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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Autom ação Industrial So� a Maria Amorim Falco Rodrigues So� a Maria Amorim Falco Rodrigues GRUPO SER EDUCACIONAL gente criando o futuro Na disciplina de Automação Industrial, compreenderemos os principais conceitos da automação, entendendo as premissas mais importantes para desenvolver e imple- mentar o uso de sistemas automatizados, nos mais diversos contextos industriais, bem como seus impactos e os equipamentos envolvidos. Além disso, estudaremos os inversores de frequência, importantes equipamentos no acionamento e controle de velocidade dos motores elétricos, utilizados amplamente no cenário industrial e até mesmo em algumas aplicações do nosso cotidiano. Outro equipamento essencial na automação e no controle de sistemas e processos em geral, que também será estudado, é o controlador lógico programável (CLP). Veremos como funciona a relação de interface entre os sistemas e processos com o controle e a automação, por meio do uso de sensores. Abordaremos as visões gerais de algumas das mais importantes linguagens de programação da área e, por � m, conheceremos a programação em ladder, a principal linguagem na automação. SER_ENGELE_AUTOINDU_CAPA.indd 1,3 05/08/2020 16:46:17 © Ser Educacional 2020 Rua Treze de Maio, nº 254, Santo Amaro Recife-PE – CEP 50100-160 *Todos os gráficos, tabelas e esquemas são creditados à autoria, salvo quando indicada a referência. Informamos que é de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização. A violação dos direitos autorais é crime estabelecido pela Lei n.º 9.610/98 e punido pelo artigo 184 do Código Penal. Imagens de ícones/capa: © Shutterstock Presidente do Conselho de Administração Diretor-presidente Diretoria Executiva de Ensino Diretoria Executiva de Serviços Corporativos Diretoria de Ensino a Distância Autoria Projeto Gráfico e Capa Janguiê Diniz Jânyo Diniz Adriano Azevedo Joaldo Diniz Enzo Moreira Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues DP Content DADOS DO FORNECEDOR Análise de Qualidade, Edição de Texto, Design Instrucional, Edição de Arte, Diagramação, Design Gráfico e Revisão. SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 2 05/08/2020 14:07:09 Boxes ASSISTA Indicação de filmes, vídeos ou similares que trazem informações comple- mentares ou aprofundadas sobre o conteúdo estudado. CITANDO Dados essenciais e pertinentes sobre a vida de uma determinada pessoa relevante para o estudo do conteúdo abordado. CONTEXTUALIZANDO Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato; demonstra-se a situação histórica do assunto. CURIOSIDADE Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto tratado. DICA Um detalhe específico da informação, um breve conselho, um alerta, uma informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado. EXEMPLIFICANDO Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto. EXPLICANDO Explicação, elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da área de conhecimento trabalhada. SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 3 05/08/2020 14:07:09 Unidade 1 - Introdução à automação e os inversores de frequência Objetivos da unidade ........................................................................................................... 12 Introdução à automação ..................................................................................................... 13 Panorama histórico da automação .............................................................................. 13 Principais premissas e conceitos ..................................................................................... 15 Áreas da automação ....................................................................................................... 15 Estratégias de automação ............................................................................................. 17 Elementos da automação ............................................................................................... 19 Equipamentos ........................................................................................................................ 23 Aplicações de automação ............................................................................................. 25 Inversores de frequência .................................................................................................... 26 Princípio de funcionamento ........................................................................................... 28 Configuração .................................................................................................................... 31 Sintetizando ........................................................................................................................... 36 Referências bibliográficas ................................................................................................. 37 Sumário SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 4 05/08/2020 14:07:09 Sumário Unidade 2 - Controladores lógicos programáveis Objetivos da unidade ........................................................................................................... 39 Controladores lógicos programáveis ............................................................................... 40 Aplicações ........................................................................................................................ 45 Princípio de funcionamento .......................................................................................... 50 Arquitetura básica ........................................................................................................... 54 Sensores industriais ............................................................................................................ 60 Sensores resistivos ........................................................................................................ 63 Sensores capacitivos ..................................................................................................... 66 Sensores indutivos ......................................................................................................... 67 Sensores ultrassônicos .................................................................................................. 67 Sintetizando ........................................................................................................................... 69 Referências bibliográficas ................................................................................................. 70 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 5 05/08/2020 14:07:09 Sumário Unidade 3 - Revisão geral sobre linguagens de programação Objetivos da unidade ........................................................................................................... 72 Programação básica de um CLP ........................................................................................ 73 Organização da memória do processador .................................................................. 73 Processo de varredura do programa ........................................................................... 75 Principais linguagens de programação do CLP ......................................................... 77 Ladder ..................................................................................................................................... 78 Orientações gerais ......................................................................................................... 78 Como desenvolver o programa ..................................................................................... 83 Exemplos de aplicações ................................................................................................. 85 FDB, IL, ST e SFC ...................................................................................................................87 FDB (Functions Block Diagram) ................................................................................... 87 IL (Instruction List) .......................................................................................................... 92 ST (Structured Text) ....................................................................................................... 96 SFC (Sequencial Function Charts) ............................................................................... 98 Sintetizando ......................................................................................................................... 102 Referências bibliográficas ............................................................................................... 103 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 6 05/08/2020 14:07:09 Sumário Unidade 4 - Programação em ladder Objetivos da unidade ......................................................................................................... 105 Fundamentos da lógica ladder para CLP ....................................................................... 106 Controle a relé eletromagnético ................................................................................. 107 Contatores ...................................................................................................................... 108 Chaves de partida direta para o motor elétrico ....................................................... 109 Chaves manuais ............................................................................................................. 110 Chaves mecânicas ........................................................................................................ 111 Dispositivos de controle de saída ............................................................................... 111 Circuitos com selo ......................................................................................................... 113 Relés com trava ............................................................................................................. 113 Conversão de esquemas a relé em diagramas ladder ................................................ 115 Exemplo: controle de nível em um reservatório ....................................................... 115 Exemplo: controle sequencial ..................................................................................... 117 Conceitos básicos da programação em ladder e visão geral das instruções ........ 119 O papel da instrução END ............................................................................................ 119 Entendendo a implementação da lógica de controle .............................................. 120 Tipos de dados ............................................................................................................... 120 Instruções booleanas ................................................................................................... 122 Instruções de movimentação de dados .................................................................... 127 Instruções matemáticas ............................................................................................... 128 Temporizadores programáveis ......................................................................................... 130 Exemplo prático: TON ................................................................................................... 130 Contadores programáveis ................................................................................................. 132 Exemplo prático: CTU .................................................................................................... 133 Exemplo prático: CTU/CTD ........................................................................................... 135 Variáveis analógicas ......................................................................................................... 136 Sintetizando ......................................................................................................................... 137 Referências bibliográficas ............................................................................................... 138 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 7 05/08/2020 14:07:09 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 8 05/08/2020 14:07:09 Na disciplina de Automação Industrial, compreenderemos os principais conceitos da automação, entendendo as premissas mais importantes para de- senvolver e implementar o uso de sistemas automatizados, nos mais diversos contextos industriais, bem como seus impactos e os equipamentos envolvidos. Além disso, estudaremos os inversores de frequência, importantes equipa- mentos no acionamento e controle de velocidade dos motores elétricos, utili- zados amplamente no cenário industrial e até mesmo em algumas aplicações do nosso cotidiano. Outro equipamento essencial na automação e no controle de sistemas e processos em geral, que também será estudado, é o controlador lógico pro- gramável (CLP). Veremos como funciona a relação de interface entre os siste- mas e processos com o controle e a automação, por meio do uso de sensores. Abordaremos as visões gerais de algumas das mais importantes linguagens de programação da área e, por fi m, conheceremos a programação em ladder, a principal linguagem na automação. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 9 Apresentação SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 9 05/08/2020 14:07:09 Além de dedicar este material aos meus maiores incentivadores, meus pais, meu marido e cada um dos meus alunos, dedico este livro a você. Tenho muito orgulho em poder contribuir com o seu conhecimento e espero poder impactá-lo de alguma forma. A professora Sofi a Maria Amorim Falco Rodrigues é mestre e gradua- da em Engenharia Elétrica pela Uni- versidade Federal de São João del Rei (UFSJ). É professora conteudista de Engenharia Elétrica e áreas afi ns, desde 2019, e atua como professora particular, desde 2016. Currículo Lattes: lattes.cnpq.br/2341871988950551 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 10 A autora SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 10 05/08/2020 14:07:14 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO E OS INVERSORES DE FREQUÊNCIA 1 UNIDADE SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 11 05/08/2020 14:07:37 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Compreender a implementação de sistemas automatizados na indústria; Apresentar os equipamentos mais utilizados na automação industrial; Entender o funcionamento, as configurações e as principais aplicações de inversores de frequência. Introdução à automação Panorama histórico da automação Principais premissas e conceitos Áreas da automação Estratégias de automação Elementos da automação Equipamentos Aplicações de automação Inversores de frequência Princípio de funcionamento Configuração AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 12 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 12 05/08/2020 14:07:37 Introdução à automação A defi nição formal de automação considera o desenvolvimento, o aprimo- ramento e a implementação de sistemas automáticos de controle. É assim que verifi camos o funcionamento de um sistema, com mecanismos destinados à me- dição e correção, sem interferência humana. Outra defi nição possível entende o uso de comandos lógicos programáveis e de equipamentos mecanizados como substituto para as atividades manuais. Estes processos podem envolver a toma- da de decisão e a relação comando-resposta, feita pelos seres humanos. Assim, devemos iniciar nosso estudo pela compreensão do histórico da au- tomação, avançando, em seguida, para uma exploração de suas premissas e seus conceitos principais. Para entendermos essa área complexa, seguiremos com uma introdução dos principais equipamentos utilizados e alguns exem- plos práticos da automação. Entenderemos, então, como a automação vem impactando a indústria nos últimos anos, e como ela é capaz de proporcionar cada vez mais avanços, em diversos sentidos. Panorama histórico da automação Doponto de vista histórico, a mecanização (ou o uso de mecanismos de temporização para disparar a lingueta da alavanca de uma catraca) vem auxi- liando os humanos na realização de tarefas de exigência física. Entretanto, o conceito de automação vai além disso, promovendo a redução da necessidade de requisitos sensoriais, mentais e humanos, além de ser capaz de promover a otimização da produção. O termo “automação” surgiu na década de 1940, quando um engenheiro da Ford o usou para descrever vários sistemas cujas ações e os controles propor- cionados substituíam o esforço e a inteligência humana. Na ocasião, a parte lógica foi realizada a partir do uso de re- lés e temporizadores intertravados, além de elementos como botões, para o sequenciamento do movimento lógico de ligar e desligar motores e atuadores. Des- se modo, a participação humana, ainda necessária, restringia-se a pontos de tomada de decisão. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 13 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 13 05/08/2020 14:07:37 Além disso, sabe-se que as primei- ras formas de automação industrial foram implementadas nas indústrias de processo, por meio do desenvolvi- mento de equipamentos de controle e de medição elétrica e pneumática. Apesar disso, o fato de maior relevân- cia e, para alguns, o marco inicial da automação aconteceu em 1949, com o surgimento da máquina de comando avançado. Criada para realizar certas operações previamente programadas, esse dispositivo abriu perspectivas para um cenário de mudanças que se estendem até hoje. Avançando na linha cronológica, com o advento dos computadores e outros importantes dispositivos de hardware, que possibilitaram uma série de novas aplicações e equipamentos, os controles se tornaram cada vez menores, mais flexíveis e mais baratos. Dessa forma, as primeiras máquinas automáticas fo- ram constituídas por sistemas de comando com circuitos de válvulas eletrô- nicas a vácuo, substituídas por dispositivos mais eficientes e, principalmente, mais compactos, como os transistores, e sendo os fios substituídos por placas de circuitos integrados. Com isso, o próximo desenvolvimento relevante para a automação foi a pos- sibilidade de se implementar o comando numérico computadorizado (CNC), que revolucionou e trouxe versatilidade às aplicações. Assim, juntamente com o CAD (do inglês Computer Aided Design), o CNC permitiu o desenvolvimento de projetos pelo computador. Por fim, temos o desenvolvimento dos primei- ros controladores lógicos programáveis (CLPs), nas décadas de 1970 e 1980, pela Modicon, em resposta a um desafio proposto pela General Motors, para a substituição da lógica “relé a fio”. Observa-se, mais recentemente, que a flexibilidade das máquinas e a possi- bilidade de comunicação entre elas, bem como o armazenamento de dados, vêm criando sistemas de produção cada vez mais integrados. Assim, ganha-se produ- tividade e melhora-se a qualidade do produto, além de adquirir-se benefícios re- lacionados à redução de mão de obra e novas possibilidades de implementação. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 14 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 14 05/08/2020 14:07:44 Principais premissas e conceitos De maneira geral, a automação pode ser compreendida pelas relações com o sistema de produção e as oportunidades de uso de máquinas e computado- res (Diagrama 1). Esses sistemas envolvem os sistemas de apoio à produção e as instalações, que englobam a própria fábrica e os equipamentos. Além disso, a manufatura integrada por computador é implementada em aplicações que podem ser potencialmente computadorizadas ou automatizadas. DIAGRAMA 1. VISÃO GERAL DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Sistema de produção Manufatura integrada por computador Sistemas de apoio à produção Instalações: fábrica e equipamentos Aplicações potencialmente computadorizadas Aplicações potencialmente automatizadas Além disso, alguns exemplos de sistemas automatizados podem ser cita- dos, como as máquinas-ferramenta; as linhas de transferência para operações de usinagem; os sistemas de montagem automatizados; a produção com robôs industriais, para operações de processamento ou montagem; o tratamento e armazenamento automático de materiais da operação de produção; e os siste- mas de inspeção automática para controle de qualidade. Áreas da automação Antes de analisarmos outras informações mais específi cas, é importan- te compreendermos que a automação industrial se subdivide em três áreas principais, podendo ser rígida, fl exível ou programável. Na automação rígida, temos sistemas de sequência de operações de processamento ou montagem AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 15 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 15 05/08/2020 14:07:44 definidos pela configuração do equipamento. Geralmente, cada uma destas operações é simples e caracteriza movimentos planos ou rotacionais (ou uma combinação simplificada dos dois), sendo a integração e a coordenação de vá- rias dessas operações o que torna o sistema mais complexo. Também é possível ressaltar características gerais importantes da auto- mação rígida, como um alto investimento inicial em equipamentos de enge- nharia personalizada, altas taxas de produção e uma inflexibilidade relativa do equipamento. Ademais, deve-se destacar, na justificativa econômica, que os produtos nesse cenário são fabricados em grandes quantidades, diluindo, em muitos casos, o investimento inicial. A aplicação dessa automação pode ser encontrada, por exemplo, nas máquinas de montagem automatizadas e em sistemas como linhas transfer de montagem. Na automação programável, o equipamento é projetado com capacidade de modificar a sequência de operações, acomodando, assim, diferentes confi- gurações de produtos. Para isso, a sequência de operações é controlada por um algoritmo, que trará um conjunto de instruções a ser interpretado e lido pelos sistemas envolvidos. Pode-se também elencar, neste caso, algumas ca- racterísticas básicas principais, comuns à maior parte das aplicações de auto- mação programável, como: alto investimento em equipamentos de propósito geral; baixas taxas de produção (em comparação à automação rígida); flexibili- dade frente a variações e alterações na configuração do produto; e alta adap- tabilidade para a produção em lote. Isso permite constatar, e até mesmo indicar, que a automação programá- vel deve ser utilizada em contextos de baixo ou médio volume de produção, como em casos de produção em lotes. Por outro lado, é importante levar em conta que possíveis alterações levam tempo, o que pode ser uma possível des- vantagem, mas, em boa parte das aplicações, pode não levar a efeitos negativos. Entre os exemplos desse tipo de automação, incluem-se os controladores lógicos pro- gramáveis, as máquinas-ferramenta numericamente controladas (popularmente referidas como CNs) e os robôs industriais. Por fim, temos a automação flexível, uma ex- tensão da automação programável que tem como AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 16 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 16 05/08/2020 14:07:44 características: um alto investimento em um sistema com engenharia perso- nalizada; uma produção contínua de um conjunto variado de produtos; e ta- xas médias de produção e fl exibilidade, para lidar com variações no projeto do produto. Com isso, podemos inferir que não existirão perdas no tempo de produção, para reajustes, e será possível produzir variações (contanto que a diferença entre as peças não seja signifi cativa), bem como planos de peças e produtos sem ser em lotes. Como exemplo de implementação, temos os sis- temas fl exíveis de manufatura para a execução de operações de máquinas, implementados a partir da década de 1960. Estratégias de automação A invenção do computador permitiu a criação da manufatura integrada por computador e o desenvolvimento de projetos auxiliados por compu- tador (ROSÁRIO, 2004). Esse tipo de manufatura, também conhecido como CIM (do inglês Computer Integrated Manufacture),implementa sistemas de quatro funções básicas: de negócios; de projeto do produto; de planejamen- to; e de controle da produção, formando um ciclo de eventos para acompa- nhamento das atividades físicas da produção, sem contato com o produto. Outra vertente importante é a manufatura aditiva, que sintetiza o advento da impressão 3D, responsável então pela fabricação de sólidos a partir do desenho de um modelo. Assim, para entendermos a automatização de sistemas e/ou a implementa- ção de novas estratégias de automação nas indústrias, devemos ter em mente alguns motivos gerais, como: • Aumentar a taxa de produção por hora de trabalho; • Reduzir os custos do trabalho; • Minimizar os efeitos decorrentes da ausência de trabalhadores; • Reduzir, ou mesmo eliminar, as rotinas manuais e de tarefas administrativas; • Aumentar a segurança do trabalhador; • Melhorar a qualidade do produto; • Diminuir o tempo de produção; • Realizar novos processos, que não podiam ser executados manualmente; e • Evitar os custos de não realização da manutenção. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 17 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 17 05/08/2020 14:07:44 Além dessas razões, que podem ser enquadradas como vantagens de se au- tomatizar sistemas, podemos apontar também a substituição de operadores hu- manos em tarefas monótonas, de trabalho mais pesado, em ambientes perigosos ou de condições extremas de temperatura. Como consequência, vemos melhorias na incorporação de inspeções e verificações, além de a automação, por si só, servir como catalisador para a melhoria econômica. Em contrapartida, existem desvan- tagens intrínsecas ou que poderão surgir em algumas aplicações, como o fato de: • A tecnologia atual não ser capaz de automatizar todas as tarefas da produção; • Certos tipos de tarefas terem um custo mais alto, quando automatizadas; • A previsão precisa dos custos de pesquisa e desenvolvimento para a automati- zação não ser uma tarefa fácil de se realizar; • Os custos iniciais já serem, em geral, relativamente altos, embora isso nem sempre inviabilize o desenvolvimento do sistema automatizado; e • O atendimento a esses novos sistemas geralmente demandar um departamen- to de automação qualificado. Faz-se importante, então, pontuar alguns dos principais conceitos da automação industrial. A fábrica, ou planta de manufatura, define uma construção industrial na qual os trabalhadores produzem, montam, processam ou empacotam produtos por meio da operação e supervisão de máquinas e linhas de produção. A manufatura propriamente dita se refere à fabricação sistemática de produtos, por meio do uso de máquinas, ferramentas e mão de obra, em um ciclo de produção (Figura 1). Extração Manufatura Desenvolvimento Produção Qualidade Empacotamento EnvioTestagem Planejamento Engenharia Gestão Marketing Figura 1. Ciclo de produção. Fonte: LAMB, 2015, p. 6. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 18 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 18 05/08/2020 14:07:44 O ciclo da produção envolve cinco etapas distintas: a extração, a manufa- tura, a testagem, o empacotamento e o envio. Além disso, nelas podemos en- contrar processos importantes, como o planejamento, a engenharia e a gestão como um todo, bem como as áreas de desenvolvimento, produção, qualidade e marketing. Elementos da automação Podemos apontar como elementos básicos da automação os estados digitais e, em casos em que não é possível descrever comportamentos bi- nários, a combinação de parâmetros e representação analógica do equipa- mento. Assim, faz-se necessário, em diversos tipos de sistemas automati- zados, a conversão analógico-digital e vice-versa, desempenhada por um conversor. Os dados, então, são convertidos a partir de premissas de reso- lução dessa conversão, reproduzindo fi elmente a informação, utilizando-os e armazenando-os corretamente no sistema. As entradas (I) e as saídas (O) podem ser discretas ou analógicas. A maio- ria dos sistemas de controle no chão de fábrica possuem I/O discretas, como é o caso de interruptores, botões e vários tipos de sensores, como os com sinais de 24 Vcc ou 120 V, em corrente alternada. Esses sistemas são adotados pois buscam-se níveis baixos de tensão e corrente, para a segurança dos equipamentos e das pessoas. No caso das entradas e saídas analógicas, tem-se formas de variação da tensão e da corrente que seguem o comportamento do sistema. Podemos citar o caso de que a maior parte dos sistemas de medidas utiliza sinais analógicos e podem ser usados para controlar a velocidade de um motor, por exemplo. O controlador PID (proporcional, integral e derivativo) é outro elemen- to importante na automação, implementado por contro- ladores físicos ou algoritmos, geralmente em malha fe- chada. Ele é implementado por um diagrama de blocos realimentado pela saída (Diagrama 2) e estabelece o controle do sistema a partir da combinação de três ações de controle, que podem ter uma função pro- porcional, integral ou derivativa. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 19 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 19 05/08/2020 14:07:44 DIAGRAMA 2. CONTROLADOR PID E O CONTROLE EM MALHA FECHADA QUADRO 1. PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO Ponto de ajuste Erro P Proporcional I Integral Processo Saída D Derivativa + ∑ ∑ Fonte: LAMB, 2015, p. 16. O processo de sintonia para ajuste desses controladores segue uma sé- rie de premissas teóricas, como o método de Ziegler Nichols, por exemplo, ou pode ser feito na prática, via experimentação. Além disso, observa-se que ser- vossistemas e softwares normalmente possuem algoritmos de autossintonia. São implementados diversos métodos de comunicação na automação, para transferir ou fornecer dados de um computador ou um controlador, garantindo o fl uxo de informações no sistema automatizado. Com isso, de- fi nem-se protocolos de entrada e saída e arranjos de rede (Quadro 1), como é o caso das topologias de rede em anel e em estrela, além das formas de comunicação serial ou paralela. Protocolo Resumo DeviceNet Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de alto nível. CANOpen Usado em sistemas embarcados. PROFIBUS Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Fieldbus Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. HART Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Wireless Redes de computador. Sem cabo. DeviceNetDeviceNetDeviceNet CANOpen DeviceNet CANOpenCANOpen PROFIBUS Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de PROFIBUS Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de PROFIBUS Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Fieldbus Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Fieldbus Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Fieldbus Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da HART Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido HART Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Wireless Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadoresindustriais, desenvolvido Wireless Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de alto nível. Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de alto nível. Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de alto nível. Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Usado em sistemas embarcados. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Redes de computador. Sem cabo. Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação. Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 20 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 20 05/08/2020 14:07:46 A ethernet, por exemplo, amplamente utilizada na automação industrial, é a estrutura para a tecnologia de redes de computadores quedescreve desde a fi ação até a sinalização de caracteres usados em uma rede local (LAN). Assim, de forma geral, os métodos de comunicação descrevem, no caso da automa- ção industrial, características físicas dos sistemas, especialmente em termos do cabeamento. EXEMPLIFICANDO A USB (Universal Serial Bus), porta universal de comunicação, usada lar- gamente na comunicação periférica com o computador, está sendo adota- da cada vez mais na automação industrial, para a comunicação de dados. Na automação, são utilizados também sistemas hidráulicos e pneumáti- cos, sendo o princípio fundamental de ambos a geração de comandos. Para os primeiros, por exemplo, a força gerada por líquidos como óleos minerais ou a água é instrumental, enquanto para o segundo grupo essa força é gerada por gases, como o nitrogênio. Outra parte importante é a representação gráfi ca (Quadro 2), que permite a atribuição de códigos e numerações (Quadro 3), que dizem respeito à função de cada instrumento. Algumas das válvulas e alguns dos dispositivos mais usados nos sistemas, por exemplo, possuem representa- ções gráfi cas específi cas (Quadro 4). QUADRO 2. PADRONIZAÇÃO GRÁFICA DE FUNÇÕES E INSTRUMENTOS EM GERAL No campo, montado localmente Painel ou tela principal Subpainel ou localização remota Inacessível ou dentro do painel Instrumentos e dispositivos Gráfi cos em tela de computador Funções de computador Instrumentos e Instrumentos e dispositivos Instrumentos e dispositivos Instrumentos e dispositivos Instrumentos e dispositivos Gráfi cos em tela de computador Gráfi cos em tela de computador Gráfi cos em tela de computador Gráfi cos em tela de computador Gráfi cos em tela de computador Funções de computador Funções de computador Funções de computador Funções de computador AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 21 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 21 05/08/2020 14:07:49 Funções de CLP QUADRO 3. PADRONIZAÇÕES LITERAIS Funções de CLPFunções de CLPFunções de CLPFunções de CLPFunções de CLP Código Função Código Função AI Analisador, indicador. TIT Temperatura, indicador e transmissor. AT Analisador, transmissor. PIT Pressão, indicador e transmissor. AIT Analisador, indicador e transmissor. XV Válvula atuada. LIT Nível, indicador e transmissor. SV Válvula solenoide. HS Interruptor manual. SC Controle de velocidade. VS Chave de vibração. PS Chave de pressão. AI AT Analisador, indicador. AIT Analisador, indicador.Analisador, indicador. Analisador, transmissor. Analisador, indicador. Analisador, transmissor. LIT Analisador, indicador. Analisador, transmissor. Analisador, indicador e Analisador, indicador. Analisador, transmissor. Analisador, indicador e HS Analisador, indicador. Analisador, transmissor. Analisador, indicador e transmissor. Nível, indicador e transmissor. Analisador, transmissor. Analisador, indicador e transmissor. Nível, indicador e transmissor. VS Analisador, transmissor. Analisador, indicador e transmissor. Nível, indicador e transmissor. Analisador, indicador e transmissor. Nível, indicador e transmissor. TIT Analisador, indicador e Nível, indicador e transmissor. Interruptor manual. Nível, indicador e transmissor. Interruptor manual. PIT Nível, indicador e transmissor. Interruptor manual. Chave de vibração. Nível, indicador e transmissor. Interruptor manual. Chave de vibração. Temperatura, indicador e XV Nível, indicador e transmissor. Interruptor manual. Chave de vibração. Temperatura, indicador e Pressão, indicador e transmissor. Interruptor manual. Chave de vibração. Temperatura, indicador e transmissor. Pressão, indicador e transmissor. SV Chave de vibração. Temperatura, indicador e transmissor. Pressão, indicador e transmissor. SV Chave de vibração. Temperatura, indicador e transmissor. Pressão, indicador e transmissor. Temperatura, indicador e transmissor. Pressão, indicador e transmissor. Válvula atuada. SC Temperatura, indicador e Pressão, indicador e transmissor. Válvula atuada. Temperatura, indicador e Pressão, indicador e transmissor. Válvula atuada. PS Pressão, indicador e transmissor. Válvula atuada. Válvula solenoide. Pressão, indicador e transmissor. Válvula atuada. Válvula solenoide. Controle de velocidade. Pressão, indicador e transmissor. Válvula solenoide. Controle de velocidade. Válvula solenoide. Controle de velocidade. Válvula solenoide. Controle de velocidade. Chave de pressão. Controle de velocidade. Chave de pressão. Controle de velocidade. Chave de pressão. Controle de velocidade. Chave de pressão. Controle de velocidade. Chave de pressão.Chave de pressão. Fonte: LAMB, 2015, p. 48. (Adaptado). QUADRO 4. PADRONIZAÇÕES GRÁFICAS PARA VÁLVULAS E INSTRUMENTOS Válvula de porta Válvula de retenção Dreno aberto Válvula de porta manual Pressão de retorno Indicador de pressão PI Válvula borboleta Atuador de ação simples Silenciador Válvula globo Atuador de ação dupla Medidor de vazão Válvula de controle Filtro em linha Válvula motorizada M Válvula solenoide 5 Válvula de Válvula de Válvula de porta Válvula de porta Válvula de porta manual Válvula de porta manual Válvula de porta manualporta manual Válvula porta manual Válvula borboleta Válvula borboleta Válvula globo borboleta Válvula globo Válvula de Válvula globo Válvula de retenção Válvula globo Válvula de Válvula de retenção Válvula globo Válvula de controle retenção Pressão de Válvula de controle Pressão de retorno Válvula de controle Pressão de retorno Atuador Válvula solenoide Atuador de ação Válvula solenoide Atuador de ação simples solenoide de ação simples Atuador de simples Atuador de ação dupla Dreno aberto Atuador de ação dupla 5 Dreno aberto Atuador de ação dupla Filtro em Dreno aberto Indicador de Filtro em linha Dreno aberto Indicador de pressão Filtro em linha Indicador de pressão Indicador de pressão SilenciadorSilenciadorSilenciador Medidor de PI Silenciador Medidor de Medidor de vazão Medidor de vazão Válvula motorizada Válvula motorizadamotorizadamotorizada M Fonte: LAMB, 2015, p. 48. (Adaptado). AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 22 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 22 05/08/2020 14:07:55 Sabe-se que um sistema de automação industrial segue uma estrutura básica, normalmente apresentada em pirâmide e defi nida, genericamente, do nível mais baixo ao nível mais alto: o chão de fábrica, com os sensores e atuadores; os equipamentos e máquinas industriais; o ge- renciamento, com as estações de trabalho e os servidores; as células integradas de automação da manufatura; o controle de processos industriais; e a gestão e o gerencia- mento da produção industrial. Equipamentos Os computadores são alguns dos principais exemplos de equipamentos na automação. Eles são usados como ferramenta para o desenvolvimento dos programas dos sistemas de controle, além de também servirem como o pró- prio controlador, para diversos tipos de máquinas. O computador também po- derá fornecer a interface homem-máquina (IHM), uma importante relação não só de interação, mas também da execução de comandos. Os controladores lógico-programáveis, ou CLPs (Figura 2), são computa- dores digitais utilizados para o controle de processos eletromecânicos, no chão de fábrica. Eles são equipamentos desenvolvidos com várias entradas e saídas; uma melhor suportabilidade, a uma ampla faixa de temperatura; imunidade a ruídos elétricos; e uma resistência a vibrações e impactos. Os programas utilizados para controlar as operações de uma máquina, a partir do CLP, são armazenados em memórias não voláteis, alimentadas por bateria. Esses são sistemas em tempo real, devido à resposta ser dada com relação à entrada. Figura 2. Exemplo comercial de um CLP. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 30/06/2020. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 23 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 23 05/08/202014:08:02 Os controladores e os sistemas embarcados, como é o caso de alguns ti- pos de controladores de temperatura e de processos, também são utilizados na automação industrial por meio de um sistema de controle autônomo. Um exemplo disso é o sistema alemão DIN (Figura 3), cuja classificação e a parame- trização dos contadores e temporizadores também são dadas em função da dimensionalidade, até mesmo para tornar tal equipamento mais aplicável. Por fim, podemos ainda apontar, entre os equipamentos: Figura 3. Controlador de temperatura DIN. Fonte: LAMB, 2015, p. 74. • Os sensores, que fornecem os dados de entrada para os sistemas de con- trole e podem ser analógicos ou discretos, traduzindo e possibilitando a medição de grandezas físicas e elétricas; • Os motores elétricos, que fazem a ligação entre um sistema elétrico e um mecânico, por meio de três tipos principais: os de corrente alternada (de in- dução), de corrente contínua (CC) e as máquinas assíncronas. Sem dúvidas, o exemplo de maior robustez e o motor mais utilizado é o motor de indu- ção trifásico, formado por ventilação de refrigeração, base de montagem, terminais, eixo do motor, estator e rotor; EXEMPLIFICANDO Os motores de indução trifásico mais utilizados são os de modelo rotor gaiola de esquilo, também por conta da simplicidade construtiva destes modelos. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 24 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 24 05/08/2020 14:08:07 Aplicações de automação Um sistema interface homem-máquina, por si só, já é um exemplo de sis- tema automatizado. Os sistemas de supervisão são exemplos importantes desses sistemas de interface, que permitem não só acompanhar o processo controlado e automatizado em tempo real, mas também realizar alguns co- mandos de forma remota. Como exemplo principal desses sistemas, temos os sistemas SCADA (do inglês supervisory control and data acquisition), que propor- ciona uma infi nidade de aplicações e novas possibilidades na automação, pelo controle supervisório e a aquisição de dados em tempo real. Podemos também apontar o sistema de controle distribuído, ou DCS (do inglês Distributed Control System), que é encontrado em aplicações para o controle de processos, como no caso de indústrias de processos quími- cos, no controle de processos contínuos ou por batelada. Além disso, um exemplo bastante comum desse sistema é o uso da malha de controle por ponto de ajuste, geralmente com um sensor de pressão, um controlador e uma válvula de controle. Sabemos que os sistemas transportadores são exemplos automatiza- dos para o transporte de objetos ou substâncias de um ponto a outro, com controle, na maior parte dos casos, centralizado a partir do uso de um CLP. Existem ainda os indexadores, que são utilizados para a movimentação de objetos a uma distância fixa, para posicionamentos repetitivos e opera- ções nas quais seja importante a prevenção de possíveis erros cumulati- vos, na movimentação de objetos entre estações fixas. Temos também os alimentadores de peças, capazes de fornecer com- ponentes para uma variedade de processos da manufatura, usados como equipamentos de buffer e dispositivos de orientação de peças. Por fim, a robótica industrial, em geral, é outro bom exemplo da aplicação de uma automação industrial. Um robô industrial é basicamente uma má- quina eletromecânica, desenhada para a realização de ta- refas de forma autônoma ou com base em algum tipo de orientação. Um exemplo prático disso são os robôs articulados, os SCARA (selective compliant assembly robot arm), os robôs paralelos e os cartesianos, entre outros. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 25 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 25 05/08/2020 14:08:07 Inversores de frequência Há inúmeras razões para o uso de dispositivos de controle de velocidade de um motor elétrico, com destaque para duas operações principais para as quais o controle se destina: o ajus- te da velocidade do motor, visando a rapidez do processo, e o ajuste do tor- que, de acordo com suas necessidades e visando a redução do consumo de energia/aumento da efi ciência. Assim, juntamente aos CLPs, de- ve-se destacar os inversores de fre- quência, que são utilizados em diver- sos processos e aplicações industriais. São equipamentos versáteis e dinâmi- cos, que permitiram a viabilidade do uso dos motores de indução. Viabilidade esta que está diretamente ligada à substituição, em diversas aplicações, dos motores CC (corrente contínua) pelos de corrente alternada (CA), como é o caso do de indução. Isto se dá devido a diversas vantagens do uso destes, em comparação com os CC, como: • Custo reduzido dos motores CA, tanto na aquisição quanto nos esto- ques de manutenção; • Melhor rendimento dos motores CA, levando à redução do consumo de energia e ao menor aquecimento; • Custo de manutenção menor, devido a uma simplicidade construtiva maior (vale destacar que o motor CC possui enrolamentos de campo e de armadura); • Dimensões reduzidas do motor CA, quando comparadas a um motor CC de mesma capacidade e potência nominal. O próprio controle da velocidade é outra vantagem importantíssima do uso e aplicabilidade de motores CA, salvo algumas exceções de aplicações es- pecífi cas. O sistema CA de controle de velocidade, por um inversor de frequên- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 26 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 26 05/08/2020 14:08:13 cia, normalmente é mais simples e robusto. Além disso, o inversor proporciona melhor controle do sistema como um todo, por utilizar o controle vetorial e permitir a estabilidade do motor CA, além da possibilidade de integração do inversor aos demais protocolos e redes de comunicação na indústria. Antes de analisarmos o inversor de frequência, devemos explorar alguns conceitos importantes com relação aos motores assíncronos, que são motores constituídos por um circuito magnético estático, bobinas e um rotor. O circui- to magnético estático é normalmente composto por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas, formando o estator do motor, no qual está localizada a carcaça e a estrutura de suporte ao conjunto do motor como um todo. O rotor, por outro lado, é formado por um núcleo ferromagnético, de estru- tura também laminada, com um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais observam-se correntes induzidas, provocadas pela corren- te alternada nas bobinas do estator. As bobinas, por conseguinte, caracterizam o tipo de alimentação, definindo o motor como monofásico ou polifásico, e re- cebem a corrente alternada da rede, para a alimentação do motor de indução. Ao serem energizados, os motores de indução funcionam de forma seme- lhante a um transformador elétrico, com o secundário em curto-circuito, exi- gindo da rede de alimentação uma corrente muito maior do que a sua nomi- nal. Além disso, à medida que o campo girante estabelecido arrasta o rotor do equipamento, aumentando sua velocidade, a corrente tenderá a diminuir. Isso ocorre até que atinja o valor nominal estipulado para o equipamento, ao mesmo tempo em que a rotação atinge seu valor nominal de velocidade (PE- TRUZELLA, 2013). Além disso, devemos sempre ter em mente algumas leis da Física para com- preendermos o funcionamento do motor, especialmente o de indução trifásico. É o caso da lei de Faraday, que nos permite entender os conceitos relacionados ao eletromagnetismo e compreender como são estabelecidos o campo girante e os sentidos das correntes, bem como a lei de Lenz, para estabelecer o sentido da corrente induzida. DICA Para se entender como funciona o motor de indução trifásico, o principal ponto a ser considerado é entender como o campo magnético girante se estabelece. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 27 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 27 05/08/2020 14:08:13 Princípio de funcionamento Para compreender o princípio de funcionamento de um inversor de fre- quência, é necessário estabelecer alguns conceitos físicos: • A força (F) defi nea combinação entre intensidade e direção, que resulta em movimento; • A velocidade (n) é a medida da distância que um objeto atinge em um de- terminado período de tempo; • A velocidade angular (ω) é defi nida em função do movimento rotacional, como é o caso da velocidade do motor, em rotações por minuto (rpm); • O torque (também conhecido como conjugado) é o produto da força com relação à direção do raio do movimento, defi nido em N.m (Newtons por metro); • A aceleração pode ser linear ou angular, com relação às velocidades n e ω; • A potência é a taxa na qual o trabalho é realizado por uma máquina, sen- do medida em Watts (W), mas também existindo as unidades de cv (cavalo) e hp (horse-power, mais usada em outros países); • A partir da potência, tem-se o cálculo da energia, que refl ete no consumo de energia elétrica de um motor, por exemplo; e • Por fi m, tem-se o momento de inércia, que é a propriedade que uma má- quina rotativa possui de resistir à mudança de velocidade de rotação. Desse modo, vale analisar as relações de torque em um inversor de frequência. Para isso, um conjugado (T), desenvolvido pelo motor, pode ser calculado, sendo ϕm o fluxo de magnetização (em Wb) e I2 a corrente no rotor, como: T = ϕm . I2 E a tensão no estator, sendo U1 a tensão no estator, F1 a frequência da rede (em Hz) e N1 o número de espiras no estator, se dá como: U1 = 4,44F1N1ϕm Com isso, é possível determinar que o fluxo alternado no rotor, propor- cional à sua tensão, é dado por: ϕ2 = U2 /f Para possibilitar a operação do motor com um torque constante e para diferentes velocidades, deve-se variar, proporcionalmente, a tensão no es- (1) (3) (2) AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 28 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 28 05/08/2020 14:08:13 tator com a variação da frequência da rede, para que se mantenha o fluxo constante. Com isso, torna-se possível compreender a essência do inver- sor de frequência (Figura 4). Figura 4. Inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 56. A CPU de um inversor é formada por um microprocessador ou um mi- crocontrolador, dependendo somente do fabricante. É neste bloco em que todas as informações trocadas (que se constituem, basicamente, em pa- râmetros e dados do sistema) são armazenadas, pois a memória do equi- pamento está integrada na CPU. É ela que também executa a função vital de um inversor de frequência: a geração dos pulsos de disparo, que são gerados por meio de uma lógica de controle coerente e destinados aos IGBTs. Um inversor também utiliza um dispositivo de interface homem- -máquina, normalmente uma tela simples para visualização dos ajustes feitos pelos botões que, juntamente com a interface, permitem o ajuste e demais comandos. C P U W R I H M IGBTs RS485Interface serial 0 - 10 Vcc analógico I/O digital DIN A D 2o 3o 4o 1o (REDE) S T M 3~ U V - - ~ ~ AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 29 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 29 05/08/2020 14:08:13 A etapa de potência é formada pelo circuito retificador, que, por meio do barramento CC (circuito intermediário), alimenta o circuito de saída do inversor (o módulo dos IGBTs). Para entender esse funcionamento, é ne- cessário ter em mente que um retificador faz basicamente a conversão de um sinal CA para um CC, e um inversor realiza a conversão de um sinal CC em um CA. Dessa forma, um conversor de frequência é formado por um módulo retificador, essencialmente um filtro, para tornar a forma de onda senoi- dal. Em seguida, tem-se o circuito inversor, que estará diretamente co- nectado ao motor trifásico. Ademais, sabe-se que os inversores podem ser classificados a partir de suas configurações de topologia. Um retificador é responsável pela conversão do sinal alternado proveniente da rede, de tensão e frequência constantes, a partir de um circuito retificador de onda completa. Esse tipo de circuito pode ser implementado a partir de circuitos como a ponte retificadora de diodos, por exemplo (Figura 5). Co nt ro le Retificador Link DC Inversor L1 L1 L2 L3 C1 Figura 5. Circuitos básicos de um inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 59. Entretanto, o sinal retificado possui a forma de onda de um sinal CC pul- sante e, com isso, faz-se necessário um circuito intermediário, que será o AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 30 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 30 05/08/2020 14:08:13 fi ltro ou o link CC. Nesse caso, fi ltra-se o sinal de maneira a regular a tensão retifi cada, normalmente pelo armaze- namento de energia, por meio de um banco de capacitores. Já o sistema de controle se divide basicamente em quatro partes distintas, de acordo com a sua funcionalidade na operação do sistema inversor/motor, sendo: • Um sistema de controle do inversor; • Um sistema de leitura da veloci- dade do motor; • Um sistema de leitura da corrente elétrica; e • Os sistemas de interface, com: • Ajuste de parâmetros pelo usuário; • Envio de informações para o operador e para o diagnóstico de falhas, via IHM; • Relação de entradas digitais e analógicas para o recebimento de sinais de controle, como a partida e a parada; e • Relação de saídas digitais e analógicas para o envio de informações, como a constatação de se o motor está rodando ou há alguma falha. Por fi m, o inversor é formado pelos IGBTs, que são transistores bipolares de porta isolada, responsáveis pela inversão da tensão contínua vinda do link CC, em um sinal alternado, que apresentará tanto a tensão quanto a frequência, ambas variáveis. Configuração A partir da noção de que o controle é um dos principais blocos dentro de um inversor de frequência, é importante entender o funcionamento do controle de chaveamento, para entendermos como configurar o inver- sor. Desta forma, a Figura 6 apresenta um exemplo prático de um inversor de frequência, implementado eletronicamente, com o retificador, o link CC e o inversor conectado ao motor. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 31 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 31 05/08/2020 14:08:20 Figura 6. Circuito básico de um inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 62. Note que a tensão contínua é conectada aos terminais de saída pelos tiristores, de um a seis, que funcionarão em corte ou em saturação, como uma chave estática habitual. O controle desses circuitos é feito pelo cir- cuito de comando, para que seja obtida uma tensão alternada na qual as frequências estão defasadas em 120°, como o que obteríamos pela rede trifásica convencional, a 60 Hz. Para isso, devemos lembrar que a tensão e a frequência devem ser escolhidas respeitando a relação vista na Equação 3, mantendo-se o fluxo no rotor e o torque constantes, de forma que a tensão no rotor seja também proporcional à frequência. O circuito de comando é o que configura e realiza a geração dos pulsos de controle, a partir de microcontroladores digitais, possível devido aos avanços tecnológicos e cada vez mais confiável. Esse controle pode ser feito de diversas formas, mediante estratégia imposta pelo microcontrola- dor. O que ocorre, então, no controle, é a atuação sobre a taxa de variação do chaveamento das bases dos tiristores, controlando-se a frequência do sinal trifásico gerado para o acionamento do motor. Como o modulador recebe um sinal de corrente contínua ou, em casos menos comuns, já é alimentado em corrente contínua, tanto a frequência quanto a tensão de saída do modulador para o motor independerão da rede de alimentação do conversor. Isto permite, inclusive, que o conver- sor seja capaz de ultrapassar o valor da frequência nominal da rede (60 Hz no Brasil). Além disso, para entender tanto o funcionamento quanto a configuração da etapa inversora, deve-se considerar a análise do circuito Retificador Filtro Inversor T1 R N M T2 T3 T4 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 32 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 32 05/08/2020 14:08:20 monofásico, conforme visto na Figura 6. A lógica de controle fará com que os tiristores sejam acionadosem pares, sempre da mesma forma: • Os tiristores T1 e T4 são ligados e T2 e T3 desligados, fazendo com que a corrente circule da esquerda para a direita; e, em seguida, • Os tiristores T1 e T4 são desligados e T2 e T3 são ligados, fazendo com que a corrente circule no motor em sentido contrário ao estabelecido anterior- mente. É esta inversão de sentido da corrente que faz com que seja obtida a tensão alternada e, conforme a variação da frequência de chaveamento desses tiris- tores, a velocidade de rotação do motor é confi gurada para aumentar ou dimi- nuir, na proporção da variação da frequência de chaveamento. Dessa forma, analisemos o funcionamento de um inversor trifásico (Quadro 5), já que a maior parte dos motores nas aplicações industriais é desse tipo. Representando-se as diferenças de potencial entre as fases, temos seis combinações diferentes de acio- namento e desligamento de tiristores. QUADRO 5. RELAÇÕES DE TENSÃO APLICADAS AO MOTOR CONFORME O INSTANTE DE TEMPO DE ANÁLISE, PARA OBTENÇÃO DO SINAL ALTERNADO PELO INVERSOR TRIFÁSICO Vrs Vst Vtr Tempos T1, T2, T3 0 +V -V 1° T2, T3, T4 -V +V 0 2° T3, T4, T5 -V 0 +V 3° T4, T5, T6 0 -V +V 4° T5, T6, T1 +V -V 0 5° T6, T1, T2 +V 0 -V 6° T1, T2, T3T1, T2, T3T1, T2, T3 T2, T3, T4T2, T3, T4 T3, T4, T5 T2, T3, T4 T3, T4, T5T3, T4, T5 T4, T5, T6T4, T5, T6 T5, T6, T1 0 T4, T5, T6 T5, T6, T1 T6, T1, T2 -V T5, T6, T1 T6, T1, T2T6, T1, T2 -V T6, T1, T2 0 +V +V +V +V -V -V -V 0 0 +V +V 1° 0 2° -V 3° 4° 5° 6° Fonte: FRANCHI, 2009, p. 65. Assim, um dos principais exemplos de confi guração, a modulação por lar- gura de pulso (PWM, do inglês pulse width modulation), é uma técnica que parte do pressuposto de que os transistores trabalham como chaves (liga e desliga) e a forma de onda de tensão de saída do inversor de frequência será sempre quadrada. Com isso, para se obter a tensão de saída, para o acionamento do AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 33 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 33 05/08/2020 14:08:22 motor o mais próximo possível de um sinal senoidal, os transistores nessa con- figuração irão chavear, modulando sua largura de pulso. Por meio de um microprocessador, por exemplo, e de acordo com a maior parte das aplicações de PWM em inversores industriais, as funções de contro- le são efetivamente implementadas, sendo resultado da combinação de uma onda triangular e uma senoidal, que produzirão a forma de onda da tensão de saída (Figura 7). O sinal triangular é a frequência de chaveamento do inversor, e o gerador de onda senoidal produz um sinal que determina, no contexto, a largura dos pulsos e, consequentemente, a tensão de saída do inversor. Figura 7. Relações entre as formas de onda na modulação PWM. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 66. Independentemente da configuração utilizada para a topologia de controle do inversor de frequência, o princípio de funcionamento ainda se baseará em uma tensão CC, em um circuito intermediário, e em sua transformação para um sinal de tensão CA, para acionamento do motor de indução. A configuração a partir do PWM é uma das mais utilizadas na prática, embora, ao longo do tempo, novas topologias e até mesmo dispositivos de controle surjam, possibi- litando uma série de novas aplicações. A WEG fabrica alguns dos inversores comerciais mais utilizados e, por isso, usaremos alguns exemplos da marca para entender suas possibilidades de aplicação no meio industrial. Entretanto, devemos lembrar que, dada a grande aplicabilidade dos motores CA de indução, um inversor de frequência poderá estar presente nos mais diversos tipos de sistemas, no controle de processos industriais em geral. Além disso, a escolha de um inversor de frequência deve Saída do gerador de PWM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 34 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 34 05/08/2020 14:08:22 ser feita a partir dos parâmetros de leitura, regulação e configuração, bem como dos parâmetros do motor e as funções especiais. Os sistemas de bombeamento de fluídos e os sistemas de ventilação são alguns dos principais exemplos de aplicações industriais dos inversores, bem como os sistemas mais comuns do meio industrial para uma gama de proces- sos industriais. Além disso, também podemos apontar os sistemas de ar-condi- cionado e a movimentação de cargas como exemplos de segmento industrial, bem como as indústrias de papel e celulose. Ademais, os inversores podem ser utilizados, então, no acionamento de motores usados para correias transporta- doras e outros sistemas de transporte, como alimentadores etc. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 35 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 35 05/08/2020 14:08:22 Sintetizando A automação industrial está diretamente ligada aos avanços tecnológicos e ao desenvolvimento econômico. Utilizar tecnologias para automatizar sistemas permite ganhar competitividade e produzir mais. Além disso, é importante ter uma visão geral dessa área e do papel dos equipamentos mais utilizados hoje, na maior parte das indústrias, como os computadores, os controladores lógicos programáveis, os sensores e os atuadores. Também se fez necessário entender- mos os inversores de frequência, utilizados para o acionamento e o controle de velocidade de um importante equipamento, largamente utilizado na indústria: o motor elétrico de indução. Além disso, vimos quais são os principais tipos e estratégias de automação, implementadas no contexto industrial atualmente, compreendendo o contexto histórico e o ponto atual de disponibilidade de equipamentos. Outro ponto con- siderado foi a análise de vantagens e desvantagens de uma automatização ou um aperfeiçoamento de um processo/sistema já implementado, considerando- -se as premissas da automação rígida, flexível ou programável, e o que melhor se encaixa. Destacamos também as novas necessidades dos processos e as ocorrências mais importantes, como a substituição de motores CC por equipamentos CA, por exemplo. Sobretudo, o papel do inversor de frequência nesse processo me- receu destaque, já que, por conta desse tipo de equipamento, os sistemas auto- matizados se tornaram mais eficientes. Ademais, também foi possível entender como os inversores funcionam de fato e o papel dos semicondutores de potência no contexto. Por fim, podemos explorar as configurações mais importantes para a implementação dos inversores nos sistemas práticos, bem como alguns exem- plos de aplicações. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 36 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 36 05/08/2020 14:08:22 Referências bibliográficas FRANCHI, C. M. Inversores de frequência: teoria e aplicações. 2. ed. São Paulo: Editora Érica, 2009. GROOVER, P. M. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Pearson Universidades, 2010. LAMB, F. Automação industrial na prática. Porto Alegre: AMGH, 2015. NATALE, F. Automação industrial: série brasileira de tecnologia. 10. ed. São Paulo: Editora Érica, 2000. PETRUZELLA, F. D. Motores elétricos e acionamentos. Porto Alegre: Bookman, 2013. ROSÁRIO, J. M. Automação industrial. São Paulo: Editora Baraúna, 2012. ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. São Paulo: Pearson Universidades, 2004. WEG. Guia de aplicação de inversores de frequência. Disponível em: <ht- tps://sidrasul.com.br/wp-content/uploads/2014/09/Guia-de-Aplicação-de-In- versores-de-Frequência-WEG-3ª-Edição.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2020. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 37 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 37 05/08/2020 14:08:23 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS E SENSORES INDUSTRIAIS 2 UNIDADE SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 38 05/08/2020 14:10:04 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Compreender o que são controladores lógicos programáveis e sua relevância na automação industrial; Aprender mais detalhes sobre o funcionamento destes controladores e uma introdução de como programá-los; Estudar como funciona a maior parte dos processos de medição de grandezas físicas; Analisar os principais tipos de sensores,considerando os efeitos resistivos, capacitivos e indutivos, além de analisar a propagação de ondas ultrassônicas, compreendendo o funcionamento dos sensores ultrassônicos. Controladores lógicos progra- máveis Aplicações Princípio de funcionamento Arquitetura básica Sensores industriais Sensores resistivos Sensores capacitivos Sensores indutivos Sensores ultrassônicos AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 39 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 39 05/08/2020 14:10:04 Controladores lógicos programáveis Os controladores lógicos programáveis são exemplos essenciais de equipa- mentos da indústria, confi gurando-se como elementos fundamentais da auto- mação industrial. São conhecidos pela sigla CLP ou denominados como PLC, graças à sua nomenclatura em inglês: Programmable Logic Control. Sabe-se que estes equipamentos representam a principal tecnologia de controle de processos, sendo considerados um tipo de computador industrial que pode ser programado para o desempenho de funções de controle e auto- mação em geral (ROSÁRIO, 2005). Assim sendo, este estudo será iniciado a partir de uma visão geral do que é um CLP, prosseguindo para algumas de suas principais aplicações e, por fi m, estudando de forma mais detalhada a arquitetura básica deste equipamento tão importante. Visão geral Como já brevemente mencionado, o CLP é um computador industrial que surgiu na década de 60 para substituir os relés eletromecânicos que até então eram utilizados no controle de processos industriais, a partir do desempenho de lógicas sequenciais e combinacionais. Com o passar dos anos, os CLPs possibilitaram não só a substituição dos relés como também a implementação de sistemas de controle mais com- plexos, por motivos que serão explorados posteriormente. Como possíveis vantagens e novas possibilidades no cenário do controle e da automação in- dustrial, é possível apontar a redução do uso de fi os com relação às instalações a relés, além do fato de que os CLPs caracterizam-se por facilidade de pro- gramação e instalação, realização e implementa- ção de um sistema de controle que responde em alta velocidade, maior compatibilidade de rede e vantagens relacionadas à testagem do sistema e verifi cação de defeitos neste. A Figura 1 apresenta um exemplo de CLP comer- cial desenvolvido pela Rockwell. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 40 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 40 05/08/2020 14:10:04 Figura 1. CLP da Rockwell. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 01/07/2020. Este tipo de controlador, como é possível notar pela imagem apresentada, é um sistema com múltiplas entradas e saídas. Com isto, este configura-se como um sistema em tempo real, uma vez que a saída depende das condições de en- trada do sistema e esta capacidade de entradas e saídas também tem relação com sua usabilidade na automação industrial. Ademais, sabe-se que estes são equipamentos projetados para um ambien- te industrial típico e, sendo assim, possuem grande suportabilidade a variações de temperatura, imunidade a ruídos elétricos e resistência à vibração e impac- to, o que os torna adequados inclusive para ambientes corrosivos, por exem- plo. Com isto, é possível entender que o CLP é, basicamente, um computador digital projetado para uso no ambiente industrial, com interfaces especiais de entrada e saída e uma linguagem de programação de controle. Desta forma, segundo Petruzella em seu livro Controladores lógicos progra- máveis, de 2014, aponta-se como vantagens do uso dos CLPs: • Maior confiabilidade, posto que o programa feito para o CLP pode ser tes- tado e replicado para outros dispositivos, além do fato de o CLP ser forma- do, em sua estrutura, por dispositivos de estado sólido, desenvolvidos com os avanços mais recentes da eletrônica; • Maior flexibilidade, já que para a implementação do sistema de controle, um programa deve ser criado e/ou modificado, não necessariamente envol- vendo ligações de circuitos e outros tipos de mudanças físicas convencionais, vistas com acionamentos via relés eletromecânicos; AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 41 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 41 05/08/2020 14:10:08 • Menor custo, pois com os avanços tecnológicos cada vez maiores o CLP vem se tornando um equipamento economicamente viável para diversas aplicações; • Maior capacidade de comunicação, visto que o CLP está apto a se comuni- car, na realização do controle e na automação da indústria, com outros equipa- mentos no processo e indústria, incluindo outro CLP; • Tempo de resposta rápida, uma vez que os CLPs operam de fato em tempo real, pois são projetados para o desempenho de controle em alta velocidade, necessário para as aplicações industriais; • Facilidade na verificação de defeitos, relacionada a processos como o diag- nóstico residente, que podem substituir funções que permitem ao usuário do sistema traçar e corrigir os problemas do programa do CLP e/ou dos equipa- mentos envolvidos. Um CLP pode ser dividido em algumas partes principais, como mostra a Figura 2. Figura 2. Visão geral de um CLP. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 337. (Adaptado). A fonte de alimentação, neste caso, irá converter a tensão da rede, geral- mente CA (corrente alternada) e em algumas aplicações CC (corrente contínua), em um valor de baixa tensão, contínuo, para o correto funcionamento do pro- cessador e dos módulos de entrada e saída. Uma outra possibilidade é que a fonte de alimentação também poderá for- necer um sinal CC para cargas externas e, especificamente sobre os níveis de Dispositivo sensor de entrada Dispositivo de saída (carga) Isolamento óptico Dispositivo de programação Isolamento óptico Módulo de entrada Módulo de saída M Fonte de alimentação Unidade central de processamento (CPU) Memória Programação de dados AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 42 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 42 05/08/2020 14:10:09 tensão, sabe-se que os valores se assemelham ao que é visto na instrumen- tação em geral, 120 V CA, 240 V CA ou até 24 V CA e 24 V CC, ao passo que a corrente dependerá de parâmetros construtivos, como o tipo de processador utilizado no CLP. A unidade de processamento também é referida como CPU ou simples- mente processador, e juntamente com a memória forma a inteligência do CLP. É a CPU que fará a avaliação dos estados das entradas e saídas, incluindo ou- tros possíveis dados a serem analisados, à medida que o programa desenvolvi- do, armazenado na memória do CLP, é executado. Com isto, a CPU envia então os sinais necessários para a atualização dos estados da saída. Ademais, os processadores são especificados no CLP quanto à capacidade de memória disponível, da relação entrada/saída (E/S) e com base no número de instruções do programa. O módulo de entrada, juntamente com os módulos de saída, permitem que o CLP monitore o sistema, basicamente. A principal função do módulo de entrada é receber os sinais de entrada advindos dos dispositivos de campo, como sensores industriais, os convertendo em sinais lógicos que podem ser compreendidos e utilizados pela CPU. Uma outra função importante do módu- lo de entrada, adicionalmente, é o isolamento elétrico entre os dispositivos de campo e o próprio CLP. Existirão módulos analógicos e digitais, dependendo do tipo de dispositivo de campo. Os módulos de saída, por sua vez, são os responsáveis pela implementação do controle, podendo acionar motores, contatores e solenoides, entre outros, uma vez que convertem os sinais de acionamento vindos da CPU em valores digitais ou analógicos para que haja comunicação com estes dispositivos co- nectados, que são as cargas do CLP. Ainda com relação às partes do CLP, destaca-se o dispositivo de progra- mação, utilizado para inserção e/ou alteração do programa no CLP, além de permitir outra função importante: a de monitoramento e alteração dos valores armazenados. Um exemplo de dispositivo de programação é o computador. DICA É possível ainda que o programaseja concebido por um dispositivo compacto de programação, um tipo de equipamento desenvolvido para uso direto no chão de fábrica, com IHM (interface homem-máquina) contando com tela e teclado. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 43 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 43 05/08/2020 14:10:09 Por outro lado, outro ponto importante da construção do CLP está no tipo de estrutura. Existem CLPs fixos e pequenos, exemplos de unidades autônomas autossuficientes, construídas para o desempenho das funções básicas do CLP em um encapsulamento sem separação e sem unidades removíveis. Todavia, é pos- sível ampliar o número de pontos de entrada e saída com módulos de expansão. Adicionalmente, tem-se os CLPs modulares, dispositivos normalmente destinados a aplicações mais complexas e constituídos por diversos compo- nentes físicos. São formados por um rack (ou chassi), fonte de alimentação, CPU e módulos de entrada e saída que podem ser expandidos com módulos separados, conforme a necessidade da aplicação. A Figura 3 evidencia como funciona a estrutura modular do CLP. Figura 3. Estrutura modular. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 5. (Adaptado). Desta forma, entende-se que o ciclo básico de varredura do CLP é forma- do por quatro processos básicos principais: 1. Leitura das entradas; 2. Execução do programa; 3. Realização do diagnóstico e da comunicação; 4. Atualização das saídas. Módulo de entrada Módulo de saída Módulo do processador Módulo de combinação de E/S Módulo deslizante do rack Fonte de alimentação AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 44 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 44 05/08/2020 14:10:13 Ademais, deve-se lembrar que o sistema de controle possui cinco elemen- tos básicos: sensores, a interface homem-máquina, o condicionamento do sinal, acionadores e o controlador. Os sensores fornecem a entrada do processo e/ou do ambiente externo, convertendo as informações físicas em sinais elétricos, ao passo que a IHM permite ao usuário (operador) inserir dados e interagir de forma a estabelecer condições de entrada ou alterar o controle de um dado processo. O condicionamento do sinal envolve a conversão dos sinais elétricos, tanto de entrada quanto de saída, de forma que sejam utilizáveis. Com isto, tem-se processos como a amplifi cação, a atenuação e o uso de conversores analógico- -digital (A/D) e digital-analógico (D/A). Aos acionadores, cabe a conversão dos sinais elétricos em ações físicas no processo e, por fi m, o controlador irá realizar a tomada de decisão neste cenário, baseando-se nos sinais de entrada e gerando sinais de saída que operarão os acionadores para a execução das decisões. A seguir, observe alguns exemplos de aplicações e uma visão geral sobre um importante tipo de sistema de automação associado ao uso de um CLP: o sistema supervisório. Aplicações Como visto, sucintamente entende-se que os CLPs são utilizados no con- trole e automação dos mais diversos tipos de sistemas e processos industriais. Um primeiro exemplo básico é o controle individual de processos, no qual o CLP normalmente irá controlar uma máquina simples e não precisará se comu- nicar com outros controladores. Isso pode ser visto na prática em um processo como a operação de corte no sentido do comprimento da peça, por exemplo. Neste caso, o operador insere o valor de comprimento desejado e o número de lote através da IHM e dá início ao processo, podendo reiniciá-lo caso deseje. Uma outra possibilidade é o controle centralizado, no qual há várias máquinas e/ou processos controlados por um mesmo CLP, normalmente de maior porte, como é o caso dos CLP modulares. Usualmente, este tipo de sistema prático é visto no controle de diversos processos de fabricação e operações, em que cada pas- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 45 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 45 05/08/2020 14:10:13 so individual no processo de fabricação é dado pelo controlador. Caso este con- trolador principal falhe por algum motivo, o processo é suspenso. Um exemplo de situação prática, em que normalmente implementa-se um sistema de con- trole centralizado com um CLP, é no transporte de cargas. Há ainda os sistemas de controle distribuído, baseados na arquitetura em rede, em que são envolvidos dois ou mais CLPs para a comunicação e rea- lização das tarefas necessárias. Neste caso, cada CLP normalmente controlará diferentes processos, além de também trocar informações constantemente via link de comunicação, relatando os estados dos processos controlados. Assim, entre as principais características de um sistema de controle distri- buído, tem-se a possibilidade de se delegar tarefas de processamento para vá- rios controladores disponíveis na indústria; o fato de que cada CLP controlará uma máquina e/ou processo e que a comunicação ocorrerá em alta velocidade; menos quantidade de fiação em campo e melhoria de desempenho geral, por colocar tanto o controlador quanto o módulo E/S próximos do processo con- trolado, além do fato que nem toda falha interrompe o processo por completo. Agora, considere o exemplo prático do sistema de controle distribuído, em que o objetivo do sistema é controlar três máquinas diferentes. De maneira geral, neste tipo de arranjo o sistema será supervisionado por um computador hospedeiro, denominado de host no arranjo, que pode executar as funções de monitoramento e armazenagem no sistema. Entre estas funções tem-se a possibilidade, por exemplo, de gera- ção de relatórios e o próprio armaze- namento dos dados dos processos e máquinas envolvidos. Além disso, um outro ponto im- portante a ser ressaltado é que a maior parte dos sistemas práticos de controle utiliza a realimentação, na qual o sistema é estabelecido em malha fechada e a saída do processo irá, por esta estrutura, afetar o sinal AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 46 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 46 05/08/2020 14:10:18 de controle destinado à entrada. Com isto, tem-se o valor pré-ajustado (set point), o valor de entrada desejado para o processo e que irá determinar o ponto de operação e as próprias variáveis do processo, que estão no sinal de realimentação, representando o estado corrente. Haverá também, tipicamente, um amplificador do erro relativo à avaliação, para verificar se o funcio- namento do processo está de acordo com o set point. Neste contexto, o controlador produz o sinal de saída corretivo apropriado com base no erro da entrada, e o acionador de saída representará equipa- mentos como motores, ventiladores e solenoides, entre outros, capazes de afetar uma mudança direta no processo. Um exemplo prático de sistema de controle em malha fechada pode ser ob- servado no processo de enchimento de tanques. Neste caso, o processo envolve o sensoriamento do recipiente: há um medidor, que pode ser um tipo de sensor, como uma balança, associado diretamente ao controlador. O controlador recebe um valor pré-ajustado, toma sua decisão e emite um sinal a um solenoide, por exemplo, que será o elemento de controle final entregue ao processo, fechando a malha. A Figura 4 ilustra um exemplo de estrutura de controle em malha fecha- da, que normalmente é implementada na prática com o auxílio do CLP. Figura 4. Diagrama de blocos de um sistema de controle em malha fechada, implementado por um CLP. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 294. Valor pré-ajustado Sinal de erro Sinal da variável de processo Amplificador de erro Controlador Acionador de saída Processo Distúrbios Sensores de entrada Caminho de realimentação + - AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 47 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 47 05/08/2020 14:10:18 Por fim, exploraremos como um sistema supervisório pode ser imple- mentado, outro importante elemento na automação industrial. Através de redes locais aéreas, é possível imple- mentar um sistema supervisório SCA- DA (do inglês Supervisory Control and Data Acquisition), que permite o con- trole supervisório e a aquisição de da- dos. Neste caso,além das funções de controle normal, o CLP será responsá- vel pela coleta de dados, executando o processamento necessário e estrutu- rando estes dados para a geração de relatórios, beneficiando a tomada de decisão no final. É a supervisão adicional que irá permitir, na prática, o controle de capaci- dades e o ajuste de processos com precisão e maior eficiência, apresentan- do, assim, um outro tipo de sistema de controle, cada vez mais comum no meio industrial. Assim, um computador hospedeiro proporciona a interface homem-máquina e permite a transferência de dados para os CLPs, que reali- zam o controle das entradas e saídas com os dispositivos no chão de fábrica. Neste caso, os operadores de controle do processo irão monitorar a operação dos CLPs via host, enviando comandos de controle aos CLPs, caso necessário. Então, uma das grandes vantagens de um sistema SCADA, que pode ser utilizado para o controle e automação de uma infinidade de processos industriais, é que os dados são armazenados de forma automáti- ca; além disso, as medições são feitas pelo controle do processo, exibidas em tela pelo computador e armazenadas em cópia neste. A Figura 5 traz uma visão geral de como funciona este tipo de im- plementação. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 48 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 48 05/08/2020 14:10:25 Figura 5. Visão geral do sistema SCADA. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 314. A seguir, observe como funciona um controlador lógico programável, con- siderando as informações básicas acerca do desenvolvimento e compilação do programa para configurar o sistema de controle na prática. Fontes de sinal Cargas na saída Alarme Controle a relé CLP Saídas analógicas Controle de processo PID Temperatura termopar e resistência dos detectores de temperatura Pressão Posição Força Deformação Velocidade Computador Impressora Tabelas e gráficos Planilha Cópias em disco rígido Interface do sistema AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 49 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 49 05/08/2020 14:10:25 Princípio de funcionamento O funcionamento básico do CLP pode ser compreendido com mais facili- dade, inicialmente, ao se considerar um processo de controle simples. Assim, para que seja possível compreender a essência do equipamento, considere o processo de agitação de um líquido, acionado quando a temperatura e a pres- são atingem determinados valores esperados. Além disso, são utilizados como dispositivos de campo chaves de tempera- tura e de pressão, além de um botão de comando, conectados nas entradas do CLP conforme endereçamento orientado pelo próprio fabricante e onde a fon- te de alimentação fornecerá 120 V CA. O desenvolvimento do programa para o CLP pode ser efetuado através da programação ladder (também conhecida como programação em escada) ou ainda, em alguns equipamentos via lingua- gem em blocos, conforme orientações do fabricante do equipamento. Conside- re o desenvolvimento em ladder, neste caso, e lembre-se que, neste contexto, o motor é o dispositivo de saída, e também deve ser conectado ao módulo de saída conforme orientações do fabricante. O programa do CLP é elaborado considerando-se as representações dos elementos de entrada (I - input), chave de pressão, chave de temperatura e botão de comando como contatos normalmente abertos (NA). Já o motor, e levando-se em consideração a saída (O - output), é simbolizado por uma bobina em que representa-se um contato que, quando energizado, fecha um conjunto de contatos. O programa deverá ser desenvolvido já considerando o monitoramento das entradas. Em seguida, tem-se a execução do programa, que fará com que as saídas sejam modifi cadas para serem atualizadas confor- me o necessário para o controle do sistema. A Figura 6 mostra uma possibilidade de programa de controle para um CLP que esteja controlando o pro- cesso mencionado, no qual a bobina de saída é energizada quando os contatos das entradas 1 e 2 (das chaves de pressão e de tempera- tura) são energizados e fechados ou, ainda, quando o contato da entrada 3 (do botão) se fecha. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 50 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 50 05/08/2020 14:10:25 Figura 6. Programa desenvolvido em ladder para o sistema de controle do exemplo. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 9. Entradas Programa Saída L1 L2 l/1 O/1l/2 l/3 l/1 l/2 l/3 Chave de pressão Chave de temperatura Bobina de partida do motor Botão de comando manual MO/1 Este programa deve ser implementado em um software desenvolvido para a compilação de ladder para o CLP, como é o caso do RSLogix para os CLPs da Rockwell. Para o programa funcionar, o controlador é disposto no modo de funcionamento, denominado como Run, ou no modo de ciclo de operação; em cada ciclo o controlador irá examinar os estados dos dispositivos de entrada, executando o programa e mudando as saídas posteriormente. O funcionamen- to no modo Run é descrito pela seguinte sequência de eventos, considerando o sistema de controle do exemplo (PETRUZELLA, 2014): • As chaves de pressão, de temperatura e o botão de comando são exami- nados e têm seus estados gravados na memória do CLP, sendo 1 o valor lógico para contato fechado e 0 para aberto; • Na sequência, o diagrama lógico em ladder é executado. Quando o estado dos contatos de entrada proporcionar a continuidade lógica, da esquerda para a direita, a locação de memória da bobina de saída será estabelecida como 1 e, com isso, o contato da interface do módulo de saída é fechado. Por outro lado, quando não há continuidade lógica, a mesma locação de memória é estabele- cida como 0 e o contato da interface é aberto; • O processo de finalização do ciclo, pelo controlador, é dado pela varredura ou scan, cujo tempo gasto no ciclo fornece uma medida da velocidade de res- posta do CLP. Além disso, a locação de memória e saída é atualizada na varre- dura e em seguida, ao final deste processo, atualiza-se a saída atual. Fisicamente, a conexão dos dispositivos de campo e de saída é estabelecida como mostra a Figura 7. Para isto, utiliza-se como exemplo um controlador AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 51 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 51 05/08/2020 14:10:26 lógico programável fixo para controle do processo, como é o caso do contro- lador pico da Allen-Bradley, outro famoso tipo de CLP comercial. Figura 7. Instalação típica, necessária para o controle do processo de exemplo, a partir de um CLP fixo utilizando o modelo Pico Allen-Bradley. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 10. (Adaptado). Saídas Programa Partida Entradas Temperatura Pressão L1 L1 L2 L2 l1 l1 l2 l2 Q1 Q1 Q2 Q3 Q4 l3 PB l3 M Note que este possui um total de 8 entradas e 4 saídas e o processo de ins- talação tem linhas de energia com fusível, que possuem especificações de nível de tensão e de seu tipo, conectadas neste caso aos terminais L1 e L2 do CLP. Os dispositivos de campo utilizados no sistema a ser controlado são conectados entre L1 e aos terminais de entrada do controlador (I1 até I3). Perceba ainda que a bobina de partida do motor será conectada diretamente à L2 e em série com os contatos do relé de saída (dados por L1 e Q1). O programa feito para o controle do processo, em ladder, é gravado neste caso através do display de LCD do equipamento e utilizando seu teclado. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 52 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 52 05/08/2020 14:10:26 DICA Considerando ainda o exemplo do CLP supracitado, pode-se afirmar que a pro- gramação Pico também está disponível para uso em computadores pessoais, tanto para testes quanto para a própria criação do programa para o CLP. Logicamente, caso opte-se por utilizar outro tipo de CLP o arranjo poderá ser mantido, dependendo da similaridade da relação E/S do equipamento. To- davia, é importante salientar que existem outras formas diferentes de imple- mentar estratégias semelhantes de controle do processo. Ademais, é possível alterar a estrutura do sistema decontrole do proces- so, e isto se dá pela facilidade de modificação proporcionada pelo uso do CLP, que permite com facilidade e rapidez, na maioria dos casos, a modificação do programa e implementação de outra lógica para um mesmo tipo de sistema de controle. Utilizando o exemplo anterior, percebe-se que uma das formas mais práticas é implementar um botão de controle manual, inserindo como condi- ção uma determinada temperatura a ser atingida. Assim, considerando a facilidade proporcionada pelo CLP, para isto basta mo- dificar a lógica ladder previamente implementada, uma vez que as entradas e saídas do sistema, neste caso, também permanecem. Desta forma, no diagrama o botão de comando manual, estaria em paralelo à chave de pressão (Figura 6). Por fim, deve-se ter em mente que a arquitetura de um CLP é bastante se- melhante ao de um computador pessoal, o que explica o motivo de os com- putadores também poderem ser utilizados como controladores, assim como um CLP, com adaptações para o recebimento de informações dos dispositivos em campo como feito por botões de comando e dispositivos como as chaves. Neste caso, é necessário um programa para o processamento das entradas e um meio de ligar e desligar os dispositivos de carga. Por outro lado, embora os computadores possam ser mais indicados em alguns casos, é importante ter em mente que os CLPs são projetados para ope- ração no ambiente industrial e, com isto, tornam-se muito menos suscetíveis a ruídos elétricos inerentes à maioria destes ambientes. É importante citar tam- bém sua maior suportabilidade a adversidades de temperatura e umidade, por exemplo. Por fim, ressalta-se que o sistema de controle de um CLP é projetado para ser instalado e mantido com facilidade, além do fato de seus módulos de entrada e saída poderem ser substituídos e conectados com praticidade. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 53 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 53 05/08/2020 14:10:26 Arquitetura básica Para classifi car os CLPs, é possível separar os equipamentos conforme fun- cionalidade, número de entradas e saídas, custo ou tamanho; dentre estes pa- râmetros, o mais importante, na maiorias dos casos, é o número de entradas e saídas. Normalmente, um CLP nano possui menos de 15 pontos de entrada e saída, micros têm de 15 a 128, equipamentos de porte médio têm de 128 a 512 e CLPs de grande porte contam com mais de 512 entradas e saídas. Outro ponto importante a ser considerado, inicialmente, é que o processo de escolha do CLP deve ser efetuado considerando-se possíveis modifi cações futuras e, assim, em alguns casos, a compra de um equipamento nano pode não ser van- tajosa em longo prazo, por exemplo. Existem três tipos principais de aplicações que devem ser considerados para o entendimento da arquitetura básica, não só do equipamento, mas do sistema como um todo. Segundo Petruzella, em seu livro Controladores Lógicos Programáveis, de 2014, são estes: • Terminal único (single-ended), no qual um CLP controla um processo; • Multitarefa, em que neste caso o CLP irá controlar vários processos e, com isto, deve-se considerar sobretudo a relação entrada/saída; • Gerenciador de controle, em que tem-se um CLP controlando vários ou- tros CLPs, requerendo um CLP com processador capaz de se comunicar com os demais e, muito provavelmente, também com computador pessoal. Em relação à seção de entradas e saídas, este é o local no CLP onde co- necta-se os dispositivos de campo, funcionando assim como a interface entre estes e a CPU. No caso de CPLs fi xos, as entradas e saídas estão embutidas, e nos equipamentos modulares, utiliza-se módulos de E/S plugados ao CLP, como é o caso da estrutura de rack ou gabinete, comum em vários CLPs na indústria (ROSÁRIO, 2012). Tomando como exemplo os controladores Allen-Bra- dley, é possível observar uma distinção entre o chassi do CLP e o rack, levando-se em consideração que no chassi, normalmente, pode-se ter 4, 8, 12 ou 16 slots. Assim, o rack lógico é defi nido por uma unidade lógica endereçável, formada por 128 pontos de saída e que uti- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 54 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 54 05/08/2020 14:10:26 liza 8 palavras em arquivos de tabela de imagem da entrada e mais 8 na de saída. Além disso, é possível ter mais de um rack em um chassi ou ainda mais de um chassi em um rack. Adicionalmente, sabe-se que o rack pode ser remoto quando distante do módulo do processador, comunicando-se com este a partir de um módulo de comunicação e uma rede. Já sobre a relação entre memória e entradas e saí- das, tem-se que a memória do CLP armazena as informações dos estados das entradas e das saídas e as acompanha por um sistema de endereçamento. O endereço, neste contexto, é uma indicação ou número que mostra onde locali- za-se determinada parte de interesse da memória. O endereçamento pode basear-se nos slots ou racks, incluindo neste caso o tipo, se se trata de entrada ou saída, o slot (localização física do módulo E/S), a palavra e o bit, utilizados para identifi car em qual terminal está a conexão no mó- dulo E/S. Dependendo da marca e do tipo do CLP, a forma como ocorre o endere- çamento pode mudar. Agora, considerando como exemplo o PLC-5 da Allen-Bra- dley, é possível observar o seguinte formato, como evidenciado no Quadro 1. QUADRO 1. COMO ESTABELECE-SE O ENDEREÇAMENTO NO CLP NO PLC-5 DA ALLEN-BRADLEY O 0 : 0 1 / 00 Tipo de arquivo (O - saída e I - entrada) Número do arquivo Delimitador de arquivo Número do rack Grupo (0 a 7 geralmente) no rack Delimitador de bit Número do terminal (endereço do bit) Tipo de arquivo (O - saída e Tipo de arquivo (O - saída e I - entrada) arquivo (O - saída e I - entrada) (O - saída e I - entrada)I - entrada) Número Número do arquivo Número arquivoarquivo Delimitador de arquivo Delimitador de arquivo Delimitador de arquivode arquivo Número Número do rack Número do rackdo rack Grupo (0 a 7 Grupo (0 a 7 geralmente) Grupo (0 a 7 geralmente) no rack Grupo (0 a 7 geralmente) no rack geralmente) no rack Delimitador Delimitador Delimitador de bit Delimitador de bit Número Número do terminal terminal (endereço terminal (endereço do bit) (endereço do bit) EXPLICANDO Uma palavra no arquivo da tabela de imagem da entrada e sua correspon- dente neste arquivo são denominadas como grupo E/S. Por exemplo: um rack pode conter no máximo 8 grupos de E/S, geralmente numerados de 0 a 7, com até 128 E/S de sinais discretos. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 18. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 55 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 55 05/08/2020 14:10:28 Por outro lado, a maior parte dos módulos de CLP possui um bloco de bornes terminais para a fi ação e, além disso, o módulo de saída não poderá ser inserido no slot no qual originalmente ter-se-ia um módulo de entrada. Ademais, quanto ao tipo de módulo E/S, observa-se que o tipo mais comum para conexões de dis- positivos de entrada de natureza liga/desliga é discreto, como é o caso de chaves seletoras e botões de comando, entre outros. A saída é limitada, geralmente, a dispositivos como lâmpadas, relés, solenoi- des e motores de partida, também com funcionamento liga/desliga. Desta for- ma, destaca-se ainda que a classifi cação de E/S discreta envolverá o bit de orien- tação, representando um elemento de informação completo em si mesmo, que fornece o estado do contato externo ou presença/ausência de alimentação, por exemplo. Tomando novamente como exemplo os equipamentos da Allen-Bra- dley, existem algumas indicações de cor para facilitar a identifi cação de entradas e saídas, como mostra o Quadro 2. QUADRO 2. RELAÇÃO DE ENTRADAS E SAÍDAS E CÓDIGO DE CORES PARA EQUIPAMENTOS DA ALLEN-BRADLEY Cor Tipo de E/S Vermelho E/S CA Azul E/S CC Laranja Saídas com relé Verde Módulos especiais Preto E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis VermelhoVermelhoVermelho AzulLaranjaLaranjaLaranja VerdeVerde PretoPreto E/S CAE/S CA E/S CC E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis E/S CC Saídas com relé E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Saídas com relé Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Saídas com relé Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Saídas com relé Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Módulos especiais E/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveisE/S por fi os; bloco de terminais não removíveis Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 25. Já os módulos de E/S de sinais analógicos, presentes especialmente nos CLPs mais antigos, atualmente possuem uma funcionalidade mais precisa gra- ças às tecnologias. O módulo de entradas analógicas contém circuitos necessá- rios para receber um sinal de tensão ou corrente analógica, como é o caso de dispositivos de campo como os transmissores de nível, por exemplo. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 56 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 56 05/08/2020 14:10:31 Já para a saída, tem-se o recebimento de um valor digital, do processador, a ser convertido novamente para sinal analógico. Além disso, os módulos de saí- da analógicos geralmente têm múltiplos canais de entrada, divididos conforme o tipo do módulo de entrada, e sensíveis à tensão ou corrente, o que permite o acoplamento de sensores analógicos e a medição de grandezas físicas como temperatura, velocidade, nível e pressão, entre outras. Ademais, tem-se ainda alguns tipos de módulos especiais de E/S, como o módulo contador de alta velocidade, o thumbwheel (ou chave mecânica) e os encoders, utilizados dependendo do tipo de aplicação. Entre estes, destaca-se o módulo PID, destinado ao controlador PID (proporcional-integral-derivativo) para a incorporação prática de aplicações de controle de processos que envol- vam algoritmos PID. O Quadro 3 apresenta, de forma resumida, algumas especifi cações típicas do módulo de E/S discreto. QUADRO 3. ESPECIFICAÇÕES TÍPICAS DE UM MÓDULO DE E/S DISCRETO Tensão de entrada nominal 5 V, 24 V, 230 V; CA ou CC Tensão de saída 5 V, 115 V, 230 V; CA ou CC Tensão de entrada de limiar 1 - ligado; 0 - desligado; Corrente de saída Máxima que uma única saída e que o módulo como um todo podem conduzir Corrente nominal por entrada Mínimo para os dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do circuito Corrente de surto Valor súbito que um circuito de saída pode ter, para certas cargas Taxa de variação da temperatura ambiente Relaciona-se a boas condições de funcionamento do CLP Corrente de fuga Conduzida mesmo após o circuito de saída desligado Tempo de resposta Atraso de liga/desliga Corrente de dreno na placa-mãe Quantidade que o módulo requer da placa-mãe 5 V, 24 V, 230 V; CA 5 V, 24 V, 230 V; CA 5 V, 24 V, 230 V; CA ou CC 5 V, 24 V, 230 V; CA ou CC 5 V, 24 V, 230 V; CA 1 - ligado; 0 - desligado; 1 - ligado; 0 - desligado; 1 - ligado; 0 - desligado; Mínimo para os dispositivos discretos 0 - desligado; Mínimo para os dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do Mínimo para os dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do Mínimo para os dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do Mínimo para os dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do circuito Relaciona-se a boas condições de dispositivos discretos de entrada acionarem o funcionamento do circuito Relaciona-se a boas condições de funcionamento do de entrada acionarem o funcionamento do Relaciona-se a boas condições de funcionamento do Relaciona-se a boas condições de funcionamento do CLP boas condições de funcionamento do CLP Atraso de liga/desliga funcionamento do Atraso de liga/desligaAtraso de liga/desligaAtraso de liga/desligaAtraso de liga/desligaAtraso de liga/desliga Por outro lado, em um módulo analógico tem-se que: 5 V, 115 V, 230 V; CA 5 V, 115 V, 230 V; CA 5 V, 115 V, 230 V; CA ou CC 5 V, 115 V, 230 V; CA ou CC Máxima que uma única saída e que o 5 V, 115 V, 230 V; CA Máxima que uma única saída e que o módulo como um todo podem conduzir Máxima que uma única saída e que o módulo como um todo podem conduzir Máxima que uma única saída e que o módulo como um todo podem conduzir Valor súbito que Máxima que uma única saída e que o módulo como um todo podem conduzir Valor súbito que um circuito de saída pode ter, para certas módulo como um todo podem conduzir Valor súbito que um circuito de saída pode ter, para certas todo podem conduzir Valor súbito que um circuito de saída pode ter, para certas Valor súbito que um circuito de saída pode ter, para certas cargas Conduzida mesmo um circuito de saída pode ter, para certas cargas Conduzida mesmo após o circuito de pode ter, para certas Conduzida mesmo após o circuito de saída desligado Conduzida mesmo após o circuito de saída desligado Conduzida mesmo após o circuito de saída desligado Quantidade que o módulo requer da após o circuito de saída desligado Quantidade que o módulo requer da Quantidade que o módulo requer da placa-mãe Quantidade que o módulo requer da placa-mãe Quantidade que o módulo requer da placa-mãe AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 57 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 57 05/08/2020 14:10:35 QUADRO 4. ESPECIFICAÇÕES TÍPICAS DE UM MÓDULO DE E/S ANALÓGICO Canais por módulo Circuitos dos módulos de E/S Faixa de tensão/corrente de entrada Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Faixa de tensão/corrente de saída Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Resolução Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado digitalmente Capacitância e impedância de entrada Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de entrada Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de entrada Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de saída Capacitância e impedância Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de saída Resolução Capacitância e impedância Faixa de tensão/corrente de Faixa de tensão/corrente de Resolução Capacitância e impedância Faixa de tensão/corrente de Resolução Capacitância e impedância de entrada Faixa de tensão/corrente de Capacitância e impedância de entrada Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Capacitância e impedância de entrada Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Capacitância e impedância de entrada Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Capacitância e impedância Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representadoCoincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado digitalmente Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado digitalmente Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos analógicos na saída Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado digitalmente Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado digitalmente Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se em valores vistos nos sensores analógicos Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Baseando-se no acionamento necessário para os dispositivos Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Precisão com a qual o valor analógico pode ser representado Coincidentes com o dispositivo externo conectado ao móduloCoincidentes com o dispositivo externo conectado ao móduloCoincidentes com o dispositivo externo conectado ao módulo Adicionalmente, tem-se a unidade de processamento central (CPU), sendo que os processadores variarão por conta da velocidade de processamento e também com relação às opções de memória. O módulo processador do CLP divide-se, então, na CPU propriamente dita e na seção da memória. A primeira executa os programas desenvolvidos e toma as decisões necessárias para que o CLP funcione e se comuni- que com os demais módulos, ao passo que a seção de memória armazena, de forma eletrônica, o programa e outros tipos de informações digitais recuperáveis. Um outro fato importante é que a CPU de um CLP poderá conter mais de um processador, fazendo com que neste caso o equipamento funcione com dois módulos independentes. Figura 8. Seções do módulo processador. Fonte: PETRUZELLA, 2014. p. 33. Fonte de alimentação Módulos de E/S interface de comunicação Dispositivos de E/S de sinais discretos Dispositivos de E/S de sinais analógicos Módulo processador CPU Memória AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 58 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 58 05/08/2020 14:10:43 O módulo processador típico é formado pela bateria, que fornece energia para a RAM CMOS, pelo módulo de memória, pelo endereço desta e por mi- crochaves, que permitem a seleção do modo de operação. Observando frontal- mente, tem-se ainda os canais típicos: Ethernet e ASCII. No modo ligado (RUN), coloca-se o processador no modo de funcionamento, executa-se o programa e energiza-se os dispositivos de saída, obtendo-se os impedimentos da edição do programa on-line e o uso de um dispositivo de interface programador/operador. Por outro lado, na posição PROG tem-se o processador no modo de progra- mação, em que o processador é impedido de energizar o controlador de saída, permitindo a edição do programa e onde ocorre o impedimento do uso de um dispositivo de interface programador/operador para modificar o modo. Por fim, na posição REM o processador estará em modo remoto, permitindo-se aos dis- positivos de interface programador/operador a mudança do modo do proces- sador e a edição do programa on-line. Outro ponto importante é que os avanços tecnológicos do processador permitiram, também, a conexão em rede, tanto para a supervisão do con- trole quanto para a aquisição dos da- dos através de sistemas como o SCA- DA, já citado em outro momento. Quanto à memória, é possível des- tacar alguns exemplos típicos basean- do-se em modelos comerciais para cada um dos tamanhos, como é o caso do modelo MicroLogix 1000 com 1 K de memória, até 20 entradas e até 14 saídas, o SLC 500, com até 64 K e até 4096 entradas e saídas e o ControlLogix, com 2 a 32 M de memória e até 128.000 en- tradas e saídas. Um fator relevante é que os CLPs fazem, por questões de segu- rança, uma rotina de verificação para examinar se a memória está corrompida. Quanto aos tipos de memória, pode-se citar a memória de leitura (ROM), que armazena apenas programas e dados, neste caso, para a definição da ca- pacidade do CLP. Já a memória de acesso aleatório (RAM), também referida por sua função de memória de leitura/escrita, é projetada para armazenagem tem- porária de dados que precisam ser alterados rapidamente, além de ser volátil. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 59 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 59 05/08/2020 14:10:48 Há também a EPROM, uma memória de leitura/escrita programável e que pode ser apagada, além de fornecer backup, armazenamento ou transferência de programas de CLP, por exemplo. Por fi m, há a EEPROM, uma memória de leitura/escrita programável, eletronicamente apagável e destinada ao armaze- namento e transferência de programas do CLP. Embora haja na prática diversos tipos de IHM, geralmente o responsável por realizar uma interface importante, como permitir a programação do CLP, é o computador. As diferentes IHMs possibilitam funções signifi cativas para o operador, como observar o funcionamento do sistema em tempo real, assim como um computador; e também podem substituir botões de comando e elementos de sinais lumi- nosos no chão de fábrica e próximo aos equipamentos, por exemplo, acarretando em uma nova possibilidade de instalação e funcionalidade. Sensores industriais Visão geral Para entender qual o papel dos sensores na automação industrial, é neces- sário retomar um sistema automatizado e seus principais elementos e áreas envolvidas. Desta forma, antes de entender quais as principais grandezas físi- cas não elétricas medidas na maioria dosvários processos industriais, deve-se lembrar que boa parte dos sistemas mecânicos usuais, pertencentes a vários processos industriais e às mais variadas aplicações, possuem dois elementos principais: os atuadores e os sensores. Em relação à conexão destes sistemas mecânicos com o controle, esta é feita pela etapa de condicionamento e interface dos sinais de entrada através de ele- mentos como circuitos discretos, amplifi cadores, fi ltros e conversores analógi- cos/digitais ou mesmo de níveis de sinal. Assim, tem-se a arquitetura do controle digital, mais comum devido aos avanços tecnológicos atuais, em que encontra- -se os próprios CLPs, além de circuitos lógicos, sequenciamento e temporização, microcontroladores e controle e comunicação implementada na prática. Posteriormente, há outra etapa de condicionamento e interface, agora para os sinais de saída, e aqui incluem-se amplifi cadores de potência e cir- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 60 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 60 05/08/2020 14:10:48 cuitos transistorizados de potência, além de circuitos PWM (moduladores por largura de pulso). Por último, são conectadas às interfaces gráfi cas. Ademais, destaca-se comumente, entre os dispositivos atuadores, elementos e equipamentos como solenoides, bobinas móveis, motores CC e de passo e servomotores, além de circuitos hidráulicos e pneumáticos. Entre os sensores, é possível citar chaves, potenciômetros, sensores de princípio fotoelétrico, encoders digitais, acelerômetros, termopares e strain gages, entre ou- tros, que serão vistos mais detalhadamente de acordo com o princípio de funcionamento do sensor industrial. Em relação às grandezas físicas, é possível ilustrar as principais a serem me- didas conforme a categoria do estímulo. Nos estímulos mecânicos, por exem- plo, tem-se variáveis como deslocamento, posição linear e angular, velocidade, aceleração, força, torque, pressão, massa e densidade. Já nos estímulos elétri- cos, tem-se tensão, corrente, carga, resistência e capacitância, por exemplo. Em estímulos de natureza térmica nos importa mais grandezas como tempera- tura, calor e o fl uxo deste, condutividade térmica e parâmetros como calor es- pecífi co. Na radiação, tem-se seu tipo (como raio X, por exemplo), intensidade e comprimento de onda; ao passo que no estímulo magnético há campo, fl uxo e permeabilidade. Por fi m, em processos químicos tem-se concentrações e pH, entre outras variáveis, conforme afi rma Groover em seu livro Automação indus- trial e sistemas de manufatura, de 2011. QUADRO 5. SENSORES INDUSTRIAIS E DESCRIÇÃO COMUM Acelerômetro Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Termômetro bimetálico Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dinamômetro Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, piezoresistiva e piezoelétrica Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivoanalógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medir vibração e choque, que pode basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo basear-se em vários fenômenos físicos, de natureza capacitiva, Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico de medição de temperatura, composto por uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo uma lâmina metálica, formada pela união de duas tiras de metal com diferentes coefi cientes de temperatura. É um sensor que muda sua resposta em função da variação de temperatura Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo Dispositivo analógico para medição de força, potência ou torque, baseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivobaseado em um extensômetro elétrico ou no efeito piezoresistivo AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 61 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 61 05/08/2020 14:10:50 Transdutor fl utuador Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Sensor de vazão Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Pressostato Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um dado fl uido Manômetro Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Sensor fotoelétrico Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Fotômetro Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da iluminação Transdutor piezoelétrico Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Termistor resistivo Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Extensômetro Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Tacômetro Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Termopar Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Sensor ultrassônico Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativaçãode um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo fl utuador (dispositivo binário) Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um dado fl uido Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um Formado por um dispositivo analógico (braço de alavanca) para a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um dado fl uido Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um a medição de nível e ativação de um interruptor por contato pelo Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um dado fl uido Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Dispositivo analógico geralmente baseado na diferença de pressão entre o fl uxo de duas tubulações com diâmetros diferentes Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Interruptor binário ativado com um aumento na pressão de um Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Dispositivo analógico para medição de pressão de gases ou líquidos. Baseia-se na comparação entre dois pontos Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um objeto que interrompe alguns dos feixes de luz Tipo de sensor digital formado por séries lineares de interruptores fotoelétricos e criado para indicação de altura ou tamanho de um Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se noefeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da iluminação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da iluminação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da iluminação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de materiais e circuitos Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico para medição da intensidade da luz e da Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura também aumenta Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico usado para medição de força, pressão ou aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação aceleração, baseando-se no efeito piezoelétrico de certos tipos de Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico para a medição de temperatura baseado no aumento da resistência elétrica à medida que a temperatura Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânicaaplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica aplicada sobre um material condutor Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Sensor analógico para medir força, torque ou pressão, baseado na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação na alteração da resistência elétrica resultante da tensão mecânica Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Dispositivo analógico formado por um gerador CC que produz uma Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da temperatura da junção Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Dispositivo analógico de medição de temperatura baseado no efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto efeito termoelétrico, no qual a junção de duas tiras de materiais distintos emite uma pequena tensão elétrica em função da Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto Mede a emissão e a refl exão (a partir de um objeto) de pulsos de som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância ou simplesmente para indicar a presença de um objeto som de alta frequência. Pode ser utilizado para medir a distância Fonte: GROOVER, 2011, p. 94-5. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 62 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 62 05/08/2020 14:10:57 Sensores resistivos Um sensor resistivo utiliza como princípio de medição de certas grandezas fí- sicas o efeito de variação da resistência. Para entender como isto acontece, anali- saremos alguns exemplos práticos, começando pelos medidores de pressão que funcionam a partir do efeito resistivo. Assim, de maneira geral, a medição de pres- são segue como base tipos de pressão diferentes e outros conceitos pertinentes. Resumidamente, tem-se que o vácuo total (zero absoluto) corresponde a umvalor relativo a quando a pressão é nula. O vácuo é a diferença entre o total e a pressão atmosférica normal, tipicamente algo em torno de 14,7 psi, lembrando que a pressão atmosférica se refere à pressão exercida sobre a superfície da Terra em decorrência do peso dos gases existentes na atmosfera. Assim, a pressão absoluta é o valor da medida em relação ao vácuo e um ponto qualquer, a pressão manométrica é a pressão medida em um ponto qualquer e a própria pressão atmosférica e, por fi m, a pressão diferencial se refere à diferença de pressão entre dois pontos distintos quaisquer. Um tipo de dispositivo, tanto para a medição da pressão absoluta quanto para a pressão referente à atmosfera ou pressão diferencial, é o sensor resis- tivo de pressão, que opera a partir dos efeitos piezoresistivos. O efeito piezo- resistivo está presente em materiais como metais e semicondutores, como é o caso do silício e do germânio, e representa o motivo de existir uma variação na resistência do material (condutor ou semicondutor) devido à sua deformação mecânica. Esta relação pode ser quantifi cada matematicamente, a partir de relações como o Fator de Gauge (KG), em que R é a resistência e LR o comprimen- to do material. Geralmente, este fator é de 2 para metais e cerca de 200 para materiais semicondutores. (1) No caso de um sensor resistivo de pressão, de maneira geral o que ocorre é que a resistência elétrica irá variar quando este sensor for submetido a uma força responsável por uma deformação mecânica. Exemplos importantes deste tipo de sensor utilizados largamente em aplicações industriais são os extensômetros (strain gages), que funcionam em elementos como células de carga. dR / R dLR / LR =KG AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 63 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 63 05/08/2020 14:10:57 Normalmente, estes sensores são formados por extensômetros, diafragma, material condutor e dois tipos de materiais: um semicondutor e um isolante. O semicondutor, como já mencionado, pode ser o silício, e o isolante mais frequen- temente utilizado , neste caso, é o vidro. Os extensômetros usualmente estão fi- xados no diafragma para realizar a medição/transdução da deformação causada pela aplicação da pressão. No caso específico de um sensor absoluto de pressão, por exemplo, tem-se dispositivos dimensionados para medir a pressão absoluta. Entretanto, dados os avanços tecnológicos atuais, grande parte dos dispo- sitivos piezoresistivos para medição de pressão é elaborada a partir da inte- gração de elementos sensores com o diafragma já no semicondutor, algo que é possível graças à produção de circuitos integrados. Com isso, a padronização foi melhorada, além de possibilitar características bem definidas aos instru- mentos, com efeitos como a miniaturização. Na Figura 9 há, do lado esquerdo, um esquema ilustrando como geralmente é realizada a disposição dos elementos piezoresistores no diafragma, tomando como exemplo ainda a medição da pressão. Já do lado direito, há o desenho de um sensor de pressão piezoresistivo, projetado a partir de quatro sensores piezoresistivos no substrato de silício, algo comum entre os sensores indus- triais. Note ainda que no meio há uma cavidade para o diafragma, permitindo a deformação da membrana. Figura 9. Esquema do diafragma com os sensores piezo resistivos e o instrumento final de medição. Fonte: BALBI- NOT; BRUSAMARELLO, 2007b, p. 350. Piezoresistores Piezoresistor Diafragma Silício Vidro Condutor Cavidade AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 64 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 64 05/08/2020 14:10:58 Existem também sensores resistivos para a medição de temperatura e do nível. No caso dos sensores resistivos de temperatura, é possível destacar os RTDs (do inglês Resistance Temperature Detector), que são detectores de tempe- ratura baseados na variação da resistência elétrica, também conhecidos por sua constituição como um termômetro metálico. Seu princípio de funciona- mento seguirá a premissa de que a resistência dos metais geralmente aumen- tará devido à elevação da temperatura. Um exemplo deste tipo de material é a platina, o que também explica o motivo de este tipo de sensor normalmente ser denominado pela sigla PRT (do inglês Platinum Resistence Thermometer). Ademais, outro exemplo de característica importante deste sensor é a li- nearidade, uma vez que este é considerado para fins práticos como um sistema linear. Há ainda o fato de que, dependendo do tipo do metal, estes instrumen- tos são estáveis e possuem baixíssima tolerância de fabricação, o que também justifica o fato de estes geralmente serem sensores de alta precisão e boa re- petitividade na leitura. Matematicamente, define-se para estas relações de resis- tência e temperatura que ocorrem a seguinte expansão linear: R = R0[1 + α(T-T0)] Em que o índice 0 representa os valores da resistência e da temperatura da referência e α é o coeficiente de tem- peratura do material (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007a). Um exemplo comer- cial bastante comum deste tipo de sensor resistivo é o PT100, que recebe este nome por ser um sensor de platina (Pt) com valor de resistência de até 100 Ω. Por fim, há as fitas resistivas, exemplos de sensores resistivos emprega- dos na medição indireta do nível, uma vez que utiliza-se a medição do nível pelo princípio de variação da resistência elétrica proporcionada pelo material utilizado. Geralmente, utiliza-se um elemento resistivo próximo à tira condu- tora, aplicada no interior de uma bainha não condutora e com propriedades físico-químicas que garantem-na facilidade de comprimir. A pressão do líquido então empurrará o elemento resistivo na direção da tira condutora; e esta ação é capaz de gerar um curto-circuito em parte do elemento resistivo de compri- mento proporcional à profundidade do líquido. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 65 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 65 05/08/2020 14:10:58 Sensores capacitivos Assim como no caso dos sensores resistivos, os sensores capacitivos podem ser utilizados para a medição da pressão e de nível. Considerando inicialmente o processo de medição da pressão, é possível citar que este efeito proporciona um outro tipo de sensor para medição da pressão absoluta. Neste caso, tem-se um elemento sensor deformável como um diafragma (de um material metálico ou silício), constituindo um eletrodo do capacitor de placas paralelas. Aqui, o outro eletrodo é estacionário e formado por um metal depositado sobre subs- tratos, como cerâmica ou vidro. Este último, ao ser submetido à certa pressão, possui uma membrana que se movimenta e altera a distância entre as placas do capacitor formado. Isto implica que a capacitância também se modifi ca e, em um capacitor de placas paralelas, temos que: (2) Em que ε é a constante dielétrica, A é a área das placas e d a distância entre estas. Considerando agora o exemplo da medição de nível, é possível citar senso- res como as sondas capacitivas, usadas na medição contínua de nível para lí- quidos que não sejam condutores e que possuam um valor de constante dielé- trica elevado. Uma outra possível aplicação deste tipo de sensor é para sólidos em escoamento livre. O princípio de funcionamento desta sonda parte do efeito proporcionado quando se insere certos tipos de materiais entre duas placas condutoras para- lelas. Haverá, neste caso, um aumento ou diminuição da relação de capacitân- cia, conforme a constante dielétrica. Com isto, a capacitância (Cd) vale: (3) Em que Ca é o valor da capacitância sem o líquido, r a altura das placas e d a profundidade ou nível do líquido entre as placas. Além disso, perceba que, ao isolar d, tem-se o valor do nível quando os valores das constantes, capacitân- cias e altura das placas forem conhecidos. εA d C = d r Cd = Caε + Ca AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 66 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 66 05/08/2020 14:10:58 Sensores indutivosSemelhantemente ao efeito da capacitância, a indutância também é utilizada para medições de grandezas físicas como a pressão. Assim, no caso de um sen- sor indutivo para medição da pressão, este irá associar a variação da grandeza não elétrica à alteração de indutância de uma bobina (ou coefi ciente de autoin- dução). Além disso, a variação da indutância é consequência da variação que ocorre no fl uxo magnético, gerado pela corrente que circula na bobina do sensor. Este tipo de dispositivo é formado, basicamente, por uma bobina em um núcleo ferromagnético e condicionada por um dispositivo oscilador de fre- quência conectado a si. As características desta bobina são alteradas, neste caso, mediante à variação de pressão, refl etidas por conta de alterações gera- das no campo magnético. A variação proporcionada na indutância correspon- de à pressão medida. Ademais, neste tipo de sensor industrial para medição de pressão, ressal- ta-se ainda algumas vantagens, como o fato destes não operarem com energia mecânica; não possuírem contato direto, posto que a atuação ocorre pela apro- ximação de uma parte móvel que altera o campo magnético; terem imunidade à vibração e choques mecânicos e possuírem alta velocidade de comutação. Um exemplo de dispositivo que opera com o efeito indutivo na medição da pressão é o transdutor de pressão indutivo, também conhecido como trans- formador diferencial variável linear. Ele é um dispositivo de indutância variável, conhecido também como LVDT (Linear Variable Diferenciable Transformer). Sensores ultrassônicos Da mesma forma que os sensores já apresentados, os sensores ultrassôni- cos também podem ser utilizados na medição de nível, e para entender como isto ocorre é importante relembrar que este caso baseia-se na relação de pro- ximidade. Assim, neste contexto, o ultrassom é utilizado na medição contínua de nível ou ainda na medição de nível em um único ponto, tanto para líquidos quanto para sólidos. O princípio de funcionamento básico destes tipos de medição de nível se baseia no fato de que as ondas ultrassônicas, provenientes do transmissor, são AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 67 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 67 05/08/2020 14:10:58 refletidas pela superfície do líquido, ou então do sólido, até o dispositivo recep- tor. O que fornecerá de fato o nível do material é, então, o tempo gasto para que as ondas cheguem até o dispositivo receptor, levando-se em consideração também o valor da velocidade de propagação das ondas ultrassônicas. Além disso, entende-se que o funcionamento deste tipo de sensor também pode ser compreendido através do princípio da reflexão, uma vez que a onda acústica pode ser refletida na superfície do material. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 68 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 68 05/08/2020 14:10:58 Sintetizando Os controladores lógicos programáveis revolucionaram a automação indus- trial e, assim como estes importantes equipamentos, é possível citar também a porta de entrada para as medições industriais e representações dos sistemas e processos: os sensores. Nesta unidade, você pôde aprender mais detalhes, incluindo aplicações práticas, sobre o que são os controladores lógico programá- veis, quais suas principais aplicações, como estes funcionam na prática e qual é a arquitetura básica deste tipo de equipamento. Nesta unidade, também foi possível perceber a importância dos diversos ti- pos de sensores industriais para a extração de informações como as grandezas físicas não elétricas. Entre elas, destacam-se a medição da temperatura, de pres- são e de nível, tanto de sólidos quanto de líquidos. Com isto, torna-se importante compreender que o funcionamento dos sen- sores se baseia especialmente no princípio de operação utilizado, sendo estes classificados, portanto, como sensores resistivos, capacitivos e indutivos, além de quanto a outras características, como a operação devido a propriedades mag- néticas e por fotossensibilidade. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 69 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 69 05/08/2020 14:10:58 Referências bibliográficas ALCIATORE, D. G.; HISTAND, M. B. Introdução à mecatrônica e aos sistemas de medições. Porto Alegre: AMGH, 2014. BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. Instrumentação e fundamentos de medi- das – Volume I. Rio de Janeiro: LTC, 2007a. BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. Instrumentação e fundamentos de medi- das – Volume II. Rio de Janeiro: LTC, 2007b. GROOVER, P. M. Automação industrial e sistemas de manufatura. [s.l.]: Pearson Brasil, 2011. LAMB, F. Automação industrial na prática - série Tekne. Porto Alegre: AMGH Editora, 2015. NATALE, F. Automação industrial. [s.l.]: Editora Saraiva, 2018. PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica: automação industrial. São Paulo: Fun- dação Padre Anchieta, 2011. PETRUZELLA, F. D. Motores elétricos e acionamentos: série Tekne. Porto Ale- gre: Bookman Editora, 2013. PETRUZELLA, F. D. Controladores lógicos programáveis. Porto Alegre: AMGH Editora, 2014. ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. [s.l.]: Pearson Educación, 2005. ROSÁRIO, J. M. Automação industrial. São Paulo: Baraúna, 2012. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 70 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID2.indd 70 05/08/2020 14:10:58 REVISÃO GERAL SOBRE LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO 3 UNIDADE SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 71 05/08/2020 14:12:03 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Entender o desenvolvimento de um algoritmo; Compreender a essência da programação no contexto da automação industrial; Aprender detalhes do desenvolvimento de um diagrama ladder; Aprender como funciona a programação por meio de blocos de funções; Estudar o funcionamento dos diagramas de blocos de funções; Aprender a programar em texto estruturado, visando o desenvolvimento de um sistema para CLP; Explorar detalhes da programação por mapa de função sequencial. Programação básica de um CLP Organização da memória do processador Processo de varredura do programa Principais linguagens de pro- gramação do CLP Ladder Orientações gerais Como desenvolver o programa Exemplos de aplicações FDB, IL, ST e SFC FDB (Functions Block Diagram) IL (Instruction List) ST (Structured Text) SFC (Sequencial Function Charts) AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 72 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 72 05/08/2020 14:12:04 Organização da memória do processador Para entender como a memória está organizada, é fundamental compreen- der como o CLP divide sua memória disponível em seções diferentes. Primei- ramente, ele considera uma divisão em duas categorias maiores: arquivos de programa e arquivos de dados. Os arquivos de programa ocupam a maior parte da memória total do equi- pamento e contêm a programação ladder. Esse tipo de arquivo pode incluir funções do sistema (geralmente no arquivo 0), uma parte do arquivo reservada pelo processador (arquivo 1), o local do programa em ladder principal (arquivo 2) e as sub-rotinas em ladder (do arquivo 3 até o 255). Os arquivos de dados armazenam as informações ne- cessárias para execução do programa, o que inclui dados como o estado dos dispositivos de entrada e saída, va- lores de contadores e temporizadores, entre outros. Dessa forma, tem-se a seguinte organização de arquivos: saída, onde se armazenam os estados dos terminais de saída (arquivo 0); entrada, na qual se armazenam os estados dos terminais de entrada Programação básica de um CLP Antes de iniciarmos um estudo mais abrangente sobre as principais formas de se confi gurar um CLP (Controlador Lógico Programável), analisaremos os pontos gerais relacionados à programação deste tipo de equipamento. Começaremos en- tendendo alguns detalhes importantes do funcionamento e da arquitetura do CLP, a fi m de compreender como a programação deve ser de- senvolvida. Entenderemos como se organiza a memória do processador, como é estabelecido o processo de varredura do programa e veremos uma introdução sobre quais são as principais lin- guagens de programaçãopara o CLP, para estudarmos cada uma delas. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 73 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 73 05/08/2020 14:12:04 (arquivo 1); estado, onde se armaze- nam as informações de operação do controlador (arquivo 2); bit, para a lógi- ca dos relés internos (arquivo 3); tem- porizador, para armazenamento dos valores acumulados do temporizador, valores pré-ajustados e estados dos bits (arquivo 4); contator, para arma- zenamento da contagem acumulada (arquivo 5); controle, com informações como posição e extensão do ponteiro (arquivo 6); inteiro, para valores numé- ricos ou informações dos bits (arquivo 7); reservado (arquivo 8); e comunicações de redes, caso elas sejam instaladas (arquivo 9). Do arquivo 10 ao 255 a organização segue conforme definição por parte do usuário (PETRUZELLA, 2014). Para entender alguns detalhes importantes dessa seção, considere como exemplo dois equipamentos comerciais da Allen-Bradley: o PLC-5 e o SLC 500. Nestes casos, tem-se alguns formatos típicos de endereçamento para os arqui- vos do PLC-5, segundo Petruzella em seu livro Controladores lógicos programá- veis, de 2014: • Status de dados: com informações sobre o status do processador; • Dados de bits: no qual armazenam-se os estados dos bits; • Contador: contém o armazenamento do estado e dos dados do contador; • Controle: responsável pelo armazenamento do estado e dos dados do ele- mento controle, além de ser usado para controlar várias instruções de controle; • Arquivo inteiro: armazenamento de valores inteiros dos dados em uma faixa, nesse caso, de -32.768 até 32.767. Esses valores são mostrados em sua forma decimal; • Ponto flutuante: para armazenamento de faixas de valores de ± 1,1754944 e -38 até 3,4028237 e 38. Ademais, sabe-se que os arquivos bit, o inteiro ou o ponto flutuante podem ser usados para armazenar tanto estados quanto dados. Saber qual escolher depende de qual é o destino do dado. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 74 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 74 05/08/2020 14:12:10 O arquivo tabela de imagem de entrada, por exemplo, é a parte da memória do programa posicionada para o armazenamento dos estados liga/desliga das entradas discretas que estiverem conectadas ao sistema no qual o controlador está inserido. O mesmo ocorre, analogamente, para o arquivo tabela de ima- gem de saída. Processo de varredura do programa No processo de execução de um programa, o CLP executa o que se co- nhece como scan (varredura). Este processo surge da necessidade do CLP saber, em tempo real, quando um processo está controlando um dispositivo externo que apresenta mudanças. Com isso, durante cada ciclo de operação, o processador do CLP lê todas as entradas, anota estes valores e decide por energizar ou não as saídas, juntamente com a análise associada ao programa desenvolvido para o CLP. Outro conceito importante é que o tempo necessário para se completar o ciclo de varredura é chamado de tempo de varredura, e ele é capaz de indicar a rapidez da reação do controlador frente às possíveis mudanças nas entradas. Assim, de maneira geral, esse tempo depende de alguns parâmetros principais, como velocidade do módulo do processador, extensão do programa ladder do CLP, tipo de instrução executada e condições reais de verdadeiro ou falso, pre- sentes na lógica do programa. Outra questão importante, ainda no que diz respeito ao tempo, é que cada instrução que for inserida no programa dependerá de um tempo também de- terminado conforme seu tipo. É válido lembrar que o tempo de varredura de- pende do clock do processador. Matematicamente, calcula-se o tempo a cada vez que uma instrução END é executada. Sabe-se que a varredura, normalmente, se caracteriza por um proces- so sequencial. Para cada escada do programa ladder que é executada, o processa- dor examina o estado dos bits da tabela de imagem da entrada; em seguida pro- cessa a lógica ladder para a determinação da continuidade lógica; depois atualiza os bits, caso necessário, na tabela de imagem da saída e copia os estados desta tabela para todos os terminais de saída. Por último, ele copia os estados de todos os terminais de entrada para a tabela da entrada (PETRUZELLA, 2014). AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 75 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 75 05/08/2020 14:12:10 Para entender como isto ocorre, suponha que o programa ladder possua um degrau único. Assim, caso o dispositivo de entrada, conectado ao endereço indicado, esteja fechado, o circuito do módulo de entrada detecta a continuida- de elétrica e estabelece-se, assim, 1 no bit da tabela de imagem nesta entrada. Durante o processo de varredura, o processador irá verificar se aquele mes- mo dispositivo ainda está em 1. Caso isso seja verdade, isso quer dizer que o degrau é verdadeiro e que há continuidade lógica, implicando o direcionamento 1 para a imagem correspondente da saída. Dessa forma, o processador liga essa saída na próxima varredura, o que energiza o dispositivo conectado à saída. Todo o processo se repete enquanto o processador do CLP estiver no modo RUN. Agora, suponha o contrário, que o dispositivo de entrada tenha aberto e se estabeleceu 0 na tabela da entrada. Nesse caso, teremos um degrau falso por conta da perda da continuidade lógica, na saída teremos enviado 0 e isto acarreta no desligamento do dispositivo associado. A Figura 1 ilustra um exemplo estendido, para o caso de mais de um degrau lógico na programação: Figura 1. Processo de varredura para um programa de mais de um degrau. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 75. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 Tabela de imagem da saída Tabela de imagem da entrada Partida Fim Passo 1 Ler o módulo de entrada Passo 3 Transferir para o módulo de saída Passo 2 Executar o programa ladder AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 76 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 76 05/08/2020 14:12:11 Ademais, sabe-se que existirão dois padrões principais de varredura: hori- zontal, pelo método do degrau, em que o processador examinará as instruções entrada/saída por meio do primeiro comando na parte de cima à esquerda, degrau a degrau; e vertical, também conhecido como método da coluna, quan- do o processador examina as instruções entrada/saída coluna à coluna, pela entrada do comando de cima à esquerda. DICA É importante se atentar que, para qualquer tipo de varredura, um erro na for- ma com a qual o CLP varre o programa pode levar a erros na programação. Principais linguagens de programação do CLP Existem alguns padrões pré-estabelecidos pelos quais o usuário irá comu- nicar informações ao CLP. Elas são as linguagens de programação defi nidas, e entre elas se destacam cinco padrões diferentes, conforme a IEC 61131-3 (s. d.), da Comissão Eletrotécnica Internacional: • Diagrama Ladder (LD): é uma forma de se representar grafi camente a lógica desejada, similar à lógica antigamente implementada com relés; • Diagrama de Blocos de Função (FBC): uma outra forma, também gráfi ca, de se representar a lógica por meio do fl uxo de processos, usando a intercone- xão de blocos simples e/ou complexos; • Lista de Instruções (IL): em que se usa uma forma de comunicação em baixo nível, por meio de instruções mnemônicas, estruturadas em for- ma de texto; • Texto Estruturado (ST): outra forma de programação baseada em texto, mas neste caso sendo uma linguagem em alto nível, desenvolvida com objetivo principal de uso no controle industrial; • Mapa de Função Sequencial (SFC): outra forma de progra- mação gráfi ca para representação na forma de passos, ações e transições de maneira interconectada. Entre os exemplos de linguagem ST, há o Basic, o Pascal e o C, uma das mais conhecidas formas de programação. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 77 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 77 05/08/2020 14:12:11 Ladder A linguagem ladder é uma forma de expressar um diagrama lógico, es- tabelecendo tempo e sequenciamento do sistema por meio de circuitoselé- tricos, para a implementação do algo- ritmo desejado. Trata-se então de um tipo de linguagem gráfi ca, análoga à construção de circuitos elétricos. Como um outro ponto importante acerca do porquê se utilizar este tipo de linguagem, é possível citar similaridade com conceitos do desenvolvimento de circuitos elétricos, característica importante para auxílio aos responsáveis da fábrica que deverão desenvolver os programas para o CLP em muitos casos e, também, manter e reparar os sistemas de controle, conforme afi rma Groover, em seu livro Automação industrial e sistemas de manufatura de 2011. Ademais, sabe-se que a ladder é a linguagem mais utilizada para a pro- gramação dos CLPs, além de ser projetada para imitar a lógica que antes era implementada por relés. A ladder é popular entre os progra- madores que preferem defi nir ações de controle por meio de contatos de relés e bobinas, elementos de circuitos e funções como blocos de instruções. Dessa forma, entende-se que em um diagrama ladder é utilizado um conjun- to simbólico de instruções para a for- mação do programa para o controlador que será inserido na memória do CLP. Por isso, essa linguagem também é conhecida como simbo- logia de contatos. Orientações gerais O Quadro 1 apresenta, de forma sucinta, as três principais simbologias para o desenvolvimento da lógica nesse tipo de linguagem: AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 78 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 78 05/08/2020 14:12:15 Nome Símbolo Verifi cador de fechado (XIC) Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização da saída (OTE) Verifi cador de fechado Verifi cador de fechado Verifi cador de fechado Verifi cador de fechado Verifi cador de fechado (XIC) Verifi cador de aberto (XIO) Verifi cador de fechado (XIC) Verifi cador de aberto (XIO) Verifi cador de fechado Verifi cador de aberto (XIO) Verifi cador de fechado Verifi cador de aberto (XIO)Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização da saída (OTE) Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização da saída (OTE) Verifi cador de aberto (XIO) PROFIBUS Energização da saída (OTE) PROFIBUS Energização da saída (OTE) PROFIBUS Energização da saída (OTE) PROFIBUS Energização da saída (OTE) Cada uma das instruções, representadas pelas simbologias se refere a um único bit da memória do CLP, sendo ele especifi cado pelo endereço des- sa instrução e ligado ao estado de um dispositivo de entrada ou a uma con- dição lógica interna no degrau. O XIC opera como o contato aberto de um relé, e a instrução no contexto irá orientar o processador do CLP a examinar se o contato está fechado. Para fazer isso, verifi ca-se a posição do bit de memória (1 ou 0), que depende do estado do dispositivo ou do endereço do relé interno associado a esse bit. No caso de estar associado a uma entrada física (dispositivo de entrada), tem-se 1 quando a entrada física está presente e 0 quando não está, haven- do ou não tensão aplicada ao terminal de entrada. Quando a instrução está associada a um relé interno, o estado do bit dependerá do estado lógico do bit interno com o mesmo endereço de me- mória da instrução. Assim, se for 1 isso implica na continuidade do degrau, por levar a um contato fechado, e se for 0 tem-se um contato aberto do relé, e com isto um segmento lógico descontínuo. Quando analisamos o XIO, sabemos que também há um bit na memó- ria com ligação similar à do caso do XIC. Nesse caso, a instrução irá orien- tar o CLP a examinar se o contato está aberto pela verifi cação da posição apresentada pelo bit da memória, que é especifi cado pelo endereço como QUADRO 1. PRINCIPAIS SIMBOLOGIAS PARA O DESENVOLVIMENTO DO DIAGRAMA LADDER AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 79 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 79 05/08/2020 14:12:18 qualquer outro bit da memória, dependendo do estado do dispositivo de entrada ou do relé interno associado. No caso da entrada física, interpreta-se a instrução como falsa se há ten- são (entrada 1) e como verdadeira se o contrário ocorre. Por outro lado, se o relé interno for utilizado no endereço, o estado do bit depende similarmen- te ao que vimos com o exemplo do dispositivo, porém agora com relação ao estado deste relé. Assim, de forma resumida, entende-se que um estado 1 é interpretado como falso e o 0 como verdadeiro. Por último, no caso do OTE tem-se um dispositivo similar ao de uma bo- bina de relé para o diagrama de funcionamento, e que também estará asso- ciado a um bit de memória que orienta o CLP a energizar ou não a saída (em geral). Lembre-se que essa saída é a carga deste equipamento. Assim, o funcionamento dessa instrução se dá, basicamente, pelo fato de que o valor lógico 1 (bit de estado 1 da instrução) é endereçado para a energi- zação da saída, sendo que o contrário também ocorre. Caso um caminho lógico verdadeiro se estabeleça com a instrução da entrada no degrau, OTE se energiza e o dispositivo da saída é ligado. Se o contrário ocorre, a instrução OTE é dese- nergizada e o equipamento da saída associado é desligado. Outro ponto importante a ser tratado, ainda no entendimento básico de como utilizar a simbologia na linguagem, é que embora essas simbologias não representem, necessariamente, contatos normalmente abertos e/ou normal- mente fechados, na prática, muitas vezes associa-se o desenvolvimento da lógica ladder desta forma. Para esclarecer, esse tipo de abordagem é de fato válida na prática quando utilizamos chaves de campo conectadas na entrada com sinal discreto. Assim, embora muitos programadores o façam (principalmente no início de seus estudos acerca do desenvolvimento do diagrama ladder), a melhor aborda- gem, ao desenvolver o diagrama, é separando a ação do dis- positivo de campo da ação de um CLP (PETRUZELLA, 2014). Suponha o que é apresentado na Figura 2, em que um sinal estabelece o bit normalmente aberto (NA) como verdadeiro (sinal lógico 1), e levando em conta que sua ausência implicaria em sinal lógico 0 (falso). O in- verso também pode ser definido para o contato nor- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 80 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 80 05/08/2020 14:12:18 malmente fechado (NF). Assim, um sinal estabeleceria o bit como falso (sinal lógico 1), e a ausência desse sinal, como bit verdadeiro (sinal lógico 0). Perceba que nesses dois últimos exemplos temos, respectivamente, bits NF e NA, e ao compará-los com a atuação de chaves de campo, como mostrado na Figura 2, temos outra possibilidade de estado: Módulo de entrada Módulo de entrada Bit de estado Programa em lógica ladder Programa em lógica ladder Bit de estado A A 0 1 A A Falso Verdadeiro Saída Desligado Ligado A Falso Verdadeiro Saída Desligado Ligado Botão não acionado Botão acionado Figura 2. Comparação entre a ação de um dispositivo de campo com o estabelecimento do bit do CLP. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 81. Analisando os aspectos gerais do diagrama ladder, é importante citar que a função principal do programa desenvolvido, nesse caso, é controlar a saída com base nas condições apresentadas pelas entradas. Essa ação de controle é obtida pelo uso dos degraus do diagrama, as conhecidas denominações práti- cas para as linhas de possível continuidade lógica no diagrama ladder. Cada degrau, por sua vez, consiste em um conjunto de instruções represen- tadas pelos contatos e uma instrução de saída ao final do degrau, representada por uma bobina. Já os contatos e as bobinas são referenciados por um endere- ço que permite identificar o que está de fato sendo executado e/ou controlado. Além disso, uma mesma instrução dada por um contato pode ser usada no AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 81 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 81 05/08/2020 14:12:18 decorrer da execução do próprio programa, sempre que uma dada condição associada a ela precisar ser executada.Outro fato importante é que a quantidade de relés lógicos e instruções de entrada e de saída é limitada pela capacidade da memória, embora se saiba que a maior parte dos CLPs comerciais permite mais de uma saída por degrau. Ademais, para que uma saída seja ativada ou energizada é necessário que se estabeleça, anteriormente, pelo menos um caminho lógico verdadeiro, sen- do que quando esse caminho for completamente fechado tem-se uma conti- nuidade lógica. Se essa continuidade for estabelecida em pelo menos um caminho, a con- dição do degrau e a energização da saída correspondente serão verdadeiras. Do contrário, sem continuidade lógica, elas serão estabelecidas como falsas e, no funcionamento do sistema controlado, o processador executará a lógica do degrau e mudará o estado das saídas, dependendo da continuidade lógica que foi estabelecida. A Figura 3 ilustra exemplos, por meio de um diagrama ladder desenvolvido com vários degraus, de como a continuidade lógica é vista e, consequentemen- te, como as saídas são ou não energizadas: Figura 3. Exemplo de como se estabelece a continuidade lógica para energização das saídas no diagrama ladder. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 81. Degrau 0 Degrau 1 Degrau 1 F F V V V V V V F V V V AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 82 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 82 05/08/2020 14:12:18 Como desenvolver o programa Sabe-se que boa parte dos pacotes de programação para os CLPs funciona no ambiente Windows, como é o caso dos programas RSLogix, usados para o desenvolvimento de algoritmos em diagrama ladder de equipamentos como PLC-5 e SLC 500, entre outros. CURIOSIDADE Outro ponto importante dos RSLogix é que eles permitem a importação em DOS, tornando possível importar projetos que foram desenvolvidos neste ambiente, ou exportar os programas desenvolvidos no RSLogix para o ambiente DOS. Independentemente do programa usado, um dia- grama ladder, normalmente, é inserido por meio do teclado do computador (caso este seja o dispo- sitivo de interface para programação do CLP), utilizado em conjunto com o manual de pro- gramação do CLP, visto que existem várias diferenças práticas entre os modelos co- merciais e marcas, não apenas no hardware como nas instruções específicas para o desen- volvimento da programação. O software usado, por sua vez, fará com que o com- putador pessoal se adapte ao modelo utilizado de CLP, permitindo a inserção dos itens e simbologias necessários. Caso a interface não seja o computador, pode-se utilizar dispositivos como os teclados hand held, dispositivos compactos de programação que, nor- malmente, possuem símbolos de relés e teclas de funções especiais, além de teclas alfa numéricas para endereçamento e outras possíveis funções especiais. A Figura 4 mostra uma visão geral da tela principal do RSLogix para o SLC 500, modelo Allen-Bradley. Na parte de baixo, se tem um zoom da tela, mos- trando como é a barra de ferramentas de instrução típica com a instrução de bit selecionada: AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 83 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 83 05/08/2020 14:12:18 Figura 4. Visão geral do RSLogix para o SLC 500, com zoom na barra de ferramentas de instrução típica. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 87. (Adaptado). Nesse caso, para selecionar e posicionar uma instrução no degrau, deve-se clicar em seu ícone na barra e arrastá-lo para o degrau. Além disso, as ins- truções também podem ser arrastadas para outros degraus. Com relação ao endereçamento, é possível inseri-lo digitando no teclado ou arrastando o en- dereço dos arquivos de dados ou das outras instruções. Na janela principal, se tem as seguintes barras de ferramentas e janelas (PETRUZELLA, 2014): • Barra de ferramentas do estado do programa ou processador: possui quatro listas suspensas para identificar o modo atual de funcionamento do processador, o estado atual da edição e informações acerca de possíveis ins- truções de forçamento que possam estar habilitadas; • Janela do projeto: possui as pastas do arquivo na árvore de projetos que, por sua vez, é a representação visual das pastas e arquivos associados ao pro- jeto em questão; • Janela de resultado: mostra o que ocorre na operação de busca ou verifi- cação. É usada para verificar erros do ladder; • Barra de instruções tabuladas: é através desta que é possível ver as ins- truções como um grupo de categorias já em tabela; AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 84 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 84 05/08/2020 14:12:23 • Instrução de palete: é onde estarão todas as instruções disponíveis para escolha de forma facilitada; • Janela ladder: onde é exibido o arquivo do programa ladder aberto. É usada para o desenvolvimento e edição de arquivos de programas em ladder. Além disso, é necessária também a seleção do tipo do processador e esta- belecimento das confi gurações da relação E/S (entrada e saída) para atribuição em um slot na confi guração atual, por exemplo. Também é possível ter uma tela só de arquivos de dados, na qual há os dados usados em conjunto com as instruções, incluindo, dessa forma, os arquivos de entrada, de saída, tempori- zador, contador, integrador e arquivos de bit (PETRUZELLA, 2014). Exemplos de aplicações Normalmente, se sugere o uso de implementações em ladder para aplicações de controle discreto. Por outro lado, para analisarmos o exemplo de uma situação prática, suponha que se deseja implementar, em uma fábrica, o acionamento da partida e da parada de um motor de indução trifásico (um importante tipo de motor elétrico largamente usado), a partir de um sistema automatizado via CLP e por meio de um diagrama ladder. Para isso, utiliza-se botoeiras. Uma possibilidade de realizar o exemplo é implementando o diagrama ladder visto na Figura 5: Figura 5. Circuito representando a partida e a parada programada de um motor, por meio de um diagrama ladder. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 340. Entradas Programa em lógica ladder Saída MSaída Q1 Desenergizada (off ) OL(Verdadeira) Continuidade lógica (Falsa) (Falsa) Entrada I1 I1 I2 I3 Q1 Partida (Fechado) (Aberto) (Aberto) M1 Entrada I2 Entrada I3 Parada L1 L2 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 85 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 85 05/08/2020 14:12:23 O diagrama funcionaria da seguinte forma: a botoeira de parada (NF), quando fe- chada, faz com que a instrução de parada (dada por I1) seja verdadeira; já o processo de fechar a botoeira de partida faz com que a instrução de partida I2 seja verdadei- ra, estabelecendo continuidade lógica horizontalmente, o que energiza a bobina do dispositivo de partida do motor. Além disso, sabe-se que o contato auxiliar M1, do dispositivo de partida, se fecha e torna a instrução I3 verdadeira e, após se liberar a botoeira de partida, a continuidade elétrica é mantida com I3 sendo verdadeira. Outro exemplo prático, já com as tags comerciais usuais, pode ser visto no dia- grama ladder da Figura 6: Figura 6. Exemplo de desenvolvimento de lógica ladder para um CLP industrial. Fonte: LAMB, 2015, p. 252. Esse diagrama será melhor explorado nos tópicos seguintes. A seguir, estudaremos como funciona o FDB. M2.0 Auto_Mode M2.0 Auto_Mode T4.1 TMR 4/DN M2.2 Cyc_Enbl Y3.0 Cyc_OK_PL M3.0 Fault M2.1 Manl_Mode M2.1 Manl_Mode M2.0 Auto_Mode X2.2 Auto_PB X2.2 Auto_PB 001 002 004 003 X2.3 Manl_PB X2.3 Manl_PB TMR 4 Set: 300 ACC: 197 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 86 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 86 05/08/2020 14:12:24 FDB, IL, ST e SFC Nesse tópico, veremos as orientações gerais e como desenvolver programas e exem- plos de aplicações para FDB (Functions Block Diagram), IL (Instruction List), ST (Structu- red Text) e SFC (Sequencial Function Charts). FDB (Functions Block Diagram) Como já foi brevemente mencionado, é possível utilizar blocos de funções para a programação dos CLPs por meio da lingua- gem popularmente conhecida como FDB. Um ponto inicial importante é a aceitação do uso desses blocos, visto queao invés da lógica ladder, a relé apresenta a imagem gráfi ca ao programador com algoritmos, fundamentais ao funcionamento, pré-de- fi nidos. Nesse caso, o papel do programador será completar a informação necessária para o programa. Esse tipo de linguagem baseia-se na interpretação do compor- tamento do sistema, que pode ser descrito por meio do fl uxo de sinais estabelecidos entre os elementos do diagrama, o que faz com que este tipo de representação seja comumente associada aos circuitos eletrônicos digitais. Orientações gerais Os FDBs usam caixas e linhas para indicar o fl uxo do programa, e esse tipo de dia- grama descreve as funções entre as variáveis de entrada e de saída por meio de setas para conectar os blocos, que também indicam o movimento dos dados, conforme afi r- ma Lamb em seu livro Automação industrial na prática, de 2015. Além disso, relembrando a já citada semelhança com a ele- trônica digital, o Quadro 2 apresenta algumas formas de se construir, em FDB, as portas AND e OR, fazendo uma compa- ração com lógicas implementadas em ladder: AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 87 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 87 05/08/2020 14:12:31 Ladder FDB A B A AND_BOOL B A B A OR_BOOL B A B A AND_BOOL B A A A A AND_BOOLAND_BOOLAND_BOOL B A B OR_BOOLOR_BOOLOR_BOOL AND_BOOLAND_BOOL Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 77. (Adaptado). QUADRO 2. EXEMPLOS DE BLOCOS EM FDB COMPARADOS À LÓGICA LADDER Vamos explorar como estabelecer, de fato, os diagramas. As linhas sim- ples são chamadas de links, destinadas às conexões de pontos lógicos. Elas são orientadas com setas em uma das extremidades, conectando uma variável de entrada a entrada do bloco, ou a saída de um bloco à entrada de outro. Os links ainda podem fazer a conexão entre a saída de um bloco e uma variável de saída. Múltiplas conexões do lado direito são usadas, também, como desvios, que são espécies de pontos de junção no contex- to. Ademais, sabe-se que em FDB não há duas linhas de alimentação assim como havia no dia- grama ladder. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 88 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 88 05/08/2020 14:12:34 Figura 7. Lógica para acender o sinaleiro em FDB. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 78. Suponha que você precise ligar um sinaleiro luminoso, denominado no sis- tema como PL1, sempre que ambas as chaves sensor 1 e 2 estiverem fechadas. Caso fôssemos desenvolver a lógica em ladder, sabe-se que uma forma possí- vel seria estabelecer um degrau único entre as duas linhas de alimentação, no qual teríamos duas instruções representando os sensores de entrada usados. Essas instruções estariam em série com uma instrução de saída para represen- tar o sinaleiro. Por outro lado, no desenvolvimento em FDB, uma possibilidade é colocar um bloco de função de lógica AND, booleana, com duas etiquetas de referên- cias, uma para cada um dos sensores de entrada e outra para a saída. A Figura 7 representa essa lógica em FDB: Assim, perceba que com a FDB é possível inserir instruções em uma es- tratégia de comunicação em alto nível por meio dos blocos operacionais, que podem possuir uma ou mais entradas e, também, uma ou mais saídas. Dentro desses blocos, certos tipos de operações acontecem com as entradas para que as saídas assumam a forma desejada. Esses blocos de função podem incluir operações de tempo (com temporiza- dores e contadores), cálculos de controle via equações, manipulações de da- dos e transferências de dados para outros sistemas, conforme afirma Groover, em seu livro Automação industrial e sistemas de manufatura de 2011. Sensor 1 Sensor 2 0 0 Entrada 1 Saída BAND_01 BAND And booleana Diagrama de bloco de função Entrada 2 0 PL 1 Alerta AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 89 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 89 05/08/2020 14:12:34 Similarmente ao que já foi apresentado, também se utiliza um sinal verda- deiro para indicar a presença permanente do nível lógico alto. Nesse tipo de linguagem, você deve se atentar à sensibilidade devido ao nível (alto ou baixo) e/ou devido à borda (de subida ou de descida). Outra informação importante é que a norma IEC 61131-3 (s. d.) define muitos blocos de funções. Assim, existem blocos avançados que permitem ações como: • Operações numéricas; • Transferências (deslocamento); • Operações que demandem sequência e seleção de bits; • Processos de comparação; • Processamento de caracteres; • Conversão de unidades de medida; • Blocos para a implementação de operações flip-flop, como é o caso do contador e do temporizador e a realização de alguma forma de comunicação via mensagem; • Estratégias de controle dinâmico, o que inclui medidas de atraso, monito- ramento e o próprio controle PID. Adicionalmente, tem-se que os principais blocos de função, frequentemen- te presentes nas lógicas práticas, são denominados como: • Biestáveis (SET/RESET); • CTU – contadores crescentes; • DTD – contadores decrescentes; • PIDE – controlador PID avançado; • Blocos detectores de borda; • MOV – movimentação de valores; • TON – temporizador na energização; • TOF – temporizador na desenergização. Ademais, existem algumas características que são comuns à maior parte dos blocos de função, como o fato de que, externamente, somente pode-se EXPLICANDO Um exemplo de cálculo de controle por meio de equações e que pode ser facilmente implementado via FDB é o próprio controlador PID, por meio do cálculo das ações P-proporcional, I-integral e D-derivativa. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 90 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 90 05/08/2020 14:12:34 acessar as entradas e saídas de um bloco, ao passo que variáveis internas são acessíveis por meio de outros elementos do programa. Uma outra situação comum aos blocos, em geral, é que um bloco de função só é executado se solicitado explicitamente, caso o bloco seja parte de uma rede de outros gráficos ou se o bloco for chamado por outra linguagem qual- quer. Como você verá mais detalhadamente adiante, os blocos de função são declarados como variáveis globais e, com isso, se tornam facilmente acessíveis dentro do programa. Os valores da saída também podem ser acessados facil- mente dentro da mesma estrutura. Para entender o desenvolvimento de um programa via FDB, deve-se enten- der, inicialmente, que um bloco de função pode ser definido basicamente em duas partes principais: Como desenvolver o programa • Especificação da estrutura de dados por meio de declaração textual: geralmente é formada pelas entradas, variáveis internas e saídas; • Desenvolvimento do algoritmo: é expresso em qualquer uma das lingua- gens para o CLP, como o próprio diagrama ladder. Quanto aos softwares, sabe-se que o exemplo citado anteriormente para a implementação e desenvolvimento do diagrama ladder, o RSLogix 500, tam- bém é válido para o desenvolvimento da programação FDB. Nesse caso, na tela principal há o desenvolvimento dos blocos, além da programação completa, e nas propriedades do bloco é possível definir e habilitar valores, o tipo da variá- vel e acessar suas descrições. Por último, ainda com relação ao desenvolvimento do projeto de um bloco de função em si, uma etapa essencial é a avaliação de todos os possíveis valores que este bloco poderá assumir, bem como possíveis usos futuros. Isso justifica a orienta- ção dada por programadores mais experientes, com frequência, de se desenvolver a própria biblioteca de blocos de função. Deve-se ressaltar que existem aplicações que exigem blocos além do que se é previsto pela IEC nas padronizações e normas. Exemplos de aplicações Os blocos são ideais para implementar algoritmos PID e outros elementos como contadores e filtros, além de lógica booleana em geral. Assim, tem-se que a linguagem FDB é indicada para o desenvolvimento de sistemas de controle contínuo com CLP (GROOVER, 2011). AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 91 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 91 05/08/2020 14:12:34 Outro exemplo importanteque faz parte não só do desenvolvimento dos blocos, mas também de como desenvolver as aplicações, está previsto pela IEC 61499-2 (s. d.) que, a partir da IEC 61131-3 (s. d.), prevê um modelo genérico para sistemas de controle distribuído, abordando blocos de funções destina- dos aos processos industriais de medição e controle em geral. Ademais, semelhante ao exemplo da Figura 6, na Figura 8 observa-se uma forma de se representar a lógica, na prática, através de FDB: Figura 8. Exemplo prático de lógica desenvolvida em FDB, semelhante ao exemplo da Figura 6, em ladder. Fonte: LAMB, 2015, p. 253. IL (Instruction List) Esta trata-se de uma linguagem de programação de baixo nível, dada a for- ma com a qual a comunicação é estabelecida entre programação e CLP. Além disso, essa linguagem é capaz de fornecer um outro modo de inserção do dia- grama ladder na memória do CLP. Nesse contexto, o programador pode construir um diagrama ladder por meio da entrada de declarações que especifi cam os componentes usados e através das relações que devem ser estabelecidas para cada um dos degraus do diagrama ladder, conforme afi rma Groover em seu livro Automação indus- trial e sistemas de manufatura, de 2011. Orientações gerais Sabe-se que esse tipo de linguagem, geralmente, oferece vantagens em re- lação às demais linguagens para a programação de CLP, como a correspondên- cia entre os comandos da própria linguagem e as instruções feitas em assem- bly, o que pode potencializar a agilidade de execução do programa. > = 1 (OR) > = 1 (OR) X2.2 Au to_PB X2.3 Manl_PB X2.3 NOT Manl_PB X2.2 NOT Auto_PB M2.0 Manl_Mode M2.0 Auto_Mode M2.2 Cyc_Enbl Y3.0 Cyc_OK_PL TMR 4 M3.0 NOT Fault & (AND) & (AND) = (OUT) = (OUT) = (OUT) = (OUT) & (AND) TMR SET 300 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 92 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 92 05/08/2020 14:12:34 Além disso, outra possível vantagem é que esse tipo de linguagem também possui documentação mais compacta, sobretudo quando a comparamos às linguagens como ladder. Por outro lado, utilizar lista de instruções demanda a familiarização do operador com os conceitos de álgebra booleana e com a pró- pria programação em assembly. Além disso, normalmente a IL é difícil e mais trabalhosa na hora de realizar manutenções e readequações em um programa já implementado, se comparada às demais linguagens. Para entender melhor como funciona esse tipo de linguagem, considere a introdução de um dado conjunto de instruções, hipotéticos, ao CLP. É importante considerar que a linguagem usualmente é composta por diversas outras, estabe- lecidas conforme os vários fabricantes de CLP, e normalmente com menor quan- tidade de características práticas vistas na maior parte dos CLPs comerciais. Assumiremos que o dispositivo de programação é formado por um teclado, adequado à entrada dos componentes de cada degrau de forma individual, e um monitor, que irá exibir o resultado desta programação. O Quadro 3 apre- senta um resumo geral de alguns dos tipos de instruções de baixo nível mais utilizados para a programação de um CLP via IL: QUADRO 3. EXEMPLOS DE INSTRUÇÕES DE BAIXO NÍVEL PARA A PROGRAMAÇÃO EM LISTA DE INSTRUÇÕES PARA O CLP STR Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. AND Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. OR Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. NOT Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. OUT Elemento de saída do degrau. TMR É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. CTR É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- so de contagem. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo degrau no diagrama ladder. Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. Elemento de saída do degrau. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. Elemento desaída do degrau. É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. Elemento de saída do degrau. É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for informado na entrada. Elemento de saída do degrau. É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um circuito em série, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for Elemento de saída do degrau. É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- so de contagem. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for Elemento de saída do degrau. É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- so de contagem. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- so de contagem. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um circuito em paralelo, relativo a esse elemento. Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- so de contagem. Serve para o armazenamento de uma nova entrada e para iniciar um novo Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustado no programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- Faz a operação lógica AND usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada em um período ajustadono programa. É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- teriormente no diagrama. Com isto, também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- Faz a operação lógica OR usual junto com o elemento que foi informado an- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- teriormente no diagrama. Com isso também pode ser interpretada como um Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- Faz a operação lógica NOT usual, ou então a inversão do elemento que for É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- É o temporizador. Requer o uso de um sinal de entrada para que se possa ini- ciar a sequência de temporização e para pará-la, interrompendo o sinal. Além disso, nesse caso, tem-se que a saída será atrasada com relação à entrada É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- É o contador. Requer o uso de duas entradas, em que uma será um trem de pulsos, pelo CRT, e a outra será o sinal indicando a reinicialização do proces- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 93 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 93 05/08/2020 14:12:37 Além disso, um outro ponto importante da semelhança com o assembly é que esse tipo de linguagem implementa mnemônicos ao adaptar, de certa for- ma, um diagrama ladder. A padronização de funções e variáveis deve ser imple- mentada conforme o que se solicita em norma, o que permite também que mais de uma linguagem seja usada em um mesmo programa. Do ponto de vista construtivo, observa-se que, nesse caso, a implementa- ção fará uso de um acumulador para o armazenamento de resultados parciais, à medida que o programa for executado. Também existem comandos de carrega- mento e armazenamento, como load e store. Além disso, todas as instruções utilizaram o acumulador como base, ou então o usam e modificam o registro de valor que nele está. Já as operações algébricas feitas entre o valor atual e o operando (que permitem realizar a operação na lógica) são definidas pelo próprio operador, e o resultado é armazenado no próprio elemento acumulador. Por isso, estabelece-se como regra geral que (GROOVER, 2011): • Toda nova instrução deve começar em uma linha nova no programa; • A instrução deve ser precedida de um rótulo, na maior parte dos casos, e seguida de dois pontos; • Cabe ao operador incluir ou não um elemento modificador; • Os comentários devem ser feitos na parte final da linha, ou em alguma outra linha sem instruções; • Embora seja pouco usual, o programa pode ter uma ou outra linha em branco. O rótulo é definido como um nome, seguido pelo caractere :, e sabe-se que um mesmo programa não pode apresentar mais de um rótulo igual. Além disso, o rótulo não pode ter um nome com mais de 16 caracteres e é iniciado, obrigato- riamente, por uma letra e seguido por letras e/ou números. Obtenha uma visão geral de operadores a partir de alguns exemplos mais usados: • Operador LD: carregamento do operando para o acumulador; • Operador ST: armazenamento do conteúdo do acumulador em um local a ser especificado pelo próprio operando; • Operador S: operando 1; • Operador R: operando 0; • Operador AND e &: booleana AND; • Operador OR: booleana OR; AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 94 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 94 05/08/2020 14:12:37 • Operador XOR: booleana XOR; • Operador ADD: soma; • Operador SUB: subtração; • Operador MUL: multiplicação; • Operador DIV: divisão; • Operador EQ: comparação para teste de igualdade. Esses exemplos foram dados baseando-se na norma IEC 61131-3 (s. d.). Como desenvolver o programa Esse é um dos níveis mais fundamentais de programação de um CLP de- vido ao tipo de comunicação em baixo nível. É importante frisar que todos os programas feitos em ladder podem ser convertidos em uma IL, embora nem sempre a recíproca seja verdadeira, uma vez que é fácil acabar construindo degraus ilegais e inválidos nesta transição. Com essa possibilidade de transição, tem-se uma importante vantagem na programação por meio de IL: a possibilidade de migração de programas da plataforma de um fornecedor para outro. Do ponto de vista da construção, há várias linhas de código, em que cada linha representa uma operação; conjuntos mnemônicos são utilizados para a implementação das operações; e os ende- reçamentos são referenciados de forma direta, sem símbolos e comentários. As instruções e expressões usam construtos de memória conhecidos como pilhas (stacks), e os valores da instrução são alimentados linha a linha e empur- rados na pilha. Desta forma, surge o conceito de acúmulo. Além disso, depois que todas as linhas são inseridas no seu degrau correspondente, os cálculos lógicos na pilha são realizados até a declaração do dispositivo de saída. Exemplos de aplicações Assim como a linguagem ladder, utiliza-se a IL para estratégias de controle discreto. Veja como implementar em IL o mesmo exemplo da Figura 6 utilizado para ladder: LD X2.2 Auto_PB O M2.0 Auto_Mode AN X2.3 Manl_PB = M2.0 Auto_Mode LD X2.3 Manl_PB O M2.1 Manl_Mode AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 95 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 95 05/08/2020 14:12:37 ANX2.2 Auto_PB = M2.1 Manl_Mode LD M2.0 Auto_Mode AN M3.0 Fault = TMR 4 Set 300 LD T4.1 TMR 4/DN = M2.2 Cyc_Enbl = Y3.0 Cyc_OK_PL ST (Structured Text) A programação por meio de uma estrutura de texto, denominada na prática como texto estruturado, é uma forma de linguagem que estabelece a comuni- cação com o CLP em alto nível, de forma semelhante à comunicação feita com computadores. É previsto que essa forma de programação pode se tornar ainda mais comum, não só na programação de CLPs, mas também na de PCs (compu- tadores pessoais) quando nos referimos a aplicações de controle e automação. Orientações gerais Esse tipo de linguagem baseia-se em Pascal, uma outra linguagem de alto nível, sendo que na ST, tanto as variáveis quanto as invocações das funções são defi nidas conforme o que foi regulamentado pela IEC 61131-3 (s. d.). Sabe- -se, também, que Pascal e ST compartilham elementos com outras linguagens. Além disso, devido à adesão à norma, a própria lógica ladder pode, em es- truturas como sub-rotinas, apresentar uma sub-rotina em texto estruturado, conforme afi rma Lamb em seu livro Automação industrial na prática, de 2015. Ademais, é importante ressaltar que, assim como em outras linguagens de alto nível, esse tipo de linguagem tem a capacidade de executar o processa- mento de dados e cálculos acerca de valores que não sejam binários. Ladder ou até mesmo outros exemplos de linguagem que são estabelecidas em baixo ní- vel com o controlador costumam ter capacidade limitada a operações de sinais, caso estes não estejam limitados à lógica binária ON/OFF (ligado/desligado). Um programa ST é composto por declarações separadas por ponto e vír- gula, sendo que o programa começa com a declaração de defi nição das variá- veis. Em seguida, utiliza-se essas declarações no desenvolvimento do progra- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 96 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 96 05/08/2020 14:12:37 ma principal, que pode contar com sub-rotinas e também com o uso variáveis de execução do código. Adicionalmente a este ponto acerca de como é desenvolvida a linguagem ST, vale ressaltar a importância de se programar indentando corretamente e comentando o código, pois essa é uma das boas práticas de programação. Em- bora seja algo simples de ser feito nesse tipo de linguagem, é de grande valia para o operador ao efetuar possíveis modificações nos códigos, por exemplo. Além disso, sabe-se que o ST não é sensível a letras em caixa alta ou baixa, embora sugira-se que as declarações sejam feitas em letras maiúsculas e as variáveis em minúsculas. Ademais, como vantagens do uso do ST há a capacidade de processamen- to de dados e cálculos que permitem o uso de algoritmos de controle mais complexos; a possibilidade de comunicação com outros sistemas baseados em computador; a possível exibição dos dados por meio do monitor; a entrada de dados via operador humano; e maior facilidade com a qual um usuário pode interpretar um programa de controle mais complexo, com ou sem a inserção de comentários no código (GROOVER, 2011). Como desenvolver o programa O desenvolvimento de programas com esse tipo de linguagem é baseado na programação de alto nível, habitual na computação. Por isso, é importante estar atento a colocações práticas importantes como o tipo da variável (inteira, ponto flutuante, de tempo, bit string e string pura), além da possibilidade de se utilizar vetores e structs. Quanto aos operadores, observa-se que para a execução de funções tem-se estruturas típicas como nome_função(...). Assim como nas de- mais linguagens citadas, também existem os operadores booleanos. Além disso, também são estabelecidas relações condicionais já conhecidas, com estruturas como if ... then, if ... then ... else, if ... then ... elseif ... else e case of, e laços de repetição, como for ... do, while ... do e repeat ... until. Exemplos de aplicações O ST é mais indicado para situações em que é necessário implementar estratégias de lógica mais complexas e cálculos maiores, entre várias outras situações. Considerando ainda o mesmo exemplo AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 97 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 97 05/08/2020 14:12:37 comercial dado nas linguagens anteriores (Figura 6), tem-se a estrutura esta- belecida para a confi guração do CLP via ST, mostrada na Figura 9: Figura 9. Exemplo de programação, já apresentado em ladder, agora em ST. Fonte: LAMB, 2015, p. 256. SFC (Sequencial Function Charts) Esse tipo de linguagem, também chamada de mapa de função sequencial, é semelhante a um mapa de fl uxo de um processo, que representa o sistema a ser desenvolvido pelo algoritmo. Além disso, a SFC é projetada para acomodar a programação de processos mais avançados e, por isso, comumente a dividimos em vários passos menores, de operações múltiplas, que ocorrerão em ramos paralelos da estrutura. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 98 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 98 05/08/2020 14:12:44 Orientações gerais Esse tipo de método de programação também é conhecido como Grafcet e é implementado para a exibição gráfica de funções sequenciais de um sistema automatizado, como é o caso de uma série de etapas e transições que ocorrem de um estado para outro do sistema. Essa linguagem se tornou um método padrão para a documentação de controle lógico e do sequenciamento em boa parte do continente europeu. Além disso, como a própria linguagem Grafcet já denota, trata-se de um outro método gráfico que se baseia na automatização de sistemas e do fluxo lógico estabelecido neles. Desta forma, os elementos que formam a linguagem são degraus, juntamente com suas ações associadas. Também há as transi- ções, com as condições lógicas, e os links, que estabelecem relações direcionais entre os degraus e as transições. Os degraus podem ser ativos ou não, sendo estes ativados em um passo inicial ao serem configurados pelo próprio programador ou então por meio de alguma estratégia de lógica anterior. Analise um exemplo disso. Considere um dado degrau 1. Caso todos os degraus antes dele se ativem e a lógica que faz a conexão entre eles se torne verdadeira, isto implica que o de- grau 1 será ativado também. Normalmente, associa-se aos degraus três variá- veis principais: set (S), reset (R) ou contínua (N). A ação contínua será ligada caso o degrau esteja ativo, e os comandos set e reset são travados e destravados. A sequência de degraus, expressa em SFC, é abreviada como POU. Vários des- ses POUs podem ser ativados de uma única vez, o que torna o SFC uma forma de linguagem com estrutura paralela. Além disso, as saídas e as variáveis de um POU podem ser utilizadas em um outro, o que chamamos de uma ação de forcing. As LDs também podem ser utilizadas dentro dos blocos, em um diagrama SFC. Como o SFC deriva seu estabelecimento de linguagem de uma ferramen- ta destinada ao design gráfico, torna-se mais fácil testar e manter o funciona- mento do sistema, além de facilitar a solução de problemas e a realização de projetos usando a SFC. Por último, sabe-se que a SFC é uma linguagem aceita pela maior parte dos CLPs comerciais, algo que pode ser explicado pelo fato de que esta é composta por estruturas como passos ou estados, transições, ações e expressões boo- leanas, além de ser desenhada como um diagrama vertical. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 99 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 99 05/08/2020 14:12:44 A relação próxima com a rede Petri também denota a aplicabilidade da lin- guagem, visto que a Petri é usada para a defi nição de eventos de natureza dis- creta e dinâmica. O Quadro 4 resume, de forma bem abrangente, o papel de cada elemento no desenvolvimento do programa: QUADRO 4. TIPOS DE ESTRUTURAS EM UMA SFC Passo ou estado Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Variáveis Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Transição Representa uma barreira a ser suprimida casose satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Ação Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do sistema. É nomeado de forma única. Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Podem ser inteiras ou booleanas, entre outras. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representado por um retângulo que traz um possível estado operacional do Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Representa uma barreira a ser suprimida caso se satisfaça uma série de condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. condições, que podem envolver estratégias lógicas ou temporais, entre outras. Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado.Especifi cadas em etiquetas, que ocorrem a cada passo no sistema automatizado. Como desenvolver o programa De forma geral, constrói-se esse tipo de programa conforme mostrado na Figura 10: Figura 10. Estrutura básica para desenvolvimento de um programa em SFC. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 78. Passo 2 Transição Condutor Condutor de realimentação Transição Transição Parada AçãoPasso inicial1 Passo 3 Ação Ação AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 100 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 100 05/08/2020 14:12:47 Cada passo está associado a uma ação, e entre dois elementos há uma transição. Ademais, perceba que o link no contexto também pode ser chama- do de condutor. Exemplos de aplicações Esse tipo de linguagem, normalmente, é usada para sistemas de sequencia- mento. Observe o exemplo apresentado na Figura 6, agora em AFC, mostrado na Figura 11: Figura 11. Programação via SFC, seguindo a ideia do exemplo apresentado anteriormente para as demais linguagens. Fonte: LAMB, 2015, p. 254. X2.2 Auto_PB AND NOT X2.3 Manl_PB X2.3 Manl_PB AND NOT X2.2 Auto_PB NOT M3.0 Fault TMR 4.ACC GEQ 300 M2.0 Auto_Mode M2.2 Cyc_Enbl Y 3.0 Cyc_OK_PL TMR 4 M2.1 Manl_Mode AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 101 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 101 05/08/2020 14:12:47 Sintetizando Entender o papel da programação na automação industrial é essencial, visto que ela permite a comunicação nos sistemas automatizados. Um exemplo disso é o funcionamento do CLP, que depende de como ele se comunica com o sistema e de como ele está programado para funcionar. Pensando nisso, abordamos inicialmente a linguagem ladder, estudando como desenvolver este tipo de diagrama, visto que ela é, até hoje, a principal linguagem para a programação de um CLP. Além disso, estudamos em uma visão geral outras linguagens implementa- das para a programação de CLPs. Entendemos o papel da linguagem estabe- lecida por meio de blocos funcionais, outra importante linguagem gráfica, que também pode ser associadaà implementação do diagrama ladder. Em seguida, foi estudada a lista estruturada e seu papel na comunicação com o CLP. Após isso, conhecemos o texto estruturado, uma linguagem de alto nível, mas que desempenha um papel importante por possibilitar a implementação dos CLPs em cálculos mais complexos. Por último, estudamos a SFC, ou mapa de função sequencial, uma última lin- guagem gráfica que também pode ser implementada para a comunicação com o CLP e com vantagens como a manutenção do programa já implementado. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 102 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 102 05/08/2020 14:12:47 Referências bibliográficas DUNN, W. C. Fundamentos de instrumentação industrial e controle de pro- cessos. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011. INTERNATIONAL ELETROTECHNICAL COMITEE - IEC. IEC 61131-3. [s. l.], [s. d.]. Disponível em: <https://www.plcopen.org/sites/default/files/downloads/intro_ iec_march04_portuguese.pdf>. Acesso em: 13 jul. 2020. INTERNATIONAL ELETROTECHNICAL COMITEE - IEC. IEC 61499-2. [s. l.], [s. d.]. Disponível em: <http://www.iec61499.com/tools.htm>. Acesso em: 13 jul. 2020. LAMB, F. Automação industrial na prática. 1. ed. Porto Alegre: AMGH, 2015. PETRUZELLA, F. D. Controladores lógicos programáveis. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2014. PETRUZELLA, F. Motores elétricos e acionamentos. 1. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 103 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID3.indd 103 05/08/2020 14:12:47 PROGRAMAÇÃO EM LADDER 4 UNIDADE SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 104 05/08/2020 15:00:00 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Proporcionar ao estudante um panorama geral acerca do desenvolvimento de um algoritmo por meio da linguagem ladder; Compreender alguns dos principais dispositivos envolvidos nos sistemas automatizados; Aprender sobre como desenvolver o diagrama ladder a partir de um esquema a relé; Entender acerca de outras funções e considerações básicas dentro do desenvolvimento de um diagrama ladder típico; Estudar o funcionamento, em uma visão geral, da programação por meio dos temporizadores dentro da lógica ladder; Indicar o funcionamento, em uma visão geral, da programação por meio de contadores dentro da lógica ladder. Fundamentos da lógica ladder para CLP Controle a relé eletromagnético Contatores Chaves de partida direta para o motor elétrico Chaves manuais Chaves mecânicas Dispositivos de controle de saída Circuitos com selo Relés com trava Conversão de esquemas a relé em diagramas ladder Exemplo: controle de nível em um reservatório Exemplo: controle sequencial Conceitos básicos da programa- ção em ladder e visão geral das instruções O papel da instrução END Entendendo a implementação da lógica de controle Tipos de dados Instruções booleanas Instruções de movimentação de dados Instruções matemáticas Temporizadores programáveis Exemplo prático: TON Contadores programáveis Exemplo prático: CTU Exemplo prático: CTU/CTD Variáveis analógicas AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 105 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 105 05/08/2020 15:00:00 Fundamentos da lógica ladder para CLP Começaremos nosso estudo revisando algumas considerações im- portantes acerca de possiblidade de realizar o controle a relé eletro- magnético para o controlador lógico programável (CLP). Em seguida, serão revisados alguns dos elementos mais usados, como contatores, chaves de partida direta para motor, chaves manuais, mecânicas, certos dispositivos de controle de saída, os circuitos com selo e como funcionam os relés com trava. O Quadro 1 apresenta alguns dos principais padrões e símbolos adotados, que também são utilizados na lógica a relé e em diagra- mas ladder. Funções Símbolos Chaves botão de pressão 2 PB1 PB Chaves limitadoras 1 LS 2 LS Chaves de pressão 1 PS 2 PS Chaves de temperatura 1 TS 2 TS Chaves de nível 1 LLS 2 LLS Relé de controle e contatos 1CR NA NF QUADRO 1. PRINCIPAIS SÍMBOLOS USADOS NOS DIAGRAMAS LADDER E NA LÓGICA A RELÉ. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 106 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 106 05/08/2020 15:00:00 Temporizador de atraso e contatos 1TR NA NF Motor e lâmpada vermelha M R Alarme e aquecedor Alarm HTR Fonte: DUNN, 2013, p. 239. (Adaptado). A partir da observação do Quadro 1, percebemos que boa parte das chaves é representada de forma muito similar e que há indicações literais adicionais, possibi- litando a identifi cação do tipo de dispositivo. Controle a relé eletromagnético O principal objetivo do desenvolvi- mento dos CLPs é, de fato, a substitui- ção do controle lógico efetuada pelos relés eletromagnéticos. Entretanto, a lógica envolvida na programação dos CLPs, por meio do diagrama ladder, apresenta ligação direta com a lógica dos sistemas a relés eletromagnéticos. Assim, é necessário entender como fun- cionam estes dispositivos, assim como os demais que estão envolvidos no sis- tema de automação, e ainda como pro- mover o funcionamento do CLP a partir da lógica a relé. Um relé eletromagnético é um tipo de chave magnética, e normalmente tem uma bobina única e vários outros con- tatos, caso sejam necessários (PETRUZELLA, 2013; 2014; LAMB, 2015). A Figura 1 indica o funcionamento básico do dispositivo por meio de um circuito. Circuito de saída Contato Bobina Chave Carga Figura 1. Circuito equivalente de um relé eletromagnético simples. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 107 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 107 05/08/2020 15:00:00 A Figura 1 exemplifi ca um tipo de relé de controle, e quando não há corrente circulando na bobina do dispositivo, a armadura se mantém afastada do núcleo da bobina, por uma mola de tensão. Quando a bobina é energizada, ela produz um campo eletromagnético que causa o movimento físico da armadura, o que, por sua vez, faz com que os pontos de contato do relé se fechem ou se abram. Outro ponto importante é que tanto a bobina quanto os contatos são isola- dos uns dos outros e, em condições normais, não há um circuito elétrico formado (PETRUZELLA, 2014). Se o processo de energização ocasiona a abertura, resulta em contatos normalmente fechados (NF); por outro lado, se leva ao fechamento, acarreta em contato normalmente aberto (NA). O desenho do contato é produzi- do a partir de uma simbologia, e a letra que segue representa o que está sendo comandado, por exemplo, M para motor, CR para controle. Ademais, um relé eletromecânico pode ser usado desde os circuitos mais sim- ples, como o controle de dois sinaleiros, por exemplo, até os circuitos de aciona- mento de motores elétricos. Veremos a seguir detalhes importantes de certos ele- mentos utilizados largamente no meio industrial, com exceção dos sensores, uma vez que estes já foram estudados. Contatores O contator consiste em um tipo especial de relé, projetado para o funcio- namento em sistemas com carga de potência mais elevada, como é o caso de lâmpadas, aquecedores, transformadores e os motores elétricos, sendo os últimos responsáveis pelos sistemas de proteção contra sobrecargas em alguns motores. Um ponto de diferença com relação aos relés eletromecâni- cos em geral é que estes são projetados para o desligamento e a ligação de circuitos de potência sem que o processo envolva danifi cação. Um CLP, geral- mente, detém capacidade de saída sufi ciente para operar a própria bobina do contator, e, por isso, o dispositivo se faz necessário, tendo em vista que o CLP não consegue operar uma carga elevada diretamente (PETRUZELLA, 2013; 2014; LAMB, 2015). A Figura 2 mostra um exemplo de contator magnético, que é tripolar por conta da quantidade de contatos, evidenciando as principais partes deste dis- positivo e seu circuito equivalente. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 108 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 108 05/08/2020 15:00:00 Figura 2. Contator magnético tripolar. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 96.Um exemplo de aplicação prática de um contator juntamente com o CLP é o acionamento de cargas como as bombas, nas quais há arranjos específi cos de alta corrente para a carga e baixa corrente para a parte lógica do circuito, o CLP. Chaves de partida direta para o motor elétrico Este tipo de ligação é projetada visando fornecer potência ao motor elé- trico a partir da união entre um contator e um relé de sobrecarga, acoplados física e eletricamente, mas é o relé que tem a função de proteger o circuito de controle do motor, aquele que dispara e desconecta a alimentação em caso de sobrecarga, e rearma caso ela cesse (PETRUZELLA, 2014; LAMB, 2015). O circuito ilustrado na Figura 3 expõe um exemplo de partida direta de um motor elétrico, trifásico, por meio de uma chave magnética de partida direta trifásica, demonstrando como se dá a implementação para o CLP. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 109 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 109 05/08/2020 15:00:05 Figura 3. Chave magnética de partida direta trifásica para o acionamento de um motor. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 98. Apertando o botão de partida, a bobina M é energizada e os contatos dela se fecham, completando o caminho de corrente para o motor. Logo em segui- da, o contato auxiliar M, em paralelo com o botão de partida, fecha para fazer o selo quando o botão é liberado. Por último, o contato do relé de sobrecarga (representado por OL) pode abrir se uma corrente de sobrecarga for detecta- da na energização da bobina M. Chaves manuais As chaves manuais caracterizam-se por serem dispositivos operados ma- nualmente, como as chaves de botões de comando, que são uma das formas mais comuns de controle manual de sistemas, funcionando pela abertura ou fechamento de contatos ao serem pressionadas. Elas podem ser feitas a par- tir de contatos NA ou NF, ou ainda por conjugações NA e NF. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 110 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 110 05/08/2020 15:00:25 A chave seletora, por sua vez, é um outro tipo usual. Sua diferença princi- pal em relação a um botão de comando está em quem opera o mecanismo, já que a seletora é acionada por um giro no sentido horário, ou anti-horário, para escolha entre duas ou mais posições. As chaves encapsuladas de duas linhas, conhecidas pela sigla DIP, são dispositivos pequenos, montados geral- mente nos módulos de placas de circuito impresso, podendo ser tipo alavan- ca, curvadas para balanço ou deslizantes. Chaves mecânicas Esses dispositivos são controlados automaticamente, de forma mecânica, devido a grandezas como pressão, posição ou mesmo temperatura, em certos casos. A chave de fi m de curso (ou chave-limite) é um tipo de chave mecâni- ca bastante comum em aplicações industriais, projetada para operar apenas quando um dado limite é atingido, acionada pelo contato com um objeto, exer- cendo a função de um operador humano de certa forma. São alguns exemplos de atividades que podem ser exercidas por este tipo de dispositivo: partida, parada, inversão de um motor, entre outros (PETRUZELLA, 2014). A chave de temperatura (termostato) é usada para a detecção de variações de temperatura, sendo usualmente acionada por uma variação específi ca na temperatura ambiente; a chave de pressão é utilizada para o controle sobre lí- quidos e gases, para acionamento quando um determinado limiar de pressão é alcançado. Por último, as chaves de nível servem para a detecção de nível de lí- quidos em reservatórios e um exemplo deste tipo de dispositivo é a chave boia. Dispositivos de controle de saída Existe uma série de dispositivos de controle de saída que pode ser operada pela saída de um CLP, na implementação de sistemas de controle de processos para as mais variadas aplicações industriais. Como exemplo, temos: sinaleiros, relés de controle, chaves de partida direta, alarmes, válvulas solenoides, pe- quenos motores e sirenes (PETRUZELLA, 2014). Além disso, é importante com- preender o conceito do que é o acionador, no sentido elétrico, o dispositivo responsável pela conversão de um sinal elétrico em um sinal mecânico de mo- AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 111 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 111 05/08/2020 15:00:25 vimento, como é o caso de certos tipos de solenoide. Assim, tomando como exemplo de dispositivo de saída a válvula solenoide, é possível apontar algu- mas observações importantes. As válvulas solenoides são dispositivos eletromecânicos que operam a par- tir da circulação de corrente por meio de um solenoide e, desta forma, a válvula altera seu estado, podendo controlar a vazão de líquidos, gases, vapor e vários outros tipos de elementos (PETRUZELLA, 2014). A Figura 4 apresenta um exemplo de válvula solenoide e esquemas, mos- trando as duas formas possíveis de estado, ilustrando a operação deste impor- tante dispositivo, com o circuito de controle ao lado. Figura 4. Válvula solenoide. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 109. Bobina desenergizada Bobina energizada Válvula com orifício aberto Operador do solenoide Válvula L1 L1 L1 L1 Válvula com orifício fechado Circuito de controle Circuito de controle Bobina do solenoide energizada Bobina do solenoide desenergizadaEntrada Saída AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 112 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 112 05/08/2020 15:00:29 Note que há no corpo da válvula um orifício com um disco ou um obturador para restringir ou permitir a vazão, dependendo do estado da bobina (energi- zada ou não). Caso a bobina tenha sido energizada, o núcleo é arrastado para ela, para a abertura da válvula, e quando desenergizada, a válvula retorna para o estado anterior. Ademais, é importante compreender o papel das estratégias de controle de malha aberta ou malha fechada. Escolhendo como exemplo o motor de passos, na malha aberta há o controlador que informa a quantidade de passos e a velocidade; já em malha fechada, há os sistemas de servomeca- nismo, com realimentação da posição e da velocidade do motor, por exemplo. Circuitos com selo Utilizar circuitos com selo é algo muito comum, tanto na lógica a relé quanto na própria lógica CLP, o que inclui os diagramas ladder. Por essência, o selo é um método para manter, por exemplo, uma corrente circulando depois de uma chave ter sido pressionada e liberada, consistindo em uma estrutura paralela com o dispositivo em um caso como este (PETRUZELLA, 2014). Relés com trava É preciso entender o papel dos relés eletromagnéticos com trava, projeta- dos para que se mantenha o relé fechado após cessar a alimentação da bobina deste dispositivo. Assim, esse tipo de dispositivo é mais usado em aplicações nas quais é fundamental que os contatos permaneçam abertos ou fechados, mesmo se a bobina tiver sido desligada momentaneamente. De modo a compreender melhor, considere o caso de um dispositivo com duas bobinas. Neste contexto, uma bobina de trava é energizada para o travamento do relé e a outra é responsável por retirar o dispositivo dessa posição, quando energizada momentaneamente. Já introduzindo o desenvolvimento do diagrama ladder, de fato, além da lógica a relé, é notável que esses princípios de funcionamento do dispositivo podem estar contidos em duas instruções, como mostra o Quadro 2. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 113 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 113 05/08/2020 15:00:29 Funções Símbolos Descrição OTL/Travamento da saída U Bit em 1 caso o degrau se torne verdadeiro e retém o estado mes- mo se perder a continuidade no degrau, ou caso ocorra um ciclo de energia OTU/Destravamento da saída L Bit em 0 quando o degrau torna-se verdadeiro e retém este estado QUADRO 2. INSTRUÇÃO DA SAÍDA COM TRAVA E SEM TRAVA. Outra observação importante é que no CLP, geralmente as bobinas de trava e de destrava têm o mesmo endereço. Vejamos as instruções em um progra- ma (Diagrama 1). A operação, então, pode ser compreendida da seguinte forma, considerando que tanto L quanto U têm o mesmo endereçamento: 1) quando é acionadoo botão de comando Liga, o degrau de trava será verdadeiro e o bit de estado de trava é estabelecido como 1, o que faz com que a lâmpada ligue e este estado permanece por conta do travamento; 2) quando é acionado o botão de comando Desliga, o degrau de destrava torna-se verdadeiro e o bit de estado vai para 0, a lâmpada desliga e pelo arranjo destrava, e assim permanece. DIAGRAMA 1. OPERAÇÃO DE SAÍDA DE TRAVA E DE SAÍDA DE DESTRAVA. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 112. l:1/0 l:1/0 Degrau de trava Degrau de destrava l:1/1 0:2/5 0:2/ 0:2/5 PL 0:2/5 L U L1 L2 Liga Entradas Programa Saída Desliga l:1/1 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 Bit de estado 4 3 2 1 0 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 114 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 114 05/08/2020 15:00:29 Conversão de esquemas a relé em diagramas ladder Já vimos que uma das melhores formas de desenvolver a programação de um CLP, via ladder, é utilizar a lógica a relé. Além disso, percebemos que o melhor modo de desenvolver a partir desta lógica é depreender, na prática, o funcionamento de cada um dos degraus e gerá-los para o CLP. Esse tipo de estratégia pode requerer o acesso ao que foi desenvolvido a relé, além de um diagrama de vazão do processo de funcionamento (PETRUZELLA, 2014). De forma a aprender a realidade da programação, um outro dado relevante é que a maior parte dos sistemas de controle de processos demanda várias operações para produzir a saída desejada. Aliás, existem três tipos principais de controle de processos, que, logicamente, requerem possíveis diferenças nas estratégias, sendo eles: sistemas de controle sequenciais, sistemas de controle combinacionais e os automáticos. Estudaremos, por dois exemplos, como fun- ciona a conversão de esquemas. Exemplo: controle de nível em um reservatório Tomando como exemplo o processo a ser implementado para controle de nível de água em uma caixa d’água, a partir da ligação ou do desligamento de uma bomba de descarga, é possível operar de três formas principais, usando uma chave liga/desliga normal, uma chave de seleção entre modo manual e au- tomático, e chaves de sensores de mínimo e de máximo de nível do reservatório. Assim, temos estabelecido que: 1) na posição desligada, a bomba desliga se estiver em funcionamento; 2) na posição manual, a bomba funciona se o nível de água na caixa estiver acima do mínimo estipulado; e 3) no modo automáti- co, caso o nível máximo seja atingido, a bomba funciona para abaixá-lo e, caso atinja o nível mínimo, ela desligará. Foi determinado que o mínimo é indicado pela luz vermelha e o máximo pela amarela, e quando a bomba está em funcio- namento, a representação se dá pela luz verde. Tais situações defi nem o estado dos sinaleiros, um outro ponto de operação separado. Há ainda uma possível lógica para este sistema em um diagrama ladder. As instruções de trava e destrava funcionam da seguinte forma: um bit de ar- mazenamento interno é usado para trava e endereço, de maneira que, tanto AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 115 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 115 05/08/2020 15:00:29 a instrução de trava quanto a de destrava tem, de fato, o mesmo endereço. E ainda existe a instrução de verificação de ligado no degrau 1, que evita que o motor da bomba funcione quando não é esperada sua operação. No modo manual, a instrução de verificação de ligado no degrau 1 está en- dereçada para o sensor de nível mínimo e permite que o motor opere apenas quando a chave de nível mínimo esteja fechada. Já no modo automático, sempre que a chave de máximo é fechada momen- taneamente, a instrução de verificação de ligado no degrau 1 energiza a bobina de trava, fazendo com que a bomba comece a funcionar e permaneça assim até que a bobina de destrava seja energizada pela instrução de verificação de desligado no degrau 3. Por último, temos o estado de sinaleiro de bomba funcionando, que é contro- lado pela verificação de ligado no degrau 4; já o de mínimo, pelo verificador de desligado no degrau 5; e o de máximo, pela instrução de verificador de ligado no degrau 6, também endereçada para a chave de mínimo como no estado anterior. DIAGRAMA 2. DIAGRAMA LADDER PARA CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA DA CAIXA D’ÁGUA. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 113. 1 2 3 4 5 6 Conexões dos condutores no módulo de entrada Programa em lógica ladder Chave do sensor de nível mínimo Chave do sensor de nível mínimo Chave do sensor de nível mínimo DESLIGA / LIGA Motor Motor Motor Bomba funcionando Nível mínimo Nível máximo Chave do sensor de nível mínimo Chave do sensor de nível máximo Chave do sensor de nível máximo Chave do sensor de nível máximo Conexões dos condutores no módulo de saída MAN/AUTO L1 DESLIGA MAN LIGA AUTO L2 MAN/AUTO Trava / destrava Bobina de trava Bobina de destrava L U G R Y MAN/AUTO MAN/AUTO MAN/AUTO M M R Y AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 116 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 116 05/08/2020 15:00:29 Considerando que nosso maior interesse é entender como implementar, na prática, a lógica em ladder, não entraremos em detalhes acerca de como é efe- tuada a conexão E/S (entrada e saída). Exemplo: controle sequencial Vejamos um outro exemplo que envolve a escolha de um sistema para o con- trole sequencial de processos. Por defi nição, sabemos que para o controle de processos sequencial é necessária a execução de processos que demandam ope- rações executadas em uma ordem específi ca (PETRUZELLA, 2014; LAMB, 2015). Assim, essa hipótese consiste na necessidade de desenvolvimento de um sis- tema de controle para a excursão de embalagens por uma esteira rolante, em que há o diagrama de vazão do processo, cujas tarefas sequenciais dadas são: 1) pressionar um botão de comando de partida; 2) colocar o motor da esteira rolante para funcionar; 3) movimentar a embalagem para a posição da chave fi m de curso e parada automática. É possível notar ainda sobre o sistema: o botão de comando pode parar a esteira a qualquer momento, o sinaleiro vermelho indica a esteira parada e o verde está em pleno funcionamento. O Diagrama 3 apresen- ta uma possibilidade de implementação desse sistema. DIAGRAMA 3. DIAGRAMA LADDER DO PROCESSO SEQUENCIAL ANALISADO. Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 117. Conexões dos condutores no módulo de entrada Programa em lógica ladder Conexões dos condutores no módulo de saída L2L1 M M G O:4/2B3:1/0 B3:1/0 B3:1/0 O:4/1 O:4/2 O:4/3 I:3/2 I:3/2 I:3/1 I:3/1 I:3/0 I:3/0 B3:1/0 B3:1/0 O:4/3 O:4/1 PL1 PL1 PB2 PB2 PB1 PB1 LS LS Relé interno PL2 PL2 OL M AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 117 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 117 05/08/2020 15:00:29 Antes de analisarmos o Diagrama 3, é importante entender a lógica a relé. É perceptível que quando é acionado o botão de partida, é energizado o CR, caso nem o botão de parada nem a chave-limite tenham sido acionados. Em seguida, CR-1 se fecha para manter o selo em CR; e CR-2 se abre fazendo a luz vermelha desligar; CR-3 se fecha fazendo a luz verde ligar; CR-4 se fecha para energizar o relé que alimenta o motor e para que, assim, a embalagem se mova em direção à chave-limite, e quando ela é acionada, desenergiza CR. Com isso, CR-1 se abre e é retirado o selo, CR-2 se fecha ligando a luz vermelha, CR-3 se abre desligando a luz verde e CR-4 se abre, desenergizando o relé do motor e fazendo com que este pare, terminando o ciclo de funcionamento do sistema. O Diagrama 4 descreve a lógica a relé detalhadamente. DIAGRAMA 4. LÓGICA A RELÉ, REFERENTE AO DIAGRAMA ANTERIOR Fonte: PETRUZELLA, 2014, p. 116. M G R CR CR-4 CR-3 CR-2 CR-1 PB1 Partida PB2 Parada LS Chave-limite Relé de controle L1 L2 OL PL2 Em funcionamento PL2 Parada Bobina de partida do motor AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 118 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 118 05/08/2020 15:00:29 Perceba que, no processo de conversão da lógica a relé no diagrama ladder, como mostrado no Diagrama 3, os botõesde comando PB1 e PB2 e a chave-limite (LS) são programa- dos como instruções de verifi cação de fechado para que seja implementada a lógica de controle necessária. E o relé interno designado pelo endereço B3:1/0 é usado em substitui- ção ao relé de controle CR. Mas é necessário lembrar que essa é apenas uma das possibilidades e que é importante ter em mente que, em certos casos, um outro arranjo pode ser mais efi ciente no que concerne à quantidade de memó- ria usada e ao tempo devido para a exploração do programa. Na prática, existem certos tipos de lógica passíveis de implementação para menor ou maior probabilidade de serem falsas ou verdadeiras, por exemplo (PETRUZELLA, 2014). Veremos alguns detalhes básicos e outras premissas e conceitos importantes acerca da programação em ladder. Conceitos básicos da programação em ladder e visão geral das instruções Veremos, nesse tópico, o uso da instrução END para, em seguida, indicar- mos algumas premissas da implementação da lógica de controle, possibilitan- do a análise dos tipos de dados possíveis, de entrada e saída, observando ainda as instruções de natureza booleana. O papel da instrução END De maneira geral, um aspecto comum aos programas desenvolvidos em ladder é que todos têm, ao fi nal, uma bobina END, que é um tipo de instrução de controle do programa, de caráter incondicional, e que não admite quaisquer tipos de elementos a ela associados (GEORGINI, 2018). EXPLICANDO Caso não exista a instrução END ao fi nal do programa desenvolvido em ladder, é gerado um erro fatal, o que implica, na prática, na não permanên- cia do modo de execução na CPU (RUN do CLP). AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 119 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 119 05/08/2020 15:00:29 Entendendo a implementação da lógica de controle Após a compreensão acerca da transmissão da lógica a relé para um diagra- ma ladder, é importante relembrar que um mesmo programa permite o aciona- mento de vários elementos de saída, simultaneamente, pela mesma lógica de controle, dispensando a construção de outros arranjos similares. Além disso, também é possível implementar a lógica de controle necessária, por meio das derivações nas linhas, conforme a necessidade de mais rungs distintos (lógicas de controle distintas), embora certos tipos de CPUs de alguns equipamentos po- dem estabelecer restrições ao funcionamento desta forma alternativa, como é o caso de equipamentos da Automation Direct (GEORGINI, 2018). Relembre ainda que cada ponto de entrada possui apenas um único en- dereço, que pode ser utilizado, por outro lado, quantas vezes forem necessá- rias, e isso também inclui a possibilidade de ser usado ora como um contato aberto, ora como um contato fechado. O único limite físico e lógico é, de fato, a quantidade de memória disponível para o armazenamento do programa e da lógica como um todo. Tipos de dados Neste tópico, veremos quais são os tipos de dados, indicando as naturezas e características próprias e considerando as situações práticas mais comuns. Começando pelas entradas, as discretas geralmente são identifi cadas por X e o ponto endereçado em base octal; além disso, as entradas, usualmente se rela- cionam com instruções booleanas de entrada, baseadas nos contatos NA e NF. As saídas discretas, por sua vez, são identifi cadas pela letra Y e com o ponto endereçado da mesma forma que as entradas discretas. No entanto, embora estejam associadas às saídas booleanas, assim como as entradas, po- dem ser utilizadas como instruções booleanas de entrada do sistema, pelos contatos NA e NF, seguindo a necessidade de desenvolvimento da lógica do sistema automatizado e comunicação com o controlador (FRANCHI; CAMAR- GO, 2008; GEORGINI, 2018). Os relés de controle, por exemplo, geralmente são tipos de dado C devido à tag de identifi cação, o que também inclui seus auxiliares, com endereçamento a AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 120 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 120 05/08/2020 15:00:30 partir da base octal, e desempenhando o papel de instruções booleanas de en- trada e de saída na lógica implementada (GEORGINI, 2018). Os temporizadores são dados do tipo T, endereçados na base octal, com bit de status ativado a partir do valor atual do temporizador, chamado ainda de valor acumulado ou valor do acumulador, cujo tipo de dado é denominado dado V. Para entender melhor, so- bretudo a questão do valor acumulado, considere que o processo realizado é de comparação dentro da linha de lógica. Os contadores também são tipos de dado V, juntamente com as variáveis do problema, usadas na maior parte dos casos para armazenamento ou manipulação de dados e valores. São chamadas ainda de words e cada uma delas é identificada por um tipo de V e endereçadas na base octal, embora seja comum designar algumas padronizações para todos os tipos de con- troladores, assim como utilizar V0 para armazenamento do valor atual do temporizador T0, ou então V1000 para armazenar o valor atual do contador CT10, com o restante da área livre a ser determinado pela própria CPU usa- da no CLP (GEORGINI, 2018). Existem ainda os estágios e bits de status, que são variáveis do tipo S, usados no desenvolvimento de determinados tipos de programas e de equi- pamentos, como é o caso dos CLPs da Automation Direct, sendo que cada estágio representa um segmento do programa e contém a lógica de con- trole que se refere a este, a ser executada somente se este estágio estiver ativo (GEORGINI, 2018). Os bits de status também são conhecidos como bits de condição e são relativos a cada estágio. Com isso, possuem o mesmo endereço e podem estar associados a instruções booleanas de entrada ou de saída, no caso de indicar se o estágio está ativo ou não, e determinar o acionamento do estágio, respectivamente. Quanto ao papel dos bits internos da CPU, eles são provenien- tes de relés especiais e são tipos de dados SP, representando geralmente bits internos da CPU com funções predefinidas pelo próprio fabricante da CPU e também do CLP. Configu- ram-se como elementos para indicação de status do acu- mulador, monitoramento do sistema, indicações de erro, entre outros, e estão sempre associados a instruções boo- leanas de entrada, como é o caso de contatos NA e NF. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 121 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 121 05/08/2020 15:00:30 ASSISTA Goerge Boole foi um importante matemático, considerado gênio por muitos, que por meio de suas descobertas na área revolucionou (e ainda revoluciona) muitas áreas, especial- mente que envolvam tecnologia e suas aplicações. Para saber mais, assista ao vídeo The Genius of George Boole. SP0 Primeiro scan Ativado somente no primeiro scan da CPU e mantém-se desativado nos demais SP1 Sempre ON Ativado em todos os scans da CPU SP2 Sempre OFF Desativado em todos os scans da CPU SP3 Clock de 1 minuto 30 segundos ON e 30 segundos OFF SP4 Clock de 1 segundo 0,5 segundo ON e 0,5 segundo OFF SP5 Clock de 100 ms 50 ms ON e 50 ms OFF SP6 Clock de 50 ms 25 ms ON e 25 ms OFF SP7 Scans alternados Ativo em um scan e desativado no subsequente e assim por diante QUADRO 3. EXEMPLOS DE RELÉS ESPECIAIS Fonte: GEORGINI, 2018. Instruções booleanas Usaremos como exemplo o estudo das instruções booleanas de entrada do CLP. Para esse tipo de instrução, as resumimos a contatos NA e NF, embora a localização dos contatos nos rungs defi ne se são instruções total ou relativa- mente distintas. Assim, para exemplifi car a situação, vejamos os seguintes tipos de dados que geralmente atuam nas CPUs da Automation Direct, usadas como exemplo prático comercial: X como entradas discretas; Y como saídas discretas; C para AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 122 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 122 05/08/2020 15:00:30 os relés de controle usados; S para os estágios; T sobre o bit de status do tem- porizador; CT sobre o bit de status do contator e SP representando os relés es- peciais. Além disso, é importantesaber que alguns tipos de CPU ainda aceitam o bit de uma determinada variável (word) também como operando (FRANCHI; CAMARGO, 2008; GEORGINI, 2018). A instrução STORE é o nosso pri- meiro exemplo, sendo representada pela sigla STR, responsável por iniciar um novo rung ou mesmo uma asso- ciação paralela (branch) adicional de um rung já existente, com um conta- to normalmente aberto. Há também a instrução STORE NOT, representada pela sigla STRN, a qual inicia um novo rung ou uma associação paralela da mesma forma anterior, porém seguin- do a lógica inversa, ou seja, por meio de um contato NF. A instrução OR, por sua vez, executa a lógica booleana OR entre duas variáveis quaisquer A e B, estabelecida, então, entre um contato NA em paralelo a outro qualquer, seja ele NA ou NF, em um rung. Já a OR NOT, analogamente estabelece que a lógica OR ocorre caso entre um contato NF em paralelo com outro (NA ou NF) em um rung. A lógica AND também segue os preceitos booleanos tradicionais e, neste caso, é executada a lógica AND (A.B) entre um contato NA em série com outro NA ou NF no rung, e a lógica AND NOT (sigla ANDN) executa a mesma lógica, mas no lugar do NA há o contato NF. Por último, juntamente com as duas ideias básicas, temos a instrução OR STORE, que executa a lógica OR (A+B) entre duas seções de bran- ches paralelos no rung. É importante que ambas iniciem com STORE ou então com a instrução STO- RE NOT, que atua de forma similar à instrução AND STORE, que executa a lógica AND (A.B) entre duas seções em série no rung, sendo que as duas devem come- çar com STORE ou com STORE NOT. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 123 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 123 05/08/2020 15:01:52 Quanto às instruções booleanas de saída, essas são representadas por bo- binas e diferenciam-se entre si e entre as demais instruções no CLP por conta da função executada. Elas podem ser do tipo: out, set e reset. Como definimos para as entradas, os exemplos comerciais de CPUs da Automation Direct são da- dos válidos booleanos para entendermos as relações de instruções booleanas de saída: X – entradas discretas –, Y – saídas discretas – e C – relés de controle. De maneira parecida com o que é estabelecido para as entradas, este ponto pode ter uma determinada word como operando no sistema. Vamos à análise das instruções. Começando pela OUT, essa reflete o status do rung (on ou off) acerca do operando controlado. Para entender como isso ocorre, considere o exemplo prático da Figura 5. Figura 5. Instrução OUT. Fonte: GEORGINI, 2018. Ainda considerando a Figura 5, caso a entrada X0 esteja atuada (X0 = 1), isso permite o fluxo da corrente lógica (rung = on) e, assim, a saída é acionada (Y0). Do contrário, sendo a entrada X0 = 0, o rung está off e a saída permanece desligada. Um outro fato importante relacionado à prática, é que como o ciclo de exe- cução é estabelecido a partir do processo de leitura das entradas, execução do programa, e assim por diante, não é recomendado o uso de múltiplas ins- truções OUT, referenciadas ao mesmo operando. Isso não deve ser feito, es- pecialmente considerando a hipótese de uma saída discreta no contexto, uma vez que, na prática, atua somente uma última instrução na saída referenciada, e as instruções anteriores atuam apenas sobre a tabela de imagens da saída, o que implica em um não reflexo direto no ponto de saída (GEORGINI, 2018). O Diagrama 5 mostra as considerações e suas implicações na prática. X0 Y0 OUT AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 124 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 124 05/08/2020 15:03:25 DIAGRAMA 5. UTILIZAÇÃO DE MÚLTIPLAS INSTRUÇÕES EM OUT Fonte: GEORGINI, 2018. Na lógica de controle ilustrada no Diagrama 5, a saída Y0 será controlada por três condições distintas, representadas por X0, X1 e X2 e as três estão as- sociadas à instrução OUT. Note ainda que as entradas X0 no rung 1 e X2 no rung 3 têm controle somente momentâneo e interno sobre Y0, o que é refl etido somente na tabela de imagem das saídas. Já a entrada X2 pode ser a última condição para Y0 por ter controle real sobre o ponto de saída Y0, independen- temente das demais entradas. Temos como exemplo a instrução OR da saída, também referida como OROUT, que possui função semelhante à de OUT e, portanto, refl ete no status do rung (para on ou para off ) sobre um dado operando referenciado. Por outro lado, não há limitações, como vistas anteriormente, afi rmando a possibilidade AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 125 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 125 05/08/2020 15:05:53 de serem apresentadas múltiplas referências a um mesmo operando (GEOR- GINI, 2018). Assim, caso qualquer um dos rungs acione a saída referenciada, fazendo rung = on, o ponto de saída é acionado ao final da execução do diagrama, pelo processo de escrita de todas as saídas. O ponto de saída, neste caso, perma- nece ligado apenas se nenhum dos rungs que realizam seu controle der con- dições, ou seja, que mantêm todos os demais rungs em off. Concluímos, por- tanto, que a lógica executada é a OR (A+B), mas entre as saídas, referenciadas ao operando (GEORGINI, 2018). O Diagrama 6 ilustra um exemplo prático da instrução implementada. DIAGRAMA 6. INSTRUÇÃO OR OUT IMPLEMENTADA Fonte: GEORGINI, 2018. Perceba que a lógica de controle implementada indica que se qualquer um dos rungs que apresenta a instrução OR OUT referenciada para a saída Y0 es- tiver atuando, faz com que a saída Y0 seja acionada. Isso é, do ponto de vista prático, temos que X0 = 1 e rung 1 = on, ou então que X1 = 0 e rung 23 = on ou ainda que X2 = 1 e rung 57 = on. Y0 Y0 Y0 X0 1 23 57 75 X1 X2 OROUT OROUT OROUT END AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 126 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 126 05/08/2020 15:06:25 Instruções de movimentação de dados A manipulação de dados pode ser compreendida no contexto por duas atividades principais: em operações para a transferência de dados e a partir de suas comparações. Nesse tópico, é abordada a movimentação de dados, pelas operações referentes à transferência deles. Assim, de forma sucinta, as instru- ções de transferência de dados envolvem a transferência de conteúdo de uma palavra ou de um registro para a outra (PETRUZELLA, 2014). Em softwares, como é o caso do RSLogix, tal funcionalidade pode ser acessa- da para o CLP no menu Move/Logical. Um exemplo de processo de transferência é a escrita sobre dado existente, na qual é feita a duplicata da informação, sendo importante ressaltar que normalmente as instruções de transferência podem ser endereçadas, na prática, a qualquer local na memória do controlador. É importante contextualizar e relembrar alguns conceitos principais na ma- nipulação de dados, referentes à memória. O arquivo consiste em um grupo consecutivo de palavras, e essas estão relacionadas a uma tabela de dados com início e fi m defi nidos, objetivando o armazenamento de informação. Um exemplo prático disso pode ser visto em um programa de processo, no qual há várias receitas separadas em múltiplos arquivos, passíveis de seleção por um operador (PETRUZELLA, 2014). O deslocamento de arquivo para arquivo é usado quando o dado em um deles representa um certo conjunto de condições que devem interagir múlti- plas vezes com o CLP e, desta forma, se faz necessário que permaneçam intac- tos, mesmo com as operações realizadas. Deve ser lembrado ainda que, muitas vezes, na transferência de dados, ocorre a movimentação de palavra para arquivo e vice-versa, e para boa parte dos fabricantes de CLP, as instruções de arquivo são mostradas no formato de blocos na tela da programação (PETRUZELLA, 2014). Tomando novamente como exemplo o SLC-500, existe o bloco MOV, da ins- trução mover, para a realização da movimentação de dados pela cópia de um dado valor em um registro (origem), ou palavra para outra (destino). Por outro lado, há a instrução MVM (mover com máscara), que considera o envolvimento deuma palavra com máscara na movimentação de dados. Esta máscara é uma cadeia de caracteres para indicação do formato dos valores. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 127 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 127 05/08/2020 15:06:25 Existe ainda a instrução de distribuição de bits (BTD) para movimentação dentro de uma mesma palavra ou entre elas, a partir da defi nição de origem e destino, sendo que o dado de origem permanece e a instrução escreve em cima do destino com os bits que foram especifi cados. Um exemplo prático possibi- litado pela instrução MOV é a criação de um valor variável para um contador. Usando como exemplo o PLC-5, também da Allen-Bradley, é possível citar a instrução arquivo aritmético e lógico (FAL) para realizar a cópia de dados de um arquivo para outro, por meio de um arquivo matemático e lógico. Essa instru- ção conta com seis parâmetros distintos (PETRUZELLA, 2014): • Controle: informação usada para rodar a instrução, primeira entrada, en- dereço da estrutura de controle, composto por três palavras; • Extensão: representando o arquivo de extensão, segunda entrada e em palavras; • Posição: local corrente no banco de dados acessado pelo processador do CLP, apontamento da palavra que está sendo operada, e é a terceira entrada; • Modo: pode ser total, numérico ou incremental, quarta entrada e repre- senta o número de elementos do arquivo operados por varredura do programa; • Destino: endereço no qual o processador do CLP armazena o resultado da operação, endereço de arquivo ou de elemento, e é a quinta entrada; • Expressão: contém os endereços constantes do programa, operadores que especifi cam a origem dos dados e as operações a serem executadas, de- terminação da função de FAL, e é a sexta e última entrada. Constam ainda as instruções de copiar arquivo (COP) e de preencher arquivo (FLL), com operação em alta velocidade em comparação com a instrução FAL, e no caso da COP, a origem e o destino são endereços de arquivo, e a FLL opera de forma semelhante à FAL, tornando possível implementar a mudança de todos os dados em um arquivo para zero, por exemplo. Instruções matemáticas As instruções de matemática, mais uma vez usando o exemplo SLC 500, em associação ao RSLogix, podem ser acessadas no menu do software em Compu- te/Math, como mostra o Quadro 4 que indica exemplos de instruções. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 128 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 128 05/08/2020 15:06:25 Instrução Descrição CPT (cálculo) Avaliação de expressão, armazenando o resultado no destino. ADD (soma) Soma a origem A com a origem B e armazena o resul-tado no destino. SUB (subtração) Subtrai a origem B da origem A e armazena o resulta-do no destino. MUL (multiplicação) Multiplica a origem A com a origem B e armazena o resultado no destino. DIV (divisão) Divide a origem A pela origem B e armazena o resulta-do no registro de matemática. SQR (raiz quadrada) Faz o cálculo da raiz quadrada da origem e armazena o resultado inteiro no destino. NEG (negativa) Modifica o sinal da origem e coloca no destino. TOD (para BCD) Faz a conversão do valor inteiro de 16 bits na origem em BCD e armazena no registro de matemática ou no destino. FRD (de BCD) Realiza a conversão de um valor em BCD no registro de matemática ou da origem em um número inteiro e armazena no destino. QUADRO 4. INSTRUÇÕES MATEMÁTICAS PARA O SLC 500 Fonte: PETRUZELLA, 2014. (Adaptado). Acerca destas instruções de exemplo, para operações matemáticas no CLP, é importante destacar que muito do que é visto no funcionamento e progra- mação deriva da ocorrência destas operações na prática. Um exemplo disso é a relação de estabelecimento de outros bits, como é o caso do Carry (C) para o “vai um” da operação, Overflow (O) quando o resultado não couber no registro de destino, Zero (Z) quando o resultado da instrução de subtração for zero, e Sign (S) para quando o resultado for um número negativo. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 129 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 129 05/08/2020 15:06:25 No contexto prático, é possível citar o uso da instrução MUL no controle de temperatura de um forno e a instrução TOD pode ser usada para transferir dados do processador (em formato binário) para um dispositivo externo, como um display em LED, por exemplo. Temporizadores programáveis Além das bobinas e dos contatores, outro tipo de instrução largamente uti- lizada na linguagem ladder para o desenvolvimento da programação pelos dia- gramas dos sistemas de controle é o temporizador, conhecido ainda como timer. Este tipo de instrução representa uma classe de funções programáveis capazes de acompanhar o tempo e fornecer uma dada resposta, dependendo do tempo decorrido, sendo possível comparar o funcionamento destes com outros dispo- sitivos físicos, como os relés temporizados eletromecânicos (PETRUZELLA, 2013). Embora cada fabricante possa fornecer instruções diferentes para seus equipamentos, existem alguns tipos de instruções gerais, que são implementa- das para a temporização na maior parte dos equipamentos comerciais e, como regra geral, os temporizadores são instruções de saída do CLP, o que fi cará mais claro adiante. Os exemplos mais comuns são: • TON (temporizador para ligação): usado para atrasar a partida de uma máquina ou de um dado processo em um período de tempo predefi nido; • TOF (temporizador para desligar): de forma análoga ao anterior, mas servindo para atrasar o desligamento; • RTO (temporizador retentivo): para controle do tempo de operação de uma máquina ou para o encerramento de um processo, após certo período de falhas recorrentes, por exemplo. Exemplo prático: TON Vamos usar como exemplo a instrução de temporização TON, uma das mais usadas na prática, um CLP da Allen-Bradley, o SLC-500. Vejamos alguns parâ- metros importantes associados (PETRUZELLA, 2013): • Tipo do temporizador: TON; • Número do temporizador: Endereço (como T4:0, por exemplo); AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 130 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 130 05/08/2020 15:06:25 • Base de tempo: para determinar a duração de cada intervalo de tempo base, sendo acumulado ou contado pelo próprio temporizador. Exemplo: 1s; • Tempo predefinido: usado com o tempo base para estipular o período de tempo para ligação. Exemplo: 15 (na prática, 15 vezes 1 segundo = 15s); • Valor acumulado: tempo decorrido desde a inicialização do cronômetro; • EN (bit de habilitação): verdadeiro sempre que a instrução do tempori- zador assim também for. O Diagrama 7 apresenta um exemplo prático para facilitar a compreensão acerca deste dispositivo, considerando a programação do mesmo CLP em ladder. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 343. DIAGRAMA 7. DIAGRAMA LADDER COM TEMPORIZAÇÃO No caso do Diagrama 7, enquanto a chave na entrada A for verdadeira (fe- chada), TON incrementa a cada segundo em direção ao valor preestabelecido no sistema; o bit EN é mantido verdadeiro (1) e, com a continuidade, a luz verde é mantida acesa. É possível notar que o valor acumulado de tempo é mostrado e quando este atinge o predefinido, DN é verdadeiro (1), outra continuidade é estabelecida e a luz vermelha é ligada. Assim, o processador redefine após o tempo em zero no- vamente, quando a condição da linha horizontal for estabelecida como falsa. DICA A condição da linha horizontal pode ser estabelecida como falsa mesmo se a temporização não atingir o tempo preestabelecido. Ou seja, na práti- ca, ela independe da expiração da temporização. L1 Chave Entrada Entrada A Saída B Saída BT4:0 T4:0 EN DN Saída C Saída C Entrada A TON Temporiz. para lig. Temporiz. Base de tempo Predefinição Acumulado T4:0 1,0 15 0 (EN) (DN) Programa em lógica ladder Saídas LP Vermelha LP Verde L2 G R AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 131 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 131 05/08/2020 15:06:26 Não entraremos em detalhes acerca da conexão E/S. No entanto, é impor- tante ter em mente que o endereçamento traz instruções dependentes de orientações tantoda marca quanto do fabricante do controlador. Contadores programáveis Os contadores são instruções já fornecidas pela maior parte dos fabrican- tes de CLP e, assim como os temporizadores, existem algumas regras comuns e derivações gerais destas instruções. Por defi nição, um contator programável é capaz de contar, calcular ou manter um dado registro referente ao número de ocorrências de um evento e existem dois tipos principais de contadores, para a maior parte das marcas: os CTU (contadores crescentes) e os CTD (contadores decrescentes) (PETRUZELLA, 2013). Outra informação importante é que as instruções, a partir de contadores crescentes, são usadas sempre isoladamente ou em conjunto com as de conta- dores decrescentes, endereçados sob a mesma tag de endereço. Um contador crescente é utilizado quando se faz necessária a contagem to- tal, e o número armazenado no acumulador é incrementado a cada vez que a ló- gica da linha horizontal do contador for de falso para verdadeiro, o que permite usar a contagem de transições falso/verdadeiro. Isso possibilita contar tais transições para uma dada instrução de entrada e assim que é atingido um dado esperado, um evento é disparado para ocorrer. Em contrapartida, na prática, um contador decrescente con- ta de forma decrescente ou decrementa em 1, a partir de um dado valor, toda vez que um evento ocorrer. Assim, os CTDs são usados quando há um número predefi nido de itens e é preciso contar na medida que um desses for retirado, ou ainda existe um dado número de eventos e são feitas contas a cada vez que outro ocorre, decrescendo de um total esperado, por exemplo. EXEMPLIFICANDO De forma a ilustrar a aplicação de uma instrução CTD, é possível imple- mentar um controle automático para mensurar quantos itens são retirados de um almoxarifado em uma empresa. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 132 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 132 05/08/2020 15:06:26 Por outro lado, é importante salientar quais são, de fato, as principais semelhanças destes contadores com os temporizado- res programáveis, a fi m de sanar possíveis questiona- mentos. Vejamos: 1) ambos possuem um acumulador, sendo que, para o temporizador, este é o número de intervalos da base de tempo contados pela instru- ção e, para o contador, a quantidade de transi- ções de falso para verdadeiro; 2) ambos pos- suem valor predefi nido, sendo que, para o temporizador, este é um valor de tempo, e, no contador, não necessariamente, mas em ambos os casos, as predefi nições são inseridas na instru- ção, e quando o valor acumulado se torna igual ou maior, o bit de estado de valor atingido (DN) é defi nido como 1 (verdadeiro). Exemplo prático: CTU O esquema ilustrado no Diagrama 8 apresenta o funcionamento de um contador crescente programável para a ligação simples de uma lâmpada ver- melha e para que este desligue uma lâmpada verde após a contagem acumula- da de 10. Porém, antes é necessário compreender como este tipo de contador funciona, por meio de um exemplo prático comercial. Assim, considerando no- vamente o CLP SLC-500, listamos os seguintes parâmetros associados ao CTU do CLP (PETRUZELLA, 2013): • Tipo do contador: CTU; • Número do contador: neste caso, usaremos C5:1; • Valor predefi nido: neste caso, estabelecido como 10; • Valor acumulado: para esse exemplo será 0, mas lembre-se que pode ser qualquer outro; • CU (bit de habilitação): verdadeiro sempre que as condições da linha ho- rizontal também forem; • DN: muda de estado sempre que o valor acumulado atinge o predefi nido; • OV (bit de overfl ow): verdadeiro sempre que a contagem do contador ultrapassar o máximo; AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 133 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 133 05/08/2020 15:06:26 • RES (redefinir): instrução de mesmo endereço do contador, usada para fazer retornar os valores do acumulador para zero. DIAGRAMA 8. DIAGRAMA LADDER COM EXEMPLO PRÁTICO DE IMPLEMENTAÇÃO DE UM CTU. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 345. O acionamento de PB1 proporciona as transições de pulso de OFF para ON, a serem contadas pelo contador, considerando que a cada transição de falso para verdadeiro da linha 1 será incrementada ao valor acumulado do contador uma unidade. Após dez pulsos, quando o valor predefinido é igualado, a saída DN é energizada. Como resultado, a linha 2 se torna verdadeira e isto faz com que a saída 0:2/0 seja energizada e a lâmpada vermelha ligue. Ao mesmo tempo, a linha 3 se torna falsa e a saída O:2/1 é desenergizada, desligando a lâmpada verde. O contador é reiniciado, acionando PB2 e a contagem acumulada volta para zero, o que ocorre quando a linha 4 se tornar falsa novamente. Há casos em que um CTD é usado juntamente com um CTU para formar um contador crescente/de- crescente. Vejamos um exemplo prático deste tipo de implementação. l:1/0 0:2/0 0:2/1 R G LP vermelha LP verde CU DN L1 Linha 1 Programa em lógica ladder CTU Contador cresc. Contador c5 :1 Predefinido 7 Acumulado 0 Linha 2 Linha 3 Linha 4 PB1 (Cont.) PB1 (Cont.) C5:1/DN C5:1 RES C5:1/DN Valor atingido do contador Valor atingido do contador LP verde PB2 (Reinicializar) LP vermelha PB2 (Reinicializar) L2Entradas Saídas l:1/1 l:1/1 l:1/0 0:2/0 0:2/1 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 134 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 134 05/08/2020 15:13:18 Exemplo prático: CTU/CTD Considerando o exemplo dos contadores associados (SLC-500), vamos en- tender o funcionamento do sistema levando em conta o exemplo de um con- tador de carros, automático, em um dado estacionamento. O Diagrama 9 de- monstra uma das formas de implementação. DIAGRAMA 9. EXEMPLO PRÁTICO DE ASSOCIAÇÃO CTU/ CTD POR MEIO DO DIAGRAMA LADDER PARA O SLC-500, NA CONTAGEM DE VEÍCULOS EM UM ESTACIONAMENTO. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 346. Lembre-se, novamente, que esta é uma das possíveis lógicas para imple- mentar um sistema de controle automático para o funcionamento de um es- tacionamento. Assim, tendo em mente o exemplo dado, observamos que, na medida em que os carros adentram no local, a instrução de saída do contador crescente é acionada e é incrementado o valor 1 na contagem acumulada, em- bora o contrário também ocorra na medida em que os carros saem, no CTD, a partir do qual é decrementado em 1 o valor acumulado. CU CU DN DN L1 Programa em lógica ladder CTU Contador cresc. Contador c5 :1 Predefi nido 150 Acumulado 0 CTU Contador decresc. Contador c5 :1 Predefi nido 150 Acumulado 0 C5:1 RES C5:1/DN L2Entradas Chave de entrada Luz de lotado Luz de lotado Chave de entrada Chave de saída Chave de saída Reinicializar Reinicializar Saídas AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 135 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 135 05/08/2020 15:13:58 Como ambos os contadores possuem, na prática, o mesmo endereço na memória do CLP, o valor acumulado é o mesmo para ambos e, desta forma, a contagem apresentada é possível. Sempre que o valor acumulado atingir o valor predefi nido neste contexto, a saída do contador energiza a luz correspondente à informação “lotado”, além de que também deve ser implementado, nesses casos, um botão de reiniciali- zação para permitir a redefi nição da contagem acumulada. Variáveis analógicas Geralmente, as variáveis analógicas são empregadas no contexto da progra- mação em ladder, bem como do funcionamento do próprio CLP, retomando a to- dos os conhecimentos vistos até o momento, mais especifi camente com relação aos dados analógicos. Assim, de forma a compreender o papel e a própria exis- tência deste tipo de variável, é preciso lembrar que certos tipos de dispositivos de entrada e de saída demandam o uso de sinais analógicos, e existem processos que dependem de registros e dados nesse formato, como é o caso do controle analógico de um dado processo industrial, por exemplo. Logo, há sinaisanalógi- cos envolvidos para a transmissão e o recebimento de informações referentes ao controle e à medição, no caso de variáveis físicas como pressão, temperatura, vazão, nível, entre outras. Lembre-se que o IEC (International Electromechanical Comission) recomenda o padrão de transmissão eletrônico de 4 a 20 mA, CC e 24 V. Um sinal advindo de um sensor de pressão, por exemplo, pode estar aplicado no módulo de entrada/ saída do CLP como uma entrada analógica, para que possa ser lido o valor do dispositivo de campo. Existirão orientações específi cas até mesmo no que diz respeito à conexão na entrada do CLP, tendo em vista que existe no equipamen- to uma parte dedicada à entrada(s) e saída(s) analógica(s). Com relação às saídas analógicas, que também podem ser confi guradas como variáveis analógicas na programação do CLP em ladder, elas podem ser usadas, por exemplo, no envio de sinais contínuos para atuadores, como é o caso de válvulas proporcionais, inversores de frequência, conversores I/P, entre outros. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 136 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 136 05/08/2020 15:13:58 Sintetizando É essencial entender a fundo como desenvolver um diagrama ladder e quais são as principais possibilidades envolvidas na programação do CLP, independen- te da marca ou modelo do equipamento. Mas devemos entender não apenas para saber como é desenvolvido boa parte dos sistemas de automação, que de- mandam o uso de CLPs, mas também de forma a possibilitar a compreensão da lógica por trás da automação. Assim, o objetivo dessa unidade é proporcionar o entendimento geral do que é desenvolver um algoritmo usando a linguagem ladder, retomando a ideia de como funcionam alguns dos principais dispositivos usados em grande parte dos sistemas automatizados, como é o caso de chaves de partida, chaves manuais, chaves mecânicas, contatores, relés e dispositivos de controle de saída, como os motores, por exemplo. Para isso, vimos mais detalhes acerca da ligação entre o esquema a relé e o desenvolvimento do diagrama ladder, e, logo após, indicamos mais particulari- dades das outras funções básicas dentro do desenvolvimento de diagramas lad- der típicos, considerando sempre uma visão geral do que é imprescindível para a maior parte das situações na prática. Ao final, identificamos outros importantes elementos: os temporizadores e os contadores programáveis, considerando exemplos práticos a partir de diagra- mas e situações, tomando o SLC-500 da Allen-Bradley como exemplo comercial. Bons estudos! AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 137 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 137 05/08/2020 15:13:58 Referências bibliográficas DUNN, W. C. Fundamentos de instrumentação industrial e controle de pro- cessos. Porto Alegre: Bookman, 2013. FRANCHI, C. M.; CAMARGO, V. L. A. Controladores lógicos programáveis: sis- temas discretos. São Paulo: Érica, 2008. GEORGINI, J. M. Automação aplicada: descrição e implementação de sistemas sequenciais com PLCs. 9. ed. São Paulo: Érica, 2018. LAMB, F. Automação industrial na prática. Série Tekne. Porto Alegre: AMGH, 2015. PETRUZELLA, F. Motores elétricos e acionamentos. Série Tekne. Porto Alegre: AMGH, 2013. PETRUZELLA, F. D. Controladores lógicos programáveis. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2014. THE GENIUS of George Boole. Postado por RTÉ – Ireland’s National Public Service Media. (01min. 43s.). son. color. Disponível em: <https://www.youtube. com/watch?v=aEjzjLv-YjI>. Acesso em: 27 jul. 2020. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 138 SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID4.indd 138 05/08/2020 15:13:58