Transcript Aulas FIC - CLP - Docente

CLP
FIC – CLP (Controlador Lógico
Programável)
Prof. Alexsander Furtado Carneiro
Contato:
[email protected]
(49) 3221-4252
CLP
Circuito de comando de uma partida Estrela Triângulo
CLP
Circuito de comando de uma partida Estrela Triângulo
Introdução a Automação
Qual a definição da Automação?
“... Qualquer sistema, apoiado a
computadores, que substitui o trabalho
humano, em favor da segurança das
pessoas, da qualidade dos produtos,
rapidez da produção ou da redução de
custos, assim aperfeiçoando os complexos
objetivos das indústrias, dos serviços ou
bem estar ...” (Moraes e Castrucci, 2007)
Introdução a Automação
Onde vemos a presença da Automação?
A automação está presente em vários ambientes
em que estamos presentes:
• Nas residências : Lavadora de roupas, no
portão eletrônico, micro-ondas, etc.
• Na rua: Semáforo, controlador de velocidade,
trens, etc.
• No trabalho: Esteiras rolantes, robôs de solda,
controle de temperatura, pressão e vazão, etc.
• Lazer: DVD, vídeo games, em máquinas de
refrigerantes, etc.
Sistemas de Controle
Sistema de Controle de Malha Aberta:
São aqueles em que a saída não exerce
nenhuma ação de controle no sistema.
Ex. Máquina de lavar roupa.
Sistemas de Controle
Os Sistemas de controle de malha fechada
apresentam a característica de utilizar um
sensor como sinal de realimentação.
Ex. Controle de temperatura.
Sistemas de Controle
Baseado no sistema de controle de malha
fechada temos diversas estratégias de
controle.
Dentre elas:
Controle Liga e Desliga: O controlador
compara o sinal de entrada (Set Point)
com o da saída (PV), quando PV alcança o
SP desliga o controle.
Sistemas de Controle
Controle Proporcional: O controlador
entrega energia ao processo com valor
proporcional à diferença entre o Set Point
e o valor atual da grandeza ( PV ), esta
diferença é chamada de erro.
Sistemas de Controle
Controle Integral: Esta estratégia de
controle utiliza a operação matemática
chamada integração, que produz uma
saída nula quando não houver erro, ou um
valor que será tanto maior quanto maior
for o tempo de existência do erro. O valor
de saída do controlador aumenta
enquanto o erro existir, até atingir o valor
máximo na saída, e quanto maior o erro
mais rápido será este aumento.
Sistemas de Controle
Controle Proporcional e Integral: É a
combinação das duas estratégias de
controle anteriores, pois, a utilização do
controlador integral elimina um dos
problemas
presentes
no
controle
proporcional, que é o erro de regime
constante
Sistemas de Controle
Controle Proporcional e Derivativo:
Combinação
entre
o
controle
proporcional, já visto, e o derivativo. Este
tem como base a operação matemática
chamada de derivada. De forma
simplificada, esta pode ser entendida
como a taxa de variação do erro em
relação ao tempo.
Sistemas de Controle
Controle
Proporcional,
Integral
e
Derivativo: a combinação da estratégia
anterior com o controle integral. O
resultado apresenta as vantagens dos três
tipos de controladores, podendo cada uma
das
variáveis
ser
ajustada
independentemente
conforme
as
características do processo a ser
controlado. Assim, obtém-se um controle
com resposta rápida, com condição de
minimizar o erro de regime permanente.
CLP
Essas ações de controle podem ser
implementadas no Controlador Lógico
Programável.
Sendo este o principal controlador
utilizado na industria.
CLP – Histórico
O primeiro CLP surgiu na industria
automobilística americana ate então um
usuário
em
potencial
dos
reles
eletromagnéticos utilizados para controlar
operações sequenciadas e repetitivas numa
linha de montagem, especificamente na
Hydromic Division da General Motors, em
1968, devido a grande dificuldade existente
para alterar-se a lógica de controle de
painéis de comando a cada mudança na
linha de montagem.
CLP – Histórico
Sob a liderança do engenheiro Richard
Morley, foi preparada uma especificação
que refletia os sentimentos de muitos
usuários de reles, não só da industria
automobilística como de toda a industria
manufatureira.
CLP – Histórico
Os primeiros controladores surgiram baseados numa
especificação resumida a seguir:
• Facilidade de programação;
• Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
• Alta confiabilidade;
• Dimensões menores que painéis de Reles, para
redução de custos;
• Envio de dados para processamento centralizado;
• Preço competitivo;
• Expansão em módulos;
• Mínimo de 4000 palavras na memória.
CLP – Histórico
A grande vantagem dos controladores
programáveis era a possibilidade de
reprogramação, permitindo transferir as
modificações
de
hardware
em
modificações de software.
CLP – Histórico
Linha do Tempo
Década de 60 - aumento de competitividade na
industria, melhoria das linhas de produção.
1968 – Divisão Hydramatic (GM) define
especificações de projeto para um PLC.
1969 – Bedford Associates (Modicon) desenvolve
primeiro PLC, chamado MODICON 084.
1972 - PLCs incorporam funções de Temporização e
Contagem.
CLP – Histórico
1973- The "084" e melhorado e reintroduzido como
"184". São introduzidas: Operações Aritméticas,
manipulação de dados e comunicação com
computadores.
1974 - Comunicação com Interfaces Homem
maquina.
1975 - Modicon lança o "284", o primeiro controlador
com um microprocessador e controle distribuído e o
"384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para
controle continuo (PID). Maior capacidade de
memória.
CLP – Histórico
1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede
de
comunicações
industrial,
permitindo
o
interfaceamento de computadores e controladores.
Graças a sua confiabilidade, Modbus se torna um
padrão industrial.
1979/1980 Módulos de I/O remotos, módulos
inteligentes e controle de posicionamento.
1981 Comunicação em rede.
1982 Aparecimento dos primeiros minis e micros
PLCs.
CLP – Histórico
Anos 90s ocorre uma gradual redução em novos
protocolos e a modernização das camadas físicas dos
protocolos mais populares dos anos 80.
1993 – E introduzido o padrão internacional IEC
1131-3 com a finalidade de unificar as linguagens de
programação dos PLCs.
2000 - E criada a Automação Web para supervisão
remota de processos com produção automatizada. A
solução integra PLCs e outros componentes em uma
arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos
Internet para conectar via Web.
O que é um CLP ?
De acordo com (Natale, 2003, p.11), o CLP “E um
computador com as mesmas características
conhecidas do computador pessoal, porem, (e
utilizado) em uma aplicação dedicada [...]”
Definição segundo a ABNT:
O CLP e um equipamento eletrônico digital com
hardware e software compatíveis com aplicações
industriais.
O que é um CLP ?
Entradas e Saídas
Entradas e Saídas
São
módulos
responsáveis
pelo
interfaceamento da CPU com o mundo
exterior, adaptando os níveis de tensão e
corrente e realizando a conversão dos
sinais no formato adequado. Cada
entrada ou saída de sinal é denominada
de ponto. Esses módulos também são
conhecidos como módulos de I/O.
Entradas
Módulos de Entrada
Fazem a interface entre os elementos de
sinais de entrada e o CLP.
Entradas
Módulos de Entrada
Cada CLP pode receber um certo número
de entrada. Alguns possibilitam a
expansão das entradas. Cabe ao catalogo
do fabricante indicar quantas entradas
possui o seu equipamento.
As entradas podem ser dividas em
entradas digitais e analógicas.
Entradas
Entrada digital
Esse tipo de entrada recebe somente
dois valores: 0 ou 1, ligado ou desligado,
verdadeiro ou falso.
Os dispositivos de entrada digital
funcionam essencialmente como chaves,
enviando o nível lógico 0 (OFF) quando
abertas e nível lógico 1 (ON) quando
fechadas.
Entradas
Entrada digital
Exemplo de entrada digital e
como ela é interpretada pelo
CLP.
O CLP trabalha com uma fonte
de 24V para as suas entradas.
Sendo que ela pode ser
interna ou externa
Entradas
Atividade prática
Realizar a montagem proposta.
Utilizar:
1 Botão sem retenção
1 Lâmpada
1 Multiteste
Antes de apertar o botão, medir a
tensão em cima da lâmpada.
Apertar o botão e medir a tensão
em cima da lâmpada.
Entradas
Atividade prática
Realizar a montagem proposta.
Utilizar:
2 Botão sem retenção
1 Contator
1 Lâmpada
1 Multiteste
Antes de apertar o botão, medir a
tensão em cima da lâmpada.
Apertar o botão e medir a tensão
em cima da lâmpada.
Entradas
Atividade prática
Realizar a montagem proposta.
Utilizar:
2 Botões sem retenção
1 Contator
1 Lâmpada
1 Multiteste
Ligar a Fotocélula, medir a tensão em cima da
lâmpada.
Escurecer o sensor da fotocélula e medir a
tensão em cima da lâmpada.
Entradas
Dispositivos de Entrada
Os dispositivos de entrada digital se
caracterizam pelo seu estado de repouso.
Normalmente aberto
Normalmente fechado
Entradas
Características de saída dos sensores
Sensores com saídas digitais, para serem ligados nas
entrada digitais. Possuem dois tipos de saída.
Saídas
Saídas Digitais
Assim como a entrada admitem apenas dois estados.
Ligado ou desligado.
Nela podemos ligar diversos equipamentos.
Saídas
Saídas Digitais
As saídas digitais são divididas em três tipos básicos:
Saída digital a relé: Aciona cargas alimentadas por
tensão tanto contínua quanto alternada. Imune a
ruído. Baixa vida útil
Saídas
Saídas Digitais
Saídas
Saídas Digitais
Saída Digital a transistor: Utilizado para fontes de
corrente contínua. Possui alta velocidade de
comutação. Possui uma vida útil alta.
Saídas
Saídas Digitais
Saída Digital a TRIAC: Utilizado para fontes de
corrente alternada. Possui alta velocidade de
comutação. Possui uma vida útil alta.
Linguagem Ladder
A função principal de um programa em
linguagem Ladder é controlar o
acionamento de saídas, dependendo da
combinação lógica dos contatos de
entrada.
Linguagem Ladder
Vamos iniciar o estudo desta linguagem de
programação, baseado no programa da WEG TPW03PCLINK V2.1
Linguagem Ladder
Iniciamos criando um novo projeto
Escolhemos o modelo do CLP
Linguagem Ladder
Aparece linha das entradas
Aparece a linha das saídas
Linguagem Ladder
Iniciamos inserindo uma entrada
E definimos uma saída
Linguagem Ladder
Entrada NA (normalmente aberta)
Entrada NF (Normalmente Fechada)
Linguagem Ladder
Saída NA (Normalmente Aberta)
Saída NF (Normalmente Fechada)
Linguagem Ladder
Instrução SET - Aciona uma saída e a mantém ligada
Instrução RST (reset) – Desliga a saída
Linguagem Ladder
Fazer o programa exemplo
Linguagem Ladder
Vamos simular.
Para tanto, vá até o menu PLC
e Simulate (U)
Linguagem Ladder
Para alterar as entradas clicamos duas vezes na
mesma
Aparece o menu ao
lado, nele
podemos força a
entrada ON, OFF
ou alterar o estado
Linguagem Ladder
Após a simulação,
vamos conectar com o
CLP, através do menu
PLC, Connect(C)
Aparece a tela de
conexão, e apertamos o
botão Link
Linguagem Ladder
Vamos fazer uma atividade
prática
Exercício 1
O botão X0 Liga o sistema e a lâmpada passa 5
segundos ligada e 5 segundos desligada. Utilizar Y0
como saída.
Exercício 2
Elabore um programa de CLP capaz
de interromper automaticamente o
funcionamento de uma esteira
transportadora de peças. A parada
se realiza sempre que um sensor
ótico não detectar a passagem de
uma nova peça num intervalo
menor que 5 segundos. O
religamento da esteira se dá pelo
comando do operador em uma
botoeira.
Exercício 3
As condições de funcionamento são as seguintes: se o
nível estiver em “a”, então fecha-se a válvula P. Se o
nível for inferior a “b”, então abre-se a válvula P.
Acima de “b”, M1 e M2 bombeiam. Abaixo de “b”,
somente M1 bombeia. Abaixo de “c”, soa o alarme AL.
Abaixo de “d”, nenhuma das bombas deverá
funcionar.
Contador
O contador é acionado por uma das entradas.
Faz a contagem conforme os pulsos da entrada.
Pode fazer na subida ou na descida
Memória Auxiliar
É utilizada para auxiliar na construção do programa.
Memória de Dados e
Função MOV
A Função MOV é utilizada para o transporte de
informações dentro do CLP e a memória de dados é
utilizada para armazenar esses dados.
Sensores
São dispositivos que indicam uma mudança.
Por exemplo:
Presença ou ausência de um objeto ou material
(detecção discreta)
Uma mudança na distância, temperatura, cor
(detecção analógica)
Sensores
Sensores com contato – são dispositivos que indicam
a mudança através do contato direto com o objeto
alvo.
Ex: chave fim de curso, chave de emergência, encoder.
Sensores
Sensores sem contato – São dispositivos de estado
sólido que criam um campo (elétrico, magnético) ou
um feixe (luz – infravermelha, laser) e reagem a
alterações a estes.
Exemplos: indutivo, capacitivo, barreira de luz,
ultrassônicos.
Sensores
Detecção Discreta: Esta responde a pergunta, “ O alvo
está lá? “ o sensor produz uma resposta baseado na
presença do alvo. Sim – nível alto, Não – nível baixo
por exemplo.
Detecção Analógica: Esta responde as perguntas
“Onde está?” ou “Quanto está?” fornecendo uma
resposta continua. A saída é proporcional ao efeito do
alvo no sensor. Ex. Sensor de temperatura, para 0 ºC o
valor de saída é 0V e para 100 ºC é 10V.
Chave Fim de Curso
Dispositivo eletromecânico que
consiste em um atuador mecânico
conectado a um conjunto de
contatos.
Quando um objeto entra em
contato com o atuador, o
dispositivo altera o estado de
repouso dos contatos.
Na sua maioria as chaves fim de
curso vem com um contato NA e
outro NF.
Chave Fim de Curso
Um exemplo de utilização da chave fim de
curso é o portão de garagem.
Agora desenvolva um programa utilizando
CLP baseado no funcionamento do portão
eletrônico.
Chave A – Aberto (entrada X2)
Chave B – Fechado (entrada X3)
X0 – Aciona portão
X1 – Para portão
Saída Y0 – Liga motor
Saída Y1 – Sentido do motor (0 fecha, 1
abre).
Sensores Indutivos
Estes sensores são dispositivos de estado sólido destinados a
detecção de objetos metálicos.
• Não estão sujeitos à avaria ou desgaste mecânicos.
• Não são afetados pelo acúmulo de contaminantes tais
como: pó, graxa, óleo ou fuligem, na face sensora.
• Detectam tanto os metais ferrosos (que contêm ferro)
quanto os não-ferrosos.
• Seu princípio de funcionamento baseia-se na geração de
um campo eletromagnético.
Sensores Indutivos
• Vantagens:
1. Não são afetados pela umidade;
2. Não são afetados pelos ambientes com
poeira/sujeira;
3. Sem partes móveis/sem desgaste mecânico;
4. Não dependem de cor;
5. Menor superfície dependente do que outras
tecnologias sensoras;
6. Sem zona cega.
Sensores Indutivos
• Desvantagens:
1. Detectam somente a presença de alvos metálicos;
2. A amplitude operacional é menor do que em outras
tecnologias sensoras;
3. Podem ser afetados por campos eletromagnéticos
fortes.
Sensores Indutivos
Sensores Capacitivos
Detecção capacitiva é uma tecnologia própria para
detectar não metais, sólidos e líquidos. Pode detectar
metais, porém o custo é mais elevado que o indutivo.
Os sensores de proximidade capacitivos são
semelhantes aos sensores de proximidade indutivos
em tamanho, forma e conceito. Entretanto, enquanto
os sensores indutivos usam campos magnéticos
indutivos para detectar objetos, os sensores de
proximidade capacitivos reagem às alterações do
campo elétrico.
Sensores Capacitivos
Vantagens:
1. Detectam metais e não metais, líquidos e sólidos
2. Podem "ver através" de certos materiais (caixas de
produto)
3. Estado sólido, vida útil longa
4. Diversas configurações de montagem
Sensores Capacitivos
Desvantagens:
1. Distância sensora curta (1 polegada ou menos)
varia amplamente de acordo com o material a ser
detectado;
2. Muito sensível aos fatores ambientais - umidade
em climas litorâneos podem afetar o resultado da
detecção;
3. Nem um pouco seletivo em relação ao alvo - o
controle do que se aproxima do sensor é essencial.
Sensores Capacitivos
Sensores Fotoelétricos
Princípio de Funcionamento:
Todos os sensores fotoelétricos operam
detectando uma mudança na quantidade
de luz recebida por um detector de luz. A
mudança na luz permite que o sensor
detecte a presença ou a ausência do
objeto, bem como seu tamanho, sua
forma,
sua
capacidade
refletora,
opacidade, transparência ou cor.
Sensores Fotoelétricos
Tipos:
a) Tipo Barreira;
b) Tipo Retro Refletido (com espelho
prismático);
c) Tipo Difuso;
d) Com Fibra ótica (objetos pequenos e
alta temperatura).
Sensores Fotoelétricos
a) Barreira (Feixe transmitido)
Neste modo de detecção, o emissor e o receptor de
luz estão em invólucros separados. As duas unidades
estão posicionadas em lados opostos de forma que a
luz do emissor brilhe diretamente sobre o receptor. O
feixe entre o receptor e a fonte de luz deve ser
interrompido para a detecção do objeto.
Sensores Fotoelétricos
b) Retrorefletido
Um sensor retrorefletido
contém tanto o emissor
quanto o receptor em um
invólucro. O feixe de luz do
emissor é propagado do
refletor (ou de material
refletivo
especial)
e
detectado pelo receptor. O
objeto é detectado quando
intercepta esse feixe de luz.
Sensores Fotoelétricos
b) Retrorefletido Polarizado
– Os sensores retrorefletidos polarizados contêm
filtros polarizadores em frente do emissor e do
receptor que orientam a luz em um único plano.
Esses filtros são perpendiculares ou ficam
posicionados 90° fora de fase entre si.
Sensores Fotoelétricos
c) Difuso
Neste tipo é detectado um reflexo diretamente a
partir do objeto.
A superfície do objeto espalha a luz em todos os
ângulos; uma pequena parte é refletida em direção ao
receptor. Esse modo de detecção é denominado
detecção difusa.
Entradas
Entrada Analógica
Permite ao CLP manipular grandezas
analógicas que são enviadas por sensores
eletrônicos.
Entradas
Entrada Analógica
As grandezas tratadas pelo CLP são tensão
e corrente.
Temos as seguintes faixas de trabalho:
Tensão
0 a 10 Vcc
0 a 5 Vcc
1 a 5 Vcc
-5 a +5 Vcc
-10 a +10 Vcc
Corrente
0 a 20 mA
4 a 20 mA
Entradas
Entrada Analógica
Outra questão que deve ser analisada é a resolução
da entrada, normalmente medida em bits.
Os equipamentos em suas entradas analógicas dão a
faixa de trabalho por ex:
WEG TPW03 a entrada analógica em tensão de 0 a 10
Vcc a variação é de 0 a 4000.
Ou seja se eu tenho uma leitura de 0 o valor na entra
é zero. Se eu tenho uma leitura de 4000 a entrada é
10V
Programação
Softwares utilizados
WEG
http://www.weg.net/files/products/WEG-softwarede-programacao-do-controlador-tpw-03-pclink-2.1software-english.zip
Programação
Omron
Programação
Conceito de
programação ECA
(Escreve – Copia –
Apaga)
Utilizado para evitar o
uso
de
intertravamentos no
CLP e para que o
mesmo faça um passo
de cada vez