema IHM (Interface Homem Mquina). Este recurso tambm est intimamente relacionado ao CLP utilizado em laboratrio. interessante aos alunos entrarem em contato com este tipo de tecnologia, pois certamente a encontraro nos ambientes industriais. Os exemplos abordados so muito simples e a dificuldade possvel reside mais nos detalhes de como configurar a IHM no software SPDSW e faz-la funcionar conforme o desejado. Para isto no texto buscou-se detalhar bastante os passos para o seu funcionamento. Esta etapa por ser mais desafiadora ser provavelmente mais estimulante. Na etapa final so apresentados brevemente os recursos de comunicao dos CLPs. Esta apresentao Busca mostrar que eles funcionam como dispositivos fontes de dados para os sistemas de superviso uma vez que esto equipados com recursos para se ligarem s redes de instrumentos: RS232, RS485, Ethernet e seus protocolos. D-se um destaque aos drivers OPC que possibilitam disponibilizar os valores das variveis dos programas nas redes industriais de forma que sistemas supervisrios os utilizem como tags.

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PLANEJAMENTO DO CURSOAULA1 2 3 4 5

ASSUNTOIntroduo: apresentao do instrutor, ementa analtica, critrio de avaliao, apresentao dos alunos. Introduo aos Sistemas Automatizados de Produo: Descrio de Sistemas Seqenciais a partir de GRAFCET (SFC). Desenvolvimento utilizando GRAFCET da lgica seqencial de sistemas

DATA

Exerccios com Grafcet Arquitetura Bsica e Configurao de PLCs: Definio, Hardware, Histrico, CPU, Memrias, I/Os, Fonte de alimentao, Rack e Expanses. Programao de CLPs: Modos de programao de CLPs, Padro IEC 63133-3, Ambiente de programao.Linguagem Ladder, estruturas Bsicas, programao em Ladder. Avaliao P1 Correo e reviso da prova em sala. Linguagem Ladder: Temporizadores, exemplo. Programao de CLPs: Variveis discretas: temporizadores, contadores, Exemplos, exerccios. FFs,

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Programao de CLPs: Variveis analgicas. Exemplo de utilizao de variveis analgicas, exerccios. Interface Homem Mquina- IHM: Definio, utilizao. Exemplos e exerccios. Programao de CLPs: Outros recursos: Encoder, PWM, controlador PID. Exemplo, exerccios. Recursos de Comunicao: Padres de comunicao, protocolos, Driver OPC, Sistemas Supervisrios. Exemplos e Exerccios Avaliao P2 Correo e reviso da prova em sala. Aplicao e recolhimento de questionrio de avaliao da disciplina. Tabela 1 Planejamento do curso

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CRITRIOS DE AVALIAO Sistema de avaliao do curso M=(0,4 P1+0,6 P2) . A Se M 7,0 Aprovado Se M< 7,0 Reprovado Onde: P1 Nota da primeira prova (0,0 P1 10,0) P2 Nota da segunda prova (0,0 P2 10,0) A Assiduidade: Se presena 75%, A = 1,0 Se presena < 75%, A = 0,0 Conceitos Finais: A: B: C: D: 9,0 M 10,0 (aprovado) 8,0 M < 9,0 (aprovado) 7,0 M < 8,0 (aprovado) M < 7,0 (reprovado)

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1 LGICA SEQENCIAL: GRAFCET1.1 INTRODUO AOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE PRODUOAutomao industrial o uso de qualquer dispositivo mecnico ou eletro-eletrnico para controlar mquinas e processos. um passo alm da mecanizao, onde operadores humanos so providos de maquinaria para auxili-los em seus trabalhos. A Automao Industrial visa, principalmente, a produtividade, qualidade e segurana em um processo. Sua importncia tem crescido nos dias atuais devido s exigncias por produtos e servios com qualidade e baixos custos, situao imposta pelos mercados consumidores. Por definio, um processo industrial realiza modificao de materiais, atravs de uma srie de operaes, durante um determinado perodo de tempo, produzindo um resultado final desejado. Na grande maioria dos processos industriais, o controle realizado atravs da medio e atuao de um conjunto de variveis analgicas e discretas que mantm o processo funcionando dentro dos padres estabelecidos. As variveis discretas so variveis que apresentam dois estados lgicos bem definidos que podem ser interpretadas como: Ligado ou desligado; 0 ou 1; Verdadeiro ou falso, so conhecidas tambm como variveis digitais. As variveis analgicas caracterizam-se por variar continuamente dentro de uma gama de valores podendo assumir qualquer valor dentro de um limite mximo e mnimo. Para descrever um sistema automatizado, a linguagem verbal no indicada, porque a linguagem coloquial normalmente comporta mltiplas interpretaes podendo ser em muitos casos ambgua. Outra forma que poderia ser utilizada para a representao dos sistemas de controle a representao grfica. Ela traz algumas dificuldades, relativas ao tipo de representao que muitas vezes se prende a tecnologia de implementao do equipamento de controle. Com objetivo de criar uma representao independente das propriedades tecnolgicas, a norma IEC 60848 define um mtodo que combina smbolos grficos e declaraes textuais para definir o sistema automatizado como um todo. Esta norma foi originada do GRAFCET, desenvolvido por pesquisadores e gerentes industriais franceses em 1975.

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1.2 GRAFCETA rigor Grafcet no uma linguagem. uma descrio grfica do programa que define o comportamento dinmico do comando, e no as funes lgicas a serem executadas. Um Grafcet constitudo dos seguintes elementos: etapas, transies, aes, receptividades, arcos e regras de evoluo,Figura 1. Grafcet um grafo onde as etapas so os ns interligados por arcos. Estes arcos so demarcados por transies onde esto definidas as condies para se passar de uma etapa para a outra. Grafcet uma ferramenta adequada para se pensar o problema em um nvel mais alto e para descrever a lgica da soluo de um dado problema.

Figura 1 GRAFCET

Etapa:Uma etapa um estado no qual o comportamento do circuito de comando no se altera frente a entradas e sadas, ou seja, cada etapa corresponde a uma condio estvel e bem-definida do

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sistema descrito.Ela descrita atravs de um retngulo conforme a figura apresenta tal,Figura 2. Uma etapa sempre numerada. Etapa ativa x etapa inativa: Em um dado instante uma etapa pode estar ativa ou inativa. Uma etapa estando ativa depende apenas da condio de transio associada para ocorrer mudana. O conjunto de etapas ativas num determinado instante determina a situao em que se encontra o Grafcet. Etapa inicial: A Etapa inicial a etapa que se torna ativa incondicionalmente logo aps incio do funcionamento de um sistema e indica a sua situao inicial. Indicao de estado: Nos diagramas onde se deseja indicar a situao de um dado sistema no tempo , para a indicao das etapas ativas no diagrama utiliza-se um ponto () na parte interna conforme a figura.

Figura 2 Tipos de Etapas Uma etapa define um bloco de funes a executar e considerada terminada quando a varivel de transio for verdadeira. Quando a etapa termina desativada; ativando-se a etapa seguinte, desta forma o programa entra em execuo seqencial.

Transio:Representada graficamente por traos nos arcos orientados que ligam as etapas, significa a evoluo do Grafcet de uma situao para outra. Transio vlida x invlida: Em um dado instante, uma transio pode estar: vlida ou no vlida. Uma transio est vlida quando todas as etapas imediatamente precedentes estiverem ativas. Ocorrncia: A passagem de uma situao para outra s possvel com a validade de uma transio, e se d com a ocorrncia da transio.Para que haja a ocorrncia da transio uma condio lgica deve ser satisfeita, ou seja, tornar-se verdadeira, receptividade. Muitas vezes esta condio lgica vem expressa atravs de uma sentena lgica associada a uma ou mais variveis lgicas associadas ao sistema. Abaixo temos alguns casos lgicos especiais para representar uma condio relacionada ao estado lgico ou transio de uma varivel booleana a: a: Transio do nvel 0 para 1 a: Transio do nvel 1 para 0 : Nvel 0 da varivel a a: Nvel 1 da varivel a

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A transposio de uma transio pressupe a ativao de todas as etapas imediatamente seguintes e a necessria desativao de todas as etapas imediatamente precedentes. Transio incondicional: Uma transio que deve ser realizada incondicionalmente desde que esteja vlida indicada por =1.

Aes:As aes representam os efeitos que devem ser obtidos sobre os mecanismos controlados em uma determinada situao (o que deve ser feito). Apresentam tambm ordens de comando (como deve ser feito). Uma ao somente realizada se a etapa qual estiver associada estiver ativa. Podemos ter nenhuma, uma ou mais aes associadas a uma etapa. Caso haja mais de uma ao associada etapa, a simbologia Grafcet no especifica nenhuma prioridade entre as aes. Uma ao pode conter ordens de comando do tipo: contnua, memorizada, condicional, com retardo, limitada no tempo e impulsional, ou combinaes destes tipos. Ao contnua: A ao contnua ocorre durante todo o tempo que durar a etapa a que est associada, no h um qualificador especfico. Isto pode observado pela Figura 3 , a ao A ocorre durante o perodo em que a etapa E6 est ativa.

Figura 3 Ao contnua Ao memorizada: A ao memorizada ao ser iniciada (set) permanece sendo executada mesmo aps a desativao da etapa a que est associada. Portanto necessita de uma outra ao posterior para sua finalizao (Reset). As aes memorizadas utilizam os qualificadores S e R, setar e ressetar respectivamente conforme podemos observar na Figura 4. Nesta figura podemos observar que a ao a comea na etapa E1 e memorizada ela somente termina na etapa 3 quando finalizada.

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Figura 4 Ao Memorizada Ao condicional: A ao condicional alm de depender da ativao da etapa depende de uma outra condio lgica a ser satisfeita: x, utiliza o qualificador C.Na Figura 5 para que a ao a seja executada necessrio: Etapa E5 ativa , condio X verdadeira

Figura 5 Ao condicional A ao com retardo: A ao com retardo ou atraso um caso especial de ao condicional em que a dependncia se deve a um atraso no tempo, utiliza o qualificador D. Na figura para que a ao a executada aps um atraso de 3segundos.

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Figura 6 Ao com atraso A ao limitada:A ao limitada se inicia com a etapa a que esta associada porm est limitada a um perodo de tempo, utiliza o qualificado L. Na Figura 7, a ao a tem uma durao limitada de 3 s.

Figura 7 Ao limitada A ao impulsional: A ao impulsional semelhante ao limitada porm a condio se apresenta por um perodo infinitesimal, na ordem de tempo de um ciclo de varredura do CLP, , utiliza o qualificado P. Na Figura 8 a ao X tem uma durao infinitesimal, e a ao Y tem durao infinitesimal e somente ocorre com a condio a .

Figura 8 Ao impulso Receptividade:

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a funo lgica combinacional associada a cada transio. Quando em estado lgico verdadeiro, ir habilitar a ocorrncia de uma transio vlida. Regras de evoluo: Situao inicial: dada pela etapa inicial, ativada incondicionalmente no incio da operao. Transposio de uma transio: A evoluo em um Grafcet de uma situao para outra se d com a ocorrncia de uma transio. Uma transio ocorre quando ela for vlida, ou seja, as etapas imediatamente anteriores estiverem ativas e a receptividade associada for verdadeira. O tempo de uma transio considerado infinitesimal. Evoluo das etapas ativas: Na ocorrncia de uma transio as etapas imediatamente precedentes so desativadas, e so ativadas as etapas imediatamente seguintes. Transposio simultnea de transies Dever ser feita por linhas duplas, agrupando as etapas precedentes e as seguintes conforme Figura 9.

Figura 9 Transies simultneas Transies imediatamente seguintes simultneas Se duas transies subseqentes forem ativadas simultaneamente apenas a primeira transposta. Ativao e Desativao simultnea de uma etapa Se ocorrer o caso de uma etapa depender de duas transies e simultaneamente uma levar a condio de desativao e a outra ativao a etapa permanece ativada. Estruturas Seqenciais A estrutura lgica de um grafcet pode assumir diversas configuraes: basicamente estruturas seqenciais simples ou lineares, paralelas, alternativas, e a combinao destas. As seqncias paralelas ou alternativas, ou ainda concorrentes, definem um conjunto de etapas que sero ativadas concorrentemente. Tanto o incio quanto o final de seqncias paralelas so indicados por linhas duplas. As seqncias alternativas so utilizadas para representar decises, nas quais definida apenas uma seqncia a ser seguida.

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Na Figura 10 temos a apresentao destas seqncias. Na seqncia paralela tanto as etapas 14 como 15 sero ativadas quando a receptividade a for verdadeira. Na seqncia alternativa apenas uma etapa: Ou a 14, ou a 15 ser executada dependendo das receptividades a e b que devero ser mutuamente exclusivas, ou seja, nunca devero ser verdadeiras simultaneamente.

Figura 10 Tipos bsicos de seqncias

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Exemplo de aplicaoUm carro se desloca transportando objetos sobre trilhos entre dois pontos: a partida A e a chegada B. Toda vez que est em A, e recebe ordem de marcha, ele se desloca para a direita at acionar uma chave de fim de curso ChB, quando para e permanece 10s. Passado este pequeno intervalo ele retorna parando em A ao acionar a chave de fim de curso ChA. Fazendo uma correlao entre os sensores com as entradas do CLP temos: Sensores PLC Ordem Marcha Fim curso ChA Fim curso ChB Fazendo uma correlao entre os atuadores com as sadas do CLP temos: Atuadores Move direita Move esquerda Parada Definindo variveis internas para cada uma das etapas e transies: Transio Entre 0 e 1 Entre 1 e 2 Entre 2 e 3 Entre 3 e 0 C13 C12 C11 Memria C10 Etapa Etapa 0 Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Memria C0 C1 C2 C3 Y2 Y1 Sada PLC Y0 de X2 de X1 X0 Entrada

a

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1.3 EXERCCIOSDesenvolva a lgica dos sistemas abaixo utilizando GRAFCET1. Um tanque de gua recarregado atravs de uma bomba. Este processo pode ser feito de forma automtica ou manual, e isto determinado por uma chave no painel. No tanque h um sensor de nvel que indica o nvel alto e baixo. No modo automtico, caso o nvel atinja o nvel baixo, a bomba deve ser automaticamente acionada. Caso o nvel da gua ultrapassar o nvel alto a bomba deve automaticamente parar. Se faltar gua na tubulao que alimenta a bomba o motor da bomba pode ser danificado. Por isto, h um sensor na tubulao que alimenta a bomba que indica a falta de gua ou no. Caso o sensor indique a falta de gua, a bomba no pode ser acionada. Neste caso um alerta deve ser acionado. No modo manual, a bomba acionada ao se apertar o boto de acionamento e desligado ao se acionar o mesmo boto novamente.

Figura 11 Esquema de partida de um motor de induo 2. Quando se liga um motor de induo, a corrente absorvida 3, 4, 5, e a at um nmero de vezes superior corrente nominal a plena carga. Este nmero depende do tipo e das caractersticas construtivas do motor. Um modo de partir motores de induo trifsicos, com rotor em gaiola, para potncias de at 130c.v. em 220V com a converso estrela-tringulo, Figura 11. O motor parte inicialmente em ligao estrela e quando o rotor atinge a velocidade nominal, muda-se a ligao para tringulo. Com isto a corrente de linha de partida na ligao em estrela fica reduzida de 1/3 da ligao em tringulo. Faa esta converso de forma automatizada com dois botes: Partir e Parar. Ao ser acionado o boto de partida, pela

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primeira vez, os contatores de acionamento geral e chaveamento estrela so ligados. Dois segundos aps, apenas o contator de chaveamento estrela desligado, ao ser confirmado o desligamento do contator de chaveamento estrela, o contator de chaveamento tringulo acionado, e os contatores de acionamento geral e chaveamento tringulo permanecem acionados.A qualquer instante, o acionamento do boto de parada ocasiona o desligamento dos contatores acionados, retornando a posio inicial.

Figura 12 Movimento entre esteiras, os sensores no esto representados 3. Um sensor S1 de fim de curso detecta a chegada de pacotes atravs de uma esteira transportadora de rolos,Figura 12. Estes pocotes devero ser levantados para uma esteira superior pelo cilindro A. Um sensor S2 indica a chegada posio superior, e ento, o cilindro B empurra o pacote para a segunda esteira. Um sensor S3 indica que o cilindro B atingiu o final de seu curso. Aps este movimento, os cilindro A e B recuam. Enquanto o cilindro A est avanado os pacotes caso tenham chegados ficam retidos por uma trava no final da esteira.

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Figura 13 Processo de furao, os sensores no esto representados 4. Uma furadeira vertical foi automatizada para processar blocos metlicos,Figura 13. O bloco colocado manualmente, ento o operador aciona o boto de partida o que faz avanar o cilindro B. Um sensor S1 indica que o bloco foi posicionado e somente aps esta indicao o cilindro B avana fixando a pea. Este fato indicado pelo sendor S2. Em seguida avana 0 cilindro A, que efetua a furaco at a posico indicada pelo sensor S3.. Finalizada a operao o cilindro A retorna, e em seguida retornam os cilindros C e B. liberando o bloco. Obs: Os sensores no foram indicados na figura. 5. Deseja-se construir uma cancela automtica acionada a distncia por controle remoto. O controle contm um nico boto responsvel pelo acionamento da cancela. Acoplado mecanicamente cancela, um motor eltrico realiza os movimentos pela inverso de sentido de rotao. O sistema tem o seguinte comportamento: Ao acionar o boto do controle iniciase o movimento de abertura da cancela. Um novo acionamento do boto durante o movimento faz a cancela parar. Caso no haja um novo acionamento ao atingir a abertura mxima a cancela pra devido a uma chave de fim de curso. Estando a cancela totalmente aberta, ou tendo sido interrompida a abertura, no prximo acionamento do boto de controle inicia-se o fechamento da cancela. A cancela permanece aberta por apenas 15s caso contrrio ela automaticamente ir se fechar. O movimento de fechamento interrompido ao atingir uma chave de fim de curso indicando a cancela totalmente fechada. O movimento de fechamento pode tambm ser interrompido em uma posio intermediria se o boto for

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acionado durante o movimento. Uma vez energizado, o sistema deve apresentar este padro de comportamento indefinidamente.

Figura 14 Processo de estampa 6. Um equipamento para estampar peas plsticas formado por um dispositivo de carregamento de peas, por gravidade, o cilindro alimentador Cilindro1, um cilindro estampador Cilindro2 e um cilindro extrator 3, Figura 14. Todos os trs cilindros so de ao simples com retorno por mola, e tm seu avano comandado pelas eletrovlvulas EV1, EV2,EV3 respectivamente. A mxima excurso de cada cilindro monitorada pelos sensores S1,S2,S3. A expulso da pea realizada por um sopro de ar controlado pelo acionamento da eletrovlvula EV4, e monitorada pelo foto-sensor FS. O Funcionamento prev como condio inicial que os cilindros no estejam avanados, ou seja, essa condio traduz que todas as eletrovlvulas estejam desligadas. Assim com a chave de partida PTD acionada e estando a mquina em condio inicial, deve-se iniciar a operao. A seqncia consiste em, primeiramente colocar uma pea no molde, recuar o mbolo do cilindro alimentador, prensa o estampo sobre a pea e aguardar um tempo de 2 s com a pea prensada, atuar o extrator e o bico de ar para retirada da pea pronta.

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Figura 15 Carregamento 7. Um sistema de carregamento de vages,Figura 15, composto pelos seguintes elementos: uma esteira acionada pelo motor M, uma eletrovlvula Y1 para permitir a sada dos gros do silo, um sensor S3 para detectar a presena de um vago, um sensor balana B1 para indicar que o vago est cheio e uma trava de vago Y2, cujo destravamento feito por eletrom. A partir do comando de partida PTD, o sistema estar pronto para funcionar. Coma a chegada do primeiro vago, indicado por S3, acionado o motor da esteira, sendo que s ser desligado aps o ltimo vago ser carregado. A identificao do ltimo vago feita por uma superviso de tempo (15s) contado aps a sada do vago previamente carregado. Com o correto posicionamento do vago e no estando cheio, tem incio o seu enchimento dado pela abertura de Y1. O travamento dos vages na posio correta feito por um atuador mecnico pela fora de uma mola, e o seu destravamento exige a atuao eltrica do eletrom Y2. Aps o enchimento do vago, fecha-se a eletrovlvula e aguardamse 7 segundos para o esvaziamento da esteira. A partir deste instante, o vago destravado.

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Figura 16 Mquina de caf 8. Deseja-se desenvolver o controle de uma mquina automtica para servir bebidas quentes,Figura 16. A mquina apresenta as seguintes opes: caf puro, caf com leite e chocolate. O sistema dispe de cinco reservatrios: caf solvel, leite em p, chocolate, acar, e gua quente. A dosagem de cada produto estabelecida pelo tempo de abertura das vlvulas de cada reservatrio. H um dispositivo eletromecnico para alimentao do copo descartvel, o qual posiciona corretamente apenas um copo a cada vez. O sistema prev ainda trs opes de liberao de acar: amargo, doce, extradoce. Como condio inicial de funcionamento, um copo deve ser posicionado corretamente, o qual monitorado pelo sensor SC. Como condio de finalizao, o copo cheio deve ser retirado. Assim, com a condio inicial satisfeita, a dose de acar, e o tipo de bebida, selecionados o processo inicia-se com o acionamento do boto de partida. As receitas so preparadas a partir dos diferentes tempos de abertura das eletrovlvulas: - acar: amargo = no abrir, doce = 4 segundos, extra doce = 6 segundos. - Caf: acar, 3 segundos de caf, 5 segundos de gua. - Caf com leite : acar, 2 segundos de caf, 3 segundos de leite, 7 segundos de gua. - Chocolate : acar, 2 segundos de leite, 3 segundos de chocolate, segundos de gua.

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Figura 17 Estao para fabricao de peas 9. Uma mesa circular utilizada para alimentar trs estaes de trabalho,Figura 17, que realizam as seguintes operaes: Estao 1: Carrega a pea na mesa a furaco. Estao 2: Prende a pea e efetua a furaco. Estao 3: Inspeciona o furo por meio de um sensor de profundidade e elimina a pea. Os sensores e atuadores utilizados no sistema so os seguintes: A,B,C,D,E: atuadores (cilindros) pneumaticos de dupla ao, a +, b+,.., e+: eletrovalvulas que iro comandar o avano de A, B,C,D e E; a-, b-...,e-: eletrovlvulas que iro comandar o recuo dc A, B, C, D e E; fca+,...,fcf+:chaves fim-de-curso de mxima excurso nos atuadores; PPI. Sensor de presena de pea na entrada da mesa; PP2: sensor de presena de pea na estao de furao; PP3: sensor de presena de pea na estao de inspeo; PP4: sensor de pea no pallet da mesa. A mesa circular sucessivamente rotacionarla em 120 pelo aluador F, o que vai garantir o correto posicionamento da mesa aps cada rotao. O motor da furadeira acionado por um sistema mecnico que vai lig-lo quando a furadeira descer, e deslig-lo quando ela subir.A verificao do furo realizada pela descida do acionador D que dever atingir o fim-de-curso fcd+ em um tempo no superior a cinco segundos, o que indicar

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que a furao foi realizada corretamente. Caso esta condio no ocorra, a mquina dever parar a fim de que o operador retire a pea defeituosa e, manualmente, d o comando de rearme (botoeira R) As operaes so reafizadas aps o comando de ordem de partida dado pelo operador (chaveP) com as seguintes condies iniciais satisfeitas: Condio inicial 1: Os atuadores A, B,C,D e E devem estar recuados; Condio inicial 2: deve existir pea em pelo menos uma das estaes de trabalho

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2 ARQUITETURA BSICA DOS PLCSUm Controlador Lgico Programvel, CLP, ou simplesmente Controlador Programvel, CP, ou pela sigla de expresso inglesa Programmable Logic Controller, PLC, um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funes de controle de diversos tipos e nveis de complexidade. Geralmente as famlias de Controladores Lgicos Programveis so definidas pela capacidade de processamento de um determinado numero de pontos de Entradas e/ou Sadas (E/S). A definio de CLP segundo Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT: um equipamento eletrnico digital com hardware e software compatveis com aplicaes industriais. Um CLP , portanto, um sistema baseado em microprocessador voltado para ambientes industriais e surgiu para substituir os sistemas industriais baseados em reles como os armrios de controle. Inicialmente eram dedicados para lidar com eventos discretos, ou seja, com processos em que as variveis assumem valores discretos: zero ou um. Com o tempo passaram a trabalhar tambm com variveis analgicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tenso eltrica utilizadas nos processos industriais. Os CLPs so atualmente utilizados em diversos segmentos industriais entre eles: qumica e petrolfera, papel e celulose, automobilstica. Nos processos industriais fazem a leitura de sensores, o controle do acionamento de pistes e outros dispositivos discretos e tambm o controle de grandezas analgicas: temperatura, presso, mistura, concentrao, posio, velocidade; constituindo sistemas programveis robustos e de baixo custo. So tambm utilizados em sistemas automatizados complexos como robs e mquinas-ferramenta. Empresas grandes e pequenas utilizam os CLPs em mquinas para produzir peas, fazer o controle de qualidade, controlar transportadoras, paletizadoras, empacotadoras, processadores, e mquinas para manipulao de materiais. Num sistema tpico, toda a informao dos sensores concentrada no controlador (CLP) que de acordo com o programa em memria define o estado dos pontos de sada conectados a atuadores. Os CLPs tm capacidade de comunicao de dados via canais seriais, ou Ethernet. Com isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados.

2.1 HISTRICOO CLP nasceu da necessidade da industria automobilstica em aumentar a produtividade e a flexibilidade de suas linhas de produo, especificamente na Diviso Hydramatic da General Motors. poca fazia-se necessrio encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a rels. Os rels so dispositivos mecnicos possuem sua vida til limitada. Em uma aplicao utilizam-se milhares deles o que um obstculo para a manuteno dos sistemas. Com tantos rels para trabalhar,

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problemas com o cabeamento e a manuteno dos painis eram intensos principalmente nas necessrias alteraes das linhas de produo. Uma sada possvel, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no computador. Assim, em 1968, sob o comando do Engenheiro Richard Morley determinou os critrios para projeto do PLC, que refletia as necessidades de muitas indstrias de manufaturadora: Facilidade de programao; facilidade de manuteno com conceito plug-in; alta confiabilidade; dimenses menores que os antigos painis de Rels, reduo de custos; comunicao com outros dispositivos para o envio de dados e para processamento centralizado; expanso em mdulos; mnimo de 4000 palavras na memria, dispositivos de entrada e de sada facilmente substituveis; funcionamento em ambiente industrial (vibrao, calor, poeira, rudos); repetibilidade de operao e uso. O primeiro dispositivo a atender s especificaes foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969. Como o MODICON era um aparelho eletrnico, e no mecnico, se adaptou perfeitamente aos requisitos da GM, e de outros fabricantes que comearam a utilizar o equipamento. Originalmente os PLCs foram usados em aplicaes de controle discreto (on/off - liga/desliga), como os sistemas a rels, porm eram facilmente instalados, economizando espao e energia, alm de possurem indicadores de diagnsticos que facilitavam a manuteno. Uma eventual necessidade de alterao na lgica de controle da mquina era realizada em pouco tempo, apenas com mudanas no programa, sem necessidade de alterao nas ligaes eltricas. Com menos cabos, e fcil programao, a tecnologia do PLC foi rapidamente aprimorada. Com as inovaes tecnolgicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um grau tambm maior de inteligncia, os Controladores Lgicos Programveis incorporaram com o tempo funes de temporizao e contagem; operaes aritmticas; manipulao de dados; maior poder de comunicao com computadores; comunicao com Interfaces Homem-Mquina, IHM; maior capacidade de memria; controles analgicos e controle PID; controles especficos para encoders, PWM, mdulos de I/0 remotos; mdulos inteligentes e controle de posicionamento.

2.2 ESTRUTURA

E

PRINCPIO

DE

FUNCIONAMENTO DOS PLCsOs principais blocos que compem um PLC so,Figura 18 e Figura 19: CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento): compreende o processador (microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado). O microprocessador o responsvel pelo gerenciamento do CLP e executa as instrues do programa aplicao desenvolvido pelo programador. Alm disto, controla a comunicao com dispositivos externos e verifica a integridade do sistema como um todo atravs de rotinas de diagnstico.

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Figura 18 Estruturas bsicas de um CLP Sistema de memria: O sistema de memria atua conjuntamente com a CPU na execuo de programas e basicamente composta por componentes de memria do tipo ROM-Read Only Memory e RAM Random Access Memory. O sistema de memria dividido na Memria de Sistema e Memria de Aplicao, Memria de Dados, Tabela Imagem. A Memria do Sistema vem gravada de fbrica e determina como o sistema deve operar. Ela uma memria no voltil, normalmente EPROM. A memria de aplicao utilizada para o armazenamento do programa desenvolvido pelo programador. Inicialmente a memria do usurio era constituda de memrias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memrias do tipo RAM dinmica, cujo programa mantido pelo uso de baterias, ou FLASH, sendo tambm comum o uso de cartuchos de memria, que permite a troca do programa com a troca do cartucho de memria. Memria de Dados Alm destas, h uma pequena rea de memria de acesso rpido reservada para o armazenamento temporrio de dados. Esta rea denominada de Memria de Dados utilizada para armazenar os dados do programa do usurio. Estes dados so valores de temporizadores, valores de contadores, cdigos de erro, senhas de acesso, etc. So normalmente partes da memria RAM do PLC. So valores armazenados que sero consultados e ou alterados durante a execuo do programa do usurio. Em alguns PLCs, utiliza-se a alimentao da bateria para reter os valores desta memria no caso de uma queda de energia. Memria Imagem das Entradas / Sadas Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificao nas sadas, ela armazena o estados de cada uma das entradas ou sadas em uma regio de memria denominada Memria Imagem das Entradas / Sadas. Essa regio de memria funciona como uma espcie de tabela onde a CPU ir obter informaes das entradas ou sadas para tomar as decises durante o processamento do programa do usurio. A CPU somente interage com esta tabela e no com as entradas e sadas diretamente.

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Figura 19 Arquitetura de um CLP Circuitos e Mdulos de Entrada/Sada -I/0 (Input/Output -): So circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU (ou microprocessador) do CLP. Nos CLPs compactos o nmero de entradas e sadas fixo e localizado em um nico invlucro, por outro lado existem os CLPs modulares cujo nmero de entradas e sadas pode ser expandido. Os mdulos de entrada e sada fazem a comunicao entre a CPU e o meio externo alm de garantir a isolao e proteo ao dispositivo. Os I/Os so classificados como discretos(Digitais) ou analgicos Mdulos de Entrada Discretos: Os mdulos de entrada discretos recebem sinais do tipo, ligado ou desligado de dispositivos que podem ser ligados a elas, por exemplos: Botoeiras; chaves (ou micro) fim de curso; sensores de proximidade indutivos ou capacitivos; chaves comutadoras; termostatos; pressostatos; controle de nvel (bia). Eles fazem a filtragem do sinal para remover os transientes indesejados (Spikes, Bounces). Podem ser do tipo DC: tipicamente com as tenses de 5V,10V, 24V, ou AC(110V, 220V). As entradas DC podem ter configurao current sinking ou current sourcing,Figura 20. Esta caracterstica importante durante a configurao de um CLP, pois dependendo os dispositivos de entrada utilizados (Sensores PNP ou NPN) faz-se necessrio optar por um ou outro tipo de entrada DC. As entradas podem ser tambm do tipo NPN ou do tipo PNP: No caso do tipo NPN, necessrio fornecer o potencial negativo (terra ou neutro) da fonte de alimentao ao borne de entrada para que a mesma seja ativada; no caso do tipo PNP necessrio fornecer o potencial positivo ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos importante existir uma isolao galvnica entre o circuito de entrada e a CPU. Esta isolao realizada por meio de optoacopladores.

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Figura 20 Tipos de entrada Mdulos de Entrada Analgicos permitem que o PLC possa manipular grandezas analgicas, enviadas normalmente por sensores eletrnicos. As grandezas analgicas eltricas tratadas por estes mdulos so normalmente tenso e corrente. No caso de tenso as faixas de utilizao so: 0 10 VCC, 0 5 VCC, 1 5 VCC, -5 +5 VCC, -10 +10 VCC (no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas so chamadas de Entradas Diferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas so: 0 20 mA, 4 20 mA. Os principais dispositivos ligados s entradas analgicas so: Sensores de presso, temperatura, Taco - geradores. Sadas digitais As sadas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado. So utilizadas para controlar dispositivos do tipo: Rels; Contatores; Rels de estado-slido; Solenides; Vlvulas. Normalmente tm circuito de isolamento galvnico opto-acoplado e proteo contra curtocircuito. Sada analgica converte valores numricos, em sinais de sada em tenso ou corrente. No caso de tenso normalmente 0 10 VCC ou 0 5 VCC, e no caso de corrente de 0 20 mA ou 4 20 mA. Estes sinais so utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo: Vlvulas proporcionais; Motores C.C; Tenso de controle de motores CA por meio de inversores, ServoMotores C.C. Fonte de Alimentao: responsvel pela tenso de alimentao fornecida CPU e aos Circuitos/Mdulos de 1/0. Em alguns casos, proporciona sada auxiliar (baixa corrente); Base ou Rack: proporciona conexo mecnica e eltrica entre a CPU, os Mdulos de 1/0 e a Fonte de Alimentao. Contm o barramento de comunicao entre eles, no qual os sinais de dados, endereo, controle e tenso de alimentao esto presentes.

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Pode ainda ser composto por Circuitos/Mdulos Especiais: contador rpido (5kHz, 10kHz, 100kHz, ou mais), interrupo por hardware, controlador de temperatura, controlador PID, coprocessadores.

2.3 UTILIZANDO CLPsAntes de iniciar os trabalhos com um CLP importante alguns cuidados simples, porm importantes: Identificar claramente as caractersticas tcnicas do CLP: Modelo, Fabricante, especificaes do meio fsico de comunicao, protocolo utilizado, endereamento; Identificar claramente as caractersticas dos dispositivos que sero ligadas aos CLPs para determinar se h ou no compatibilidade. Obter um contato com o Fabricante para obter apoio tcnico e informaes especficas difceis de serem obtidas por meio da documentao e eventualmente diagramas e suporte; Certificar-se que Recursos esto adequados para o funcionamento do CLP: Cabos, instalaes, extenses, documentao, Softwares, e acessrios.

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3 PROGRAMAO DE CLPSCom o avano de sensores e atuadores aliados aos Controladores os sistemas tornaram-se mais enxutos. A manuteno destes sistemas tambm se alterou profundamente. Se antes as lgicas eram implementadas atravs de fins de curso mecnicos instalados nos cilindros pneumticos, hoje existem pequenos sensores indutivos que so instalados no corpo do cilindro e ligados a entradas digitais do PLC. Com o CLP a lgica facilmente programvel e o acionamento das vlvulas realizado por sadas digitais. Desta forma os sistemas eletro-mecnicos de cho de fbrica passaram a ter inteligncia embutida. Esta mudana de lgica rgida para programvel aliada aos avanos na instrumentao de campo passou a exigir mais do profissional com demanda pela soluo de mais problemas, e cada vez mais desafiadores. As informaes controladas pelo PLC podem ser disponibilizadas por meio de redes de instrumentos e redes de computadores aos nveis de informao mais altos e assim serem supervisionados. O PLC, portanto, tambm um instrumento de comunicao entre os processos que ocorrem no campo com os sistemas supervisrios. Esta conexo CLPs Sistemas Supervisrios no dia a dia tambm demanda dos profissionais que atuam com CLPs trabalho em termos de configurao e programao.

3.1 NORMA IEC-13613-3A norma IEC 61131 foi elaborada pela International Electrotechnical Commission - IEC com o objetivo de padronizar diversos aspectos relacionados aos de Controladores Lgicos Programveis, assim como aplicar modernas tcnicas e linguagens de programao para o desenvolvimento de software para estes sistemas. A norma composta por 8 partes, sendo que a parte 3 (61131-3) destinada ao modelo de software e s linguagens de programao. A parte 3 da norma apresenta define 5 linguagens de programao que so: Lista de Instrues IL Diagrama Ladder LD Diagrama de Blocos Funcionais FBD Texto Estruturado ST Sequenciamento Grfico de Funes SFC

3.2 Modos De TrabalhoDe maneira geral os CLPs tm dois modos principais de operao: Programao ou Desenvolvimento: Neste modo, a CPU executa o programa de aplicao eventualmente e no entra em regime de operao. A funo principal deste modo permitir a

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interao com o sistema de desenvolvimento dos programas para permitir a transferncia e/ou alterao/depurao de programas que esto em desenvolvimento. Permite tambm a configurao de parmetros de operao do CLP. Este modo utilizado quando um CLP est sendo programado ou em situaes onde necessrio alterar ou atualizar o programa do CLP. Execuo ou operao: Neste modo, a CPU executa rotineiramente o Programa de Aplicao desenvolvido conforme a necessidade de controle. Por exemplo, os CLPs em operao no cho de fbrica esto o tempo todo em modo de operao executando ininterruptamente o ciclo de trabalho para o qual foram programados. O modo de trabalho em alguns CLPs determinada por uma chave, por exemplo: o DL05 da koyo, Figura 21. Em outros CLPs o software de desenvolvimento possibilita selecionar o modo de trabalho do CLP.

Figura 21 Chave para seleo do modo de trabalho

Ciclo de Execuo PLC (SCAN)Um CLP, em seu modo de execuo, esta sempre executando um conjunto de tarefas que se repetem indefinidamente formando um ciclo. Este ciclo de trabalho denominado de ciclo de Scan e de forma geral ele tem durao de alguns milisegundos. Este tempo depende do tamanho do programa e dos recursos utilizados. Este modo de trabalho est presente em todos os CLPs do mercado e definem o tratamento da informao durante a execuo do Programa Aplicao. O Ciclo de Scan pode ser descrito de forma simplificada pelo diagrama da Figura 22. Os principais elementos do ciclo de Scan so: Inicializao: A inicializao um conjunto de tarefas realizadas quando se liga o CLP. Basicamente so rotinas para: Energizao da fonte, Diagnstico dos diversos componentes de hardware, Verificao dos parmetros de funcionamento, verificao da configurao de I/Os. Ela realizada somente ao se ligar o CLP no sendo repetida posteriormente.

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Leitura das Entradas e Atualizao da Tabela de Imagens : A CPU realiza a leitura de todos os pontos de entrada e armazena-os na Tabela de Imagem de Entradas. Os dados da tabela so utilizados pela CPU durante a execuo do programa aplicao. Aps a execuo da leitura em um ciclo, a atualizao das entradas ser realizada apenas no scan seguinte. Ou seja, a condio de uma determinada entrada para o programa permanece constante. Assim, mesmo que de fato a entrada mude de estado durante o ciclo de scan no afetar o programa, neste breve perodo. Execuo do Programa Aplicao: A CPU executa as instrues do Programa Aplicao que define o que dever ser realizado. A CPU sempre inicia a execuo a partir do primeiro rung do programa Ladder, executando-o da esquerda para a direita e de cima para baixo at encontrar a instruo de fim (END). Neste processo atualiza as sadas na Tabela de Imagens. Escrita das Sadas: O contedo da Tabela Imagem das sadas enviado aos pontos de sada correspondentes.

Figura 22 Ciclo de Scan de CLP WATCH-DOG-TIMER: Para garantir no caso de falha do microprocessador, que o programa no entre em loop, o que pode ocasionar danos, existe um circuito denominado Co de Guarda, que deve ser acionado em intervalos de tempo pr-determinados. Caso no seja acionado, ele assume o controle do circuito sinalizando uma falha geral.

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3.3 FERRAMENTAS PARA PROGRAMAO DE CLPsAs principais ferramentas utilizadas para a programao de CLPs so os dispositivos manuais (Handheld Programmer) e os softwares aplicativos baseados em microcomputadores PC oferecidos pelos fabricantes,Figura 23 . Ambas ferramentas oferecem recursos para edio, depurao de programas Ladder e a configurao dos recursos associados aos CLPs. A comunicao entre o PC e o CLP feita, na maioria dos casos, pela porta serial RS 232. Os softwares de programao variam conforme o fabricante, mas de forma geral apresentam recursos para edio/documentao de programas ladder, depurao destes programas, recursos para comunicao, configurao de parmetros, ajuda utilizao dos sistemas. O processo de desenvolvimento de programas para CLPs apesar de suas peculiaridades, no muito diferente do desenvolvimento de outros softwares. Parte sempre de um problema, a necessidade de um cliente. Este problema normalmente complexo e precisa ser devidamente compreendido e detalhado. Deste problema deve-se extrair os requisitos, ou seja, especificar todas as necessidades do cliente para que as solues sejam realizadas pelo software. Feito este planejamento parte-se para os ciclos de trabalho: programao, teste, validao. No processo de desenvolvimento de programas para CLPs importante utilizar boas prticas de programao: documentar exaustivamente o programa, e utilizar um processo iterativo e incremental. Deve-se sempre ter uma verso do programa rodando, ou seja, no se deve realizar a atividade de programao por grandes etapas: primeiro programar tudo, depois achar um monte de erros e tentar corrigi-los. Uma boa prtica programar de forma iterativa, ou seja, em pequenos ciclos de programao, teste, depurao, com pequenos incrementos de funcionalidade (um requisito por vez). interessante tambm quando o programa for grande, o uso de sub-rotinas para dividir o programa em partes menores e mais fceis de serem programadas e depuradas.

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Figura 23 Ferramentas de Programao

Kits Didticos

Em aplicaes de ensino ou no desenvolvimento de

programas prottipos so utilizados CLPs adequadamente preparados para uso em laboratrio de forma que as montagens sejam rpidas, seguras e esclarecedoras. Podem-se citar os exemplos das maletas didticas da FAL(CLP Koyo DL05) e os Kits da HI Tecnologia (CLP Zap-500),Figura 24. Neste trabalho os recursos utilizados para exemplificar a programao Ladder ser o SPDSW da HI Tecnologia cujo detalhamento encontra-se no site www.hitecnologia.com.br . As notas de aplicao para os diversos recursos podem ser consultados e copiado via download no site atravs dos seguintes menus: Download->Notas de Aplicao. O software SPDSW pode ser baixado atravs do caminho Download->SPDSW. O sofware do CLP Koyo DL05 pode ser baixado pelo site: www.automationdirect.com ou http://web2.automationdirect.com/adc/Home/Home .

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Figura 24 Kits didticos

3.4 LINGUAGEM LADDERA linguagem LADDER foi a primeira e ainda a mais utilizada para programar Controladores Lgicos Programveis, CLPs. A programao Ladder um paradigma de programao diferente das linguagens de programao comuns. Ela foi inspirada na descrio de painis de contatos e reles eltricos atravs de um diagrama em escada. A linguagem Ladder uma linguagem grfica que essencialmente representa redes de conexes de rels, temporizadores, contadores, comutadores, sinais de relgio, linhas de comunicao, operaes matemticas sobre os valores de variveis. A linguagem ladder uma das linguagens previstas no padro IEC 61131-3. A denominao Ladder deve-se representao da linguagem parecer com uma escada onde entre duas barras verticais paralelas apresentada a lgica de controle de acionamento da bobina de rels,Figura 25.

Figura 25 Exemplo de programa Ladder

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Apesar de ter documentao padronizando, cada fabricante proporciona aos seus clientes de CLPs ambientes diferentes de programao com recursos especficos inclusive com notao diferente e blocos funcionais especficos para cada CLP o que torna necessrio um aprendizado para cada CLP. Porm, os conceitos envolvidos na programao so comuns. As figuras apresentadas neste trabalho, utilizadas para apresentar os conceitos bsicos, provm do editor do sistema de programao Ladder SPDSW da HI-Tecnologia cuja documentao apresentada no sistema de suporte do sistema SPDSW que pode ser baixado da pgina da empresa: www.hitecnologia.com.br . A programao neste trabalho usar a notao e os blocos funcionais do CLP HI-ZAP500.

Figura 26 Elementos bsicos de um programa Ladder Linhas ,Colunas e Rungs: Na Figura 26 temos um programa Ladder elementar e nele podemos observar a estrutura bsica de programao formada por linhas e colunas. O programa formado por Rungs (degraus), cada rung forma uma sentena lgica. A sentena apresentada pelo rung1 informa que se os contatos I1 ou I2 forem acionados a bobina O10 ser acionada. A quantidade de Colunas e Linhas, ou Elementos e Associaes, que cada rung pode conter determinada pelo fabricante do PLC, podendo variar conforme a CPU utilizada. Em geral, este limite no representa uma preocupao ao usurio durante o desenvolvimento do Programa de Aplicao, pois os Softwares de Programao indicam se tal quantidade foi ultrapassada, por meio de erro durante a compilao do Programa de Aplicao. Instruo END: Todo programa em Linguagem Ladder deve ter uma Instruo END, indicando o seu final.Trata-se de uma bobina e classificada como Instruo de Controle do Programa. uma Instruo incondicional, no admitindo qualquer tipo de Elemento em sua Lgica de Controle. Toda Instruo localizada aps a Instruo END no ser executada pelo Programa de Aplicao, com exceo das Instrues de Interrupo, Sub-Rotinas e Controles Especficos (Mensagens, por exemplo). A no-existncia da Instruo END no Programa de Aplicao gera um 'Erro Fatal', fazendo com que a CPU no permanea em Modo de Execuo (RUN).

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Figura 27 Interpretao por meio da corrente lgica fictcia Corrente Lgica Fictcia Supondo que entre as barras verticais do diagrama Ladder exista uma diferena de potencial, onde a barra esquerda esteja em um potencial maior, para que uma bobina ou qualquer outro elemento de sada seja acionado necessrio que a corrente chegue ao dispositivo. Para isto a lgica de controle deve dar as condies para que isto ocorra. A este conceito d-se o nome de Corrente Lgica Fictcia.No caso do programa da Figura 27 necessrio que o contato I0 seja acionado e assim a corrente fictcia circule para acionar a bobina O11.

3.5 ESTRUTURAS BSICASContatos e Bobinas Contato NA

Contato NF Bobina

SET: Ativa estado a cada transio de subida RESET Reseta estado a cada transio de subida Em um diagrama Ladder uma lgica pode ser constituda por estes vrios blocos. Estes blocos podem ser: contatos normalmente abertos (-[ ]-) e normalmente fechados (-[/]-) de um rel, sua respectiva bobina (-( )-), conexes horizontais (----), verticais ( | ) e blocos funcionais.

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Construes Lgicas Bsicas Atravs da lgica de rels pode-se por meio da linguagem Ladder definir os comandos lgicos bsicos, Figura 28. Por sua vez pela combinao destas estruturas pode-se descrever qualquer sentena lgica.

Figura 28 Comandos lgicos bsicos Tipos de dados Na programao de CLPs importante o conhecimento dos tipos de variveis disponveis no CLP, o tamanho em bytes de cada tipo de varivel, a notao para represent-los, e a associao entre estas e a Tabela de Imagem (endereo das variveis). Abaixo so listados os tipos de dados do CLP HI-ZAP500 e na Figura 29 apresentado o diagrama de converso entre eles por meio do bloco de comando MOV: I - Entrada Digital O - Sada digital R Varivel auxiliar M- Varivel inteira D- Varivel Ponto flutuante (real) E Entrada Analgica S- Sada Analgica.

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K- Constante inteira Q- Constante Ponto flutuante T Identificador de blocos: Mensagens, PID, sub-rotinas.

Figura 29 Diagrama com as possibilidades de atribuies entre variveis do CLP_ZAP 500 -Extrado das documentao tcnica HiTecnologia Sub-rotinas: Estratgia dividir para conquistar Muitas vezes o problema que se est tratando grande de tal forma que pode ser dividido em problemas menores mais fceis de serem resolvidos e depurados. Esta estratgia chamada de modularizao facilita o trabalho da programao. A Figura 30 mostra como esta diviso pode ser

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feita utilizando reles mestres. Figura 30 Diviso de um programa Ladder em partes com o uso de reles mestres

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3.6 PROGRAMAO LADDER: VARIVEIS DISCRETASCircuito de selo e os comandos set e reset:

Figura 31 Circuito com selo No circuito da Figura 31, o contato I0, normalmente aberto, aciona a bobina O12. Como O12 faz parte da prpria lgica (realimentao) mantm a bobina acionada mesmo que I0 seja desativada. O12 s ser desligada se a chave R0, normalmente fechada, for acionada. O mesmo efeito pode ser realizado com as configuraes da Figura 32.

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Figura 32 Circuitos com selo

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Exemplo1 : Controle de nvel de um reservatrioUm reservatrio recarregado atravs de uma bomba,Figura 33. Este processo determinado por dois sensores de nvel S1 e S2 localizados na parte baixa e alta do tanque respectivamente. Caso o nvel da gua ultrapassar o nvel alto a bomba deve automaticamente parar, se ela ficar abaixo do nvel inferior a bomba deve ser ligada.

Figura 33 Sistema para controle do enchimento de tanque de gua

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Observe que o estado anterior, se o motor esta ligado ou no (R0), importante para a soluo do problema. Qual a situao ativa o alarme?

Exemplo2: Acionamento de um pisto simples com retorno por molacom um s sensor.

Figura 34 Acionamento de um pisto simples com retorno por mola Entradas: Boto b1, quando acionado ativa I0 Sensor de fim de curso, quando acionado ativa I1 Sada: Vlvula Y1 acionada atravs da sada O10 Na Figura 34, o acionamento do pisto realizado ao apertar o boto b1 ligado varivel de entrada I0. Enquanto o boto b1 estiver acionado, o Cilindro (Simples Ao) deve se mover (atravs da solenide Y1 ligada sada O10 do CLP) at que o Sensor de fim de curso seja acionado. Se o Sensor de fim de curso for acionado ou o boto b1 for solto, o cilindro deve retornar, ou seja, a solenide Y1 deve ser desacionada. Se o Sensor de fim de curso for acionado o ciclo s ser reiniciado quando o boto b1 for desligado e ligado novamente.

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Figura 35 Programa acionamento de pisto com um sensor Observe que o uso de um s sensor para definir o curso de um pisto traz algumas dificuldades no seu controle. Como ficaria este problema se no corpo do pisto tivssemos dois sensores: um para o estado pisto avanado e outro para recuado?

TemporizadoresTemporizador: Tecla de atalho [T], representado por um bloco funcional com duas entradas e uma sada e utiliza dois operadores. O operador P1 representa o valor corrente da contagem do elemento temporizador e deve ser uma memria do tipo M (inteira). O operador P2 representa o valor inicial da contagem do elemento temporizador e deve ser uma memria do tipo M(inteira) ou uma constante do tipo K(inteira),Figura 36.

Figura 36 Temporizador (HITecnologia)

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Seu funcionamento pode ser descrito da seguinte maneira: Se a entrada R estiver desenergizada fica caracterizado o estado de reset do temporizador, independente da entrada. No estado de reset o estado de P2 copiado em P1 e a sada do temporizador desenergizada. Quando a entrada R estiver energizada o temporizador estar contando, a cada 10ms decrementado de 1 o parmetro P2 at que seja igual a zero. Quando P2 for igual a zero a sada do temporizador energizada, indicando que o tempo expirou. Para obter maiores informaes sobre este e outros recursos da programao do CLP ZAP500 acessar no software SPDSW o menu suporte e acessar o seguinte caminho: sistema de suporte>acessos->Programa->elementos->bsicas->temporizador.

Exemplo3: Partida de MotoresQuando se liga um motor de induo a corrente absorvida muito superior corrente nominal de plena carga. Um modo de partir motores de induo trifsicos, com rotor em gaiola com a converso estrela-tringulo, Figura 37. O motor parte inicialmente em ligao estrela e quando o rotor atinge a velocidade nominal, muda-se a ligao para tringulo. Com isto a corrente de linha de partida na ligao fica reduzida. A converso utiliza como entradas: o sinal de um boto retentivo para Partir e o sinal da contatora C3. A qualquer instante, o desacionamento do boto Partir ocasiona o desligamento das chaves contatoras, retornando a situao inicial.

Figura 37 Partida estrela-tringulo Figura 38 apresenta o programa para a partida estrela-tringulo. Observe que por segurana um dos sinais obtido da prpria contatora C3 para evitar que um problema na contatora provoque um curto circuito na rede de alimentao do motor.

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Figura 38 Programa para partida estrela-triangulo

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Exerccios utilizando variveis discretas

Figura 39 Pisto com duplo acionamento 1. A partir do esquema da Figura 39 faa o programa em ladder para o acionamento do pisto. O pisto deve avanar quando se aperta o boto b1 e recuar aps atingir o fim de curso indicado pelo sensor S2. O pisto somente poder avanar novamente se o boto for desacionado. 2. 3. Implemente o programa do exemplo dois, pisto com retorno por mola, utilizando dois sensores: um para o pisto avanado e outro para recuado. Os circuitos da Figura 40, apesar de terem os mesmos comandos so funcionalmente diferentes. Explique porque.

Figura 40 Circuitos diferentes 4. Desenhe o esquema de controle de dois pistes e faa o programa ladder para que os pistes fiquem em um ciclo de trabalho em que um pisto avana e o outro retorna sucessivamente.

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5.

Faa um programa usando dois cilindros com duplo acionamento com dois sensores cada(um avanado e ou para recuado) de tal forma que os dois cilindros avancem simultaneamente a cada 10s.

6. recuado

(usar montagem com pistes pneumticos) Controle de posio de um cilindro pneumtico Definio de Entradas e Sadas: 2 botes (entradas) e 1 Cilindros pneumticos (sadas), dois sensores :avanado, Lgica de funcionamento: A partir do acionamento do boto 1, avano do cilindro 1 - modo avano. A partir do acionamento do boto 2, retorno do cilindro 1 - modo recuo.

7.

Uma empresa de sementes deseja colocar um clp para fazer a contagem das sementes que so colocadas em cada pacote para a venda. As sementes correm atravs de um trilho estreito impulsionadas por um vibrador e caem em um armazenador. No final do trilho h um sensor ptico. A cada passagem de uma semente ocorre um pulso.O operador deve configurar o nmero de sementes por pacote. O CLP deve fazer a contagem e quando a contagem atingida ocorrem os seguintes passos: A entrada do armazenador fechada; o armazenador aberto e seu contedo vai para o pacote; o pacote fechado; o pacote ejetado pelo movimento de um atuador; um novo pacote colocado sob o armazenador; a entrada do armazenador aberta. Faa o programa em Ladder para o funcionamento deste sistema.

Figura 41 Loop de testes controlado por CLP

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8. 9.

Faa os exerccios 3, 4,5 e 6 da seo 1.3 utilizando linguagem Ladder. Na Figura 41 apresentado um sistema de controle e monitoramento baseado em CLP para controlar um sistema para testes. Em muitas plantas industriais ocorre o escoamento simultneo de gs e lquido em uma mesma tubulao. Este escoamento normalmente forma um padro de pistes de lquido seguidos de longas bolhas de gs. Este escoamento, denominado de escoamento por golfadas ou Slug Flow ocorre, por exemplo, na produo de petrleo onde temos a ocorrncia de leo juntamente com gs. Para testar um medidor de ocorrncia das golfadas e fazer o seu estudo necessrio um loop de teste como o mostrado na Figura 41. Este sistema de testes pode simular e fazer medidas com sensores tanto em linhas Horizontais, BH, ou verticais BV. O sistema trabalha com a mistura de leo, linha indicada em marrom, e gs (N2), linha indicada em verde, formando o escoamento em golfadas, linha indicada em vermelho. Loop para teste de bombas multifsicas. necessrio fazer o controle do sistema de teste baseado em CLP. A programao dever

abranger as manobras de testes e os possveis controles e/ou alarmes para garantir a segurana do sistema e evitar funcionamento no previsto e no desejado. Este sistema dever realizar as quatro manobras principais: - Carregamento do leo - Teste somente usando o loop horizontal - Teste com os loops horizontal e vertical - Descarregamento do leo. Para realizar estas operaes tm-se os seguintes dispositivos: VG1, VG2, VG3, VG4, VG5, VG6, VG7: Vlvulas para o controle do fluxo do gs, controladas por solenides, quando alimentadas com tenso acima de 3,5V as vlvulas estaro abertas e quando alimentadas com menos de 1,5 V estaro fechadas. VL1, VL2,VL3,VL4,VL5,VL6,VL7: Vlvulas para a manobra do fluxo do lquido, controladas por solenides, quando alimentadas com tenso acima de 3,5V as vlvulas estaro abertas e quando alimentadas com menos de 1,5 V estaro fechadas. N1a,N1b, N2a,N2b: Detectores de nveis. Indicam o nvel mximo e mnimo (0 V e 5V respectivamente). B Bomba de leo acionada por um motor trifsico de 5Hp utilizada para carregar o tanque de testes localizado na estrutura superior. O motor acionado por uma bobina solenide (5V ligado, 0V desligado) BL Bomba de leo acionada por um motor trifsico de 10 Kw. O motor acionado por uma bobina solenide (5V ligado, 0V desligado) A presso na linha monitorada atravs dos sensores de presso P, caso a presso na linha de golfadas ou na linha de lquido passe de 50 kg/m , ou de 80 kg/m na linha de gs, um procedimento de emergncia deve ser acionado desligando as bombas e acionando um alerta.2 2

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DESCRIO DAS OPERAESO Carregamento do leo: a manobra para levar o leo do tanque de armazenamento para o tanque de testes localizado na estrutura superior. Para realizar esta operao liga-se a bomba B, e aciona-se VL1- aberto, VL3- fechada,VL2 e VL4- abertas, VL6- fechada,VG6 e VG5- fechadas, BV e BH ligadas em modo passivo. Esta manobra realizada at que o tanque esteja no nvel determinado para o teste. - Teste somente usando o loop horizontal: a manobra para o teste da bomba BH, a injeo do gs feita em VG5 aberta e VG4 dever estar fechada. O controle do fluxo do gs feito por VG2 com VG1 aberta. O lquido circula por BH com a bomba BL circulando o lquido com VL5 aberta e VL6 fechada, VL7 aberta. Primeiro faz-se circular o leo e depois( 10s) o gs. - Teste com os loops horizontal e vertical: A injeo de gs feita em VG6 com VG5 fechada. O controle do fluxo do gs feito por VG2 com VG1 aberta. O escoamento passa por BV e BH com VL7 fechada VL5 e VL6 abertas e VL4 fechada. Primeiro faz-se circular o leo e depois( 10s) o gs. - Descarregamento do leo: Como o leo inflamvel pode provocar incndios e exploses, aps os testes deve ser retirado dos tanques e da tubulao e armazenado em tambores. A operao de descarga faz a drenagem do leo do tanque de testes superior para o tanque de armazenagem inferior. Esta operao ser realizada com a bomba BL ligada e com as vlvulas VL5,VL6,VL4,VL3,VL1 abertas. Vl7, VL2 devem estar fechadas. A operao dever ser realizada at esvaziar o tanque superior. A vlvula VG7 dever estar aberta durante os testes por segurana injetando nitrognio no tanque inferior evitando assim a possibilidade de incndio. Ao final dos testes o tanque adequadamente fechado. Na descrio das manobras, no foram apresentados os estados desejados de todas as variveis envolvidas no sistema. Porm, em cada uma das operaes deve-se analisar o melhor estado de cada varivel no citada para garantir atravs dos procedimentos implementados que elas estejam no estado adequado para a segurana e bom funcionamento do sistema de testes.

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3.7 PROGRAMAO LADDER:VARIVEIS ANALGICASUma quantidade analgica pode assumir qualquer valor ao longo de uma faixa contnua de valores. A maioria das variveis fsicas analgica por natureza. Como exemplos podemos citar: Temperatura, presso, posio, velocidade. Os sistemas digitais realizam todas as operaes internas utilizando operaes e circuitos digitais. Qualquer informao que tenha que entrar em um sistema digital tem primeiramente ser convertida para o formato digital. Os dispositivos que fazem a interface entre o mundo analgico com o digital so os conversores analgicos para digital (DA) e os conversores digitais para analgico (AD). Nos sistemas que envolvem processos muito rpidos os sinais analgicos so normalmente digitalizados e transferidos para um computador digital para serem processados. A freqncia na qual as amostras so obtidas conhecida como taxa de amostragem. Para evitar perda de informao o sinal deve ser amostrado a uma taxa maior do que duas vezes o componente de maior freqncia do sinal de entrada sob estudo (Teorema de Nyquist). Caso se amostre um sinal, e esta regra no seja observada um fenmeno chamado aliasing (falseamento ou sobreposio) observado. Um sinal falso gerado pela amostragem do sinal a uma taxa abaixo da taxa mnima identificada por Nyquist. A freqncia falsa sempre a diferena entre qualquer mltiplo inteiro da freqncia de amostragem e a freqncia de entrada que esta sendo digitalizada. Por exemplo, se amostrarmos um sinal de 15KHz a uma taxa de 20KHz teremos ao reconstruir o sinal amostrado um sinal de 5KHz que no o sinal original. Em sistemas de aquisio de dados se realiza uma filtragem passa baixa do sinal de entrada para garantir que componentes de alta freqncia no causem aliasing no processo de aquisio de dados e conseqentes problemas de distores nas medidas.

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Figura 42 Programa que l a entrada 0 e escreve na sada 0 Nos CLPs que trabalham entradas e sadas analgicas normalmente os processos de converso DA e AD e filtragem so transparentes ao usurio, porm importante conhecer o processo que est envolvido. Deve-se levar em considerao a taxa de amostragem das interfaces. As variveis de entrada e sada analgicas dos CLPs so utilizadas para controlar grandezas analgicas principalmente em processos industriais. No CLP HI-ZAP500 as variveis analgicas so designadas pelas letras E (entradas analgicas) e S(sadas analgicas). O Kit didtico apresenta quatro entradas relacionadas s variveis E0 a E3 e uma sada associada a varivel S0. As entradas lem valores de tenso de 0 a 5V e a sada apresenta valor em corrente de 4-20mA. O programa da Figura 42 l o valor de uma tenso no potencimetro E0 e apresenta o valor na sada s0. Este programa pode ser utilizado como a base para o problema do exemplo1, Figura 43. Para ver o valor necessrio um multmetro na escala de corrente em mA. Exemplo 1

Figura 43 Controle de motor DC pequena potncia No esquema da Figura 43 est apresentado o controle de um motor DC de pequena potncia atravs de uma entrada e uma sada analgicas. Um sinal de referncia lido atravs da entrada do CLP que por sua vez faz a converso do sinal de referncia para a escala apropriada para a sada em 4-20mA. Este sinal passa por um driver de potncia que converte o sinal de 4-20mA para tenso e d um ganho de potncia para o controle do motor. Apesar de mito simples este exemplo bastante representativo para exemplificar o uso de entradas e sadas analgicas em CLPs. PID Entre as funes que os CLPs incorporaram durante a sua evoluo est a de controlador industrial. Eles utilizam suas sadas e entradas analgicas para o controle de processos industriais. Os controles analgicos industriais podem ser classificados, de acordo com a ao de controle, como: Controladores proporcionais, Controle do tipo integral, Controle do tipo proporcional mais integral, PI, Controle do tipo proporcional mais derivativo,PD, Controle do tipo proporcional mais integral mais derivativo, PID. A maioria dos controladores industriais utiliza a eletricidade ou fludo pressurizado tal como leo ou ar como fonte de potncia para a ao sobre o processo que se esta controlando. Desta forma os controladores tambm podem ser classificados como pneumticos, hidrulicos e eletro-eletrnicos.

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Figura 44 Diagrama de blocos de um controlador Industrial A Figura 44 apresenta um diagrama de blocos de um controlador industrial. Os controladores industriais atuam a partir de um sinal de erro determinado a partir da situao atual do processo medido pelo sensor e uma situao desejada setpoint. Este sistema detecta o sinal de erro atuante que usualmente tem um nvel de potncia muito baixo, e amplifica este sinal suficientemente para produzir um melhor sinal de controle. O sinal de controle a diferena entre o sinal que representa uma situao desejada (referncia) e a situao real (medida). O atuador um dispositivo de potncia que altera o processo de acordo com o sinal de controle, de modo que o sinal de realimentao v de encontro ao sinal de entrada de referncia (setpoint). O sensor ou elemento de medio um dispositivo que converte a varivel de sada em uma outra varivel adequada, tal como uma tenso eltrica que pode ser usada para comparar a sada ao sinal de referncia. Normalmente o desempenho de um controlador pode ser avaliado pela sua capacidade de manter a varivel controlada prximo ao valor desejado ou de referncia (setpoint), mesmo na presena de perturbaes externas. Para o ajuste dos controladores necessrio utilizar um critrio de desempenho para buscar o melhor regime de funcionamento do controlador. Encontram-se na literatura referente ao assunto alguns ndices para a avaliao do desempenho dos controladores. Em geral, eles consideram a resposta do controlador a uma perturbao em degrau. Pode-se utilizar como critrio de desempenho as seguintes medidas: A medida do overshoot, ou seja, o mximo desvio do setpoint observado logo aps da perturbao em degrau; a velocidade de retorno ao setpoint, ou seja, o tempo necessrio para retornar ao setpoint (no necessariamente se estabilizando no setpoint); a taxa de decaimento, medida como a razo entre as amplitudes de duas oscilaes sucessivas.Podem-se adotar ainda outros critrios, a escolha do critrio depende de qual destes parmetros o mais importante para o processo em questo. Ao de controle proporcional: No controlador proporcional a intensidade da resposta do controlador proporcional ao erro. Isto significa que o atuador sobre o processo ir receber um sinal que proporcional dimenso da correo requerida. Portanto: u(t)=Kp.e(t) O modo proporcional tende a ser utilizado em processos onde Kp pode ser grande o suficiente para reduzir mudanas no sistema para um nvel aceitvel em tempos no crticos.

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Ao de controle integral: Em um controlador com a ao integral, o valor da sada do controlador u(t) variado em uma taxa proporcional sinal de erro atuante durante o tempo t. Portanto:t

u (t ) = K i e(t )dt0

ou

du (t ) = K i e(t ) dt-1

onde Ki uma constante ajustvel e sua unidade s . O Recproco de Ki tempo integral Ti dado em segundos. A ao de controle integral muitas vezes denominada controle de restabelecimento (reset). O modo integral, usualmente utilizado em conjunto com o modo proporcional, e definida como:

u (t ) = K p .e(t ) +

Kp Ti

t

. e(t )dt0

onde Kp representa o ganho proporcional e Ti chamado tempo integral. Tanto Kp como Ti so ajustveis. O tempo integral ajusta a ao de controle integral, enquanto uma mudana no valor de Kp afeta tanto a parte proporcional com a parte integral da ao de controle. Observe que a constante Ti esta no denominador, portanto no pode receber zero como valor. O inverso do tempo integral Ti denominado taxa de restabelecimento(reset) Ki. Controle do tipo proporcional mais derivativo: Com o controle derivativo a mudana da sada do controlador proporcional taxa de variao do sinal de erro com o tempo e pode ser representado por :

u (t ) = K p .e(t ) + K pTd

de(t ) dt

onde Kp representa o ganho proporcional e Td uma constante chamada tempo derivativo. Tanto Kp como Kd so ajustveis. Com o controle derivativo, assim que o sinal de