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WBA1087_v1.0 Controladores lógicos programáveis em instalações industriais Visão Geral sobre CLPs. Introdução à Linguagem Ladder. O que é um CLP? Bloco 1 Bruno Henrique Oliveira Mulina Antes dos CLPs Figura 1 - Painel de comandos elétricos Fonte: Pixabay.com. • A automatização e controle dos processos industriais era realizada por meio de painéis de comandos elétricos, compostos de diferentes tipos de contatores. • Qualquer mudança no processo implica em mudança física no arranjo dos contatores. • Demora na implementação e poucas oportunidades de testes, resulta em paradas longas na produção. Fonte: e Shutterstock.com. Figura 2 - Painel de comandos elétricos Como é a programação sem o CLP? Figura 3 - Exemplos de contatores Fonte: Shutterstock.com. • A lógica de programação é realizada usando a lógica booleana aplicada à contatores • Quanto mais complexa a lógica, mais contatores são necessários. • Contatores especializados para cada função. • Quase nenhuma transmissão de dados remota. Tudo deve ser feito localmente. Após os CLPs Figura 4 - Painel de comandos com CLP Fonte: Shutterstock.com. • Lógica aplicada por meio de sistemas computacionais: menor volume e maior possibilidade de funções dedicadas. • As mudanças são feitas via software: mais rápidas e sem grandes mudanças físicas. • Possibilidade de testes antes da implementação. Como é a programação com o CLP? Figura 5 - Painel de comando elaborado com CLP Fonte: Shutterstock.com. • A lógica dos contatores é feita por circuitos digitais. • Diferentes funções podem ser realizadas pelo mesmo contator, já que ele apenas responde aos comandos do CLP. • Ajustes podem ser testados e realizados remotamente. • A programação pode ser feita de modo semelhante aos já usados esquemas elétricos: a linguagem Ladder. O que é um CLP? Figura 6 - Estrutura de um CLP Fonte: Shutterstock.com. • Um controlador lógico programável (CLP) é um componente computacional reprogramável, utilizado para controle e automação de processos (PETRUZELLA, 2014). • Contém conexões de entradas, conexões de saídas, e unidade lógica. • É a parte inteligente do controle de processos. Sa íd as En tr ad as U n id ad e Ló gi ca Visão Geral sobre CLPs. Introdução à Linguagem Ladder. Componentes de um CLP Bloco 2 Bruno Henrique Oliveira Mulina Unidade Lógica • A Unidade Lógica é um sistema computadorizado composto de CPU, memória de dados (RAM), memória de programa (ROM), periféricos de função específica e portas de comunicação. • Responsável pelo processamento dos dados obtidos das entradas, com base em um programa armazenado em sua memória ROM. • Recebe atenção especial no requisito robustez por conta da importância no CLP. • É sempre fixa no CLP (não pode ter suas configurações alteradas). Conexões de entrada e saída • Interação da Unidade Lógica com o mundo exterior. • Recebem ou transmitem dados à Unidade Lógica. • Podem ou não ser integradas no CLP (fixas ou expansíveis por módulos dedicados). • Podem manipular sinais analógicos e digitais: • Sinais digitais (sempre): presença ou não de um estímulo. • Sinais analógicos (caso tenham conversores ADC e DAC): manipulação de valores contínuos. • Isoladas da unidade lógica por meio de optoacopladores. • Os tipos de entradas e saídas existentes dependem do modelo do CLP. Conexões de entradas • Recebem sinais do mundo exterior. • Podem ser de dois tipos: • Fonte (source) ou NPN. • Dreno (sink) ou PNP. • Devemos ter atenção à este detalhe para evitar curtos-circuitos! • Conexão comum: ponto em comum com todos os terminais com relação à alimentação das entradas. • Podem ter saídas sem referência comum (entradas isoladas) . Fonte: elaborada pelo autor. En tr ad a N P N En tr ad a P N P Figura 7 - Tipos de entradas Comum I0.0 I0.1 I0.2 Fonte sensores Comum I0.0 I0.1 I0.2 Fonte sensores I0.0 I0.0 I0.1 Fonte sensores I0.1 En tr ad a is o la d a Conexões de saída • Atuam no mundo exterior. • Funcionam como chaves. • As saídas digitais podem ser saídas à rele (para sinais AC e DC), transistor (DC) ou TRIAC (AC). • As saídas à transistores podem ser NPN (source) ou PNP (sink). • O CLP não fornece potência elétrica para os dispositivos conectados. Fonte: elaborada pelo autor. Sa íd a is o la d a Sa íd a co m u m Figura 8 - Tipos de saídas Comum Q0.0 Q0.1 Q0.2 Fonte Carga AC/DC SI Q0.0 Q0.0 Q0.1 Fonte Carga AC/DC Q0.1 SI Programa lógico • Não é um componente, mas sem um programa o CLP não funciona. • Pode ser desenvolvido em diversas linguagens (Norma IEC61131-3). • Desenvolvido com instruções para a matriz de contatos da memória de programa. • Scan Mode: modo de execução do programa: mudanças na entrada e, na saída, são lidas uma única vez por scan. Figura 9 - Modo Scan de um CLP Fonte: adaptada de Franchi e Camargo (2021). Checagem do status do hardware. Leitura das entradas. Execução do programa. Atualização das saídas. Visão Geral sobre CLPs. Introdução à Linguagem Ladder. Linguagem Ladder Bloco 3 Bruno Henrique Oliveira Mulina Introdução à linguagem Ladder • Linguagem gráfica definida pela Norma IEC61131-3. • Busca similaridade com o desenvolvimento de projetos elétricos: • Um projetista de comandos elétricos pode facilmente programar um CLP. • As variáveis se comportam como contatores, permitindo ou não a passagem de uma corrente virtual. • É possível a implementação de lógicas, envolvendo bits e outros valores numéricos (FRANCHI, 2011). Programação Ladder • A execução do programa em Ladder verifica se a corrente virtual percorre da esquerda para a direita. • Se a corrente atingir uma saída, é ativada. • Existe apenas uma saída por linha. • Ao completar a linha, passa-se para a linha abaixo. • As entradas são lidas antes do início da execução do loop. • As saídas são atualizadas apenas ao término da execução do loop. • Existe um número máximo de componentes em cada linha. • Importante: dependendo da ferramenta usada, existem algumas diferenças no modo de representar certas funções, mas todas se comportam da mesma maneira! Símbolos mais importantes da linguagem Ladder Quadro 1 – Símbolos usuais na linguagem Ladder Fonte: adaptado de Petruzella (2014). Símbolos básicos Componente Identificação usual Contato, normalmente, aberto. I Contato, normalmente, negado. I Saída ou bobina. Q Saída ou bobina negada. Q Bobina reset/ set. Q Contato/bobina virtual (memória). M Contato/ bobina ativado por borda. I/Q Temporizador. T ( ) ( ) (R) (S) ( ) (P)P ( ) Exemplo de programação Ladder Figura 10 - Exemplo de programação Ladder Fonte: elaborada pelo autor. I 0.00 I 0.01 O0.00 O0.00 ( ) (R) O0.03 ( ) T01I 0.02 I 0.03 T01 Fluxo de execução do programa Ladder (fluxo da corrente virtual) Entradas Saídas Fl u xo d e e xe cu çã o (fim) Teoria em Prática Bloco 4 Bruno Henrique Oliveira Mulina Como aplicar nosso conhecimento? • Ao longo deste material, foram apresentados conceitos sobre os CLPs e a linguagem Ladder. Agora vamos à prática! • Existem diversas fabricantes de CLPs, com diferentes modelos e capacidades, mas a linguagem Ladder é padrão. • Para que possamos validar os conhecimentos, será usado o software Clic02, da fabricante brasileira WEG. • O Clic02 é uma ferramenta gratuita, desenvolvida para programação e debug do relé programável de mesmo nome. • O Clic02 está disponível para download, no site da desenvolvedora WEG. Reflita sobre a seguinte situação • Conhecer a linguagem Ladder permite desenvolver programas para controle e automação de processos. • Então, considere um ambiente no qual a iluminação é controlada por três interruptores (I1, I2 e I3). Para ativar a iluminação, pelo menos dois dos três interruptores devem estar ativos. • Desenvolva um programa em Ladderque possa controlar a iluminação deste ambiente, considerando o uso de três entradas do CLP (uma para cada interruptor) e uma saída (para ligar as lâmpadas). Norte para a resolução Figura 11 - Interface do Clic02 Fonte: print de tela de Clic02 (2022). Entradas Saídas Debug Área de programação Propriedades do componente Norte para a resolução • A situação indica que, pelo menos, dois interruptores devem estar acionados. Então, as possibilidades de interruptores acionados para acender a lâmpada são: • I1 e I2. • ou I1 e I3. • ou I2 e I3. • ou I1, I2 e I3 . Figura 12 - Programa Ladder Fonte: elaborada pelo autor. Dicas do(a) Professor(a) Bloco 5 Bruno Henrique Oliveira Mulina Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o login por meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos científicos, todos acessíveis pela internet. Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua carreira profissional. Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso! Leitura Fundamental Indicação de leitura 1 Este trabalho descreve a construção de um equipamento para análise de consolidação do solo a partir de um CLP e apresenta a possibilidade do desenvolvimento de um sistema de ensaios, área onde não é comum a utilização de CLPs. Referência: SILVA, R. B. da et al. Desenvolvimento, automação e desempenho de um consolidômetro com interface homem-máquina. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 39, p. 416-427. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2015. Indicação de leitura 2 Nessa nova revolução industrial vivenciada, o CLP se torna peça fundamental. Neste trabalho, o autor descreve as funcionalidades trazidas por esse equipamento à indústria, avaliando, por meio de indicadores de desempenho, o impacto do uso do CLP na indústria de embalagens. Referência: AZEVEDO, H. C. D. Controlador lógico programável aplicado à indústria 4.0. Dissertação de Mestrado, Escola de Ciência e Tecnologia, Pós-Graduação em Ciência, Tecnologia e Inovação. Natal: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018. Dica do(a) Professor(a) • O Clic02, produto desenvolvido pela empresa WEG e indicado como ferramenta de estudo, é apenas um dos diversos softwares de programação de CLPs e relés programáveis presentes no mercado. • É importante que o leitor também conheça outras marcas de equipamentos de automação (ABB, Schneider, entre outras), buscando as opções de CLPs fornecidas por esta empresa, principalmente, sob o ponto de vista das interfaces de entrada e saída, se são modulares ou não, e quais as ferramentas de programação e debug. • Assim, o leitor poderá escolher a melhor opção para a aplicação desejada. AZEVEDO, H. C. D. Controlador lógico programável aplicado à indústria 4.0. Dissertação de Mestrado, Escola de Ciência e Tecnologia, Pós-Graduação em Ciência, Tecnologia e Inovação. Natal: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/25858/1/HugoCes arDinizAzevedo_DISSERT.pdf. Acesso em: 18 ago. 2022. FRANCHI, C. M. Controle de Processos Industriais: princípios e aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2011. FRANCHI, C. M.; CAMARGO, V. L. A. Controladores Lógicos Programáveis - Sistemas Discretos e Analógicos. 3.ed. São Paulo: Érica, 2021. PETRUZELLA, F. D. Controladores Lógicos Programáveis. 4.ed. Porto Alegre: AMGH, 2014. SILVA, R. B. da et al. Desenvolvimento, automação e desempenho de um consolidômetro com interface homem-máquina. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 39, p. 416-427. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2015. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbcs/a/HX76YDkZZ7ph5f5TBQSwjbq/?lang=p t. Acesso em: 18 ago. 2022. Referências Bons estudos!