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23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 1/43 SISTEMASSISTEMAS AUTOMATIZADOS NAAUTOMATIZADOS NA INDÚSTRIA 4.0INDÚSTRIA 4.0 SISTEMAS DE CONTROLE ESISTEMAS DE CONTROLE E SUAS ARQUITETURASSUAS ARQUITETURAS Au to r ( a ) : M e . Pe d ro V i e i ra S o u z a S a n to s R ev i s o r : D a n i e l R . Ta s é Ve l á zq u e z Tempo de leitura do conteúdo estimado em 1 hora e 11 minutos. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 2/43 Introdução Olá, caro(a) estudante, como vai? No contexto dos sistemas automatizados, um dos pilares básicos para a sistemática é o uso de comparações simples para a tomada de decisão. Podemos, por exemplo, comparar se a temperatura está abaixo do ponto desejado (set point) e, caso positivo, acionar a fonte de calor. Podemos ainda pensar no caso de um alarme tocar quando se tenha algum parâmetro fora dos padrões. Toda essa funcionalidade pode ser incorporada aos sistemas de controle desde que os algoritmos e o controlador lógico estejam sintonizados. Para isso, podemos empregar os supervisórios como fonte de consulta e acompanhamento do funcionamento do sistema. O estudo desses elementos é fundamental para a programação e o controle de variáveis em ambientes industriais. Entender a relação entre eles é crucial para pensarmos em melhorias constantes no funcionamento dos programas de atuação controlada. Vamos entender isso melhor? Bons estudos! Comparadores 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 3/43 Caro(a) estudante, no contexto de programação, em algumas situações e/ou circunstâncias, é preciso fazer a comparação entre dois valores. Nesse sentido, podemos utilizar as chamadas instruções de comparação. Para tal, os elementos designados são os comparadores, os quais empregam dois operandos (byte, word ou constante). Outro ponto inicial, estudante, é que o programa é executado com os operandos 1 e 2 (Figura 3.1). Se os valores satis�zerem a condição de comparação e, além disso, a entrada do comparador estiver no modo habilitada, a saída do comparador será acionada, condicionando, assim, a saída do sistema. Portanto, as operações de comparações podem ser feitas dos seguintes modos: igual, maior que, menor que, maior ou igual a, menor ou igual a e diferente (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011). Analógicos no CLP 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 4/43 Igual a (=) Nesse caso, a representação técnica, em diagrama Ladder, é apresentada na Figura 3.2. Figura 3.1 - Símbolo grá�co do comparador Fonte: Adaptada de Parede, Gomes e Horta (2011). #PraCegoVer: a imagem é composta por um retângulo representando um comparador. Dentro dele, há os termos “Operando 1” na parte superior, “Sinal de comparação” no meio e “Operando 2” abaixo. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 5/43 Nesse caso, para a situação na qual a entrada I0.0 estiver habilitada, tem-se a comparação possível entre o operando 1 e o 2. Caso sejam iguais, estudante, o resultado da dinâmica será igual ao nível lógico “1”, e, portanto, a saída será acionada. Mas, segundo Parede, Gomes e Horta (2011), se forem diferentes, o resultado vai ser igual ao nível lógico “0”, e a saída será, nesse caso, desligada. Maior que (>) Para essa con�guração, pode-se notar o comportamento da instrução (>) em diagrama Ladder, conforme a Figura 3.3. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 6/43 Nesse modo, quando a entrada denominada I0.0 estiver habilitada, tem-se a viabilização da comparação entre os dois operandos. Porém, caso o operando número 1 comporte-se como maior que o 2, o resultado vai ter um nível lógico “1”, e a saída será então acionada. Para a situação em que o operando 1 for menor que o 2, o resultado será o nível lógico “0”, e a saída será desligada, conforme citado por Parede, Gomes e Horta (2011). Menor que (<) Nesse comportamento, segundo Parede, Gomes e Horta (2011, p. 109), quando a entrada I0.0 estiver em modo habilitada, tem-se a comparação entre o operando 1 e o 2 (Figura 3.4): “Se o operando 1 for menor que o operando 2, o resultado terá nível lógico ‘1’ e a saída será acionada. Se o operando 1 for maior ou igual ao operando 2, o resultado terá nível lógico ‘0’ e a saída será desligada”. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 7/43 Maior ou igual a (≥) A Figura 3.5 ilustra o tipo no qual o programa da instrução é maior ou igual a (≥), no modo Ladder: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 8/43 Nesse enquadramento, caro(a) estudante, nota-se a entrada I0.0 habilitada, acarretando uma comparação entre os operandos (1 e 2). Quando o operando 1 for maior ou igual ao operando 2, o resultado vai ter um nível lógico “1”, e a saída será acionada. Quando o operando tipo 1 for menor que o número 2, o resultado vai ter o nível lógico “0” e a saída será então desligada (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011). Menor ou igual a (≤) Conforme conceituado por Parede, Gomes e Horta (2011), no caso em que o enquadramento é menor ou igual, tem-se a entrada I0.0 habilitada e a comparação entre o operando 1 e o 2. Se o operando 1 for menor ou igual ao 2, o resultado será nível lógico tipo “1”, e a saída será acionada. Se o 1 for maior que o operando 2, o resultado então vai ser o nível lógico zero, e a saída será desligada. A Figura 3.6 apresenta a programação da instrução menor ou igual a (≤) na linguagem Ladder: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 9/43 É importante destacar que o sinal presente no sistema indica, sobretudo, o que teremos de resultado na saída. Para esse caso, como podemos perceber, se o operando 1 for maior que o operando 2, o resultado então vai ser zero, e a saída será desligada. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 10/43 Diferente de (≠) “Nesse exemplo, quando a entrada I0.0 estiver habilitada, terá a comparação entre o operando 1 e o operando 2. Se os operandos forem diferentes, o resultado terá nível lógico ‘1’ e a saída será acionada.” (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011, p. 110). A Figura 3.7 ilustra essa situação: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611_… 11/43 Mas, caso o operando 1 seja igual ao 2, o resultado vai ser igual ao nível lógico “0”, e a saída será então desligada. Vejamos, caro(a) estudante, a divisão dos operandos a seguir: Fonte: Adaptado de Parede, Gomes e Horta (2011). A classi�cação dos operandos deriva da necessidade atual de suas aplicações. Isso está pautado no fato de que, ao passar dos anos, os blocos Bits (X) Bytes (B) Words (W) Double word (D) Word long (L) utilizados para a implementação de lógica, ocupam 1 bit de memória. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 12/43 de instruções incluíram elementos, tais como contadores, temporizadores e outros mais, o que gerou a criação dos diversos tipos de operandos. Conhecimento Teste seus Conhecimentos (Atividade não pontuada)Estudante, em alguns projetos, principalmente analógicos, ou naqueles em que há uma necessidade de minimizar os problemas com a interação do software e o risco associado, a saída do comparador pode ser conectada diretamente à função que controla, como um controle do elemento do aquecedor. Isso posto, sabendo da importância dos comparadores analógicos em sistemas de controle lógico, algumas comparações podem ser visualizadas. Quando temos a situação na qual o operando 1 é menor que o operando 2, o resultado é igual ao nível lógico “1”, e a saída é acionada. Mas, se o operando 1 for maior ou igual ao operando 2, o resultado será igual ao nível lógico “0”, e a saída será desligada. PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L.; HORTA, E. Eletrônica: automação industrial. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011. Esse tipo de comparação se refere a qual das a�rmativas a seguir? Assinale a alternativa correta: a) Comparação do tipo “Diferente de (≠)”. b) Comparação do tipo “Menor ou igual a (≤)”. c) Comparação do tipo “Menor que (<)”. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 13/43 d) Comparação do tipo “Maior ou igual a (≥)”. e) Comparação do tipo “Maior que (>)”. Caro(a) estudante, convido você a seguir nessa jornada, conhecendo agora os elementos chamados blocos de função (do inglês, function blocks). Os blocos de função são de�nidos como uma forma de programação que possibilita a especi�cação de algoritmos ou ainda de um conjunto de ações direcionados aos dados de entrada (GEORGINI, 2000). No caso de aplicações práticas, os blocos são úteis para a realização dos seguintes programas: Operações numéricas; Comparação; Blocos de Funções Especiais no CLP 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 14/43 Processamento de caracteres; Contador; Temporizados e comunicação (mensagens) (GEORGINI, 2000), entre outros mais. Para de�nirmos um bloco de função, temos duas sequências, sendo: 1. A especi�cação da estrutura de dados, que, nesse caso, é composta pelos parâmetros de entrada, pelas variáveis internas e ainda contando com os parâmetros de saída empregando as declarações textuais; 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 15/43 2. Por meio do algoritmo, que pode ser con�gurado a partir de uma linguagem de programação estabelecida pela IEC 113103 (Texto Estruturado, Ladder etc.) (GEORGINI, 2000). Contadores Os contadores, caro(a) estudante, são utilizados quando se busca fazer a contagem do número de vezes que um evento especí�co ocorre, como quantidade de itens produzidos, operações �nalizadas e outros mais. Algumas classi�cações para esses elementos são: UP: nessa con�guração, o contador ora de�nido como crescente faz o incremento de uma unidade, ao passo que o contato associado à entrada (CU) sai do estado lógico nível zero em direção ao nível um. Isso ocorre até atingir o valor predeterminado (valor do preset). Conforme Parede, Gomes e Horta (2011, p. 94), no caso em que o valor atual chegar ao valor do preset, “a saída (E) do contador será acionada, passando do nível lógico ‘0’ para o ‘1’. Quando a entrada associada ao reset (R) do contador for acionada, passando do nível lógico ‘0’” em direção ao “1”, o valor atual do contador vai ser zerado, podendo, para essa situação, ocorrer a reinicialização da contagem quando a entrada associada ao reset retornar ao estado inicial (nível lógico “0”). DOWN: nessa caracterização, tem-se o valor atual carregado com o valor do preset. O contador desse tipo (decrescente) atua com o decremento de uma unidade, ao passo que o contato atrelado à entrada (CD) sai do estado lógico zero para o nível um. Conforme Parede, Gomes e Horta (2011, p. 97), na situação em que o “valor atual 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 16/43 do contador chegar a zero, a saída (E) do contador será acionada, passando do nível lógico ‘0’ para o ‘1’. Quando a entrada associada ao preset (P) do contador for acionada, passando do nível lógico ‘0’ para o ‘1’”, o valor atual do contador DOWN será então carregado com o valor do preset, e a sua respectiva saída acabará retornando ao estado inicial (zero), o que pode fazer a reinicialização da contagem. Rápido: o contador do tipo rápido faz a execução da lógica que está previamente programada no CLP em razão de uma entrada rápida. Nesse tipo de contador, a contabilização dos pulsos é identi�cada pela entrada rápida, obedecendo ao limite máximo da frequência de 4 kHz. Segundo Parede, Gomes e Horta (2011, p. 101), esse tipo de contador funciona “quando a entrada enable (E) está habilitada, é feita uma comparação do valor atual (CRx.V) com o valor do preset (CRx.P) do bloco do contador rápido”. Além disso, conforme os autores, “quando o valor atual for igual ou maior que o valor do preset, o bit relacionado ao bloco (CRx.Q) será acionado. Se a entrada enable (E) não estiver habilitada, não será efetuada a comparação, mas o valor atual da visualização” vai permanecer sendo adicionado cada vez em que houver pulso na entrada rápida. Temporizadores Estudante, no contexto dos sistemas automatizados, nota-se a inclusão da variável tempo como um fator comum aos processos. Portanto, nesse contexto, podemos indicar que o temporizador se trata de um elemento muito empregado com o intuito de de�nir o intervalo de tempo entre duas atividades e/ou operações. Ademais, ele atua de modo a veri�car se uma determinada tarefa está sendo executada dentro do tempo desejado, além de 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 17/43 poder estipular o tempo ideal para a execução da atividade. Em linhas gerais, há basicamente três tipos de temporizadores: energizado (TON), desenergizado (TOFF) e de pulso (TP) (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011). TON: também chamado de temporizador na energização, esse elemento atua de modo a causar um retardo na energização de sua saída. Logo, para que isso aconteça, o temporizador aciona a contagem a notar pelo instante em que a entrada enable (E) é ativada. Com isso, ele altera seu nível, indo do “0” para o “1”. Conforme Parede, Gomes e Horta (2011, p. 103), na situação em que o valor atualizado do mecanismo (Txx.V) “se igualar ao tempo do preset (Txx.P), a saída do temporizador será acionada, passando do nível lógico ‘0’ para o ‘1’. Se, a qualquer instante, a entrada enable (E) for desabilitada, passando do nível lógico” indo de um para zero, o valor atual (Txx.V) permanecerá em estado 0, e sua saída (Q) se tornará então desabilitada, voltando ao estado inicial (0). Na prática, podemos con�gurá-lo para acionar uma carga que seja ativada e permaneça em funcionamento oito segundos depois de o botão “liga” ser ativado e que desligue a qualquer instante em que o botão for desacionado (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011). TOFF: conhecido também como temporizador na desenergização, con�gura-se a partir do acionamento da entrada enable (E) e, logo, o valor atual do elemento (Txx.V) acaba zerando a saída (Txx.Q), que se transfere para o nível um, isto é, seguindo a entrada. Nessa condição, o efeito de retardo ocorre na desenergização, ou seja, quando se executa o desacionamento. Assim, a entrada enable (E) passa do nível lógico um para o zero. Nesse momento, começa-se a “contagem do 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 18/43 tempo que causará o retardo na saída (Txx.Q). A partir do instante em que o valor atual do temporizador (Txx.V) se igualarao tempo do preset (Txx.P), a saída do temporizador será desacionada, passando do nível lógico ‘1’ para o ‘0’” (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011, p. 104). Podemos con�gurá-lo de modo a desacionar uma carga que limite seu funcionamento oito segundos após o botão “desliga” ser ativado (PAREDE; GOMES; HORTA, 2011). TP: é o tipo no qual, quando for acionada a entrada enable (E) e o pulso de entrada for notado como sendo menor que o tempo do preset (Txx.P) do mecanismo, a saída se tornará, assim, igual à entrada. Mas, caso a entrada permaneça ativa por um período de tempo maior que o preset (Txx.P), a saída vai ser acionada apenas através do tempo do preset (Txx.P), o que gera um pulso na saída. Para Parede, Gomes e Horta (2011, p. 105), no momento em que o valor observado do temporizador (Txx.V) se tornar igual ao tempo do preset (Txx.P), “a saída (Q) do temporizador será desativada, passando do nível lógico ‘1’ para o ‘0’. Um fato relevante é que existem pequenas variações no comportamento desse timer, dependendo do fabricante.”. Podemos formatar uma programação na qual se almeja ativar uma carga que interrompa seu funcionamento oito segundos após o botão “liga” ser pressionado. Se desligarmos o botão “liga” a qualquer momento antes de oito segundos completos, ele interromperá o funcionamento instantaneamente. Vejamos agora, estudante, as regras dos temporizadores: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 19/43 REGRAS DOS TEMPORIZADORES #PraCegoVer: o infográ�co é interativo, de título “Regras dos temporizadores”, apresenta seis tópicos em linha horizontal. O primeiro tópico é “Txx” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “número do temporizador, de 0 a 31, de�nido pelo usuário”. O segundo tópico é “Time Base” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “base de tempo do temporizador (1 s, 0,1 s e 0,01 s), de�nida pelo usuário”. O terceiro tópico é “Txx.P” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “valor do preset do temporizador, de�nido pelo usuário. É um número inteiro na faixa de 0 a 65.535”. O quarto tópico é “Txx.V” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “valor atual do temporizador, de�nido por software. É um número inteiro na faixa de 0 a 65.535”. O quinto tópico é “Q” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “status da saída do temporizador, de�nido por software. É ativado quando o valor atual do temporizador se iguala ao valor do preset. Bit (0 ou 1)”. E o sexto tópico é “E” e, ao clicar nele, o seguinte texto é apresentado: “Enable do temporizador, de�nido pelo usuário. Quando ativado, faz a contagem do tempo. Bit (0 ou 1)”. Abaixo dos tópicos, há a ilustração de um temporizador ao centro e duas engrenagens, uma ao lado esquerdo e outra ao lado direito. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 20/43 Em suma, temos que: Temporizador de atraso (TON) LIGADO, que se torna LIGADO após um determinado atraso; Os temporizadores de retardo (TOFF) na desativação estão LIGADOS por um período �xo de tempo após desligar a entrada; O temporizador de pulso (TP) liga ou desliga por um período �xo de tempo. Se associarmos a cada tipo de temporizador um exemplo, consideremos três motores para uma explicação dos temporizadores. Precisamos dar partida em três motores de maneiras diferentes. Logo: O primeiro motor dará partida após um atraso de 10 segundos; 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 21/43 O segundo motor começará imediatamente e desligará após um atraso de 10 segundos; O terceiro motor dará partida com pulso e desligará com atraso de 10 segundos. Assim, caro(a) estudante, nota-se que os temporizadores possuem papel importante na programação, uma vez que, em muitas aplicações torna-se necessário controlar o tempo e/ou o �uxo do sinal. Por exemplo, uma válvula ou até mesmo um motor pode precisar ser controlado para operar por um intervalo-padrão de tempo, sendo ligado após algum intervalo de tempo e/ou após algum atraso. Conhecimento Teste seus Conhecimentos (Atividade não pontuada) No contexto da automação de sistemas, uma das funções mais essenciais na programação dos controladores lógicos é o temporizador. Nesse caso, o tempo nos programas CLP é incrementado em quase todos os cenários, desde atrasar a partida de um motor até prolongar um sinal, por exemplo. CAVALCANTI, P. J. M. Fundamentos de eletrotécnica. 21. ed. Rio de Janeiro: Freitas Bastos, 2001. Considerando sua funcionalidade, assinale a alternativa correta sobre o temporizador TOFF: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 22/43 a) É chamado de temporizador de atraso na desativação, porque a saída é desligada após um atraso. b) É chamado de temporizador de atraso na desativação, porque gera um pulso de comprimento especí�co; c) É chamado de temporizador de atraso na desativação, porque a saída é ligada após um atraso. d) É chamado de temporizador de atraso na desativação, porque o pulso acontecerá independentemente do estado da entrada no tempo médio. e) É chamado de temporizador de atraso na ativação, porque o pulso acontecerá independentemente do estado da saída no tempo médio. Prezado(a) estudante, conforme Fernandes Júnior et al. (2005, p. 4): O controle do tipo analógico desenvolveu-se, inicialmente, com o surgimento dos ampli�cadores operacionais, por meio das malhas Controladores PID no CLP 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 23/43 especí�cas de ação de controle. Controladores de processos contínuos evoluíram juntamente com a microeletrônica e passaram a utilizar circuitos mais complexos, microprocessados, de forma a poderem utilizar poderosos recursos e efetuarem técnicas de ação de controle dos mais diversos tipos, tais como: Proporcional- Integral-Derivativo PID, PID adaptativo (não linear), [...] entre outros. Ainda segundo os autores (2005), o Controlador Lógico Programável comporta-se como um instrumento e�caz diante da necessidade de implementação de controle discreto em equipamentos dispostos nas indústrias. O CLP é amplamente utilizado a partir da adição de novos recursos, o que o torna cada vez mais prático e e�ciente nas tarefas a que se destina (FERNANDES JÚNIOR et al., 2005). Isso posto, estudante, observa-se que há uma gama de práticas e técnicas direcionadas para o controle de sistemas que podem ser utilizadas nos diversos campos de atuação. Entretanto, a metodologia mais comum de encontrarmos na indústria utilizada para controlar sistemas é o PID (Proporcional, Integral e Derivativo). Trata-se de uma abordagem usada para controle clássico e que é aplicada em sistemas cuja con�guração permite uma entrada e uma saída (Single Input Single Output – SISO). O PID tornou-se popular em virtude da sua facilidade de ajuste e disposição no mercado de uma ampla variedade de ferramentas que permitem e tornam viáveis sua aplicação. Segundo Guerra (2009, p. 1), tem-se o caso em que todo CLP, “por mais simples que seja, possui o algoritmo PID pronto para ser usado. Existem até aqueles que possuem ferramentas de autoajuste do PID reduzindo ainda mais a necessidade de ter uma pessoa quali�cada para ajustá-lo”. Segundo Oliveira (2002), os fabricantes de CLPs que incrementam da função PID em sua lógica devem atentar-se com relação à con�guração das constantes. Isso é importante, tendo em vista que um simples erro pode levar ao comprometimento do desempenho do sistema como um todo e causar 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611…24/43 um mau funcionamento do processo (OLIVEIRA, 2002). A associação PID/CLP é feita, por exemplo, conforme ilustrado na Figura 3.8: Estudante, uma observação importante que justi�ca essa associação é feita por Guerra (2009, p. 20): “em processos de produção industrial é comum que máquinas ou linhas de produção inteiras permaneçam ligadas por vários dias ou semanas”. Mas o período de amostragem considerado para um algoritmo tipo PID, em geral, não ultrapassa dezenas de minutos. Figura 3.8 - Relação do PID com a arquitetura CLP Fonte: Adaptada de Carvalho et al. (2020). #PraCegoVer: a imagem é composta por cinco retângulos conectados por uma linha. À esquerda, temos a indicação do CLP na parte superior, a qual engloba o retângulo do PID que está conectado com o controlador. A saída do retângulo do PID está direcionada ao Conversor D/A, e sua saída se direciona ao Processo. Este, por sua vez, conecta-se ao Conversor A/D, que se conecta ao Controlador. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 25/43 Essas funcionalidades fazem com que o PID seja de natureza �exível, o que possibilita o atendimento a qualquer sistema de controle. Tais sistemas buscam atender a algumas especi�cações, como: Rapidez de operação; Amortecimento de modo satisfatório; Precisão em regime; Imunidade a distúrbios (ALCINDO, 2010). Lugli et al. (2015, p. 2) observam que: A escolha do CLP depende muito do número de variáveis do processo que se deseja controlar. Especi�cações de redes de comunicação, quantidade de memória e entradas especiais também podem ser consideradas. A maioria dos CLP’s permitem expansões, como por exemplo, módulos de entradas e saídas (digitais ou analógicas), módulos com entrada para encoder, módulos de contagem rápida, módulos com entradas para PT-100 e Termopares, módulos de comunicação para Redes industriais, dentre vários outros. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 26/43 Observe, estudante, que a Figura 3.9 ilustra, em síntese, a representação de um diagrama de blocos do princípio de funcionamento de um CLP: Por outro lado, a estrutura PID alinha o sistema de controle por meio da constituição de que é apta para receber o Set Point (SP), ler a variável de entrada E(t) e tomar uma decisão de modo que haja a atuação (ou não) na saída u(t) com vistas à obtenção do valor do set point (Figura 3.10). Figura 3.9 - Representação de um CLP Fonte: Adaptada de Silveira e Santos (2010). #PraCegoVer: a imagem é composta por um retângulo central. Dentro dele, há outros dois retângulos menores intitulados de Processador e de Memória. Ambos estão ligados à entrada e à saída por uma seta, em que está escrito “Barramento de Comunicação”. No lado direito, temos a representação da saída e, à esquerda, representando as entradas, temos um retângulo com setas em direção à direita. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 27/43 Logo, estudante, o propósito de um controle de natureza malha fechada é induzir o sinal de erro E(t) para o valor zero, em que se caracteriza como base a diferença relativa do sinal de saída (PV) e o Set Point do processo em foco (LUGLI et al., 2015). Pautando-se nessa diferença, o erro gera um sinal de controle habilitado para corrigir ou anular essa diferença, conforme a equação (1): Contudo, mesmo com o Set Point estando em função do tempo na maioria das aplicações, ele mantém-se constante por um longo tempo (LUGLI et al., 2015). E(t) = SP(t) − PV(t)(1) 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 28/43 atividade Atividade Em sistemas automatizados, podemos encontrar controles de malha fechada ou malha aberta. Nesse contexto, o controle de sistemas tem como objetivo buscar a otimização de um processo de tal maneira que uma dada saída seja obtida através de uma entrada de referência indicada. Com base no exposto, elabore um texto dissertativo explicando a diferença entre uma malha aberta e uma malha fechada. Além disso, cite exemplos de cada modelo. Prezado(a) estudante, conforme Fernandes Júnior et al. (2005), o termo “supervisório” trata de um programa orientado para promoção da interface homem/máquina. Com isso, tem-se a possibilidade de proporcionar a Supervisório 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 29/43 supervisão técnica de um processo por meio de telas devidamente con�guradas e adaptadas. O supervisório tem painéis que representam sistematicamente o processo e que podem ser alimentados com funcionalidades diversas, inclusive com informações e dados oriundos do CLP, de controladores e de outros elementos mais. Em síntese, o supervisório pode ser compreendido como um tipo de software para supervisionar e controlar, além da aquisição de dados, em inglês, Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA). Um exemplo desse tipo de elemento é o caso de uma bomba: para seu acionamento, a tela informa a mudança de cor caso ela esteja ligada. Outra situação é quando um controle de nível tem variação detectada e, na tela, aparece a informação atualizada. O supervisório é habilitado para leitura e escrita sobre a memória do CLP com o intuito de atualizar as telas para o usuário. Por meio desse tipo de sistemática, torna-se possível ligar ou desligar bombas, abrir ou fechar válvulas, ou seja, registrar na memória do controlador (FERNANDES JÚNIOR et al., 2005; PETRUZELLA, 2013). Quando tratamos de sistemas cuja complexidade é oriunda de sua arquitetura em função da natureza das operações, tem-se a possibilidade de utilizarmos os sistemas de supervisão e aquisição de dados (SCADA), viabilizando um aumento do desempenho, da e�ciência e da qualidade dos processos automatizados (SILVA, 2017). Silva (2017, p. 48) aponta que os sistemas tipo SCADA são comumente “formados por uma unidade central de processamento chamada MTU (Master Terminal Unit), e diversas unidades remotas, chamadas de RTUs (Remote Terminal Units)”. Segundo o autor, quando em associação com os controladores lógicos, �rmam a gestão local das instalações industriais e o recolhimento de dados locais, que são posteriormente enviados à MTU por meio de sistemas de comunicação e redes de longo alcance, onde são armazenados. Ademais, há as interfaces de operação chamadas de HMI e Workstations de engenharia no centro de controle, destinadas ao monitoramento e controle de 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 30/43 processos remoto (BRANQUINHO et al., 2014). Veja, estudante, a Figura 3.11, a qual apresenta um sistema SCADA e sua composição, além da interface com o CLP e demais níveis de sistemas de automação. Do ponto de vista dos componentes lógicos inerentes a um sistema SCADA, de modo geral, eles dividem suas principais atividades em blocos ou módulos, que viabilizam a habilidade de �exibilidade e robustez seguindo a orientação predeterminada. De modo objetivo, as atividades podem ser listadas como: Núcleo de processamento; Comunicação com CLPs/UTRs (Unidades Terminais Remotas); Históricos e banco de dados; 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 31/43 Lógicas de programação interna (scripts) ou controle; Interface grá�ca; Comunicação com sistemas externos/corporativos, e outros mais. De acordo com Azevedo (2013, p. 56-57): A regra geral para o funcionamento de um sistema SCADA parte dos 57 processos de comunicação com os equipamentos de campo, cujas informaçõessão enviadas para o núcleo principal do software. O núcleo é responsável por distribuir e coordenar o �uxo dessas informações para os demais módulos, até chegarem à forma esperada para o operador do sistema, na interface grá�ca ou console de operação com o processo, geralmente acompanhadas de grá�cos, animações, relatórios, etc, de modo a exibir a evolução do estado dos dispositivos e do processo controlado, permitindo informar anomalias, sugerir medidas a serem tomadas ou reagir automaticamente. Estudante, de modo ilustrativo, temos o exemplo de um supervisório na Figura 3.12: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 32/43 Por meio do sistema de supervisão, é possível ter a de�nição dos mais variados parâmetros, variáveis essas que são necessárias para o bom funcionamento do processo produtivo sem a necessidade de acesso ao CLP de modo direto (SILVA; PAULA; SILVA, 2011; CAPELLI, 2013). Um controlador lógico, por exemplo, pode intervir no controle de vazão de um determinado �uido de resfriamento ao longo de uma etapa do processo industrial. Por outro lado, o sistema de supervisão (SCADA) pode ser direcionado para tornar possível que o usuário (operador) altere o Set Point da referida vazão, além de poder fazer a habilitação de alarmes; tudo isso sendo armazenado em uma memória. Logo, há duas formas de controlar as variáveis nesse contexto. Observe: 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 33/43 Na ótica de Tagliari (2010, p. 9), “ambas as maneiras de realizar o controle em sistemas de supervisão são bastante utilizadas”. Nesse caso, a de�nição de qual opção será ativada depende da natureza do sistema a ser controlado e, sobretudo, do software de programação que será empregado para realizar esse controle. praticar Vamos Praticar Silva (2017, p. 48) aponta que os sistemas tipo SCADA são comumente “formados por uma unidade central de processamento chamada MTU (Master Terminal Unit), e diversas unidades remotas, chamadas de RTU’s (Remote Terminal Units)”. Nesse sentido, devemos compreender como a arquitetura de um supervisório é composta. 1) Por meio da programação da UTR ou do CLP (em linguagem Ladder) para que eles possam controlar o processo de modo independente, ao passo que o supervisório monitora as variáveis. Pode ainda o sistema SCADA efetuar uma função matemática complexa que não seria viável de implementação, de modo direto, no controlador programável ou na UTR. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 34/43 A partir do que foi apresentado, elabore um texto dissertativo explicando as relações entre os diversos elementos que compõem um sistema SCADA. Além disso, destaque o papel de cada um deles no funcionamento prático. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 35/43 Material Complementar F I L M E Blackhat: ameaça na rede Ano: 2015 Comentário: A obra audiovisual, dirigida por Michael Mann, aborda uma situação na qual há ataques cibernéticos. O �lme se passa inicialmente em uma sala de controle nuclear, especi�camente onde tratam do controle da temperatura da planta. A produção aborda a discussão sobre tópicos de segurança e alternativas de controle complexas para impedir ataques e/ou vazamento de informações. TRA I LER 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 36/43 L I V R O Introdução a sistemas de supervisão, controle e aquisição de dados: SCADA Editora: Alta Books Autor: Ervaldo Garcia Junior ISBN: 978-8550804644 Comentário: A obra de Garcia Junior, lançada em 2019, traz uma abordagem dinâmica sobre o sistema de supervisão SCADA. A leitura trará grandes conhecimentos sobre o funcionamento e a aplicação prática de supervisórios em ambientes industriais. O objetivo do livro é mostrar ao leitor, de modo simples e didático, como um sistema tipo SCADA é formado, apresentando as tecnologias envolvidas em seu projeto e sua especi�cação. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 37/43 Conclusão Caro(a) estudante! Conforme percebido ao longo deste material, compreender as relações entre estruturas de controle envolve uma série de elementos e suas funcionalidades. Os controladores PID, por exemplo, analisam o ponto de ajuste e o comparam com o valor real da variável de processo. Isso faz com que grande parte de suas aplicações sejam relacionadas e/ou integradas a um CLP. Assim sendo, nota-se que o entendimento acerca dessa relação e suas funções especiais é crucial para o desenvolvimento e a aplicação melhorada em sistemas contemporâneos. Por �m, estudante, o resultado será um programa de controle dinâmico, capaz de alimentar um esquema de supervisão no qual o usuário possa interagir com o sistema. Foi ótimo compartilhar todo esse conhecimento com você! Até a próxima! Referências ALCINDO, P. J. Controle de processos industriais. Max Pezzin, 2010. 23/11/2021 18:17 E-book https://anhembi.blackboard.com/webapps/late-course_content_soap-BBLEARN/Controller?ACTION=OPEN_PLAYER&COURSE_ID=_736611… 38/43 Disponível em: https://bityli.com/9f3nO. Acesso em: 29 maio 2021. AZEVEDO, P. K. C. Desenvolvimento de um sistema supervisório e lógicas de CLP no ambiente de Geração de Energia. 2013. Monogra�a (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) – Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2013. Disponível em: https://bityli.com/YqX2a. Acesso em: 29 maio 2021. BLACKHAT - Ameaça na Rede - Trailer O�cial Legendado (Portugal). [S. l.: s. n.], 2014. 1 vídeo (2 min 26 s). 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