Sistemas Digitais de Controle I

Sistemas Digitais de Controle I
Professor: Elton Sales

CONTROLADORES DIGITAIS
SINGLE E MULTI LOOP Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Funções do controlador
Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Dinâmica do Processo CONTROLADOR Variável Controlada
Variável Manipulada Perturbações Entrada de Produto Saída de Produto Set-point CONTROLADOR Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Controle de Variáveis Contínuas – Estratégia PID
Válvula Processo Sensor mA Vazão Ref Controlador + - erro variável controlada Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de Controle Proporcional
Foi visto anteriormente, que na ação liga-desliga, quando a variável controlada se desvia do valor ajustado, o elemento final de controle realiza um movimento brusco de ON (liga) para Off (desliga), provocando uma oscilação no resultado de controle. Para evitar tal tipo de movimento foi desenvolvido um tipo de ação no qual a ação corretiva produzida por este mecanismo é proporcional ao valor do desvio. Tal ação denominou-se ação proporcional. A figura ao lado indica o movimento do elemento final de controle sujeito apenas à ação de controle proporcional em uma malha aberta, quando é aplicado um desvio em degrau num controlador ajustado para funcionar na ação direta. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Banda Proporcional Considera-se que a válvula esteja aberta em 50% e que o nível do líquido deva ser mantido em 50cm de altura. E ainda, a válvula tem seu curso total conforme indicado na figura. Neste caso, o ponto suporte da alavanca deve estar no ponto b para que a relação ab : bc = 1:100 seja mantida. Então, se o nível do líquido descer 1 cm, o movimento da válvula será 1/10, abrindo-se 0,1 cm a mais. Deste modo, se o nível do líquido descer 5cm a válvula ficará completamente aberta. Ou seja, a válvula se abrirá totalmente quando o nível do líquido atingir 45cm. Inversamente, quando o nível atingir 55cm, a válvula se fechará totalmente. Pode-se portanto concluir que a faixa na qual a válvula vai da situação totalmente aberta para totalmente fechada, isto é, a faixa em que se realiza a ação proporcional será 10cm. A seguir, se o ponto de apoio for transportado para a situação b’ e a relação passar a ser a.b' : b' .c = 1 : 20 , o movimento da válvula será 1/20 do nível do líquido se este descer 1cm. Neste caso, a válvula estará totalmente aberta na graduação 40cm e totalmente fechada em 60cm e então, a faixa em que a válvula passa de totalmente aberta para totalmente fechada será igual a 20cm. Assim, não é difícil concluir que a relação entre a variação máxima da grandeza a ser controlada e o curso total da válvula depende neste caso, do ponto de apoio escolhido. Este ponto de apoio vai determinar uma relação de proporcionalidade. E como existe uma faixa na qual a proporcionalidade é mantida, esta recebe o nome de faixa proporcional (também chamada de Banda Proporcional). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Banda Proporcional É definida como sendo a porcentagem de variação da variável controlada capaz de produzir a abertura ou fechamento total da válvula. Assim, por exemplo, se a faixa proporcional é 20%, significa que uma variação de 20% no desvio produzirá uma variação de 100% na saída, ou seja, a válvula se moverá de totalmente aberta par totalmente fechada quando o erro variar 20% da faixa de medição. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Verificamos até aqui que ao introduzirmos os mecanismos da ação proporcional, eliminamos as oscilações no processo provocados pelo controle liga-desliga, porém o controle proporcional não consegue eliminar o erro de off-set, visto que quando houver um distúrbio qualquer no processo, a ação proporcional não consegue eliminar totalmente a diferença entre o valor desejado e o valor medido (variável controlada), conforme pode ser visto na figura a seguir. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Erro de Off-set Para melhor esclarecer como aparece este erro. Para tal, suponha que a válvula esteja aberta em 50% e que a variável controlada (nível) esteja igual ao valor desejado (50cm, por exemplo). Agora, suponha que ocorra uma variação de carga fazendo com que a vazão de saída aumente. O nível neste caso descerá e, portanto, a bóia também, abrindo mais a válvula de controle e assim aumentando a vazão de entrada até que o sistema entre em equilíbrio. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Basicamente todo controlador do tipo proporcional apresenta as seguintes características: a) Correção proporcional ao desvio b) Existência de uma realimentação negativa c) Deixa erro de off-set após uma variação de carga Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de Controle Integral
Ao utilizar o controle proporcional, conseguimos eliminar o problema das oscilações provocadas pela ação ON-OFF e este seria o controle aceitável na maioria das aplicações se não houvesse o inconveniente da não eliminação do erro de off-set sem a intervenção do operador. Esta intervenção em pequenos processos é aceitável, porém em grandes plantas industriais, isto se torna impraticável. Para resolver este problema e eliminar este erro de off-set, desenvolveu-se uma nova unidade denominada ação integral. A ação integral vai atuar no processo ao longo do tempo enquanto existir diferença entre o valor desejado e o valor medido. Assim, o sinal de correção é integrado no tempo e por isto enquanto a ação proporcional atua de forma instantânea quando acontece um distúrbio em degrau, a ação integral vai atuar de forma lenta até eliminar por completo o erro. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Observe que a resposta da ação integral foi aumentando enquanto o desvio esteve presente, até atingir o valor máximo do sinal de saída (até entrar em saturação). Assim, quanto mais tempo o desvio perdurar, maior será a saída do controlador e ainda se o desvio fosse maior, sua resposta seria mais rápida, ou seja, a reta da figura 4.10 seria mais inclinada. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

As principais características do controle integral são: a) Correção depende não só do erro mas também do tempo em que ele perdurar. b) Ausência do erro de off-set. c) Quanto maior o erro maior será velocidade de correção. d) No controle integral, o movimento da válvula não muda de sentido enquanto o sinal de desvio não se inverter. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de Controle Proporcional + Integral
Esta é a ação de controle resultante da combinação da ação proporcional e a ação integral. Esta combinação tem por objetivos principais, corrigir os desvios instantâneos (proporcional) e eliminar ao longo do tempo qualquer desvio que permaneça (integral). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de Controle Derivativa
Vimos até agora que o controlador proporcional tem sua ação proporcional ao desvio e que o controlador integral tem sua ação proporcional ao desvio versus tempo. Em resumo, eles só atuam em presença do desvio. O controlador ideal seria aquele que impedisse o aparecimento de desvios, o que na prática seria difícil. No entanto, pode ser obtida a ação de controle que reaja em função da velocidade do desvio, ou seja, não importa a amplitude do desvio, mas sim a velocidade com que ele aparece. Este tipo de ação é comumente chamado de ação derivativa. Ela atua, fornecendo uma correção antecipada do desvio, isto é, no instante em que o desvio tende a acontecer ela fornece uma correção de forma a prevenir o sistema quanto ao aumento do desvio, diminuindo assim o tempo de resposta. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

O tempo derivativo, também chamado de ganho derivativo, significa o tempo gasto para se obter a mesma quantidade operacional da ação proporcional somente pela ação derivativa, quando o desvio varia numa velocidade constante. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Neste caso houve uma variação em degrau, isto é, a velocidade de variação foi infinita. Neste caso a ação derivativa que é proporcional à velocidade desvio causou uma mudança brusca considerável na variável manipulada. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Já neste caso, está sendo mostrada a resposta da ação derivativa para a situação na qual o valor medido é mudado numa razão constante (rampa). A saída derivativa é proporcional à razão de mudança deste desvio. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de Controle Derivativo
As principais características do controle derivativo são: a) A correção é proporcional à velocidade de desvio. b) Não atua caso o desvio for constante. c) Quanto mais rápida a razão de mudança do desvio, maior será a correção. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de controle Proporcional + Integral + Derivativa
O controle proporcional associado ao integral e ao derivativo, é o mais sofisticado tipo de controle utilizado em sistemas de malha fechada. A proporcional elimina as oscilações, a integral elimina o desvio de off-set, enquanto a derivativa fornece ao sistema uma ação antecipativa evitando previamente que o desvio se torne maior quando o processo se caracteriza por ter uma correção lenta comparada com a velocidade do desvio (por exemplo, alguns controles de temperatura). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ação de controle Proporcional + Integral + Derivativa

Controlador convencional

Controlador digital Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Multi loop SMAR CD600 O CD600 é um poderoso controlador digital de processos, capaz de controlar simultaneamente até 4 malhas de controle, com até 8 blocos PID e mais de 120 blocos de controle avançado. Projetado, desenvolvido e fabricado pela SMAR, pioneira e líder na fabricação de controladores digitais, o CD600 reúne toda a experiência e conhecimento adquiridos num equipamento poderoso, versátil, confiável e de fácil operação. A programação é feita ou pela livre combinação de mais de 120 blocos de controle avançado, ou pela seleção de uma configuração, pré-programada dentre as várias disponívels. Para programá-lo pode se utilizar o versátil terminal portátil ou o CONF600, um software que pode ser instalado em microcomputador PC ou compatível, proporcionando uma interface gráfica de fácil utilização. O CD600 reúne características técnicas que o tornam um dos mais avançados e poderosos controladores multi-loop disponíveis no mercado mundial. Uma única unidade é por exemplo, capaz de controlar sozinha toda uma caldeira incluindo controles de nível a três elementos, combustão com limites cruzados e tiragem. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Multi loop SMAR CD600 Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Operação O Controlador Digital SMAR modelo CD600 tem a sua forma de programação baseada no conceito de blocos livres que podem ser interligados conforme a estratégia de controle definida pelo usuário. Todos os blocos disponíveis estão pré-ordenados em uma área do programa, bastando interligá-los, ajustar seus parâmetros e caracterizá-los conforme sua utilização. A troca de informações entre o algoritmo de controle utilizado e o processo, se dá através dos blocos de entrada e saída (analógicas e/ou digitais). Estes blocos estão "fisicamente" ligados à borneira do controlador. Por exemplo, o bloco de entrada analógica nº 001, pode ser utilizado para leitura e processamento do sinal que está entrando nos bornes referentes à entrada analógica nº 001 (terminal 18A). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 DESCRIÇÃO TÍPICA DO BLOCO
A maioria dos blocos têm uma Função de Controle, consistindo de uma ou mais operações matemáticas e/ou lógicas. A função irá relacionar as saídas com as entradas do bloco. As entradas são identificadas através de letras (A, B, C...), e as saídas são identificadas através de números. Com exceção dos blocos de entradas e saídas Analógicas e Digitais, para os quais as entradas e saídas, respectivamente, estão vinculadas fisicamente aos terminais da Borneira. Os números relacionados às saídas dos blocos são de fato, endereços. Cada número se refere exclusivamente a uma certa saída de um certo bloco e vice-versa. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 01 - Entrada Analógica (AI)
Todas as entradas analógicas (bornes do controlador) possuem um correspondente bloco de entrada analógica. A entrada analógica 2, por exemplo, a qual é conectada ao terminal 17A, corresponde ao bloco BLK002. A entrada do circuito é sempre um sinal de voltagem de 0-5 Vdc ou 1-5 Vdc. Para sinais em corrente de 0-20 mA ou 4-20 mA, um esistor "shunt" de 250Ω deve ser colocado no bloco terminal correspondente à entrada escolhida. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 10 - PID Simples (PID)
Este bloco oferece uma gama variada de algoritmos de controle tendo como base os modos Proporcional (P), Integral (I) e Derivativo (D). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 08 - Estação Auto/Manual (A/M)
Este bloco permite ao operador atuar diretamente na saída do controlador. Na utilização mais comum, a saída de um bloco PID é conectada a entrada A do bloco A/M e sua saída a um bloco de saída em corrente. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 02 - Saída em Corrente (CO)
A entrada do bloco em porcentagem, é calibrada e convertida em sinal analógico de corrente. Uma realimentação desta saída é enviada a um comparador que recebe também o sinal calibrado da entrada. Se houver um desvio superior ao estipulado no parâmetro ADEV, será ativada uma saída discreta (0 ou 100%) avisando o operador de alguma falha ou uma interrupção no loop de corrente. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 06 - Frontal do Controlador (FV)
Este bloco direciona as entradas A, B e C respectivamente para as barras SP, PV e MV e associa a elas os mnemónicos SP, PV e MV, como default. Portanto, esse bloco é limitado a um por loop. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CD600 Função 07 - Chave Local/Remoto (L/R)
Este bloco permite selecionar Setpoint Local/Remoto através da tecla <L/R>, e a atuação do Setpoint através das teclas <Δ> e <∇>, além de diversas funções relacionadas com o Setpoint. A atuação local é possível de duas formas: a) Pelo registro interno do bloco diretamente associado às teclas <Δ> ou <∇> no frontal do painel, quando o Setpoint é selecionado no display. A saída desse bloco deve ser conectada a um bloco da Função 06 - Frontal do Controlador ou Função 32 - Visualização Geral. b) Através da entrada B, pode ser ligado um bloco gerador de sinal ou a saída de um outro bloco. O uso dessa entrada cancela automaticamente o atuador de registro interno. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Blocos de configuração CD600
Bornes Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Loop Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Frontal Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Geral Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Programação CD600 O CONF600 é um sistema baseado em microcomputador IBM PC ou compatível, que oferece recursos gráficos e interface homem máquina de fácil operação. Sua utilização possibilita armazenamento da configuração em disco rigído/ flexível, hardcopy e Iistagem dos parâmetras da configuração, comunicação com CD600 e Terminal Portátil. A configuração da malha de controle é feita de modo gráfico na forma de um diagrama similar à norma ISA, permitindo ao usuário visualizar e implementar facilmente a estratégia de controle. O carregamento da configuração no CD600 é feito em menos de 2 segundos. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Programação CD600 A alteração dos parâmetros é feita ON-LINE. As entradas e saídas de cada bloco podem ser monitoridas simultâneamente. A utilização do CONF600 torna praticamente dispensável a consulta ao manual, já que a maior parte das informações do bloco é mostrada na tela. A depuração da configuração fica muito mais rápida e fácil. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Single loop TRANSMITEL CP131
Malha Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Single loop Yokogawa YS170

Single loop YS170 Painéis de operação

Controlador Lógico Programável

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMAVEIS

O CLP Os Controladores Lógicos Programáveis ou CLPs, são equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível Permitindo desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de sinal (cargas). São ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamentos e controle, e por isso são utilizados em grande escala no mercado industrial. Desta forma, podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de saída. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

HISTÓRICO O surgimento do controlador programável data de 1968 desenvolvido pelo engenheiro Richard Morley na divisão de hidramáticos da General Motors. Surgiu como evolução aos antigos painéis elétricos, cuja lógica fixa tornava impraticável qualquer mudança extra do processo. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Vantagens Economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido
Reutilizáveis Programáveis Maior confiabilidade Maior flexibilidade Maior rapidez na elaboração dos projetos Interfaces de comunicação com outros CLPs e computadores Fácil diagnóstico durante o projeto Não produzem faíscas Podem ser programados sem interromper o processo produtivo Possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas Baixo consumo de energia Necessita de uma reduzida equipe de manutenção Tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e saídas Capacidade de comunicação com diversos outros equipamentos, entre outras Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

APLICAÇÕES O controlador programável existe para automatizar processos industriais, sejam de sequênciamento, intertravamento, controle de processos, batelada, etc. Este equipamento tem seu uso tanto na área de automação da manufatura, de processos contínuos, elétrica, predial, entre outras. Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar os CLPs Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Programação de um CLP A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar as suas saídas é programável. É possível desenvolver lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também uma composição das duas, o que ocorre na maioria das vezes.Como o CLP veio substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento, desenvolvidos por eletrotécnicos, técnicos eletricistas ou profissionais da área de controle. Linguagem de programação é um conjunto de símbolos e regras que formam um código capaz de permitir a comunicação entre o usuário e um determinado equipamento ou sistema. Existem diversas linguagens de programação de CLP padronizadas. Porém, uma delas é utilizada em praticamente todos os CLPs, a Linguagem Ladder. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Unidade Central de Processamento
ESTRUTURA BÁSICA O controlador programável tem sua estrutura baseada no hardware de um computador, tendo portanto uma unidade central de processamento (UCP / CPU), interfaces de entrada e saída e memórias. As principais diferenças em relação a um computador comum estão relacionadas a qualidade da fonte de alimentação, que possui características ótimas de filtragem e estabilização, interfaces de E/S imune a ruídos e um invólucro específico para aplicações industriais. Temos também um terminal usado para programação do CLP. Unidade Central de Processamento (UCP) MEMÓRIA INTERFACE DE E/S PROCESSADOR FONTE ALIMENTAÇÃO CARTÕES ENTRADA SAÍDA TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

PLC na estrutura de automação
F N T E PSH R ESC Manutenção SDV BOMBA MÓDULOS REMOTOS DO PLC CPU’s DO PLC SALA DE CONTROLE REDE ETHERNET REDE PROPRIETÁRIA DO PLC VASO SEPARADOR CHAVE Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

ESTRUTURA BÁSICA Fonte de alimentação: Converte a tensão da rede de 110 ou 220 VCA em +5VCC, +12VCC ou +24VCC para alimentar os circuitos eletrônicos, as entradas e as as saídas. Unidade de processamento: Também conhecida por CPU, é composta por microcontroladores ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereçamento de memória de até 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria: Utilizada para manter o circuito do relógio em tempo real. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni - Ca. Memória do programa supervisor: O programa supervisor é responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser modificado pelo usuário e fica normalmente em memórias do tipo PROM, EPROM, EEPROM. Memória do usuário: Espaço reservado ao programa do usuário. Constituída por memórias do tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Também pode-se utilizar cartuchos de memória, para proporcionar agilidade e flexibilidade. Memória de dados: Armazena valores do programa do usuário, tais como valores de temporizadores, contadores, códigos de erros, senhas, etc. Nesta região se encontra também a memória imagem das entradas – a saídas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU busca informações para o processo decisório. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU)
A CPU é responsável pelo processamento do programa, isto é, coleta os dados dos cartões de entrada, efetua o processamento segundo o programa do usuário, armazenado na memória, e envia o sinal para os cartões de saída como resposta ao processamento. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Algumas características da CPU são importantes para determinar a sua performance, a principal delas é o scan time (tempo de varredura), que é o período de tempo no qual o CLP executa uma seqüência de funções de forma repetitiva enquanto estiver em modo de operação. Essa seqüência é chamada de ciclo de varredura (scan), o qual será representado pelo Fluxograma a seguir Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Inicializar: o CLP executa testes no próprio hardware para verificar se sistema está funcionando corretamente e analisa os dados da última queda de energia para determinar o ponto de reinício. • Processar funções internas: o sistema monitora o controlador (atualiza os dados do sistema, os valores dos temporizadores, as lâmpadas de status, etc.) e processa requisições externas. • Verificar estados das entradas e transferir para a memória: o CLP examina os dispositivos externos de entrada e armazena as informações temporariamente em uma região da memória denominada de memória imagem das entradas. • Processar o programa do usuário: o CLP executa as instruções do programa, utilizando o estado das entradas armazenado na memória imagem de entrada, e determina os estados das saídas. Estes estados são armazenados em uma região da memória denominada de memória imagem das saídas. • Atualizar as saídas: baseado nos dados da memória imagem das saídas, o CLP aciona os dispositivos externos conforme lógica do programa. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

O tamanho do programa, o número de pontos de entradas e saídas, o número de módulos especiais, a quantidades de informações comunicadas em rede com outros equipamentos e o tempo de processamento por instrução influenciam diretamente no scan time. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

ESTRUTURA DE PROCESSAMENTO
Þ Processamento cíclico; Þ Processamento por interrupção; Þ Processamento comandado por tempo; Þ Processamento por evento. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Processamento Cíclico
É a forma mais comum de execução que predomina em todas as UCPs/ CPUs conhecidas, e de onde vem o conceito de varredura, ou seja, as instruções de programa contidas na memória, são lidas uma após a outra seqüencialmente do início ao fim, daí retornando ao início ciclicamente. Um dado importante de uma UCP /CPU é o seu tempo de ciclo, ou seja, o tempo gasto para a execução de uma varredura. Este tempo está relacionado com o tamanho do programa do usuário (em média 10 ms a cada instruções). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Processamento por Interrupção
Certas ocorrências no processo controlado não podem, algumas vezes, aguardar o ciclo completo de execução do programa. Neste caso, ao reconhecer uma ocorrência deste tipo, a UCP/CPU interrompe o ciclo normal de programa e executa um outro programa chamado de rotina de interrupção. Esta interrupção pode ocorrer a qualquer instante da execução do ciclo de programa. Ao finalizar esta situação o programa voltará a ser executado do ponto onde ocorreu a interrupção. Uma interrupção pode ser necessária, por exemplo, numa situação de emergência onde procedimentos referentes a esta situação devem ser adotados. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Processamento por Evento
Este é processado em eventos específicos, tais como no retorno de energia, falha na bateria e estouro do tempo de supervisão do ciclo da UCP/CPU. Neste último, temos o chamado Watch Dog Time (WD), que normalmente ocorre como procedimento ao se detectar uma condição de estouro de tempo de ciclo da UCP/CPU, parando o processamento numa condição de falha e indicando ao operador através de sinal visual e as vezes sonoro. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Processamento Comandado por Tempo
Da mesma forma que determinadas execuções não podem ser dependentes do ciclo normal de programa, algumas devem ser executados a certos intervalos de tempo, as vezes muito curto, na ordem de 10 ms. Este tipo de processamento também pode ser incarado como um tipo de interrupção, porém ocorre a intervalos regulares de tempo dentro do ciclo normal de programa. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA O sistema de memória é uma parte de vital importância no processador de um controlador programável, pois armazena todas as instruções assim como os dados necessários para executá-las. Existem diferentes tipos de sistemas de memória. A escolha de um determinado tipo depende: Þ do tipo de informação armazenada; Þ da forma como a informação será processada pela UCP/CPU. As informações armazenadas num sistema de memória são chamadas palavras de memória, que são formadas sempre com o mesmo número de bits. A capacidade de memória de um CLP é definida em função do número de palavras de memória previstas para o sistema. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Os tipos de memórias utilizadas e as funções executadas no CLP serão apresentados a seguir. RAM (Random Access Memory) São memórias do tipo volátil, ou seja, perdem os dados com a falta de energia. Sua principal característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e alterados rapidamente e facilmente. No CLP, os dados da RAM podem ser mantidos por uma bateria ou por um capacitor. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA ROM (Read Only Memory)
São memórias especialmente projetadas para manter armazenadas informações que não poderão ser alteradas. Desta forma, é uma memória somente para leitura, sendo que, seus dados não são perdidos caso ocorra falta de energia, ou seja, são memórias não voláteis. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA EEPROM – (Erasable Electrical Programmable Read Only Memory)
São memórias que, apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de regravação existente nas memórias RAM. Porém, a EEPROM apresenta duas limitações: o processo de regravação de seus dados só pode ser efetuado após a limpeza da célula, o que demanda tempo, e a vida útil de uma EEPROM é limitada pelo número de regravações (mínimo de /típico de operações de limpeza/escrita). Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Flash EEPROM A memória Flash é uma memória do tipo EEPROM que permite que múltiplos endereços sejam apagados ou escritos numa só operação. Dessa forma, a gravação é mais rápida que a EEPROM. Apesar de possuir uma vida útil menor que a EEPROM (mínimo de operações de limpeza/escrita), tem substituído gradualmente esta última. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Memória do programa monitor
O programa monitor (firmware) é o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP e não pode ser alterado pelo usuário. Entre essas atividades, está a transferência de programas entre o microcomputador e o CLP, o gerenciamento do estado da bateria do sistema, o controle dos diversos módulos, a conversão do programa criado pelo usuário para a linguagem de máquina, etc. Na maior parte dos casos o programa monitor é gravado em memória do tipo ROM. Porém, os CLPs atuais permitem que o firmware seja atualizado e, nesse caso, a memória deve ser do tipo EEPROM, por ser regravável e não volátil. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Memória do usuário
O programa da aplicação desenvolvido pelo usuário é armazenado nessa memória, a qual pode ser alterada pelo mesmo. A capacidade e o tipo desta memória variam de acordo com a marca/modelo do CLP. Em relação ao tipo, podem ser EEPROM/Flash EEPROM ou RAM (mantida por bateria ou capacitor). Nesse último caso, é comum o CLP armazenar uma cópia de segurança do programa numa memória EEPROM adicional, que em caso de perda do programa devido a problemas na bateria, permite a restauração do programa da memória EEPROM para a memória RAM. Em alguns casos, esse processo é automático. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Memória de dados
É a região de memória destinada a armazenar temporariamente os dados gerados pelo programa do usuário, tais como, valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. Esses valores podem ser consultados ou alterados durante a execução do programa do usuário e, devido a grande quantidade de regravações, essa memória só pode ser do tipo RAM. Em alguns CLPs, utiliza - se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MEMÓRIA Memória imagem das entradas/saídas
Sempre que a CPU executa o ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas, ela armazena os estados da cada uma das entradas ou das saídas em uma região de memória denominada memória imagem das entradas/saídas. Nessa região de memória a CPU irá obter informações das entradas ou das saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário, não necessitando acessar os módulos enquanto executa o programa do usuário. Devido a grande quantidade de regravações, essa memória só pode ser do tipo RAM. Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CARACTERÍSTICAS DAS ENTRADAS E SAÍDAS - E/S

ENTRADA DIGITAL CAMPO ENTRADA 1 ENTRADA 2 PSH COMUM fonte

ENTRADA SINAIS ANALÓGICOS
SINAIS: 4 a 20 mA a 5 V a 10 V a 20 mA a +20 mA TRANSMISSORES (PRESSÃO, VAZÃO, TEMPERATURA, etc) CARTÃO CPU LADDER TRANSMISSOR CONVERSOR ANA/DIG PRESSÃO = 0 a 30 Kg/cm² 8 bits = 0 a 256 12 bits = 0 a 4095 16 bits = 0 a 65535 0 a 30 4 a 20 mA ou 1 a 5 V Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SAÍDA DIGITAL Saída 1 SAÍDAS DIGITAIS COM PONTO COMUM Saída 2 Comum
CARGA FONTE Saída 1 Saída 2 SAÍDAS DIGITAIS COM PONTO COMUM Comum CAMPO Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SAÍDA SINAIS ANALÓGICOS
SINAIS: 4 a 20 mA 1 a 5 V a 10 V a 20 mA a +20 mA INDICADORES ANALÓGICOS, CONTROLE DE MOTORES, REGISTRADORES, TRANSDUTORES I/P, VÁLVULAS ELÉTRICAS CARTÃO CPU LADDER DISPOSITIVO DE SAÍDA CONVERSOR DIG/ANA 0 a 100% 10 bits = 0 a 1023 12 bits = 0 a 4095 4 a 20 mA 0 a 100% Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

FUNCIONAMENTO DE UM CLP
START PARTIDA - Limpeza de memória - Teste de RAM - Teste de Execução OK Tempo de Varredura Atualização da Tabela Imagem das Entradas Execução do Programa do Usuário Tabela Imagem das Saídas STOP PARADA Leitura dos Cartões de Entrada Transferência da Tabela para a Saída Não Sim Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

CICLO DE OPERAÇÃO DE UM CLP
OUT 1 Memória Imagem E N T R A D S Í I:0/0 I:0/2 O:1/3 Cartão de Saída IN Cartão de Entrada CICLO DE OPERAÇÃO DE UM CLP XV-001 LSH-001 LSL-001 XV-001 Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

Ambiente Para Programação de PLC

SISTEMA SUPERVISÓRIO Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO
SDCD SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

ESQUEMA DO SDCD Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

ESTRURTURA HIERÁRQUICA

MODELO DE REFERÊNCIA Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SDCD DE PEQUENO PORTE (MICRO XL)

ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

VISTA GERAL Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

GRUPO DE CONTROLE Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SUMÁRIO DE ALARMES Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

SINTONIA Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

TENDÊNCIA Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

AUTO DIAGNÓSTICO DAS UNIDADES

GRÁFICA Elaborado por Elton Sales (Coordenador de Projetos de Automação Industrial)

MENSAGENS GUIAS AO OPERADOR

DEFINIÇÃO DE INSTRUMENTOS DDC

INTERFACES DE COMUNICAÇÃO

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