CONTROLE E AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS Aula 01

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1 Os controladores lógicos programáveis, ou mais comumente, os CLPs, são computadores digitais empregados para a automação de tarefas ou processos exclusivos, com diferentes aplicações. Eles manipulam máquinas em linhas de montagem. A automação industrial vem aumentando exponencialmente, junto à necessidade por instalações de produção a nível mundial. A automação está se transfigurando para um aspecto central na fabricação, enquanto instalações enfrentam as humildes margens de lucro e ainda operam dentro de métodos de produção just-in-time. As empresas estão entendendo que, para oferecer esses processos essas, devem atender à demanda do cliente enquanto exercem com dispêndios mais baixos, com manufaturação em massa, personalizável e com maleabilidade. Os CLPs figuram atualmente o auge da automação industrial, servindo como elo significativo entre máquinas e humanos. Como controladores globais, os CLPs podem ser programados para executar inúmeras tarefas, desde operações pneumáticas à computação matemática. Com o poder de processamento, o armazenamento de dados e as capacidades de comunicação dos computadores nupérrimos, os CLPs fornecem um nível completo de supervisão, monitoramento e controle por intermédio de aplicativos. Os CLPs são projetados para oferecer operações portando o mais alto grau de idoneidade, tanto em simples operações quanto nas mais difíceis, tais como em altas temperaturas, ruído elétrico, choque e impacto de vibração. Os CLPs interagem através da conexão direta com equipamentos de entrada e de saída. Os sinais provenientes de periféricos (sensores, interruptores e outros dispositivos de controle) os quais, fornecem dados físicos externos sobre as operações ambientais do CLP. De acordo com o algoritmo instalado, suas saídas fornecem um feedback para determinar a melhor decisão possível para a alteração do processo ou do ambiente. Página 1

2 BENEFÍCIO DO CLP Um único CLP pode executar facilmente vários tipos de máquinas. CORREÇÃO DE ERROS Antes do CLP, os painéis de relés precisariam ser fisicamente alterados para alcançar um novo desenho do circuito. Com os CLPs, pode-se modificar facilmente uma alteração no desenho do circuito, bastando para isso, reprogramar o controlador. A correção de erros nos controladores é de duração extremamente curta e de baixo custo. EFICIÊNCIA DE ESPAÇO Com o desenvolvimento da memória do CLP, a oportunidade de utilizar contatores, bobinas, temporizadores, sequenciadores e contadores em um único controlador aumentaram consideravelmente. Milhares de instrumentos podem ser conectados a um único controlador, reduzindo a necessidade de várias caixas de painel para diversos sistemas. BAIXO CUSTO O custo do PLC varia de algumas centenas a alguns milhares. A redução do número de componentes externos para operar um único sistema através da compra de um único PLC pode economizar dinheiro sobre os custos diretos e de instalação. TESTES Os CLPs podem ser testados e avaliados em laboratório seguro. O programa pode ser testado, validado e corrigido, o que economiza um tempo bastante valioso. A implementação do CLP oferece inúmeros benefícios de desempenho, tais como requisitos reduzidos de hardware, aumento da eficiência e menos resíduos do produto. Nos modelos mais modernos encontramos a alta capacidade de personalização, sendo que podem ser aplicados em projetos de controle individuais, reduzindo significativamente o uso da produção de manual. Página 2

3 Com controladores embutidos, os CLPs tornam a instalação mais fácil, porque eles precisam de menos espaço. Além disso, apresenta melhor interação com o operador, o que leva ao aumento de eficiência na produção. Na manutenção e na solução de problemas, os reparos são reduzidos devido aos componentes de plug-in e aos módulos de substituição. As probabilidades de falhas do CLP e o tempo necessário para corrigir os erros são significativamente reduzidos, o que leva à eliminação total de religação de painéis de relé e de componentes acessórios. Além disso, os circuitos de detecção de falhas e a integração do indicador de diagnóstico nos principais componentes podem monitorar quando os componentes estão funcionando corretamente. FUNCIONAMENTO Um controlador lógico programável é um computador especial que controla as máquinas e os processos. Ele, portanto, compartilha um espaço comum com os PCs como unidade central de processamento, de memória, de software e de comunicações. Ao contrário dos PCs, o CLP é projetado para sobreviver em ambientes industriais mais severos e é bastante flexível em sua interface com entradas e saídas. Os CLPs normalmente possuem os seguintes componentes: Fonte de alimentação e rack Unidade de processamento central Sistema de Entrada / Saída Página 3

4 FONTE DE ALIMENTAÇÃO E RACK O rack mantém tudo em conjunto. Ele pode ser projetado para conter vários módulos. Contém os cartões para comunicação com a CPU. A fonte de alimentação regula a energia CC para cada um dos módulos no rack. CPU Este é o cérebro por trás do PLC. A CPU normalmente fica atrás da fonte de alimentação. Consiste de um microprocessador, chip de memória, e outros circuitos lógicos de controle e de comunicação. Este é o local onde o programa de lógica é implementado, executando o programa e operando o processo. SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA Este é o lugar onde as conexões físicas entre os equipamentos e o PLC se encontram. Uma fita de terminais é utilizada para os cartões de E/S para as ligações do dispositivo. Página 4

5 O sistema de entrada/saída trabalha em conjunto com a CPU. É onde os dispositivos de entrada registram e medem os dados recebidos, pelo monitoramento de componentes, e fornece informações para a CPU para determinar o que a máquina ou processo deve fazer com ele. O sistema de saída retransmite a execução do programa a partir da CPU até as máquinas e os processos operacionais. Normalmente, o CLP realiza um único tipo de execução para uma tarefa ou um processo específico. Isto permite que o sistema automatize a tarefa com base nos sensores de feedback dos CLPs. APLICAÇÃO INDUSTRIAL Com o design e o desenvolvimento de PLC atingindo novos patamares a cada ano, as aplicações industriais em potencial continuam crescendo. Algumas indústrias e suas aplicações: INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Sistemas de Controle de Forno Sistemas de dosagem Sistemas de Fogão Sistemas de Extrusão e de Corte Mistura e Distribuição de ingredientes TRANSPORTE DE MATERIAL Manuseio de materiais Acionadores e Sistemas de Velocidade Variáveis Sistemas de Centros de Controle de Motores Sistemas de Controle de Sequência de Válvula Controles de Contramedida de Linha Plugada PRODUTOS DE CONSTRUÇÃO Sistemas de Controle de Forno Sistemas de Controle de Cortes Sistemas de Formação Mistura e Distribuição de Gesso INDÚSTRIA FARMACÊUTICA Sistemas de Controle de Autoclave Máquinas de Fechamento de Frascos Relatórios de Validação Operações de P&D Lavagem de Frascos Rotulagem de Frascos Página 5

6 INDÚSTRIAS SIDERÚRGICAS Controle de Máquinas Sistemas de Controle de Forno Embalagem e Rotulagem POSICIONAMENTO DE MATERIAIS Sistemas de Controle de Estoque Sistemas de Transporte de Produtos RELAÇÃO CUSTO BENEFÍCIO A compreensão dos requisitos de aplicação ajudará a determinar se os CLPs são os melhores para o seu sistema de automação. As aplicações normais de automação de fábrica para as quais os CLPs foram projetados envolvem a fabricação/montagem de itens específicos. Essas aplicações envolvem uma ou mais máquinas e muito movimento de material. Normalmente, estes tipos de processos são monitorados por um operador que observa a progressão através da linha de fabricação. Estes processos são altamente controlados de forma lógica e exige alta velocidade, o que é muitas vezes controlado por CLPs e pela Interface de combinação Homem-Máquina (HMI). Quando o valor do produto é relativamente baixo e/ou a inatividade resulta na perda da produção, mas com pequeno custo adicional ou pequenos danos ao processo, o PLC é uma boa escolha. Para a fabricação sob demanda do produto, onde a fabricação não é contínua, onde são permitidas interrupções adequadas para a manutenção, solução de problemas ou atualizações que possuem pouco impacto sobre a produção, o pedido é a aplicação do CLP. Normalmente, em um ambiente de CLP, o operador lida principalmente com exceções. As informações de status e os alarmes ajudam o operador a ficar ciente da execução do processo. Isto é essencial para a definição de Lights Out Manufacturing [Fabricação completamente automatizada]. Quando for preciso Página 6

7 apenas um operador para fazer a supervisão, então o sistema CLP é a escolha certa. Os CLPs são projetados para aplicações de alta velocidade que exigem altas taxas de varredura envolvendo o controle de movimento, o intertravamento de alta velocidade ou o controle de motores e acionamentos. As taxas de varredura rápidas são necessárias para serem totalmente eficazes no controle desses dispositivos, tornando-os excelentes para o mercado do produto sob demanda. Os CLPs foram projetados como os melhores personalizáveis. O desenvolvimento de rotinas e de funções personalizadas é necessário para satisfazer as necessidades de aplicações únicas. O integrador de sistemas pode alterar a partir de um tipo de máquina de fabricação hoje e passar a um sistema completamente diferente amanhã. Este é o poder dos controles lógicos programáveis e sua capacidade de passar de uma aplicação para outra, reescrevendo o código. Os engenheiros de automação industrial buscam plataformas personalizáveis, onde os componentes individuais podem ser reprogramados para realizar a tarefa desejada. Os integradores e os engenheiros interrompem os CLPs e começam a programar com base no que necessitam. As ferramentas fornecidas pelos CLPs normalmente suportam uma abordagem de base para a engenharia, que funcionam perfeitamente em aplicações menores. Os CLPs garantiram seu espaço em indústrias de automação com a sua taxa de produção de alta velocidade e flexibilidade de sistema. Estão no mercado há um bom tempo, mas ainda encontram-se em desenvolvendo em ferramentas potentes para todos os tipos de aplicação industrial. Página 7