Introdução a Automação Industrial - Multivix EAD

INTRODUÇÃO A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FACULDADE MULTIVIX ENSINO A DISTÂNCIA A Faculdade Multivix está presente de norte a sul do Estado do Espírito Santo com unidades presenciais em Cachoeiro de Itapemirim Cariacica Castelo Nova Venécia São Mateus Serra Vila Velha e Vitória e com a Educação a Distância presente em todo estado do Espírito Santo e com polos distribuídos por todo o país Desde 1999 atua no mercado capixaba destacandose pela oferta de cursos de graduação técnico pósgraduação e extensão com qualidade nas quatro áreas do conhecimento Agrárias Exatas Humanas e Saúde sempre primando pela qualidade de seu ensino e pela formação de profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho Atualmente a Multivix está entre o seleto grupo de Instituições de Ensino Superior que possuem conceito de excelência junto ao Ministério da Educação MEC Das 2109 instituições avaliadas no Brasil apenas 15 conquistaram notas 4 e 5 que são consideradas conceitos de excelência em ensino Estes resultados acadêmicos colocam todas as unidades da Multivix entre as melhores do Estado do Espírito Santo e entre as 50 melhores do país MISSÃO Formar profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho com elevado padrão de quali dade sempre mantendo a credibilidade segurança e modernidade visando à satisfação dos clientes e colaboradores VISÃO Ser uma Instituição de Ensino Superior reconhecida nacionalmente como referência em qualidade educacional R E I T O R GRUPO MULTIVIX R E I 2 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 3 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 BIBLIOTECA MULTIVIX Dados de publicação na fonte Eduardo Marchesini e Gustavo de Lins e Horta Introdução à Automação Industrial MARCHESINI EDUARDO Multivix 2022 Catalogação Biblioteca Central Multivix 2022 Proibida a reprodução total ou parcial Os infratores serão processados na forma da lei 5 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 LISTA DE FIGURAS UNIDADE 1 Figura 1 Diagrama de blocos de um sistema de malha fechada 20 Figura 2 Resposta de um sistema a um degrau no sinal de entrada 22 Figura 3 Processo industrial 23 Figura 4 Tubos de vapor e medidor de pressão 24 Figura 5 Simbologia geral para instrumentos ou funções de acordo com a norma ISA 51 25 Figura 6 Sinais dos sistemas de automação e instrumentação 26 Figura 7 Sinais dos sistemas de automação e instrumentação 26 Figura 8 Sinais dos sistemas de automação e instrumentação 27 Figura 9 Exemplo de fluxograma simplificado de PID de um separador de produção 27 Figura 10 Identificação do instrumento 28 UNIDADE 2 Figura 1 Variação de Temperatura 33 Figura 2 Célula de carga 34 Figura 3 Eletrocardiograma 35 Figura 4 Condição VERDADEIRA e FALSA 37 Figura 5 Uso de sensores na indústria 38 Figura 6 Conversor ADDA 41 Figura 7 Conversores no cotidiano 43 Figura 8 Processo contínuo 44 Figura 9 Processo de fermentação 45 Figura 10 Plataforma de extração de petróleo 46 Figura 11 Sistema de Batelada 47 Figura 12 Silos de armazenamento de grãos 48 Figura 13 Armazenamento de derivados de petróleo 49 Figura 14 Hidrômetro 51 6 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Figura 15 Envasadora de água 51 Figura 16 Tubulação de petróleo 52 UNIDADE 4 Figura 1 Sistema robótico de produção 70 Figura 2 PLC 72 Figura 3 Memória 73 Figura 4 Contatos NA e NF 75 Figura 5 Exemplo de uso contatos NA e NF 75 Figura 6 Exemplo de uso contatos NA e NF série e paralelo 76 Figura 7 Programa simplificado de uma estufa 77 Figura 8 Prensa hidráulica 78 Figura 9 Representação lógica simplificada de operação Bimanual 79 Figura 10 Áreas do programa 80 Figura 11 Diagrama elétrico 81 Figura 12 Funcionamento conceitual do programa de PLC 82 Figura 13 Símbolos de Contatos 83 Figura 14 Símbolos de Bobinas 83 Figura 15 Símbolos de Temporizadores 84 Figura 16 Símbolos de Contadores 85 Figura 17 Programa controle porta monocomando 86 Figura 18 Programa de ciclo temporizado 87 UNIDADE 5 Figura 1 Diagrama Ladder 92 Figura 2 Diagrama de blocos de Função FBD 93 Figura 3 Lista de Instruções 94 Figura 4 Diagrama Ladder 96 Figura 5 Existem limitações para o número de instruções por linha e para o número de sublinhas 97 Figura 6 Função AND booleana corresponde a um NA em Ladder 99 Figura 7 Função AND NOT booleana corresponde a um NF em Ladder 99 7 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Figura 8 Função OR booleana corresponde a um NA em paralelo em Ladder 100 Figura 9 Função OR NOT booleana corresponde a um NF em paralelo em Ladder 100 Figura 10 Exemplo de um bloco contador updown em linguagem Ladder 101 Figura 11 Bloco comparador analógico linguagem Ladder 103 UNIDADE 6 Figura 1 Processo da indústria química 108 Figura 2 Simbologia das instruções soma e subtração 110 Figura 3 Simbologia das instruções multiplicação e divisão 111 Figura 4 Simbologia da instrução resto da divisão 111 Figura 5 Comparadores Igual e Diferente 113 Figura 6 Comparadores Maior e Menor 114 Figura 7 Comparadores Maior ou Igual e Menor ou Igual 114 Figura 8 Conversores BCD para Inteiro e Duplo Inteiro 116 Figura 9 Conversores Inteiro e Duplo Inteiro para BCD 116 Figura 10 Conversor Inteiro para Duplo Inteiro e Duplo Inteiro para Real 117 Figura 11 Conversores Inteiro e Duplo Inteiro para BCD 118 Figura 12 Pirâmide da Automação Industrial 119 Figura 13 Planta industrial 121 Figura 14 Supervisório de sistema de batelada 122 Figura 15 Usina Nuclear 125 Figura 16 Usina Nuclear 126 9 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 11 1 AUTOMAÇÃO E AO CONTROLE DE PROCESSOS 13 INTRODUÇÃO 13 11 HISTÓRICO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 14 12 TIPOS DE AÇÕES DE CONTROLE 17 13 AÇÕES DE MEDIR 20 14 SIMBOLOGIA DOS INSTRUMENTOS 22 15 TERMINOLOGIAS DOS INSTRUMENTOS 26 16 ELEMENTOS PRIMÁRIOS DE MEDIÇÃO 26 2 ATUADORES E SENSORES INDUSTRIAIS 30 INTRODUÇÃO 30 21 SENSORES ANALÓGICOS E DIGITAIS 30 22 TIPOS DE SENSORES 41 3 ATUADORES E SENSORES INDUSTRIAIS 54 INTRODUÇÃO 54 31 HISTÓRICO DOS CLPs 54 32 INTRODUÇÃO AOS CLPs 55 33 USO DOS CLPS NO CONTROLE DE PROCESSOS 57 34 ENTRADAS E SAÍDAS DO CLP 58 35 FUNCIONAMENTO DO CLP 58 36 PRINCIPAIS TIPOS E FABRICANTES 60 4 DIAGRAMAS DE CONEXÃO E DE CONTATOS 67 INTRODUÇÃO 67 41 CICLO DE VARREDURA E VARREDURA DO PROGRAMA 68 42 SIMBOLOGIA DE DIAGRAMA DE CONTATOS 77 1 UNIDADE 2 UNIDADE 3 UNIDADE UNIDADE 4 10 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 5 PROGRAMAÇÃO BÁSICA DE CLPS 89 INTRODUÇÃO 89 51 PROGRAMAÇÃO LADDER E SIMBOLOGIA BÁSICA 90 52 INSTRUÇÕES 95 6 APLICAÇÕES AVANÇADAS DE PLCS 106 INTRODUÇÃO 106 61 INSTRUÇÕES ESPECIAIS 107 62 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS 115 5 UNIDADE UNIDADE 6 11 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 ATENÇÃO PARA SABER SAIBA MAIS ONDE PESQUISAR DICAS LEITURA COMPLEMENTAR GLOSSÁRIO ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM CURIOSIDADES QUESTÕES ÁUDIOS MÍDIAS INTEGRADAS ANOTAÇÕES EXEMPLOS CITAÇÕES DOWNLOADS ICONOGRAFIA 12 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 13 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA A palavra Automação é derivada das palavras gregas Auto próprio e Ma tos movimento Portanto Automação é o mecanismo para sistemas que se movem por si mesmos Automação é um conjunto de tecnologias que resulta na operação de máquinas e sistemas sem intervenção humana significativa e que alcança o desempenho desejado superior à operação manual A disciplina de automação industrial tem como objetivo prover a operação de um processo industrial da maneira desejada ou seja o controle de sua ope ração é necessário em todas as etapas possíveis O controle é um conjunto de políticas e técnicas que ajuda a alcançar as variações desejadas de parâ metros operacionais e sequências para processos em unidades e sistemas de fabricação fornecendo os sinais de entrada necessários A automação nas indústrias de manufatura e processo evoluiu ao longo dos anos desde sistemas hidráulicos e pneumáticos básicos até os modernos sis temas de controle robóticos de hoje A maioria das operações industriais são automatizadas com o objetivo de aumentar a produtividade e reduzir o custo da mão de obra Desde a sua criação a automação industrial avançou rapida mente nos domínios que antes eram realizados manualmente UNIDADE 1 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 14 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Compreender o conceito de automação e os tipos de ações de controle utilizados Conhecer a simbologia e terminologia dos instrumentos de acordo com a norma ISA 15 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 1 AUTOMAÇÃO E AO CONTROLE DE PROCESSOS INTRODUÇÃO Esta unidade abordará o histórico da automação industrial sua evolução até os dias de hoje bem como os conceitos importantes das ações de contro le utilizados para controlar processos industriais quais sejam a ação propor cional P a ação derivativa D a ação integral I e a ação de controle pro porcionalintegralderivativa PID Ainda serão abordados os conceitos sobre identificação simbologia e terminologia de automação e instrumentação de acordo com a norma internacional ISA5 O objetivo geral da automação industrial é melhorar o processo geral e as operações de negócios obtendo os benefícios que virão de um sistema de in formações da planta completamente integrado O crescimento contínuo da ligação dos dados das operações do processo com os dados da linha de pro dutos do projeto e dos sistemas de negócios será suportado O sistema dis ponibilizará esses dados prontamente de forma interativa e em tempo real para qualquer funcionário que precise conhecêlos em estações de trabalho espalhadas pela planta e acima de tudo de fácil utilização A automação industrial evoluiu bastante nos últimos anos e está presente em vários ramos como na indústria automobilística petroquímica indústria de bens de consumo e até no agronegócio A norma internacional ISA5 supervisiona o trabalho dos grupos de trabalho que produzem normas práticas recomendadas e relatórios técnicos para documentar e ilustrar instrumentos e sistemas de medição e controle adequados para todas as indústrias Acesse o site para saber mais www isaorgstandardsandpublicationsisastandards isastandardscommitteesisa5 16 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 11 HISTÓRICO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Automação é o uso de comandos de programação lógica e equipamentos mecanizados para substituir a tomada de decisão e as atividades manuais de comandoresposta de seres humanos Historicamente a mecanização como o uso de um mecanismo de tempo para acionar uma alavanca ou catraca e lingueta ajudava os humanos a realizar os requisitos físicos de uma tarefa A automação no entanto leva a mecanização um passo adiante reduzindo bas tante a necessidade de requisitos sensoriais e mentais humanos ao mesmo tempo em que otimiza a produtividade ALVES 2017 Acreditase que o termo automação foi cunhado pela primeira vez na déca da de 1940 por um engenheiro da Ford Motor Company descrevendo vários sistemas nos quais ações e controles automáticos foram substituídos por es forço e inteligência humanos Naquele momento os dispositivos de controle eram de natureza eletromecânica A lógica foi realizada por meio de relés e temporizadores interligados com feedback humano nos pontos de decisão Ao conectar relés temporizadores botões e sensores de posição mecânicos juntos sequências de movimento lógicas simples podem ser executadas li gando e desligando motores e atuadores Os primeiros controladores lógicos programáveis CLP foram desenvolvidos nas décadas de 1970 e 1980 pela Modicon em resposta a um desafio da GM de desenvolver um substituto para a lógica de relé com fio À medida que a tecnologia melhorou e mais empresas de automação entraram no mercado novos produtos de controle foram desenvolvidos GEORGINI 2007 Algumas vantagens da automação são Os operadores humanos Os que executam tarefas que envolvem trabalho físico árduo ou monótono ou em ambientes perigosos como aqueles com temperaturas extremas ou atmosferas radioativas e tóxicas podem ser substituídos 17 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL As tarefas As tarefas que estão além das capacidades humanas são facilitadas O manuseio de cargas pesadas ou grandes a manipulação de pequenos objetos ou a necessidade de fabricar produtos de forma muito rápida ou lenta são exemplos disso A produção A produção geralmente é mais rápida e os custos de mão de obra são menores por produto do que as operações manuais equivalentes Os sistemas Os sistemas de automação podem incorporar facilmente verificações de qualidade para reduzir o número de peças fora de tolerância produzidas permitindo o controle estatístico do processo que permitirá um produto mais consistente e uniforme Os sistemas de automação não ficam doentes nem faltam ao trabalho Algumas desvantagens da automação são Tecnologia A tecnologia atual não consegue automatizar todas as tarefas desejadas Algumas delas não podem ser facilmente automatizadas como a produção ou montagem de produtos com tamanhos de componentes inconsistentes ou em tarefas em que é necessária destreza manual Há algumas coisas que é melhor deixar para a montagem e manipulação humana Tarefas Algumas tarefas custam mais para automatizar do que para executar manualmente A automação geralmente é mais adequada para processos que são repetíveis consistentes e de alto volume 18 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Custo É difícil prever com precisão de antemão o custo de pesquisa e desenvolvimento para automatizar um processo Como esse custo pode ter um grande impacto na lucratividade é possível terminar de automatizar um processo apenas para descobrir que não há vantagem econômica em fazêlo Com o advento e o crescimento contínuo de diferentes tipos de linhas de produção estimativas mais precisas com base em projetos anteriores podem ser feitas Os custos iniciais são relativamente altos A automação de um novo processo ou a construção de uma nova planta exige um investimento inicial enorme em relação ao custo unitário do produto Mesmo as máquinas cujos custos de desenvolvimento já foram recuperados são caras em termos de hardware e mão de obra O custo pode ser proibitivo para linhas de produção personalizadas em que o manuseio de produtos e ferramentas devem ser desenvolvidos Manutenção Muitas vezes é necessário um departamento de manutenção qualificado para atender e manter o sistema de automação em boas condições de funcionamento A falha em manter o sistema de automação resultará em perda de produção eou produção de peças defeituosas No geral as vantagens parecem superar as desvantagens Podese dizer com segurança que os países que adotaram a automação desfrutam de um padrão de vida mais alto do que aqueles que não o fizeram Para realizar um trabalho eficaz de controle de um processo precisamos saber como a entrada de controle que estamos propondo usar afetará a saída do processo Se alterarmos as condições de entrada precisamos saber o seguinte A produção aumentará ou diminuirá Quanta resposta teremos Quanto tempo levará para a saída mudar Qual será a curva de resposta ou trajetória da resposta 19 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 12 TIPOS DE AÇÕES DE CONTROLE Existem cinco formas básicas de controle disponíveis no Controle de Processos ALVES 2017 Controle ligadesliga A estratégia mais antiga de controle é usar um interruptor que fornece controle ligadesliga simples Esta é uma forma descontínua de ação de controle e é chamada de controle de duas posições Um controlador onoff perfeito está on quando a medição está abaixo do set point SP e a variável manipulada MV está em seu valor máximo Acima do SP o controlador está desligado e o MV está no mínimo Controle de modulação Se a saída de um controlador pode se mover por uma faixa de valores isso é controle de modulação Esse tipo de controle ocorre apenas dentro de uma faixa de operação definida ou seja deve ter limites superior e inferior O controle modulante é uma forma de controle mais suave do que o controle por etapas Pode ser usado em sistemas de controle de malha aberta e malha fechada Controle de malha aberta O controle de malha aberta é assim chamado porque a ação de controle Controller Output Signal OP não é uma função do PV Process Variable ou de mudanças de carga O controle de malha aberta não se autocorrige quando esses PV s derivam Controle feed forward O controle feed forward é uma forma de controle baseada na antecipação das variáveis manipuladas corretas necessárias para fornecer a variável de saída necessária É visto como uma forma de controle em malha aberta pois o PV não é usado diretamente na ação de controle 20 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Malha fechada ou controle por realimentação Malha fechada ou controle por realimentação Se o PV o objetivo do controle é usado para determinar a ação de controle é chamado de sistema de controle de malha fechada FIGURA 1 DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM SISTEMA DE MALHA FECHADA Fonte Alves 2017 p 100 PraTodosVeresm A figura apresenta o diagrama de blocos um modelo de um sistema de malha fechada A entrada Ysp Set Point é comparada com o sinal de saída y o erro entre o SP e a saída y é enviado do controlador Gc que faz as operações para controlar o processo Gp A maioria dos controladores de malha fechada são capazes de controlar com três modos de controle os quais podem ser usados separadamente ou em conjunto O Controle proporcional P é o principal meio de controle O controlador auto mático precisa corrigir o OP dos controladores com uma ação proporcional ao erro A correção começa a partir de um valor OP no início da ação de controle automático O erro proporcional e valor manual são chamados de valor inicial manual No passado isso era chamado de reinicialização manual Para fazer uma correção automática que significa corrigir a partir do termo de partida manual sempre precisamos de um valor de erro pois sem um valor de erro não há correção e volta para o valor de manual A Banda Proporcional dos Controladores é normalmente definida em termos percentuais como a razão do valor de entrada ou PV para uma mudança total ou de 100 no valor de saída do controlador ou MV 1 Gc Gp Processo Controlador Set point ysp e u y 21 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL No controle integral I a ação integral é usada para controlar sem OFFSET no sinal de saída o que significa que ele controla para nenhum erro erro 0 O controle integral é normalmente usado para auxiliar o controle proporcional A combinação de ambos é chamada de controle PI ALVES 2017 O controle derivativo D tem como único propósito adicionar estabilidade a um sistema de controle de malha fechada A magnitude do controle derivativo controle D é proporcional à taxa de mudança ou velocidade do PV Como a taxa de variação do ruído pode ser grande o uso do controle derivativo como meio de aumentar a estabilidade de uma malha de controle é feito às custas da amplificação do ruído Como o controle derivativo por si só não tem finali dade ele é sempre usado em combinação com o controle proporcional P ou controle proporcionalintegral PI Isso resulta em um controlador proporcio nalderivativo ou controlador proporcionalintegralderivativo PID O controle PID é usado principalmente se o controle D for necessário ALVES 2017 OFFSET Para cada controlador o objetivo final é obter a variável do processo para o valor do ponto de ajuste Para um sistema de controle proporcional é impossível retornar a medição exatamente ao seu ponto de ajuste uma vez que a saída proporcional se ajusta apenas em resposta a uma mudança no erro não à duração do erro Esse intervaloerro constante entre SP e PV é chamado de offset no controle de processo 22 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 A sintonia de controladores PID é fundamental para um sistema de controle FIGURA 2 RESPOSTA DE UM SISTEMA A UM DEGRAU NO SINAL DE ENTRADA Fonte Alves 2017 p 112 PraTodosVerem A figura apresenta o gráfico de resposta de um sistema quando este é submetido a uma entrada do tipo degrau No eixo x é apresentada a escala de tempo de zero até 20 segundos e no eixo y é apresentada a escala de y O b indicado no gráfico é o sobresinal da resposta de um sistema quando submetido a uma entrada do tipo degrau 13 AÇÕES DE MEDIR A Instrumentação é uma ciência que estuda as técnicas de medição registro e controle das variáveis de processo industrial Nas indústrias o termo processo tem um significado amplo Uma operação unitária como destilação filtração ou aquecimento por exemplo é considerada um processo Quando se trata de controle uma tubulação por onde escoa um fluído um reservatório contendo água um aquecedor ou um equipamento qualquer é denominado de processo Processo é uma operação ou uma série de operações realizadas em um deter minado equipamento que varia pelo menos uma característica física ou quí mica de um material ALVES 2017 14 12 10 08 06 04 02 0 0 5 10 15 20 y b a ysp 23 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 3 PROCESSO INDUSTRIAL Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A figura apresenta um processo industrial genérico de um sistema automático de envaze de garrafas de água mineral As Variáveis de Processo são condições internas ou externas que afetam o de sempenho de um processo A Variável Controlada de um processo é aquela que mais diretamente indica a forma ou o estado desejado do produto Já a Va riável Manipulada do processo é aquele sobre a qual o controlador automático atua no sentido de se manter a variável controlada no valor desejado Um detetor elemento primário é um tipo de dispositivo pelo qual conse guimos detectar alterações na variável do processo Pode ser ou não parte do transmissor O elemento final de controle é o dispositivo cuja função é modificar o valor de uma variável que leve o processo ao valor desejado 24 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 4 TUBOS DE VAPOR E MEDIDOR DE PRESSÃO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A figura apresenta um sistema de tubos de vapor e medidores de pressão com tubos de vapores controlados por uma válvula sendo a pressão medida por um medidor de pressão analógico de ponteiro O transmissor tem a função de converter sinais do detector em outra forma capaz de ser enviada à distância para um instrumento receptor normalmente localizado no painel 14 SIMBOLOGIA DOS INSTRUMENTOS As normas de automação e instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificação para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções pro gramadas que deverão ser utilizadas nos diagramas e nas malhas de controle de projetos de automaçãoinstrumentação ALVES 2017 25 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 5 SIMBOLOGIA GERAL PARA INSTRUMENTOS OU FUNÇÕES DE ACORDO COM A NORMA ISA 51 Fonte Adaptado de Alves 2017 p 18 PraTodosVerem A Figura apresenta a simbologia geral para instrumentos ou funções de acordo com a norma ISA 51 O círculo representa instrumentos discretos o quadrado representa instrumentos de controle o hexágono representa função computadorizada e o quadrado com um losango dentro representa um CLP Quando a figura possui uma linha horizontal no centro o instrumento está acessível ao operador quando não possui o instrumento está montado em campo e quando possui duas linhas horizontais no centro o instrumento não está acessível ao operador As Figura 6 Figura 7 e Figura 8 apresentam os tipos de sinais utilizados nos sis temas de automação e instrumentação 26 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 6 SINAIS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO Fonte Alves 2017 p 17 PraTodosVerem A Figura apresenta os sinais de sistemas de controle e automação Linha contínua representa alimentação do instrumento ou conexão ao processo Linha contínua com duas linhas diagonais representa sinal indefinido Linha contínua com quatro linhas diagonais representa sinal pneumático Linha pontilhada ou linha contínua com três linhas diagonais representa sinal elétrico Linha contínua com dois L na vertical representa sinal hidráulico FIGURA 7 SINAIS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO Fonte Alves 2017 p 17 PraTodosVerem A Figura apresenta os sinais de sistemas de controle e automação Linha contínua com dois xis representa tudo capilar Linha contínua com duas senoides representa sinal sônico ou eletromagnético guiado Duas senoides representa sinal sônico ou eletromagnético não guiado Linha continua com duas bolinhas vazias representa ligação interna de sistema 27 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 8 SINAIS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO Fonte Alves 2017 p 17 PraTodosVerem A Figura apresenta os sinais de sistemas de controle e automação Linha contínua com duas bolinhas cheias representa ligação mecânica Linha contínua com duas diagonais para a direita e uma diagonal para a esquerda representa sinal pneumático binário Linha pontilhada com duas diagonais ou linha contínua com três diagonais para a direita e uma diagonal para a esquerda representa sinal elétrico binário A Figura 9 apresenta um exemplo de identificação de uma instalação de um vaso separador de produção FIGURA 9 EXEMPLO DE FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO DE PID DE UM SEPARADOR DE PRODUÇÃO Fonte Alves 2017 p 17 PraTodosVerem A Figura apresenta um fluxograma simplificado de PID de um separador de produção O separador possui um visor de nível LG uma chave de nível muito baixo LSLL e uma chave de nível muito alto LSHH O transmissor de nível TL envia um sinal elétrico para o Controlador Indicador de Nível LIC que aciona a válvula de nível LV O Controlador Indicador de Pressão PIC recebe a leitura da transmissão de pressão PT O PIC envia um sinal elétrico para a válvula de controle de pressão PV 28 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 15 TERMINOLOGIAS DOS INSTRUMENTOS De acordo com a norma ISAS5 cada instrumento ou função programada será identificada por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou a função programada pertence A Figura 10 apresenta um exemplo de identificação de um instrumento CAPELLI 2013 FIGURA 10 IDENTIFICAÇÃO DO INSTRUMENTO Fonte Alves 2017 p 17 PraTodosVerem A Figura apresenta um exemplo de identificação de um instrumento A primeira letra P indica a variável o segundo conjunto de letras RC indica a função do instrumento os três primeiro números 001 indicam a área da atividade onde está instalado o instrumento os dois números seguintes 02 indicam o número sequencial da malha onde o instrumento está instalado e a última letra A é um sufixo para indicar alguma outra função não listada Sendo P Variável medida Pressão R Função passiva ou de informação Registrador C Função ativa ou de saída Controlador 001 Área de atividade onde o instrumento atua 02 Número sequencial da malha A Sufixo 16 ELEMENTOS PRIMÁRIOS DE MEDIÇÃO Os elementos primários de medição são os sensores Por meio dos sensores as variáveis do processo podem ser medidas 29 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Quase todos os sistemas de automação industrial incluem sensores para a detecção dos vários estados do processo de fabricação controlado e atuado res como saídas para atuação em tempo real e obtenção do comportamento desejado do processo de produção CAPELLI 2013 Sensores são dispositivos que quando expostos a um fenômeno físico tem peratura pressão deslocamento força etc produzem um sinal de saída ca paz de ser processado pelo sistema de automação Os termos transdutor e medidor são frequentemente usados como sinônimos de sensores en quanto simultaneamente alguns sensores são combinados com o termo in terruptor causando confusão sobre a terminologia correta Em geral os sensores transformam a variação de uma grandeza física em um sinal elétrico de saída que pode ser analógico ou digital No primeiro caso o sensor produz um sinal de saída contínuo que varia proporcionalmente ao parâmetro detectado Sensores discretos podem sinalizar a ausência ou presença de um objeto ou a posição de um atuador enquanto sensores analógicos podem ser usados para detectar pressão posição ou muitas outras qualidades físicas que po dem ser descritas numericamente Os sensores discretos são de natureza digital e fornecem um sinal ligado ou desligado Eles geralmente vêm com um cabo conectado para terminação em um gabinete de controle mas também têm uma variedade de opções de cabeamento de desconexão rápida Além disso também estão disponíveis em configurações de saída de 24 VCC 120 VCA ou fechamento de contato relé GEORGINI 2007 Os sensores analógicos produzem uma saída proporcional a uma proprie dade medida Muitas vezes pode haver desvios e erros lineares associados a sensores analógicos que devem ser levados em consideração ao usar as medições resultantes e a calibração para um padrão conhecido geralmen te é necessária Sensores analógicos são frequentemente conhecidos como transdutores Sensores analógicos são frequentemente usados em medições automatizadas e manuais Máquinas para fins especiais são geralmente cons truídas em torno de um tipo específico de medidor ou grupo de dispositivos de medição como uma estação de teste 30 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Os sensores são classificados de várias maneiras uma classificação comum é contato ou não contato O uso de um sensor sem contato também chamado de sensor de proximidade é uma maneira simples de identificar um sensor Se o dispositivo precisar entrar em contato com uma peça para detectála o dispositivo é um sensor de contato Um simples interruptor de limite em um transportador é um exemplo Quando a peça move a alavanca no interruptor o interruptor muda de estado O contato da peça com a chave cria uma mu dança de estado que o PLC pode monitorar Sensores sem contato podem detectar a peça sem tocála fisicamente o que evita retardar ou interferir no processo Sensores sem contato eletrônicos não operam mecanicamente ou seja não possuem partes móveis e são mais confiáveis e menos propensos a falhas do que os mecânicos Os dispositivos eletrônicos também são muito mais rápidos do que os dispositivos mecâni cos de modo que os dispositivos sem contato podem ter taxas de produção muito altas CONCLUSÃO DA UNIDADE Esta unidade objetivouse a apresentar o histórico e a evolução da automa ção industrial bem como suas vantagens e desvantagens Também vimos conceitos fundamentais da automação industrial e ações de controle O estudo apresentou as normas a terminologia e simbologia dos instrumen tos de uma planta de automação UNIDADE 2 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 31 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Compreender os conceitos de sensores do tipo analógico e digital Entender o funcionamento de conversores ADDA Aprofundar o conhecimento em sensores de temperatura nível e vazão 32 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 2 ATUADORES E SENSORES INDUSTRIAIS INTRODUÇÃO Esta unidade apresentará conceitos importantes para o entendimento de sensores transdutores e medidores industriais Esse tipo de componente industrial atua como os olhos dos sistemas auto matizados sendo através deles que os componentes de controle do sistema conseguem determinar como devem se comportar para garantir que a ope ração seja realizada conforme programada Não basta ter o melhor PLC do mercado nem mesmo ter o melhor atuador do mercado pois se o sistema não consegue medir como está se comportan do cada uma das partes e componentes deste sistema fatalmente teremos um sistema que não performará como esperado Ou seja não existe sistema automatizado de qualidade sem a correta aplicação de sensores transduto res e medidores Muitas vezes os profissionais focam apenas em aprofundar seus estudos em PLC e Controladores em geral e acabam por negligenciar os estudos na área de sensores mas ao fazerem isso perdem grandes oportunidades profissio nais pois sensores são aplicados em grande quantidade e por consequência existem muitas empresas que fabricam e aplicam esse tipo de componente Compreender os conceitos e saber como aplicar sensores transdutores e me didores permite que o profissional na área de automação se torne disputado pelo mercado 21 SENSORES ANALÓGICOS E DIGITAIS Sensores são o tipo de componente mais utilizados na indústria eles são a base da automação industrial pois permitem que os sistemas recebam informação das mais diversas fontes daquilo que esteja sendo controlado Academicamen te e tecnicamente o termo correto para sensores prontos para uso em contro ladores e sistemas é Transdutor porém por popularmente serem conhecidos como Sensores esse será o termo utilizado 33 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Sensores industriais são divididos em dois grandes grupos sendo estes os Sen sores Analógicos e Sensores Digitais Nos próximos tópicos serão apresentadas suas características e aplicações 211 SENSORES ANALÓGICOS Medir grandezas físicas é vital para realização de controles industriais Para controlarmos uma caldeira por exemplo se faz necessário saber a pressão e a temperatura da caldeira caso contrário teremos baixa pressão ou uma pressão perigosamente alta Tomando o exemplo da temperatura fazemos a medição com o uso de um termômetro pois este é capaz de medir a temperatura de um ambiente ou objeto FIGURA 1 VARIAÇÃO DE TEMPERATURA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta quatro indicações de temperatura na qual são representadas temperaturas alta média alta média baixa e baixa Considerando uma caldeira manual o operador faria a leitura da temperatura manualmente e realizaria os ajustes necessários para que a caldeira operasse na temperatura correta Porém em um sistema automatizado se faz necessário que o seu controlador possa receber a informação de temperatura e então fazer os ajustes Para isso existem os Sensores Analógicos 34 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Sensores Analógicos produzem sinais elétricos capazes transmitir de forma proporcional alguma grandeza física em outras palavras sensores transfor mam uma grandeza física em um valor elétrico Balanças utilizam Células de Carga para determinar o peso FIGURA 2 CÉLULA DE CARGA Fonte Pixabay 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um sensor do tipo célula de carga Existe uma infinidade de sensores capazes de medir as mais variadas grande zas como intensidade de luz força velocidade som posição pressão vazão nível e outros Alguns deles serão detalhados nos tópicos a seguir Existe uma grande variedade de tipos de saída de Sensores Analógicos mas os tipos mais comuns são 0 a 5V 0 a 10V 10 a 10V 0 a 20 mA 4 a 20 mA PT100 e Termopar Sensores analógicos variam sua saída conforme a grandeza medida sofre al teração ou seja eles representam um valor em um determinado momento e colocando de forma gráfica é possível identificar o comportamento da grande za medida Para fixar esta informação nada melhor do que ilustrar com algo do cotidiano Um eletrocardiograma funciona dessa forma visto que um sen sor mede o batimento cardíaco de forma analógica e então podemos verificar graficamente ao longo do tempo 35 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 3 ELETROCARDIOGRAMA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta um eletrocardiograma Seguem as características estáticas de Sensores Analógicos Sensibilidade É a razão da variação da saída em relação a variação da entrada Linearidade existem sensores com saídas lineares e não lineares sensores de temperatura do tipo NTC são mais precisos porém não são lineares Resolução É o menor valor medido por um sensor um exemplo prático são termômetros residenciais estes medem geralmente com resolução de 01 ºC 36 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Faixa de operação Também conhecido como range é a faixa de operação de um sensor por exemplo um sensor de pressão que mede entre 20 e 100 bar Histerese Alguns sensores podem gerar variação na medição quando em curva de subida ou descida Threshhold É o valor mínimo detectável pelo sensor funciona como o Velocímetro do carro que só passa a medir a partir de 10 kmh Zona morta São faixas na medição onde o sensor não detecta variação isso ocorre geralmente por folgas ou atritos em componentes mecânicos de sensores Relação sinalruído É a relação entre as potências do sinal medido e o ruído gerado pelo sensor 212 SENSORES DIGITAIS Sensores digitais possuem apenas dois valores de saída os quais são nível lógi co 0 e nível lógico 1 Não existem valores intermediários inferiores ou superiores pois estes representam uma condição VERDADEIRA ou FALSA 37 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 4 CONDIÇÃO VERDADEIRA E FALSA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta os sinais feitos com a mão de positivo e negativo positivo o dedão está para cima negativo o dedão aponta para baixo Enquanto os sensores analógicos que estudamos no tópico anterior mediam grandezas os sensores digitais verificam uma condição prédeterminada A se guir veremos um exemplo comparativo de aplicação de sensores de tempera tura do tipo digital e do tipo analógico Tomemos como exemplo uma autoclave sem PLC um simples sistema por contator Ela deve aquecer até atingir 100 C e desligar Aplicaremos dois tipos de sensores Transdutor analógico de temperatura Esse sensor enviará a temperatura da autoclave e permitirá que um indicador numérico apresente a temperatura Sensor digital de temperatura Termostato Será aplicado um termostato ajustado para 100 C quando a temperatura autoclave atingir a temperatura ajustada o termostato muda seu estado de 0 para 1 e desliga o contator 38 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Existe uma infinidade de sensores digitais estamos rodeados por eles em nos so cotidiano temos desde uma simples chave comutadora a qual detecta que o freio de mão do nosso carro está acionado e indica o estado através de uma luz no painel até o termostato do sistema de arrefecimento do carro que de tecta que a temperatura do bloco do motor atingiu um nível que requer o liga mento da ventoinha do radiador Na indústria o uso de sensores é ainda maior e mais evidente em toda a cadeia produtiva FIGURA 5 USO DE SENSORES NA INDÚSTRIA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma indústria com vários prédios unidades de armazenamento e veículos os quais representam o uso abrangente de sensores na indústria Segue os principais tipos de sensores utilizados em ambiente industrial Chaves Comutadoras Existem muitos tipos de chaves comutadoras desde interruptores até chaves fim de curso Basicamente é um sistema mecânico que fecha um circuito elétrico como um interruptor quando acionado 39 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 ReedSwitchs São como chaves comutadoras porém acionada por um ímã Fotosensores São sensores que permitem a detecção da presença de luz Existem vários tipos como fotocélula fotodiodo e fototransístors Termostatos São sensores que atuam em função da temperatura Sensores Capacitivos Esse tipo de sensor se utiliza alteração capacitiva que um objeto provoca no campo de ação do sensor e quando se aproxima dentro do ajuste do sensor comuta o estado Sensores Indutivos Esse tipo de sensor gera um campo magnético e quando um objeto metálico se aproxima dentro do range do sensor este comuta o estado da saída Sensores Ultrassônicos Esse tipo de sensor emite ondas ultrassônicas e ao refletir em um objeto com um tamanho mínimo comuta seu estado 40 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 213 CONVERSORES ADDA Conversores são componentes ou circuitos eletrônicos capazes efetuar a con versão de Grandezas de Analógico para Digital ou viceversa Existem dois tipos de saída para sensores digitais tomando como exemplo sensores do tipo chave comutadora Normal Aberto NA Nessa configuração os contatos permanecem abertos e se fecharão quando a chave for acionada Exemplo de aplicação botão de Início de Ciclo de uma máquina Esse tipo de saída NÃO deve ser adotado em circuitos de segurança pois caso o sensor ou os cabos tenham algum problema o equipamento NÃO para Normal Fechado NF Nessa configuração os contatos permanecem fechados e se abrem quando a chave é acionada Exemplo de aplicação botão de Emergência de uma máquina Esse tipo de saída deve ser adotado em circuitos de segurança pois caso o sensor ou os cabos tenham algum problema a equipamento para Conversor AD Conversor AnalógicoDigital Conversor DA Conversor DigitalAnalógico 41 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 6 CONVERSOR ADDA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma indústria com vários prédios unidades de armazenamento e veículos os quais representam o uso abrangente de sensores na indústria Para iniciarmos esse tópico é vital lembrarmos alguns conceitos vistos nos tópicos anteriores Grandezas analógicas São grandezas que variam ao longo do tempo Representam grandezas físicas como vazão peso e temperatura Grandezas digitais São sinais digitais 1 ou 0 que podem alterar de estado ao longo do tempo podem ser estados ou códigos binários Representam estados como aberto fechado cheio e vazio 42 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Os conversores existem para transformarem Grandezas Digitais em Analógicos e viceversa Essas conversões ocorrem por uma série de razões dentre elas destacamse Armazenamento de dados analógicos além de mais lento é mais complexo Um ótimo exemplo de dispositivo do nosso cotidiano que se utiliza de diversos conversores é o celular que se utiliza de Conversores AD para realizar as cha madas Conversor DA para transformar em som para o usuário poder ouvir e novamente Conversor AD para transformar aquilo que o usuário fala em dados para quem está do outro lado da ligação poder ouvir Converter de Digital para Analógico caso seja necessário controlar algum atuador com entrada analógica por exemplo um servo acionamento com entrada analógica Acionar dispositivos de áudio como por exemplo uma saída de fone de ouvido Converter de Analógico para Digital computadores controladores e afins processam as informações de forma digital ou seja em qualquer sistema microcontrolado se faz necessário utilizar esse tipo de conversor 43 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 7 CONVERSORES NO COTIDIANO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma mulher falando ao celular Na automação industrial a função desses conversores é adequar essas gran dezas e permitir por exemplo que um PLC digital possa ler um valor de pres são através de um Conversor AD e por outro lado permite que este mesmo PLC acione atuadores analógicos como por exemplo um servo acionamento analógico A resolução desses conversores é dada em bits que comercialmente varia en tre 4 e 16 bits e quanto maior for o valor mais fiel será a conversão do sinal 22 TIPOS DE SENSORES Quando falamos de sensores na automação industrial existem duas grandes vertentes Sensores utilizados em processos de manufatura e Sensores utiliza dos em processos contínuos O primeiro foi amplamente abordado nos tópi cos anteriores agora vamos nos aprofundar no segundo tipo dando foco em três dos principais tipos de sensores utilizados na indústria de Temperatura Vazão e Nível 221 SENSORES DE TEMPERATURA Em processos contínuos a temperatura é uma das grandezas mais importan tes pois afeta a maioria das demais grandezas do processo como por exemplo viscosidade volume reatividade química PH e outras 44 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 8 PROCESSO CONTÍNUO Fonte Pixabay 2022 PraTodosVeremA imagem apresenta uma rede de tubulações de um processo contínuo de fabricação contendo diversos tipos de sensores e medidores Existem três grandes grupos de grupos de transdutores de temperatura Sensores tipo Resistivos Esse tipo de sensor tem a característica de aumentar sua resistência de forma diretamente proporcional à temperatura Vantagens preciso facilmente calibrável e estável Desvantagens faixas de leitura menores maior custo e mais frágeis Sensores tipo Termopares Utiliza o efeito termopar que permite medir a temperatura através do comportamento de dois metais diferentes submetidos a uma diferença de temperatura Esse tipo de sensor requer a leitura e conversão por um medidor apropriado que efetua a devida compensação Quando se utiliza termopares se faz necessário escolher o tipo entre B C E J K N R S e T cada um composto de uma diferente combinação de metais que permite a medição de uma faixa de temperatura específica Vantagens baixo custo elevada faixa de operação duráveis e atingem altas temperaturas Desvantagens não são o método mais preciso possuem limite de distância para instalação e requerem cabos de extensão e compensação 45 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Sensores tipo Termistores Esses se dividem nos tipos PTC e NTC com coeficientes positivos e negativos respectivamente O funcionamento ocorre também através da variação da resistência porém não linear Vantagens são pequenos duráveis precisos e estáveis Desvantagens não suportam elevadas temperaturas e não são lineares Processos de fermentação requerem temperaturas estáveis FIGURA 9 PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma sala contendo alguns tanques utilizados em processo de fermentação de bebidas destiladas Utilizando seu buscador de preferência procure pelas palavras termopar e tabela assim você encontrará facilmente uma relação dos tipos materiais e faixas de operação dos termopares utilizados no mercado 46 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Processos contínuos de alto volume como os que ocorrem em uma plataforma de extração de petróleo requerem respostas rápidas para as variações térmicas FIGURA 10 PLATAFORMA DE EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta uma plataforma de extração de petróleo Tomando como exemplo as Figuras 9 e 10 ao escolher um sensor ou transdutor de temperatura nós devemos considerar todos os aspectos envolvidos desde os mais óbvios como a faixa de temperatura que precisa ser medida até aqueles que requerem mais conhecimento da aplicação como o tempo de resposta a tolerância à vibração e a resistência mecânica por exemplo 47 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 222 SENSORES DE NÍVEL Quando pensamos em sensores de nível a primeira aplicação que pensamos são caixas dágua porém podemos utilizar em várias outras aplicações como tanques pequenos utilizados em sistemas de batelada e silos de armazena mento de grãos FIGURA 11 SISTEMA DE BATELADA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um sistema em que uma pessoa está preparando uma batelada de produto químico O operador segura a mangueira utilizada para abastecer galões Medição de Nível em Automação Industrial medição da altura de conteúdos sólidos ou líquidos em um reservatório 48 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 12 SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta alguns silos de armazenamento de grãos Existem métodos de medição de nível por contato como por exemplo boias transdutores condutivos e sondas Mas também existem métodos sem conta to A seguir veremos os mais utilizados pela indústria Transdutor Capacitivo A medição ocorre posicionando uma haste no reservatório o conteúdo altera a capacitância É um sensor simples compacto e econômico Sensor Ultrassônico O sensor emite pulsos ultrassônicos e calcula o tempo de retorno ao sensor como um sonar É um sensor barato e aplicável em ambientes abertos ou fechados porém pode ser afetado por poeira ou mudança de temperatura 49 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Transmissor por Radiação O transmissor emite uma radiação e mede quanta radiação foi atenuada a partir da absorção do produto medido Utilizado em ambientes altamente corrosivos e muito preciso porém são caros e requerem tratativas de segurança Transmissor Óticos O sensor emite luz visível luz infravermelho ou laser e através da reflexão ou refração detecta o nível de líquidos É um sistema de resposta rápida porém é afetado por pó Sensores de nível permitem que sistemas contínuos façam o consumo e arma zenamento de materiais por exemplo em uma indústria petroquímica FIGURA 13 ARMAZENAMENTO DE DERIVADOS DE PETRÓLEO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um sistema de armazenamento de derivados de petróleo O sistema de armazenamento é composto por tubulações que abastecem tanques de grande porte 50 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 223 SENSORES DE VAZÃO No nosso cotidiano estamos cercados por medidores de vazão seja no posto de combustível ao abastecer o carro ou até mesmo o hidrômetro em nossa casa Algumas temeridades na medição de nível Pó em Suspensão quando se armazena sólidos podem ocorrer a interferência dos pós em suspensão na medição de nível Incrustação quando se cria uma camada de produto incrustado podendo afetar a eficiência da medição Interfaces Complexas quando em um mesmo reservatório armazenase dois ou mais fluidos com densidades diferentes a medição de nível será afetada Se faz necessário tratativa específica para cada caso Espuma muito comum em processos contínuos e de batelada podem interferir de forma significativa na medição de nível 51 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 14 HIDRÔMETRO Fonte Pixabay 2022 PraTodosVerem A imagem representa um Hidrômetro Outros exemplos de uso de medidores de vazão na indústria são sistemas de envase É usado por exemplo para medir quanta água uma máquina está co locando dentro de uma garrafa ou pode também medir sistemas contínuos como o transporte de petróleo por tubulações FIGURA 15 ENVASADORA DE ÁGUA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma máquina de envase de água A máquina é composta por uma esteira que transporta garrafas e um bico de envase que enche as garrafas com água 52 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 16 TUBULAÇÃO DE PETRÓLEO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem representa uma tubulação de petróleo As tubulações são de grande bitola e estão apoiadas em grandes colunas Medidores de vazão medem fluidos seja líquido ou gás alguns modelos podem medir ambos alguns apenas líquidos sequem os mais utilizados na indústria Medidor Magnético O medidor gera um campo magnético e utiliza o líquido medido como condutor assim medindo a tensão gerada é possível determinar a vazão Vazão é a quantidade de fluido que passa por uma seção em um tempo determinado Ou seja quanto maior for a velocidade do fluido maior será a vazão Medidores de podem medir o volume do fluido ou a massa então devemos lembrar que o volume varia com a temperatura enquanto a massa do fluido não 53 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Medidor Turbina O medidor possui uma turbina a qual mede a velocidade que ela gira Quanto mais rápida for a turbina maior será a vazão Medidor Ultrassônico Esse tipo de sensor gera ultrassom o fluido passa entre o gerador e o receptor de ultrassom medese a diferença entre aquilo que foi gerado e aquilo que foi medido Essa diferença é proporcional à vazão Medidor Vortex O medidor possui uma restrição que naturalmente gera um vórtex A frequência desse vórtex é medida pois é proporcional à vasão do fluido Medidor de Deslocamento Positivo São medidores mecânicos que possuem uma câmara com volume conhecido Ao fazer girar o mecanismo mecânico é possível determinar quantas vezes a câmara foi preenchida com o fluido Medidor por Efeito Coriolis Utiliza uma propriedade física chamada Coriolis que ao fazer vibrar dutos curvos e medindo a alteração na vibração permite medir a vazão de gazes e líquidos de forma mássica Os medidores de vazão em geral disponibilizam a vazão medida através de dado digital trem de pulso ou sinais analógicos 54 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL CONCLUSÃO DA UNIDADE Nesta unidade estudamos os sensores analógicos e digitais os conversores ADDA e além dos sensores de temperatura nível e vazão Pudemos entender os principais conceitos tipos e aplicações na indústria Esta unidade tem grande importância para as seguintes pois entenderemos como será aplicado os conhecimentos aqui abordados para realizar a auto mação de máquinas e processos UNIDADE 3 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 55 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Conhecer o histórico dos CLPs e a sua utilização no controle de processos industriais Identificar os principais componentes dos CLPs 56 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 3 ATUADORES E SENSORES INDUSTRIAIS INTRODUÇÃO Esta unidade abordará os principais conceitos dos Controladores Lógicos Pro gramáveis CLP Será apresentado um breve histórico da origem do CLP e a sua evolução O CLP é amplamente utilizado na indústria e no controle de processos indus triais Uma definição bem sucinta de um CLP é Os CLPs são computadores industriais para fins especiais projetados para uso no controle de uma ampla variedade de máquinas e sistemas de fabricação ou ainda um CLP é um dispositivo eletrônico especializado baseado em um ou mais microprocessa dores que é usado para controlar máquinas industriais As definições afirmam que os CLPs são computadores industriais onde o ter mo industrial implica que os CLPs são computadores projetados para operar nos ambientes de ruído físico e elétrico severos presentes nas plantas de pro dução Ainda nesta unidade vamos conhecer os principais componentes do CLP e as principais linguagens de programação dos CLPs As aplicações de controle por meio dos CLPs variam desde o controle liga desliga de um motor de bomba usando uma chave de nível de líquido até o controle de um sistema de transporte usado para classificar pacotes com base em códigos postais de destino 31 HISTÓRICO DOS CLPs Na década de 1960 a General Motors GM emitiu uma proposta para a subs tituição de máquinas baseadas em relés A história da CLP começou com um industrial chamado Richard E Morley que também foi um dos fundadores da Modicon Corporation em resposta à proposta da GM Morley finalmente criou o primeiro CLP em 1977 e o vendeu para a Gould Electronics que o apresentou à General Motors Este primeiro CLP está agora guardado em se gurança na sede da empresa 57 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 O primeiro CLP entrou em produção comercial quando a General Motors pro curava um substituto para os controles de relé O aumento da concorrência e a expansão das demandas por parte dos clientes significavam uma demanda por maior eficiência e o passo natural era projetar um sistema baseado em software que pudesse substituir os relés O requisito era que o novo sistema fosse capaz de Competir em preço com controles de relé tradicionais Seja flexível Suportar um ambiente hostil Ser modular em relação ao número de entradas e saídas Ser fácil de programar e reprogramar Os primeiros CLPs eram relativamente simples no sentido de que sua função era substituir a lógica do relé e nada mais Gradualmente os recursos melho raram cada vez mais e funções como contadores e atrasos foram adicionadas O próximo passo no desenvolvimento foi entradasaída analógica e funções aritméticas como comparadores e somadores A maioria dos fornecedores de CLP fornece módulos de contador de alta velocidade que são baseados em hardware e podem acomodar eventos ex tremamente rápidos Contadores típicos incluem contadores ascendentes contadores descendentes e contadores ascendentesdescendentes Os tem porizadores também são simulados por software e não existem fisicamente Os tipos mais comuns são os temporizadores de atraso na ativação atraso na desativação e retentivos Os incrementos de tempo variam mas normalmen te são maiores que 11000 de segundo A maioria das aplicações de controle de processo faz uso extensivo de temporizadores e contadores de várias ma neiras e aplicações 32 INTRODUÇÃO AOS CLPs Um Controlador Lógico Programável CLP é um computador de nível indus trial que pode ser programado para executar funções de controle O contro lador programável eliminou grande parte da fiação associada aos circuitos de controle de relé convencionais Outros benefícios incluem resposta rápida programação e instalação fáceis alta velocidade de controle compatibilidade 58 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL de rede solução de problemas e conveniência de teste e alta confiabilidade O CLP foi projetado para vários arranjos de entrada e saída faixas de tempera tura estendidas imunidade a ruídos elétricos e resistência à vibração e impac to Os programas para o controle e operação de equipamentos e máquinas de processo de fabricação são normalmente armazenados em memória não volátil ou com suporte de bateria Um CLP é um exemplo de sistema de tem po real pois a saída do sistema controlado pelo CLP depende das condições de entrada Os CLPs oferecem muitos benefícios incluindo Confiabilidade Aumentada Uma vez que um programa tenha sido escrito e testado ele pode ser facilmente baixado para outros CLPs Como toda a lógica está contida na memória do CLP não há chance de ocorrer um erro de fiação lógica O programa substitui grande parte da fiação externa que normalmente seria necessária para o controle de um processo A fiação embora ainda seja necessária para conectar dispositivos de campo é menos intensiva Os CLPs também oferecem a confiabilidade associada aos componentes de estado sólido Mais Flexibilidade É mais fácil criar e alterar um programa em um CLP do que conectar e reconectar um circuito Com um CLP as relações entre as entradas e saídas são determinadas pelo programa do usuário e não pela maneira como elas são interconectadas Os fabricantes de equipamentos originais podem fornecer atualizações do sistema simplesmente enviando um novo programa Os usuários finais podem modificar o programa em campo ou se desejar a segurança pode ser fornecida por recursos de hardware como travas de teclas e senhas de software Custo mais baixo Os CLPs foram originalmente projetados para substituir a lógica de controle do relé e a economia de custos foi tão significativa que o controle do relé está se tornando obsoleto exceto para aplicações de energia Geralmente se uma aplicação tiver mais de meia dúzia de relés de controle provavelmente será mais barato instalar um CLP 59 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Capacidade de Comunicação Um CLP pode se comunicar com outros controladores ou equipamentos de computador para executar funções como controle de supervisão coleta de dados dispositivos de monitoramento e parâmetros de processo e download e upload de programas Tempo de resposta mais rápido Os CLPs são projetados para aplicações de alta velocidade e em tempo real O controlador programável opera em tempo real o que significa que um evento ocorrido em campo resultará na execução de uma operação ou saída Máquinas que processam milhares de itens por segundo e objetos que gastam apenas uma fração de segundo na frente de um sensor requerem a capacidade de resposta rápida do CLP A maioria dos CLPs utilizam a linguagem Ladder para a sua programação Os diagramas Ladder usam símbolos padrão e endereços associados para representar de forma exclusiva diferentes elementos e eventos Duas barras verticais representando L1 e L2 abrangem todo o diagrama e são chamadas de barramentos de potênciatensão Todas as redesdegraus começam na ex trema esquerda L1 e seguem para a direita terminando em L2 A energia flui da esquerda para a direita através dos circuitos fechados dispo níveis Entradas como interruptores recebem o símbolo de contato de um relé Saídas como a campainha são atribuídas ao símbolo de bobina de um relé A alimentação CACC é uma fonte de alimentação externa e portanto não apa rece no diagrama de lógica Ladder O CLP executa a lógica e liga ou desliga uma saída usando uma interface de comutação TRIAC sem levar em conside ração o dispositivo físico conectado a essa saída 33 USO DOS CLPS NO CONTROLE DE PROCESSOS O controlador de uso geral ou controlador é tecnicamente uma combinação funcional de um CLP e controlador de malha múltipla que implementa tanto controle discreto controle sequencial com intertravamentos quanto contro le contínuo controle de entradas múltiplassaídas múltiplas MIMO em Au tomação do processo Em processos contínuos embora o principal requisito seja a automação de processos contínuos também existem subprocessos 60 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL discretos que precisam de automação Em vista disso o controlador suporta ES digital e analógica No entanto este é um controlador de uso geral com mais ênfase na automação contínua de processos controle MIMO e maior precisão no manuseio de dados analógicos A velocidade não é um requisito importante aqui 34 ENTRADAS E SAÍDAS DO CLP Em um CLP modular todas as entradas e saídas ocorrem em blocos ou mó dulos que são projetados para receber vários tipos de sinais e transmitir si nais em vários formatos Existem blocos de entrada para sinais digitais sinais analógicos elementos térmicos e termopares decodificadores etc Existem também blocos de saída para sinais digitais e analógicos bem como blocos para fins especiais Cada entrada e saída tem um endereço único que pode ser utilizado no códi go do programa Os módulos de ES cuidam do isolamento elétrico para pro teger o CLP e geralmente possuem funções integradas para processamento de sinal Isso significa que os sinais de entrada e saída podem ser conectados diretamente sem a necessidade de usar nenhum circuito eletrônico extra Um sensor digital ou lógico geralmente vem equipado com um transmissor com saída padrão de 24 V e portanto está bem adaptado aos CLPs O que é mais importante nas conexões é a polaridade e o potencial de referência comum 35 FUNCIONAMENTO DO CLP A operação de um CLP é muito simples O processador toma decisões com base em um programa de lógica Ladder escrito pelo usuário Para usar o pro grama corretamente o CLP deve comunicarse com os vários dispositivos de campo aos quais está encarregado de monitorar e controlar Em seguida ele compara as condições reais dos dispositivos de campo com o que o programa os instrui a fazer e atualiza os dispositivos de saída de acordo A sequência operacional do CLP é a seguinte 1 O interruptor de entrada é pressionado 2 O módulo de entrada coloca um 1 na tabela de dados de entrada 61 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 3 O programa de lógica Ladder vê o 1 e fez com que um 1 fosse colocado na tabela de dados de saída 4 A tabela de dados de saída faz com que o módulo de saída energize o ponto associado 5 O dispositivo de saída é energizado O ciclo de scan Scan Cycle os CLPs operam continuamente varrendo os programas e repetem esse processo muitas vezes por segundo Quando um CLP é iniciado ele executa verificações de falhas no hardware e no software também chamado de autoteste Se não houver problemas o CLP iniciará o ciclo de varredura O ciclo de scan consiste em três etapas varredura de entra da execução de programas e varredura de saída Varredura de entrada Uma maneira simples de ver isso é que o CLP tira um instantâneo das entradas e resolve a lógica O CLP verifica cada placa de en trada para determinar se está ligada ou desligada e salva esta informação em uma tabela de dados para uso na próxima etapa Isso torna o processo mais rápido e evita casos em que uma entrada muda do início ao fim do programa Execute Program Logic Execution O CP executa um programa uma instru ção por vez usando apenas a cópia de memória das entradas do programa de lógica Ladder Por exemplo o programa tem a primeira entrada como ON Como o CP sabe quais entradas estão ligadasdesligadas do passo anterior ele poderá decidir se a primeira saída deve ser ligada Varredura de Saída Quando a varredura Ladder é concluída as saídas são atu alizadas usando os valores temporários na memória O CLP atualiza o status das saídas com base em quais entradas estavam ligadas durante a primeira etapa e os resultados da execução de um programa durante a segunda eta pa O CLP agora reinicia o processo iniciando uma autoverificação de falhas Os programas de lógica Ladder são modelados com base na lógica do relé Na lógica do relé cada elemento na escada irá comutar o mais rápido pos sível Os elementos do programa só podem ser examinados um de cada vez em uma sequência fixa A varredura lógica Ladder começa no degrau supe rior No final da linha ele interpreta primeiro a saída superior e em seguida a saída ramificada abaixo dela No segundo degrau ele resolve ramificações antes de se mover ao longo do degrau da lógica Ladder 62 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 36 PRINCIPAIS TIPOS E FABRICANTES Os critérios usados na categorização de CLPs incluem funcionalidade núme ro de entradas e saídas ES custo e tamanho físico Destes a contagem de ES é o fator mais importante Em geral o nano é o menor tamanho com me nos de 15 pontos de ES Isso é seguido pelos tipos micro 15 a 128 pontos de ES tipos médios 128 a 512 pontos de ES e tipos grandes mais de 512 pontos de ES A correspondência do CLP com a aplicação é um fator chave no processo de seleção Em geral não é aconselhável comprar um sistema CLP maior do que as necessidades atuais ditam No entanto as condições futuras devem ser antecipadas para garantir que o sistema tenha o tamanho adequado para atender aos requisitos atuais e possivelmente futuros de uma aplicação Existem três tipos principais de aplicação CLP tarefa simples multitarefa e gerenciamento de controle Uma aplicação de CLP de tarefa única ou independente envolve um CLP controlando um processo qualquer Esta seria uma unidade autônoma e não seria usada para comunicação com outros computadores ou CLPs O tama nho e a sofisticação do processo controlado são fatores óbvios para determi nar qual CLP selecionar As aplicações podem exigir um processador grande mas normalmente esta categoria requer um CLP pequeno Uma aplicação de CLP multitarefa envolve um CLP controlando vários pro cessos A capacidade de ES adequada é um fator significativo neste tipo de instalação Além disso se o CLP for um subsistema de um processo maior e tiver que se comunicar com um CLP ou computador central também são necessárias provisões para uma rede de comunicação de dados Uma aplicação de CLP de gerenciamento de controle envolve um CLP con trolando vários outros Este tipo de aplicação requer um grande processador CLP projetado para se comunicar com outros CLPs e possivelmente com um computador O CLP de gerenciamento de controle supervisiona vários CLPs baixando programas que informam aos outros CLPs o que deve ser feito Deve ser capaz de se conectar a todos os CLPs para que com o devido endereça mento possa se comunicar com qualquer um que desejar 63 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Entre os principais fabricantes de CLPs podemos citar A Siemens é tida como a principal fabricante de CLPs do mundo Sua linha de CLPs SIMATIC tem um controlador para cada aplicação A Rockwell AutomationAllen Bradley a Rockwell Automation adquiriu a Allen Bradley por aproximadamente US 16 bilhão em 1985 Mas o valor da Allen Bradley é aumentado pelo fato de ser uma marca histórica fundada em 1903 mesmo ano da Rockwell É considerada uma das maiores empresas de au tomação industrial do mundo Suas ofertas de CLP variam de grandes até pequenos sistemas nano A Mitsubishi Electric é uma das maiores unidades de negócios do gigantesco conglomerado que é o Grupo Mitsubishi com impressionantes 350000 fun cionários É um dos maiores fabricantes de CLPs com possivelmente o maior alcance e sua sede no Japão está em uma região onde se prevê um rápido crescimento A Siemens oferece uma vasta gama de CLPs entre elas a linha SIMATIC que possui desde controladores básicos até os mais avançados Acesse o site para saber mais httpsnewsiemens combrptprodutosautomacaocontroladores html A Rockwell AutomationAllen Bradley possui uma linha de CLPs que varia de aplicações de pequeno porte até sistemas de controle de grande porte Além disso possui um software robusto para gerenciar e controlar os CLPs da família Allen Bradley Logix 5000 Acesse o site para saber mais httpswwwrockwellautomationcomptbr productshardwareallenbradleyprogrammable controllershtml 64 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL A Schneider Electric é um fornecedor líder de CLPs Acreditase que a Mo dicon uma das marcas da Schneider Electric tenha produzido o primeiro CLP nos EUA em 1968 Então por meio de uma série de fusões e aquisições a Schneider Electric surgiu em 1999 Hoje a Schneider Electric uma empresa francesa emprega 135000 pessoas A ABB gigante industrial suíçosueco obteve sucesso espetacular nos últimos anos pelo menos em termos de talento com o qual lançou muitos novos pro dutos do que descreve como o primeiro robô verdadeiramente colaborativo do mundo o YuMi de dois braços à sua plataforma industrial de internet das coisas Ability A ABB também é um dos maiores fabricantes mundiais de ro bôs industriais portanto oferece uma ampla gama de CLPs A Mitsubishi Electric possui a série de controladores MELSEC que atende a uma vasta gama de aplicações Além disso a fabricante disponibiliza treinamentos e webnars gratuitos nos canais oficiais no Youtube Acesse o site para saber mais httpswwwmitsubishielectriccomfabrpt productscntindexhtml A Schneider Electric atende a uma grande gama de aplicações entre elas aplicações residenciais e pequenos negócios automação de edifícios e segurança distribuição de energia elétrica e automação e controle Acesse o site para saber mais httpswwwsecombrpt productsubcategory3910controladorespara mC3A1quinasindustriaisclpepac 65 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 A Honeywell Process é uma das unidades de negócios da Honeywell Interna tional que começou de alguma forma em 1906 A empresamãe com sede nos EUA emprega 114000 pessoas tem receitas anuais de quase US 42 bi lhões e um valor de mercado de mais de US 103 bilhões Os CLPs que a Ho neywell Process oferece atualmente estão dentro de sua faixa Control Edge nome que sugere que a empresa prioriza a computação de borda sobre a computação em nuvem algo que pode tranquilizar as empresas industriais Omron essa empresa japonesa costuma lançar centenas de produtos de uma só vez e é uma espécie de especialista em CLPs embora tenha uma am pla gama de ofertas incluindo robôs e sensores industriais A gama de CLP da Omron inclui versões micro e modulares e ao todo provavelmente tem o maior número de dispositivos individuais A ABB oferece CLPs de autodesempenho e flexibilidade para atender mercados de infraestrutura predial distribuição de água e gás data centers energias renováveis e automação de máquinas Acesse o site para saber mais https newabbcomCLPpt A Honeywell Process uma família de controladores de última geração que oferece conectividade segura em todos os níveis de processos e funções de negócios operações otimizadas e eficiências de manutenção para atender às suas diversas necessidades de automação Acesse o site para saber mais httpsprocesshoneywellcomus eninitiativecontroledgecontroledgefamily controller 66 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Independentemente do fabricante do CLP a escolha do CLP ideal para deter minada aplicação depende basicamente de considerações mais importantes na escolha de um CLP requisitos do sistema requisitos ambientais entradas e saídas ES velocidade da CPU tipos de protocolo de comunicação e pro gramação As tarefas que seu sistema deve realizar determinarão o tipo de CLP que você precisa Outro fator decisivo é se o seu sistema deve ser construído do zero ou se os produtos existentes já estão instalados Esses fatores são importantes porque você desejará combinar a funcionalidade de um CLP com a tarefa em mãos e com quaisquer produtos existentes instalados Embora a maioria dos CLPs seja robusta para ambientes físicos difíceis proble mas como poeira vibração temperatura ou códigos de instalação específicos podem afetar sua aplicação Temperaturas extremas por exemplo podem ser problemáticas A faixa de operação típica para CLPs é de 0 a 55 graus Celsius 32 a 130 graus Fahrenheit mas se a temperatura ambiente de sua instalação estiver fora dessa faixa ou tiver outros requisitos ambientais atípicos você pre cisará pesquisar outros potenciais candidatos de CLP mais detalhadamente As entradas e saídas são fundamentais para o funcionamento de um CLP Dois fatoreschave a serem considerados na escolha do CLP correto são o nú mero de ES e sua localização Como um CLP controla uma parte considerável de um processo você deve certificarse de que ele pode lidar com várias ES e ES de diferentes tipos O número de dispositivos analógicos e discretos que seu sistema possui também afetará essa decisão Tenha em mente que o nú mero de ES também determinará o tamanho do chassi do seu CLP A locali zação das ES também faz diferença na sua seleção Seu sistema exigirá uma ES local ou você precisará de ES local e remota A resposta a esta pergunta depende se seu aplicativo terá subsistemas que estão a uma longa distância No site da Omron é possível realizar uma pesquisa dos modelos de CLPs de acordo com critérios como tipo de entrada número de expansões do CLP tipo de comunicação do CLP entre outras Acesse o site para saber mais https automationomroncomptbrproductsfamilies programmablelogiccontrollers 67 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 da CPU Você também precisará investigar se as velocidades e distâncias da ES remota são suficientes para sua aplicação O processamento da CPU deve ser rápido o suficiente para lidar com várias ES e os tipos de coleta de dados necessários para sua aplicação Ter memória suficiente também é essencial e dependerá de quantos dispositivos você pos sui Outra consideração é o tempo de varredura que é a quantidade de tem po que a CPU leva para realizar um ciclo de coleta de entradas execução do programa CLP e atualização das saídas Além disso a memória do programa para a CPU será determinada pelo tipo de programa e instruções que você planeja usar O tipo de protocolo de comunicação que seu sistema usará é outro fator na seleção do CLP Com que tipo de redes ou dispositivos o CLP se comunicará Às vezes os CLPs são equipados com portas de comunicação mas outros requerem módulos de comunicação adicionais Outras opções são a comu nicação remota via Ethernet ou a criação de vários tipos de comunicação conforme o sistema requer CONCLUSÃO DA UNIDADE Os CLPs evoluíram muito desde a sua primeira versão Atualmente os CLPs são utilizados em várias aplicações ao redor do mundo desde indústrias de bens e consumo até sistemas de distribuição de água gás e energia elétrica Existem diversos modelos e fabricantes de CLPs e importantes considera ções devem ser analisadas para a escolha correta do modelo do CLP que será utilizado para controlar a aplicação ou processo em questão Conhecer os diversos fabricantes é interessante para poder escolher com se gurança o CLP ideal para a sua aplicaçãoprocesso industrial UNIDADE 4 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 68 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Compreender o que é o ciclo de varredura e varredura do programa no PLC Identificar a simbologia do diagrama de contato nos PLCs 69 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 4 DIAGRAMAS DE CONEXÃO E DE CONTATOS INTRODUÇÃO Se pensamos que no universo da automação o PLC pode ser considerado o cérebro de máquinas e sistemas para que possamos programar esses cére bros se faz necessário entender como eles pensam e a linguagem que eles utilizam A programação de PLC tem grande influência dos sistemas elétricos que os precederam Isso ocorreu pois os PLC tinham como função substituir siste mas complexos controlados por Contatores e Relés Daí então surgiu uma linguagem chamada Ladder ou Diagrama de Contatos que se utiliza de re presentações semelhantes a um diagrama elétrico para determinar como o PLC deve trabalhar Assim como todo tipo de programação é importante que conheçamos os conceitos de execução para só então iniciar a entender cada um dos com ponentes disponíveis Esta unidade lhe dará o entendimento dos conceitos e componentes para que possa entender como deve programar um PLC para que esse possa controlar máquinas e sistemas complexos da indústria 70 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 1 SISTEMA ROBÓTICO DE PRODUÇÃO Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta dois robôs um do lado esquerdo e outro do lado direito e no meio um equipamento 41 CICLO DE VARREDURA E VARREDURA DO PROGRAMA O ciclo de varredura do programa também conhecido como Scan nada mais é que o comportamento de leitura do programa de PLC Em outras palavras é a rotina sequencial que o PLC adota para executar o programa Essa rotina acontece de forma cíclica ou seja ao terminar reinicia o ciclo São 3 passos apa rentemente simples mas que são a base de toda a programação de PLC Leitura das entradas O PLC monitora os estados das entradas Leitura do programa O PLC lê o programa nele inserido e assim determina todas as ações que deve tomar 71 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Atualização das saídas O PLC atualiza as saídas com aquilo que foi determinado na leitura do programa Esses três passos ocorrem de forma muito rápida geralmente em milissegun dos Porém o tempo de execução depende basicamente da capacidade de processamento do PLC quantidade de módulos utilizados e principalmente do tamanho do programa nele inserido Por isso é muito importante realizar uma programação o mais objetiva quanto for possível A leitura do programa determina como o programa será executado pois sa bendo que a leitura é de CIMA para BAIXO digamos que queiramos ligar sa ídas de forma sequencial escreveremos o código onde os passos vão acon tecendo de CIMA para BAIXO A sequência do programa é tão importante quanto seu conteúdo 411 MEMÓRIA DO PLC O PLC possui uma memória chamada de executiva a qual contém o sistema operacional Essa memória não está acessível ao usuário Para nós usuários te mos o que é conhecido como memória de usuário A leitura do programa é feita de CIMA para BAIXO e da ESQUERDA para a DIREITA As partes mais importantes como itens de segurança devem estar no início do programa pois serão executadas com antecedência 72 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 2 PLC Fonte Pixabay 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um painel elétrico que possui um PLC e outros componentes como disjuntores e fios elétricos A memória de usuário é dividida em duas partes a primeira armazena o pro grama que criamos a segunda parte é onde estão os dados de usuário Esses dados são manipuláveis pelo usuário e são de dois tipos voláteis e não voláteis Para entender esses tipos de memória podemos comparar com um computa dor em que dados não voláteis são aqueles que queremos armazenar no HD e os dados voláteis são como a memória RAM ou seja eles servem para executar o processamento mas não são armazenados 73 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 3 MEMÓRIA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta uma memória eletrônica composta por uma placa eletrônica e microchips Memórias voláteis têm como função realizar o processamento das informações durante a execução do programa como fazer cálculos criar lógicas e intertra vamentos na lógica Memórias não voláteis têm como função armazenar informações que preci sam ser mantidas como parâmetros do processo receitas de operação e regis tros de falhas por exemplo Existem diferentes maneiras de definir qual tipo de memória será utilizada por isso é importante sempre consultar a documentação do PLC utilizado Porém na maioria dos fabricantes são reservadas deferentes regiões de memória para cada tipo de memória ou seja ao selecionar uma área específica já se está se lecionando se aquele dado será armazenado ou não A menor unidade de memória é o Bite com ele será lido uma entrada digital ou será executada uma saída digital por exemplo Agrupar Bites permite lermos e controlarmos informações mais complexas Segue agrupamento 1 Byte 8 Bites 1 Word 2 Bytes 16 Bites 1 Double Word 2 Words 4 Bytes 32 Bites 74 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Entender esses agrupamentos é importante pois é através deles que se faz possível ler processar escrever e armazenar informações O armazenamento desse tipo informação se dá através de conversão binária Cada posição de um Byte possui um peso 128 64 32 16 8 4 2 1 Caso a posição possua um 1 multiplicase pelo peso correspondente Segue um exemplo 00000001 1 00000010 2 00000011 3 01011111 95 É possível fazer as principais operações matemáticas de forma binária e caso necessário é interessante pesquisar nos buscadores sobre Cálculo Binário e para um entendimento mais profundo sobre a conversão binária recomenda se também buscar sobre o assunto 412 CONCEITOS DE CONTATOS NF E NA Reservamos um tópico inteiro para estas instruções de programação de PLC pois além de serem as instruções mais básicas são as instruções mais utilizadas A princípio esse tipo de instrução não tem muito segredo Como já dito o PLC visava no início substituir circuitos complexos de comando por relés e contatores Por isso a maneira de programar PLCs é muito semelhante a um diagrama elétrico Existem outras formas de programar e outras simbologias porém trataremos da linguagem mais utilizada bem como as simbologias mais comuns Enten Contato NA Contato Normal Aberto Em inglês NC de Normaly Opened Contato NF Contato Normal Fechado Em inglês NO de Normaly Closed 75 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL dendo essas mais utilizadas pelo mercado fica fácil adaptar alguma eventual particularidade de um equipamento específico As instruções de contato NA e NF são iguais à simbologia de contatos de um relé FIGURA 4 CONTATOS NA E NF Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta os símbolos NA e NF Estes símbolos são barras paralelas verticais onde o símbolo NF possui uma linha diagonal cruzando as barras Para entender os contatos NA e NF basta pensar neles como botões ou seja no NA a energia passa pelo botão apenas quando o botão é pressionado já no NF a energia passa enquanto o botão estiver em repouso e cessa quando pressionado Tomemos como exemplo a Figura 5 Em repouso a Lâmpada Y0 ficará apaga da e Y1 Ligada ao pressionar o Botão X0 Y0 se ligará e ao pressionar X1 a Lâm pada Y1 que estava ligada se apagará FIGURA 5 EXEMPLO DE USO CONTATOS NA E NF Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de PLC composto por linhas horizontais que representam uma lógica e símbolos de contatos e bobinas que representam as condições e ações 76 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Novamente é importante lembrar que estamos aprendendo uma linguagem de programação que tem sua origem em diagramas elétricos então se faz ne cessário entender como podemos realizar lógicas de programação Num mo mento oportuno vamos aprofundar esse entendimento mas para esse mo mento basta entendermos como os contatos se comportam em diferentes configurações Na figura a seguir temos um exemplo em que as lâmpadas Y0 e Y1 estarão apagas em uma situação de repouso A lâmpada Y0 só se acenderá quando pressionarmos os botões X0 e X1 Já a lâmpada Y1 se acenderá quando qual quer um dos botões X2 ou X3 sejam acionados Note que se transportarmos a mesma lógica considerando que em vez de botões temos sensores e em vez de lâmpadas temos contatores que ligam motores podemos controlar siste mas de moto acionados FIGURA 6 EXEMPLO DE USO CONTATOS NA E NF SÉRIE E PARALELO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de PLC utilizando contatos NA e NF em série e em paralelo Em série os contatos estão um ao lado do outro enquanto no paralelo os contatos estão um em cima do outro em duas linhas distintas 413 NÍVEIS LÓGICOS DAS ENTRADAS Assim como estudamos nas entradas digitais os níveis lógicos representam uma condição VERDADEIRO ou FALSO também conhecido por 1 ou 0 Como no exemplo do tópico anterior podemos criar condições em que uma ou mais condições de entrada podem determinar uma condição de saída Va mos utilizar um exemplo prático que facilita o entendimento 77 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Níveis lógicos são a maior parte do controle realizado na maioria das aplica ções de automação industrial mesmo que tenhamos entradas analógicas ge ralmente em algum momento estas grandezas físicas são convertidas em um nível lógico Por exemplo em uma estufa simples com controle por PLC este tipo de equipamento basicamente possui um sensor analógico que mede a temperatura e uma resistência elétrica que aquece a estufa Ou seja temos uma entrada analógica e uma saída digital então como esse controle se dá Simples pois em algum momento teremos que transformar essa entrada ana lógica em um nível lógico Não é o objetivo do tópico apresentar instruções de comparação mas suponhamos que em algum lugar do programa foram colo cados blocos comparadores indicando que o sensor de temperatura está com a temperatura abaixo de 95C ligando X0 e um comparador indicando que a temperatura está acima de 105C ligando X1 Na Figura a seguir temos uma representação simplificada como ficaria esse programa considerando como a saída da resistência elétrica Y0 FIGURA 7 PROGRAMA SIMPLIFICADO DE UMA ESTUFA Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem representa um programa de duas linhas Na primeira linha o Contato X0 liga uma bobina do tipo SET Y0 e na segunda linha o contato X1 liga uma bobina do tipo RESET Y0 Considerando outro exemplo com níveis lógicos digitais vamos adotar um exemplo prático para facilitar o entendimento do assunto Sabemos que pren sas hidráulicas são amplamente utilizadas na indústria essas máquinas são extremamente eficientes porém muito perigosas se não garantirmos que o operador esteja com as mãos longe das partes móveis 78 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 8 PRENSA HIDRÁULICA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta uma prensa hidráulica que possui diversos botões de operação e grades de proteção Existem normas específicas para esse tipo de máquina visto que antes de fa zer a automação desse tipo de é vital que se tenha pleno entendimento das normas Mas apenas para efeito de exemplo vamos simplificar como daríamos segurança ao operador Para garantirmos que o operador esteja com as mãos longe das partes móveis vamos considerar que ele precisa acionar dois botões X0 e X1 de forma simul tânea e que uma porta esteja fechada Essa porta possui um sensor de segu rança com contato NF sendo esse X2 Quando o nível lógico dessas 3 entradas for atingido o embolo da prensa deve efetuar a operação através da saída Y0 O programa simplificado e sem considerar outros aspectos e normas seria o representado na figura a seguir 79 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 9 REPRESENTAÇÃO LÓGICA SIMPLIFICADA DE OPERAÇÃO BIMANUAL Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de uma linha com três contatos em série e uma bobina O contato X0 e X1 são do Tipo NA o contato X2 é NF e a Bobina é a Y0 42 SIMBOLOGIA DE DIAGRAMA DE CONTATOS A linguagem por Diagrama de Contatos também conhecida como Ladder não é a única disponível para a programação de PLC porém ainda hoje é a mais utilizada Nos tópicos a seguir vamos entender o conceito as principais simbologias e para fixar o conhecimento finalizaremos a unidade com alguns exemplos de diagramas de contatos 421 ELABORAÇÃO DE DIAGRAMA DE CONTATO Vamos entender as áreas de um Diagrama de Contatos e a partir daí podemos desenvolver e entender programas de PLC Para se aprofundar nos cinco tipos de programação procure no buscador de internet o termo 5 tipos de programação PLC apesar de menos utilizadas essas linguagens podem ser uteis Para se aprofundar no entendimento da norma que regulamenta a programação de PLC busque por IEC 611313 em seu buscador de internet favorito 80 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Como dito anteriormente a sequência de leitura do programa ocorre de CIMA para BAIXO e da ESQUERDA para a DIREITA olhando para um programa este é dividido em Colunas Rungs e Linhas FIGURA 10 ÁREAS DO PROGRAMA Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem representa um programa de PLC que possui colunas para inserção de contatos linhas para criação de uma lógica em série e rungs que representam uma ou mais linhas para lógicas em paralelo Coluna A coluna da direita sempre será a coluna de Saída ou seja nessa coluna estarão as resultantes da lógica sejam essas saídas memórias ou comandos As demais colunas são colunas onde posicionamos os elementos lógicos que serão lidos para determinar a lógica O número de é determinado pelo fabricante do PLC Rung É o agrupamento de uma ou mais linhas que representam uma regra lógica para acionamento de uma ou mais saídas 81 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Linhas São a representação de um ou mais elementos lógicos que atuam em uma lógica em série Para lógicas em paralelo por exemplo se faz necessário tantas linhas quanto sejam necessárias FIGURA 11 DIAGRAMA ELÉTRICO Fonte Pixabay 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um diagrama elétrico impresso em papel com algumas ferramentas elétricas Novamente essa maneira de apresentação e funcionamento está diretamen te ligado à origem dos PLCs que substituíam sistemas de controle por relés e contatores O funcionamento interno do PLC não acontece inserindo contatos e saídas re ais tudo ocorre de forma lógica Porém o funcionamento se utiliza de um con ceito totalmente elétrico As linhas paralelas verticais representam aquilo que seria um barramento elé trico com diferença de potencial no qual a corrente flui da linha esquerda para alinha da direita 82 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 12 FUNCIONAMENTO CONCEITUAL DO PROGRAMA DE PLC Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de PLC de uma linha As linhas verticais estão sinalizadas como possuindo uma tensão conceitual entre elas e a corrente elétrica conceitual circula da esquerda para a direita Considerando o conceito de funcionamento do PLC quando programamos um PLC basicamente precisamos posicionar contatos NA e NF de Relés outros componentes como contadores e temporizadores e finalmente saídas como memórias e saídas digitais Inclusive comandos elétricos tidos como clássicos funcionam em programa ção de PLC como um selo de contator por exemplo Caso programemos um selo de contator este funcionará no PLC 422 SIMBOLOGIA A Simbologia de Diagramas de Contatos varia bastante dependendo do fa bricante Estes oferecem ferramentas instruções e simbologias personalizadas portanto antes de iniciar a programação de qualquer PLC o qual não esteja familiarizado se faz necessário estudar a documentação do equipamento Porém é possível apresentar as instruções mais utilizadas bem como as sim bologias mais comuns para estes Existem basicamente 3 tipos de contatos o Normal Aberto NA o Normal Fe chado NF e o tipo pulso 83 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 13 SÍMBOLOS DE CONTATOS Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta os símbolos de contato Todos são compostos de barras verticais paralelas O NF possui uma linha diagonal cruzando as barras paralelas e no tipo Pulso possui há um P entre as barras paralelas Contatos do tipo pulso são utilizados após uma condição a qual se deseja gerar um pulso ou seja não se deseja que aquela condição permaneça ligada cons tantemente Existem além da bobina padrão as boninas de SET e RESET FIGURA 14 SÍMBOLOS DE BOBINAS Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta símbolos de bobina Todos são compostos de símbolos de parênteses no tipo RESET possui um R entre os parênteses e no tipo SET possui um S entre os parênteses A bobina SET tem a função de manter ligada um estado lógico e a de RESET tem a função oposta que é justamente desligar a condição de SET Existe uma grande variedade de temporizadores em programação de PLC po rém existem três principais 84 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 15 SÍMBOLOS DE TEMPORIZADORES Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta símbolos de temporizadores compostos por retângulos contendo conexões do tipo E e um local para inserção de um valor numérico representado por três símbolos de sustenido Temporizador tipo TON Ao ser ativado na entrada E inicia a contagem de tempo Quando o tempo atinge o valor definido em T a saída O será ativada Caso a entrada volte a zero antes de atingir o tempo determinado a saída não liga Temporizador tipo TOF Ao ser ativado na entrada E a saída O ligará imediatamente Ao desligar a entrada E a saída O permanece ligada até que o tempo determinado seja atingido Caso a entrada E retorne a ligar antes de atingir o tempo a saída O não será desligada Temporizador tipo TP Pulso Quando ativado na entrada E este ligará a saída O pelo tempo determinado e após o tempo atingido a saída O será desligada mesmo que a entrada E permaneça ativa Caso a entrada E caia antes do tempo determinado a saída O também cai 85 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Existem dois principais contadores utilizados para programar PLC FIGURA 16 SÍMBOLOS DE CONTADORES Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta os principais símbolos de contadores compostos por retângulos contendo conexões do tipo CU ou CD e um local para inserção de um valor numérico representando por três símbolos de sustenido além de conectores do tipo P ou R Contador tipo UP esse tipo de contador conta de forma crescente cada vez que a entrada CU é ativada e ao atingir o valor determinado em P a saída O se ligará A entrada R tem a função de reiniciar o contador para zero Contador tipo DOWN esse tipo de contador funciona de forma regressiva ou seja inicia com o valor definido em P e a cada vez que ativada a entrada CD o valor é decrementado em 1 quando o contador atinge 0 a saída O é ligada Ao ativar a entrada P o valor do contado retorna ao valor definido em P 423 EXEMPLOS DE DIAGRAMAS DE CONTATO Para fixarmos o conhecimento adquirido nos tópicos anteriores serão apresen tados alguns exemplos de programas de PLC Vamos iniciar com um exemplo para fixar instruções como Contato de Pulso Bobinas Set e Reset demonstrado na figura seguinte Analise o Diagrama de 86 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 contatos e tente entender como este funcionará tratase de uma porta auto mática que com um único botão permite que a porta abra e feche FIGURA 17 PROGRAMA CONTROLE PORTA MONOCOMANDO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de PLC composto por três rungs A rung 1 possui os contatos de botão sensor de porta aberta e sensor de porta fechada NA NF e NA respectivamente e uma bobina tipo SET para abrir a porta A rung 2 possui os contatos de botão sensor de porta fechada e sensor de porta aberta NA NF e NA respectivamente e uma bobina tipo SET para fechar a porta A rung 3 representa os sensores de porta aberta e fechada em paralelo com um contato tipo pulso em série e na saída bobinas do tipo RESET para abertura e fechamento da porta A Rung 1 mantém Ligada à Saída para Abrir Porta caso pressionado o Botão NÃO acionado sensor de porta aberta Acionado Sensor da porta Fechada A Rung 2 mantém Ligada à Saída para Fechar Porta caso pressionado o Botão NÃO acionado sensor de porta fechada Acionado Sensor da porta Aberta Na Rung 3 ambas as saídas são desligadas caso qualquer um dos sensores seja acionado Caso não utilizássemos o contato de pulso nessa Rung a condi ção estaria sempre desligando as saídas ou seja as portas jamais se abririam Poderíamos utilizar duas Rungs bastava dividilas e o funcionamento seria o 87 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL mesmo Portanto entenda que cada solução pode ser programada de diversas maneiras corretas No segundo exemplo apresentamos uma situação para fixar o uso de Memó ria e de Temporizador do tipo TON conforme figura a seguir Analise o Diagra ma de contatos e tente entender como este funcionará visto que se trata de uma operação que deve durar 2 segundos e tem 2 botões Iniciar Ciclo com contato NA e Desligar Ciclo com contato NF FIGURA 18 PROGRAMA DE CICLO TEMPORIZADO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem A imagem apresenta um programa de PLC com temporizador Este programa possui 3 rungs A rung 1 possui os contatos NA de liga e desliga ciclo em série ligando uma bobina SET de uma memória de ciclo ligado A rung 2 possui o contato NF de desliga ciclo em paralelo com o contato NA do temporizador do ciclo ligando a bobina RESET da memória de ciclo ligado Na rung 3 um contato NA liga um temporizador do tipo TON programado com dois mim milissegundos A Rung 1 Liga uma mantém ligada uma memória caso botão Liga seja aciona do Desliga NÃO esteja acionado lembrese que é um contato tipo NF A Rung 2 Desliga a memória ligada na Rung 1 caso seja acionado o Botão de Desliga Ciclo OU o temporizador atinja 2 segundos 88 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 A Rung 3 Conta 2 segundos enquanto a memória Liga Ciclo estiver ligada e quando atingido o tempo o Contato Temporizador do Ciclo se Liga Note que o próprio temporizador desliga a memória que o mantém acionado na Rung2 Estudar a documentação do PLC que será utilizada é a melhor forma de compreender quais as particularidades e os recursos disponíveis Seguem links de três fabricantes assim como as palavraschave para busca 1 httpsstaticwegnetmediasdownloadcenter ha2h30WEGtpw03controladorprogramavel programacaomanualportuguesbrpdf Palavraschave Manual Programação PLC WEG 2 httpsliteraturerockwellautomationcomidc groupsliteraturedocumentsum1756um001 ptppdf Palavraschave RSLOGIX 5000 manual português 3 wwwaltuscombrsuportesuportedownload Palavraschave Manual CLP Altus 89 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL CONCLUSÃO DA UNIDADE Nesta unidade estudamos as instruções básicas da programação de PLC uti lizando Diagrama de Contatos que é certamente o mais utilizado pelo mer cado A partir desta unidade temos conhecimento das ferramentas básicas neces sárias para fazermos boa parte das aplicações da indústria porém avança remos e nas próximas unidades trazendo novas instruções e técnicas para aumentar as possibilidades destes programas UNIDADE 5 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 90 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Aprender a utilizar a programação Ladder Identificar as instruções lógicas e operadores físicos e lógicos 91 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 5 PROGRAMAÇÃO BÁSICA DE CLPS INTRODUÇÃO Esta unidade abordará a programação básica do CLP as linguagens de pro gramação dos CLPs e mais precisamente a linguagem de programação La dder O principal controlador para controlar máquinas na indústria é o CLP Con trolador Lógico Programável Originouse em 1968 na indústria automotiva nos EUA a pedido da GM Hydramatic General Motors para substituição do sistema de controle lógico do relé Em geral o CLP é um dispositivo digital eletrônico que recebe entrada e gera saída conforme a lógica desenvolvida Somente as entradassaídas digitais são conectadas diretamente aos seus terminais de ES As ES analógicas não são conectadas diretamente ao CLP Um ADC conversor analógico para digi tal e um DAC conversor digital para analógico são usados para conectar ES analógicas com CLP Alguns CLPs fornecem poucos terminais de ES analó gicos em sua unidade principal Nesse caso ADCDAC são colocados dentro do módulo principal Na indústria geralmente o ADCDAC é usado separa damente porque o número de ES analógicas será maior O CLP é usado para controlar máquinas em qualquer tipo de indústria de fabricação como indústrias automobilísticas fábricas de cimento usinas de energia usinas de petróleo e gás indústrias de processamento de alimentos fábricas químicas indústrias farmacêuticas indústrias de impressão e embalagem entre outras FRANCHI 2011 92 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 51 PROGRAMAÇÃO LADDER E SIMBOLOGIA BÁSICA Podemos distinguir três linguagens de programação principais que são a linguagem de diagrama ladder em cascata Ladder a linguagem de lista de instruções ou booleana IL e a linguagem de elementos lógicos ou diagrama de blocos de função FBD A mais popular delas é a linguagem Ladder pois é muito semelhante à implementação clássica de um circuito de automação Esta foi também a razão para a adoção desta linguagem por quase todos os fabricantes nos primeiros anos de CLPs porque desta forma era mais fácil di fundir a nova tecnologia CLP e adaptála por engenheiros mais antigos que não estavam familiarizados com a programação PETRUZELLA 2014 FIGURA 1 DIAGRAMA LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Diagrama de Blocos Funcionais FBD Linguagem Gráfica Como não há uma tradução geralmente estabelecida da linguagem FBD é possível referirse a ela com os termos linguagem de componentes lógicos linguagem de diagrama lógico linguagem de portas lógicas e outros ter mos semelhantes FRANCHI 2011 93 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 2 DIAGRAMA DE BLOCOS DE FUNÇÃO FBD Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Literalmente a linguagem do diagrama de blocos de funções contém blo cos de símbolos de operações funcionais que implementam várias funções desde a simples função AND da álgebra booleana até o controle PID Cada bloco tem o nome da função que implementa e aceita do lado esquerdo as entradas e do lado direito a saída que carrega o resultado da função As variáveis de entrada e saída são conectadas às entradas e saídas dos blocos funcionais respectivamente por linhas de interligação ou são simplesmente declaradas antes delas A saída de um bloco pode ser conectada à entrada de outro bloco funcional Qualquer linha de interconexão é direcionada no sen tido de que os dados sejam transferidos da esquerda para a direita enquanto ambas as extremidades da linha de interconexão devem ser do mesmo tipo PETRUZELLA 2014 Lista de instruções ILLinguagem baseada em texto A lista de instruções é uma linguagem de baixo nível que se parece com a linguagem assembly mas está em um nível superior ao LAD e FBD caso o critério de classificação seja a tradução de um programa de uma linguagem para outra Devido ao fato de que os programas de outros idiomas sempre podem ser traduzidos para o idioma IL correspondente o contrário não é ver dade ele é considerado o idioma principal do CLP IL também é conhecido como lista de instruções STL ou linguagem booleana Como os comandos IL 94 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 mais básicos são apenas as funções básicas da álgebra booleana como AND OR AND NOT OR NOT etc abreviadas o sobrenome será adotado posterior mente como o mais descritivo FRANCHI 2011 Uma instrução na linguagem IL consiste em duas partes a operação da instru ção e o nome do operando para o qual a função será implementada FIGURA 3 LISTA DE INSTRUÇÕES Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem O nome da variável utilizada está diretamente relacionado ao sistema de en dereçamento adotado pelo fabricante do CLP No nível de aplicação ambas as partes da instrução são abreviadas tanto quanto possível As instruções de programação são escritas uma após a outra como uma lista portanto a lin guagem recebeu o nome IL da IEC 611313 511 PROGRAMAÇÃO LADDER O nome Ladder foi derivado do fato de que uma linha vertical que expressa o início da lógica ou metaforicamente o potencial de alta tensão é colocada à esquerda e a linha com o fim da lógica ou metaforicamente o potencial de baixa tensão é colocado à direita Entre essas duas linhas verticais elementos lógicos simples ou combinações deles formam um ramo e são chamados de contatos lógicos ou lógica de relé como um todo PETRUZELLA 2014 Entre as duas linhas verticais há vários ramos na forma de uma escada Pos teriormente a evolução no campo dos CLPs foi massiva Em poucos anos os CLPs incluíam funções e operações de temporizadores e contadores intro ANOT I1 AND I2 OR Q1 OUT Q1 95 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL duzindo instruções correspondentes na linguagem Ladder Eles também in troduziram a capacidade de realizar quatro operações matemáticas básicas enquanto hoje os CLPs chegaram a um ponto em que seus programas su portam todas as funções matemáticas desde o valor absoluto da variável até as funções exponenciais logarítmicas e trigonométricas por exemplo Para um programa escrito na linguagem LAD existem duas maneiras de exe cutar suas instruções A CLPU pode executar as instruções serialmente em uma abordagem linha por linha degrau ou paralelamente em uma aborda gem coluna por coluna 512 CONTATOS EM SÉRIE E PARALELO Na execução serial todas as instruções são executadas primeiro em uma li nha e em seguida o programa prossegue para a próxima linha Na execução paralela o programa executa a primeira instrução inicialmente de todas as linhas coluna do programa e então prossegue para executar a segunda instrução de todas as linhas e assim por diante enquanto as instruções de ativação da última coluna são executadas no final Em geral não houve uma forma padronizada de executar as instruções de um programa LAD ao con trário cada fabricante seguiu a abordagem que considera mais adequada para seu sistema digital Por exemplo AEG Modicon segue a execução para lela enquanto a AllenBradley segue a execução serial Considere o programa Ladder com duas linhas de instruções mostrado na Figura 4 Suponha também que a entrada digital I1 esteja energizada então a execução da instrução I1 dá RLO 1 Posteriormente podemos acompanhar a evolução e alteração do RLO por instrução executada e sequencialmente por ciclo de varredura primeiro segundo e assim por diante para as duas formas de execução O resultado lógico da primeira linha de instruções afe ta o resultado da segunda linha no primeiro ou segundo ciclo de varredura dependendo da forma serial ou paralela das instruções serem executadas Obviamente após o segundo ciclo de varredura o resultado da execução do programa será o mesmo independentemente do método de execução 96 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 FIGURA 4 DIAGRAMA LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem O resultado lógico de como a primeira linha da instrução afeta o resultado da segunda linha no primeiro ou segundo ciclo de varredura dependendo da di reção serial ou paralela de execução da instrução PETRUZELLA 2014 513 NUMERAÇÃO DE ENTRADAS E SAÍDAS Cada fabricante de um CLP introduz um limite para o número de instruções Ladder que podem existir em uma linha de programa Além disso estão sendo introduzidos limites no número total de subramificações paralelas que podem estar presentes na mesma linha do programa Alguns limites típicos são as 10 instruções e 7 subramificações por linha de programa conforme adotado por Westinghouse e Square D do grupo Schneider Electric 9 instruções e 8 sub ramificações da General Electric e 11 instruções e 7 subramificações da Allen Bradley Em cada linha de um programa Ladder alguns fabricantes permitem apenas uma saída digital como as empresas acima enquanto outros permi tem mais de uma saída como a Modicon que permite até 7 saídas digitais por linha de programa Restrições também estão presentes no número de loops embutidos em uma linha de programa problema que pode ser resolvido do brando o número de instruções dos contatos Na versão inicial do software Sie mens Step7 havia 7 instruções por linha para as linguagens LAD e FBD 2000 para a linguagem booleana além de 999 como número máximo de ramifica ções e um número quase ilimitado de subramificações PETRUZELLA 2014 97 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 5 EXISTEM LIMITAÇÕES PARA O NÚMERO DE INSTRUÇÕES POR LINHA E PARA O NÚMERO DE SUBLINHAS Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem A ordem dos degraus é uma questão importante em um programa Ladder por exemplo se a ordem em que os degraus são inseridos influencia no re sultado final da execução do programa É óbvio que em um circuito de auto mação convencional não existe essa questão de ordem dos ramais pois todos os ramais estão sob a mesma tensão elétrica e operam ao mesmo tempo Portanto podese concluir que a ordem dos degraus pode afetar diretamen te o resultado do programa no entanto como este não é o caso em muitos problemas isso não significa que toda vez que a linguagem Ladder for utiliza da um foco especial deva ser fornecido na ordem dos degraus Em vez disso como conceito geral é importante ter em mente que somente nos casos de depuração do software produzido a ordem das linhas pode afetar o programa de automação e ser fonte de resultados inesperados 52 INSTRUÇÕES O termo resultado de uma operação lógica ou result of a logic operatio RLO é caracterizado pelo resultado lógico gerado na CLPU após a execução de uma instrução Cada vez que uma instrução é executada é criado um novo RLO que depende do tipo de instrução e do RLO anterior enquanto o último executado é apagado posteriormente Para tornar o conceito de RLO mais compreensível em conexão com instruções de lógica booleana cada uma das instruções de lógica booleana inclui duas subações a subação para examinar o estado da variável 0 ou 1 e a subação 98 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 para executar a ação lógica especificada pela instrução Cada instrução espe cifica o que a CLPU procura lógico 0 ou 1 examinando o status da variável especificada nesta instrução Quando a CLPU encontra o que está procurando no local de memória corres pondente da variável o resultado da pesquisa que retorna é um 1 lógico Se a CLPU encontrar o oposto do que está procurando a conclusão é um 0 lógico Este resultado da primeira subação é chamado de RLO secundário porque é um resultado lógico intermediário que por si só não tem valor a menos que seja combinado com o RLO primário Quando a instrução executada é a primeira de uma série de instruções no caso da linguagem Ladder ou de uma lista de instruções no caso da linguagem booleana então porque não há RLO extraído pelo processo lógico acima a própria CLPU produz um RLO Este caso é como afirmar que há tensão na ali mentação de 240 Vcc do circuito de automação clássico O primeiro RLO que a CLPU produz é tal que não altera a lógica booleana da primeira instrução o que significa que é um 1 lógico se a primeira instrução for um AND lógico ou 0 lógico se a primeira instrução é um OR lógico Após a execução de uma instrução de ativação o RLO primário é apagado per manentemente e inicia a criação de um novo RLO na próxima ramificação do programa no caso de Ladder ou no próximo grupo de instruções no caso de linguagem booleana Durante a execução da primeira subação de uma instrução lógica booleana a CLPU procura o estado da variável contida na instrução no local de memória correspondente da variável Se a variável for uma entrada I ou uma saída Q então a CLPU examina qual é o conteúdo da localização de memória corres pondente na tabela de imagens de ES para criar o RLO secundário Da mes ma forma se a variável for um bit auxiliar M a UCLP examina a memória de armazenamento dos bits auxiliares bobinas lógicas enquanto para o caso de temporizadores T e contadores C a UCLP examina a memória dedicada cor respondente para temporizadores e contadores 521 INSTRUÇÕES LÓGICAS A primeira instrução do grupo de instruções da lógica booleana é a instrução AND Quando a CLPU executa esta instrução independente da linguagem de programação ela verifica se um 1 lógico está armazenado na posição de me 99 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL mória da entrada ou seja se for verdadeiro então na entrada digital correspon dente existe tensão elétrica FRANCHI 2011 FIGURA 6 FUNÇÃO AND BOOLEANA CORRESPONDE A UM NA EM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Assim caso a CLPU encontre um 1 lógico então o RLO secundário SRLO é 1 Posteriormente a função AND entre SRLO e o RLO primário PRLO onde PRLO 1 gerado pela CLPU pois não há outra instrução anterior resultará em RLO 1 Deste último dependerá também do resultado da execução das instruções que se seguem A segunda instrução do grupo é a instrução AND NOT Ao executar uma das instruções a CLPU verifica se existe um 0 lógico na localização de memória da entrada digital o que significa que não há tensão elétrica na entrada corres pondente do CLP FRANCHI 2011 FIGURA 7 FUNÇÃO AND NOT BOOLEANA CORRESPONDE A UM NF EM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Portanto se a CLPU encontrar um 0 lógico então o SRLO será 1 Posterior mente a função AND entre SRLO 1 e PRLO 1 esta é criada pela CLPU porque não precede nenhuma outra instrução dará RLO 1 100 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 A terceira instrução no mesmo grupo de instruções é a instrução OR Quando a CLPU executa uma das seguintes instruções ela examina como no caso de AND se existe um 1 lógico na localização de memória da entrada digital FIGURA 8 FUNÇÃO OR BOOLEANA CORRESPONDE A UM NA EM PARALELO EM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Se este for o caso então o SRLO é 1 e então executa a função OR entre o SRLO 1 e o PRLO 0 que é criado pela CLPU pois nenhuma outra instrução é precedido O resultado final é RLO 1 que aguarda a execução da próxima instrução OR para linguagem booleana ou a instrução paralela para Ladder A próxima instrução OR NOT tem uma função semelhante ao AND NOT com a diferença de que em vez da ação lógica AND a operação OR é executada FIGURA 9 FUNÇÃO OR NOT BOOLEANA CORRESPONDE A UM NF EM PARALELO EM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem 101 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 522 SUBSTITUIÇÃO DE INSTRUÇÕES Com as instruções de carga L e transferência T podemos mover massiva mente vários dados de memória do CLP de um local para outro Os dados po dem estar relacionados a entradas saídas bits auxiliares ou outros locais de memória acessíveis A densidade do movimento de dados pode ser um byte uma palavra ou uma palavra dupla As instruções L e T não dependem do RLO e portanto são executadas continuamente em cada ciclo de varredura A ins trução L também pode se referir a um valor numérico constante enquanto transfere seu conteúdo definido sempre para o acumulador 1 Por outro lado a instrução T sempre transfere o conteúdo do acumulador 1 para o local de me mória variável especificado GEORGINI 2007 Instruções de contagem As instruções de contagem CU e CD dizem respeito apenas ao funcionamento dos contadores Ao executar as instruções CU e CD o conteúdo do contador é aumentado ou diminuído em um somente se o pulso RLO aumentar FIGURA 10 EXEMPLO DE UM BLOCO CONTADOR UPDOWN EM LINGUAGEM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem 102 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Aumentar ou diminuir o conteúdo de um contador está associado ao au mento do pulso RLO por um motivo muito simples que será considerado no exemplo a seguir Suponhamos que uma esteira transportadora transporta garrafas em um processo de produção enquanto uma fotocélula é colocada na esteira transportadora para contar as garrafas A fotocélula é uma entrada digital para o CLP enquanto existe um programa em execução cuja instrução CU se refere à entrada da fotocélula Sempre que uma garrafa é passada na frente da fotocélula o conteúdo do contador é aumentado em um Suponha agora que por algum motivo a correia transportadora pare temporariamente e haja uma garrafa na frente da fotocélula que a mantém ativada Enquanto a garrafa permanecer na frente da fotocélula o programa será executado várias vezes Se não houvesse condição de aumento de pulso na instrução CU então o CLP listaria muitas garrafas virtuais da situação de parada encontrada en quanto na realidade há apenas uma garrafa parada na frente da fotocélula Em vez disso com a condição de aumento de pulso RLO a garrafa parada deve continuar seu movimento por algum tempo desligar a fotocélula e em seguida ser ligada novamente pela próxima garrafa para contar outra passa gem GEORGINI 2007 É possível através de instruções de comparação comparar dois números em todos os seus formatos básicos como inteiros reais etc A comparação de qualquer tipo etc dois conteúdos existentes nos dois primeiros acumuladores sempre na mesma ordem por exemplo conteúdo do registra dor 1 conteúdo do registrador 2 As instruções de comparação são sempre usadas em conjunto com a instrução de carga Com duas instruções de car regamento consecutivas L N1 e L N2 linguagem booleana os dois números são inseridos nos dois registradores e podem ser comparados se uma instru ção de comparação for seguida Quando a comparação é satisfeita a CLPU gera um RLO 1 A entrada do comparador é uma variável discreta 0 ou 1 e permite a comparação quando está no lógico 1 A saída do comparador gera um 1 lógico quando a comparação é satisfeita desde que a entrada es teja habilitada PETRUZELLA 2014 103 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 11 BLOCO COMPARADOR ANALÓGICO LINGUAGEM LADDER Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem Descrição da imagem Nas entradas IN1 e IN2 do comparador são declarados os dois números a serem comparados que podem ser variáveis por exemplo T C ou Q ou valores cons tantes Na linguagem FBD um símbolo gráfico semelhante é utilizado 523 OPERADORES FÍSICOS E LÓGICOS A linguagem do diagrama Ladder é basicamente um conjunto simbólico de instruções usadas para criar o programa do controlador As instruções simbó licas de nível de bits se dividem em duas categorias separadas instruções que examinam dados e instruções que controlam dados Cada instrução simbólica é um comando para realizar uma operação específica Esses símbolos de ins trução Ladder são organizados para obter a lógica de controle desejada que deve ser inserida na memória do CLP GEORGINI 2007 Representações de contatos e bobinas são os símbolos básicos do conjunto de instruções do diagrama lógico Ladder Os três símbolos fundamentais que são usados para traduzir a lógica de controle do relé para entrar em contato com a lógica simbólica são Examinar se Fechado XIC Examinar se Aberto XIO e Energizar Saída OTE Cada uma dessas instruções está relacionada a um úni co bit da memória do CLP que é especificado pelo endereço da instrução Em bora o XIO e o XIC sejam representados por símbolos que se assemelham a um 104 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 contato de relé normalmente aberto e normalmente fechado eles não operam como contatos de relé Em vez disso eles operam como comandos que exami nam o valor 0 ou 1 de um bit de dados para determinar sua condição lógica verdadeira ou falsa GEORGINI 2007 A instrução XIC também é chamada de instrução Examineon Associado a cada instrução XIC está um bit de memória vinculado ao status de um dispo sitivo de entrada ou a uma condição lógica interna em uma linha Esta instru ção solicita que o controlador do CLP examine se o contato está fechado Ele faz isso examinando o bit no local de memória especificado pelo endereço da seguinte maneira PETRUZELLA 2014 Como em qualquer outra entrada o bit de memória é definido como 1 ou 0 dependendo do status do dispositivo de entrada físico ou do endereço de relé interno lógico associado a esse bit Um 1 corresponde a um estado verdadeiro ou em condição Um 0 corresponde a um status falso ou condição desligada Quando a instrução Examineoff é usada para examinar uma entrada física a instrução será interpretada como falsa quando houver uma entrada física tensão presente o bit é 1 e será interpretada como verdadeira quando não houver entrada presente o bit é 0 105 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Se a instrução Examineoff fosse associada por endereço a um relé interno o status do bit seria dependente do status lógico do bit interno com o mesmo endereço da instrução Como a instrução Examineon o status da instrução verdadeiro ou falso determina se a instrução permitirá a continuidade da linha por si mesma como um contato de relé fechado O bit de memória sempre segue o estado verdadeiro 5 1 ou falso 5 0 do endereço de entrada ou endereço interno atribuído a ele A interpretação desse bit no entanto é determinada por qual instrução é usada para examinálo As instruções Examinar sempre interpretam um status 1 como verdadeiro e um status 0 como falso enquanto as instruções Examinar off interpretam um status 1 como falso e um status 0 como verdadeiro O símbolo para a instrução Output Energize OTE se parece e opera como uma bobina de relé e está associada a um bit de memória Esta instrução sinaliza ao PLC para energizar ligar ou desenergizar desligar a saída O pro cessador torna esta instrução verdadeira análoga à energização de uma bo bina quando há um caminho lógico de instruções XIC e XIO verdadeiras na linha A operação da instrução Output Energize pode ser resumida da se guinte forma PETRUZELLA 2014 106 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 O bit de status da instrução Output Energize endereçada é definido como 1 para energizar a saída e para 0 para desenergizar a saída Se um caminho lógico verdadeiro for estabelecido com as instruções de entrada na linha a instrução OTE é energizada e o dispositivo de saída conectado ao seu terminal é energizado Se um caminho lógico verdadeiro não puder ser estabelecido ou as condições da linha forem falsas a instrução OTE é desenergizada e o dispositivo de saída conectado a ela é desligado CONCLUSÃO DA UNIDADE Esta unidade objetivouse a apresentar as principais linguagens de progra mação utilizadas nos CLPs Desse modo independente do modelo ou fabricante do CLP a principal lin guagem de programação dos CLPs é a linguagem Ladder Também foram apresentadas as linguagens Diagrama de Blocos Funcionais FBD e a Lista de Instruções IL a linguagem de programação Ladder para CLPs é uma linguagem gráfica que se parece muito com diagramas elétricos de contro le de máquina UNIDADE 6 OBJETIVO Ao final desta unidade esperamos que possa 107 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Identificar os tipos de instruções especiais dos PLCs Compreender o que são softwares supervisórios e suas aplicações na supervisão de processos industriais 108 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 6 APLICAÇÕES AVANÇADAS DE PLCS INTRODUÇÃO Na automação industrial existe todo tipo de demanda desde uma demanda pequena como uma cancela de portaria até sistemas de altíssima complexi dade os quais se utilizam de um número elevado de sensores controladores e atuadores como um reator por exemplo Assim temos sistemas de peque no e grande porte Também temos demandas de baixa e alta complexidade Muitas vezes essa complexidade na automação não está relacionada ao tamanho do projeto e sim ao nível de complexidade da solução como por exemplo ter que fazer cálculos complexos responder de forma rápida controlar saídas analógicas com precisão etc Isso mostra como na indústria não faltam exemplos de apli cações complexas Em muitos casos as aplicações são de grande porte e de elevada complexida de indústrias químicas são ótimos exemplos disso FIGURA 1 PROCESSO DA INDÚSTRIA QUÍMICA Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta um processo industrial de indústria química o qual é composto por grandes tubulações válvulas e instrumentos acoplados 109 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 61 INSTRUÇÕES ESPECIAIS Chamamos de Instruções Especiais quaisquer instruções que não sejam as instruções de Contatos e Bobinas Portanto várias instruções especiais como Temporizadores e Contadores foram vistas ao longo do curso Essas instruções permitem que façamos programas mais complexos e que permitam realizar o controle de máquinas e sistemas ainda mais avançados É importante ter o entendimento que cada fabricante fornece instruções di ferentes com o objetivo justamente de se diferenciar no mercado ou seja as instruções que estudaremos a seguir são as instruções mais comumente utilizadas na indústria 611 INSTRUÇÕES ARITMÉTICAS Instruções aritméticas são amplamente utilizadas na programação de PLC elas são utilizadas em operações simples como a soma de itens passando em duas esteiras até soluções mais complexas como subtrair a vazão de entrada e saída de um reator para ajustar a abertura de uma válvula proporcional em tempo real Essas instruções são como as operações matemáticas que fazemos diaria mente Seguem as instruções mais amplamente disponíveis nos PLCs come çando pelas operações de Soma e Subtração Antes de iniciar a programação do PLC se faz necessário consultar a documentação do equipamento para adaptar o conhecimento adquirido ao padrão do fabricante e conhecer funcionalidades específicas daquele equipamento 110 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 2 SIMBOLOGIA DAS INSTRUÇÕES SOMA E SUBTRAÇÃO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta a simbologia das instruções soma com abreviação ADD e subtração com abreviação SUB São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 O funcionamento dos blocos aritméticos é muito simples EN vem de Enable que em português significa habilita ou seja ao acionar essa entrada habilita a operação matemática ENO vem de Enable Output que em português significa habilita saída Basta conectar essa saída à linha vertical da direita e dessa forma quando EN for acionado o circuito conceitual se fechará OUT vem de Output que em português significa saída É nesse momento que se enviará a resultante da operação realizada pelo bloco de instrução Uma vez entendida a habilitação e resultado comum para todos os blocos aritméticos vamos às particularidades de cada um Bloco de soma inserir o valor ou variável que se deseja somar em INPUT 1 e INPUT 2 Bloco de subtração inserir o valor ou variável que se deseja subtrair em INPUT 1 e INPUT 2 Note que será INPUT 1 INPUT 2 inverter a inserção dos valores influenciará o resultado 111 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Avançando chegamos até os blocos de Multiplicação e Divisão FIGURA 3 SIMBOLOGIA DAS INSTRUÇÕES MULTIPLICAÇÃO E DIVISÃO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta a simbologia das instruções multiplicação com abreviação MUL e divisão com abreviação DIV São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 O bloco de multiplicação permite que multipliquemos dois valores ou duas variáveis Note que se o equipamento não possuir a função de potenciação uma entra da por ela mesmo ou seja colocando a mesma entrada em INPUT 1 e INPUT 2 na saída OUT teremos a entrada ao quadrado Caso desejemos o cubo de uma entrada basta repetir a operação em que INPUT 1 será o OUT da multi plicação anterior e INPUT 2 será o valor original novamente Para o bloco de divisão devemos nos atentar para o fato de que a ordem dos fatores afetará o produto da divisão INPUT 1 será sempre o valor que quere mos dividir dividendo e INPUT 2 será por quanto desejamos dividir divisor O resultado inteiro será enviado para a saída OUT Por último temos a instrução Resto da Divisão FIGURA 4 SIMBOLOGIA DA INSTRUÇÃO RESTO DA DIVISÃO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta a simbologia da instrução resto da divisão com abreviação MOD É um retângulo com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 112 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Esse bloco funciona de forma muito semelhante ao bloco de divisão porém com a diferença de que na saída OUT não será enviado o valor inteiro da ope ração de divisão e sim o resto da divisão São aceitos apenas valores inteiros Para exemplificar digamos que usaremos dois blocos de instrução um do tipo Divisão e o outro do tipo Resto da Divisão Em ambos colocaremos na INPUT 1 o valor 5 e na INPUT 2 o valor 2 O resultado dessa conta seria 25 se fossem permitidas casas decimais porém caso o equipamento apenas permita saída inteira teremos a seguinte saída em cada um dos blocos Bloco de divisão OUT 2 pois numa representação inteira não existe casa decimal Bloco de Resto da Divisão OUT 1 pois este é o resto da divisão Alguns fabricantes fornecem blocos de instrução que permitem configurar o tipo de saída de uma divisão e até mais avançados como de potência e raiz Por isso recomendase consultar o manual do equipamento para verificar disponibilidade e método de uso 412 INSTRUÇÕES ESPECIAIS Existem muitas instruções chamadas de especiais das principais certamente já abordamos a grande maioria como por exemplo contato de pulso opera ções aritméticas e bobinas tipo SET e RESET Neste tópico vamos estudar instruções do tipo comparadores Comparadores são muito utilizados na indústria pois naturalmente se faz ne cessário comparar valores para que as lógicas acionem condições específi Comparadores são instruções que requerem valores numéricos ou seja para efetuarmos uma comparação devemos comparar grandezas como uma temperatura posição ou pressão 113 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 cas Lembrando que Saída Ativada é o mesmo que a tornar VERDADEIRO ou colocála a nível lógico 1 Vamos começar pelos comparadores mais simples os comparadores do tipo Igual e Diferente FIGURA 5 COMPARADORES IGUAL E DIFERENTE Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta comparadores tipo Igual com abreviação EQ e Diferente com abreviação NE São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 A entrada EN vem do inglês Enable que significa habilita tem a função de quando acionada permitir a operação de comparação A saída ENO deve ser ligada a linha vertical da direita do Diagrama de Conta tos para permitir que seja criada o conceito de diferença de potencial INPUT 1 recebe o primeiro valor que se deseja comparar INPUT 2 recebe o segundo valor que se deseja comparar OUT é a saída que será ativada caso a comparação seja atendida Agora vamos aplicar a instrução de comparação Igual Digamos que se dese je verificar que dois valores são iguais colocase os valores um em cada INPUT e caso sejam a saída OUT liga uma saída por exemplo Caso desejemos ligar uma saída em uma condição em que dois valores sejam diferentes basta uti lizar o mesmo raciocínio ou seja ligamos a saída OUT na saída desejada e nas INPUTS 1 e 2 inserimos os valores que desejamos comparar 114 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Agora vamos entender os comparadores Maior que e Menor Que FIGURA 6 COMPARADORES MAIOR E MENOR Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta comparadores tipo Maior com abreviação GT e Menor com abreviação LT São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 No comparador Maior Que é comparado se a Entrada 1 é Maior Que a entrada 2 Caso seja a saída OUT será ativada No comparador Menor Que é compara do se a Entrada 1 é menor que a entrada 2 Caso seja a saída OUT será ativada Veremos as instruções Maior ou Igual Que e Menor ou Igual Que FIGURA 7 COMPARADORES MAIOR OU IGUAL E MENOR OU IGUAL Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta comparadores tipo Maior ou Igual com abreviação GE e Menor ou Igual com abreviação LE São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entradas com os nomes INPUT 1 e INPUT 2 No comparador Maior ou Igual Que é comparado se a Entrada 1 é Maior ou Igual Que a entrada 2 Caso seja a saída OUT será ativada Verdadeiro No comparador Menor ou Igual Que é comparado se a Entrada 1 é Menor ou Igual Que a entrada 2 Caso seja a saída OUT será ativada Verdadeiro 115 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 413 INSTRUÇÕES DE CONVERSÃO Agora vamos falar de outras instruções também consideradas especiais e que são muito importantes na automação industrial as instruções de conversão Para guardar os nomes das instruções de comparação segue origem dos nomes EQ Equal Igual Símbolo NE Not Equal Não Igual Símbolo GT Greater Than Maior que Símbolo LT Less Than Menor que Símbolo GE Greater or Equal Than Maior ou Igual que Símbolo LE Less or Equal Than Menor ou Igual que Símbolo Vamos começar por essa definição muito importante para entendermos esse tipo de instrução O termo BCD vem do inglês Binary Coded Decimal Em português seria algo como Decimal Codificado para Binário em outras palavras um valor Decimal convertido em formato Binário 116 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Vamos começar com os conversores do tipo BCD para Inteiro e BCD para Du plo Inteiro FIGURA 8 CONVERSORES BCD PARA INTEIRO E DUPLO INTEIRO Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta conversores de BCD para Inteiro com abreviação BCDI e Duplo Inteiro com abreviação BCDDI São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entrada com o nome IN A função de conversores do tipo BCD para Inteiro é transformar um código binário em um valor inteiro de 8 bits A função de conversores do tipo BCD para Duplo Inteiro é transformar um código binário em um valor inteiro de 16 bits ou se se preferir 2 Bytes Agora vamos estudar os conversores Inteiro e Duplo Inteiro para BCD FIGURA 9 CONVERSORES INTEIRO E DUPLO INTEIRO PARA BCD Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem representa conversores Inteiro e Duplo Inteiro para BCD com abreviação IBCD e DIBCD respectivamente São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entrada com o nome IN Esses conversores são muito semelhantes aos anteriores porém fazem o ca minho inverso O conversor do tipo Inteiro para BCD converte um número inteiro para um código binário de 8 bits 117 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 O conversor do tipo Duplo Inteiro para BCD converte um número inteiro para um código binário de 16 bits ou 2 bytes se preferir Para finalizar vamos estudar os conversores do tipo Inteiro para Duplo Inteiro e Duplo Inteiro para Real FIGURA 10 CONVERSOR INTEIRO PARA DUPLO INTEIRO E DUPLO INTEIRO PARA REAL Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta conversores Inteiro para Duplo Inteiro com abreviação IDI e Duplo Inteiro para Real com abreviação DIR São retângulos com as conexões EN ENO saída de nome OUT e entrada com o nome IN Conversores Inteiro para Duplo Inteiro convertem valores inteiro de 8 bits para Inteiros de 16 bits ou 2 bytes se preferir Conversores Duplo Inteiro para Real convertem um valor inteiro de 2 bytes em um valor Real Conversores permitem que possamos trabalhar nos formatos de valores ne cessários para cada aplicação 62 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS Os Sistemas Supervisórios são uma evolução dos antigos painéis sinóticos que eram utilizados para monitorar as variáveis de um processo industrial O nome em inglês é Supervisory Control and Data Acquisition também abre viado com SCADA Para nós denominase Sistemas de Supervisão e Aquisi ção de Dados ou popularmente conhecido como Sistema Supervisório Os supervisórios permitem que controlemos processos pequenos e proces sos extremamente amplos e complexos 118 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIGURA 11 CONVERSORES INTEIRO E DUPLO INTEIRO PARA BCD Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma grande indústria com muitas chaminés e tubulações Para se aprofundar nos Sistemas Supervisórios busque as palavraschave das principais normas que regem o setor Controle de Bateladas palavrachave ISA88 Integração de sistemas empresariais e operação de planta palavrachave ISA95 Aplicação de Automação Industrial sem fio palavra chave ISA100 Interface HomemMáquina palavrachave ISA 101 Automação de Processos palavrachave ISA106 119 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 621 DEFINIÇÃO Para entendermos a aplicação dos sistemas supervisórios nada melhor do que apresentar a já consagrada por diversos autores Pirâmide da Automa ção Industrial FIGURA 12 PIRÂMIDE DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta a pirâmide da automação industrial Esta pirâmide é composta de 6 níveis sendo estes de cima para baixo empresa planta área célula estação e equipamento A Pirâmide representa como uma indústria é controlada do ponto de vista da automação Nível 5 O controle visa a Empresa como um todo Decisões estratégicas são feitas e para tal utilizase sistemas do tipo ERP em que é possível que os gestores analisem a empresa e que façam as alterações necessárias para corrigir eventuais pontos 120 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Nível 4 O controle visa a Planta em que são feitas decisões que afetam a produção Os gestores recebem as determinações via ERP e através de sistemas do tipo MRP ajustam a produção e atividades correlatas para que as determinações estratégicas sejam cumpridas Nível 3 O controle visa uma área da empresa em que controlamos e otimizamos os processos de fabricação ou seja é o momento em que a empresa controla o processo fabril como um todo de um determinado produto como no processo de fabricação de cerveja por exemplo Esses controles geralmente são feitos utilizando Sistemas Supervisórios Nível 2 O controle visa uma célula de trabalho em que são realizados os controles de processos específicos do processo fabril como a fermentação por exemplo Esses controles geralmente são realizados por um Sistema Supervisório ligado ao Sistema Supervisório principal que tem acesso aos sistemas supervisórios de cada célula Nível 1 O controle visa o controle direto no processo ou seja o controle aqui visa realizar operações diretas como manter uma temperatura específica ou uma vazão por exemplo Esse tipo de controle geralmente é realizado por PLCs Nível 0 Não existe controle aqui são os componentes que atuam diretamente nos processos como sensores botões e válvulas 121 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 A indústria é extremamente heterogênea ou seja não é possível prever como será a automação dos sistemas produtivos pois esses são como um quebra cabeça em que temos Sistemas Supervisórios PLCs sensores motores vál vulas e uma infinidade de equipamentos como peças FIGURA 13 PLANTA INDUSTRIAL Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma planta industrial composta por diversos tanques com tubulações acopladas e chaminés expelindo vapor Os sistemas supervisórios podem ser aplicados em níveis mais altos ou mais baixos mas geralmente são aplicados nos níveis 3 e 2 da Pirâmide de Automação Industrial ou seja os sistemas supervisórios no geral controlam uma célula ou área produtiva Não é incomum o uso de sistemas supervisórios em cadeia ou seja um sistema supervisório controlar uma área e um ou mais sistemas supervisórios independentes controlarem células 122 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 622 SUPERVISÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS Na prática a tela de um Sistema Supervisório tenta representar um processo produtivo de forma visual ou seja o operador consegue enxergar o processo como se estivesse uma visão geral porém distante e por meio da imagem a seguir você pode visualizar e entender o que está acontecendo para ajustar otimizar o processo FIGURA 14 SUPERVISÓRIO DE SISTEMA DE BATELADA Fonte Elaborado pelo autor 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma tela de um supervisório para batelada Nesta há três tanques com sensores de nível acoplados além de válvulas de dosagem que controlam o fluxo de produto dos tanques de produto para o tanque de envase O tanque de envase possui sensor de temperatura e densidade acoplado e em sua saída uma válvula proporcional aberta em 83 123 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Vamos analisara imagem anterior de operação do supervisório para entender como o Sistema Supervisório faz o controle efetivo de um processo produtivo Esse é um sistema em que são somados os produtos A e B para que tenhamos um produto C Uma vez feita a mistura desejada é feita a operação de envaze utilizando a Válvula V03 TQ01 TQ02 Cada um desses tanques representa os produtos A e B NV01 NV02 Esses sensores de nível apontam o nível de produto em cada um dos tanques Note que o Produto A está com Nível OK enquanto o Produto B está com Baixo Nível V01 V02 São as válvulas que controlam quanto de cada produto entrarão no Tanque 3 Ambas válvulas estão com funcionamento OK V01 está Aberta e V02 está Fechada TQ03 Representa o tanque de envaze NV03 Sensor indicando que o Nível está OK 124 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL D01 Este sensor de densidade aponta qual a densidade do produto no Tanque 3 Nesse caso cabe ao operador interpretar e tomar as decisões cabíveis T01 Este sensor aponta a temperatura do produto no tanque 3 V03 Esta é uma válvula proporcional ou seja controlada por uma saída analógica e não escolhemos se ela estará aberta ou fechada apenas por isso também devemos indicar para válvula o quanto ela deve estar aberta No caso ela está aberta 83 MV Esse é um medidor de vazão que indica para o sistema quantos quilogramas passaram por ele Uma vez atingida a quantidade programada pelo operador ele acionará o fechamento da válvula V03 Note que o operador visualiza toda a operação em uma única tela e através dela ele pode entender o processo e operar Nesse sistema do exemplo caso o operador julgue ser necessário abrir ou fechar as válvulas V01 e V02 basta o operador clicar com o mouse nessas válvulas e comandar a operação e após digitar a senha a operação será realizada Já a válvula V03 permite que o operador ajuste o percentual de abertura da válvula Note que através dessa tela o operador também pode analisar os insumos disponíveis Na situação em questão o operador poderia solicitar mais Produ to B haja visto que seu nível está baixo 125 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 623 HARDWARE E SOFTWARE PARA SUPERVISÃO CARACTERÍTICAS E APLICAÇÕES Sistemas Supervisórios são mais complexos do que parecem A tela que vi mos no tópico anterior não é o que resume um Sistema Supervisório então entenda aquela tela apenas como a tela de operação porque existe uma es trutura complexa para que o sistema funcione Em uma indústria temos uma cadeia de sistema interligados conforme imagem a seguir FIGURA 15 USINA NUCLEAR Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma usina nuclear Ela possui quatro chaminés e uma torre de transmissão de energia Quando desenvolvemos um Sistema Supervisório devemos entender que conforme vimos na Pirâmide da Automação Industrial existem níveis abaixo e eles geralmente são compostos de PLCs e de equipamentos autônomos como por exemplo uma centrífuga A centrífuga pode ser um fabricante ter ceiro o Sistema Supervisório apenas envia os comandos para ela e monitora seu funcionamento Ou seja o Sistema Supervisório é apenas um nível da au tomação industrial mas os níveis abaixo não deixam de ser parte do sistema Supervisório 126 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tratando especificamente do Software de Sistema Supervisório ele roda em computadores dedicados ou não são softwares que vêm evoluindo muito com o passar do tempo e portanto requerem computadores cada vez mais potentes Portanto sempre se atente às especificações técnicas de Hardware e Software Os primeiros Sistemas Supervisórios surgiram na década de 1980 e cresceram rapidamente visto que na década de 1990 já existiam mais de 120 fabricantes A evolução desse tipo de controle acompanha as evoluções tecnológicas e hoje é possível controlar sistemas muito complexos e de tamanho expressivo chegando a 400000 tags FIGURA 16 USINA NUCLEAR Fonte Plataforma Deduca 2022 PraTodosVerem a imagem apresenta uma usina nuclear Esta usina possui quatro chaminés expelindo vapor e está localizada em uma região com neve 127 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 Como o objetivo da utilização de Sistemas Supervisórios é sempre associado à qualidade redução de custo e aumento de desempenho se faz necessário um sistema com baixo tempo de resposta ou seja tudo que acontecer no sistema deve ser representado para o operador no menor tempo possível Os comandos do operador devem agir no sistema de forma ágil e as próprias repostas automáticas dos sistemas devem acontecer de forma que não se comprometa nenhum aspecto da produção Portanto é muito importante avaliar o desempenho do sistema antes durante e após a implementação Além de desempenho ao definir qual Sistema Supervisório adotaremos é sempre importante avaliar outros aspectos Limitações Verificar limitação de tags e qualquer recurso como número de telas e usuários Telas Sinóticas Além de limitação de telas existem níveis de qualidade de telas alguns usuários requerem telas mais visualmente agradáveis Esse tópico pode parecer banal mas pode ser um problema futuro Alarmes e Eventos Os sistemas permitem que criemos diferentes métodos de informar os usuários que vão desde mensagens na tela até envio de mensagens e emails Vale lembrar que cada fabricante oferece funções diferentes Tag é cada um dos itens controlado ou monitorado pelo sistema supervisório Esse é o fator que determina o limite de cada sistema bem como o custo 128 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Históricos por natureza um Sistema Supervisório deve gerar um histórico de tudo que aconteceu no sistema desde parâmetros dos processos até operações Existem diversas ofertas de histórico no mercado Então ao definir qual sistema adquirir isso deve ser observado Relatórios São importantes para as áreas ligadas ao sistema produtivo Importante verificar as opções que o fabricante fornece CONCLUSÃO DA UNIDADE Neste curso tivemos um apanhado geral dos principais conceitos da Automa ção Industrial Com os conhecimentos adquiridos você tem conhecimento suficiente para adentrar nesse universo gigantesco e desafiador Lembrese de que esse é apenas o início da jornada pois quanto mais você se aprofundar nos assuntos aqui abordados maior será o seu domínio sobre o tema e as possibilidades de automatizar sistemas industriais cada vez maio res e mais complexos aumentam Siga estudando evoluindo e boa sorte EADMULTIVIXEDUBR CONHEÇA TAMBÉM NOSSOS CURSOS DE PÓSGRADUAÇÃO A DISTÂNCIA NAS ÁREAS DE SAÚDE EDUCAÇÃO DIREITO GESTÃO E NEGÓCIOS 129 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767 de 22062017 Publicada no DOU em 23062017 REFERÊNCIAS ALVES José Luiz Loureiro Instrumentação controle e automação de processos 2 Ed Reimpr Rio de Janeiro LTC 2017 Disponível em httpsintegradaminhabibliotecacombr books9788521619178pageid4 Acesso em 02 maio 2022 CAPELLI Alexandre Automação industrial controle do movimento e processos contínu os 3 Ed São Paulo Érica 2013 Disponível em httpsintegr adaminhabibliotecacombr books9788536519616pageid2 Acesso em 02 maio 2022 FRANCHI Claiton Moro Controle de processos industriais princípios e aplicações São Paulo Editora Saraiva 2011 9788536518282 Disponível em httpsintegradaminhabibliotecacombr books9788536518282 Acesso em 09 Jun de 2022 GEORGINI Marcelo Automação aplicada descrição e implementação de sistemas sequenciais com CLPs 9 ed São Paulo Érica 2007 Disponível em httpsintegradaminhabibliotecacombr books9788536518121pageid4 Acesso em 01 Jul de 2022 NISE Norman S Engenharia de sistemas de controle 7 ed São Paulo Grupo GEN 2017 PETRUZELLA Frank D Controladores lógicos programáveis 4 ed Porto Alegre AMGH 2014 Disponível em httpsintegradaminhabibliotecacombrbooks9788580552836pageid2 Aces so em 14 Jun de 2022 CONTEÚDOS COMPLEMENTARES AGUIRRE Luis Antonio ed et al Enciclopédia de automática controle automação v 1 São Paulo Blucher 2017 FRANCHI Claiton Moro Instrumentação de processos industriais princípios e aplicações São Paulo Erica 2015 LAMB Frank Automação industrial na prática Porto Alegre AMGH 2015 NATALE Ferdinando Automação industrial 10 ed São Paulo Erica 2008 PRUDENTE Francesco Automação industrial 2 ed Rio de Janeiro LTC 2011 ROQUE Luiz Alberto Oliveira Lima Automação de processos com linguagem Ladder e siste mas supervisórios Rio de Janeiro LTC 2014 Ebook EADMULTIVIXEDUBR CONHEÇA TAMBÉM NOSSOS CURSOS DE PÓSGRADUAÇÃO A DISTÂNCIA NAS ÁREAS DE SAÚDE EDUCAÇÃO DIREITO GESTÃO E NEGÓCIOS