CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMAVEIS

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Curso Básico Industrial - Instrumentação e Automação Básica
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Curso Básico
Treinamento Industrial
Janeiro / 2002
Controladores Lógicos Programáveis
Instrumentação e Automação
C L P
Curso Básico Industrial - Instrumentação e Automação Básica
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		É um controlador de alta velocidade, com arquitetura flexível, capaz de efetuar controles lógicos, funções de controle avançada e comunicação com outros dispositivos. 
	O CLP permite alterar seu programa sem parar o processo produtivo.
Definição
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CLP: Tradução para o português da sigla Programmable Logic Controller, ou seja, Controlador Lógico Programável, a qual tem sua utilização restrita uma vez que se tornou marca registrada de propriedade exclusiva de um fabricante nacional. Antiga Metal Leve Controle eletrônico sendo posteriormente adquirida pela Rockweel Automation.
Definição da sigla CLP
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PLC Abreviatura do termo em inglês Programmable Logic Controller
Definição da sigla PLC
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		O desenvolvimento do CLP iniciou-se em 1968 em resposta a uma requisição da Divisão Hidramática da General Motors. Naquela época, a General Motors freqüentemente passava dias ou semanas alterando sistemas de controle baseados em relés, sempre que mudava um modelo de carro ou introduzia modificações na linha de montagem. Para reduzir o alto custo de instalação decorrente destas alterações, a especificação de controle da GM necessitava de um sistema de estado sólido, com a flexibilidade de um computador, mas que pudesse ser programado e mantido pelos engenheiros e técnicos na fábrica. Também era preciso que suportasse o ar poluído, a vibração, o ruído elétrico e os extremos de umidade e temperatura encontrados normalmente num ambiente industrial.
Histórico
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		Os primeiros CLP’s foram instalados em 1969, fazendo sucesso quase imediato. Funcionando como substitutos de relés, até mesmo estes primeiros CLP’s eram mais confiáveis do que os sistemas baseados em relés, principalmente devido a robustez de seus componentes de estado sólido quando comparados as peças móveis dos relés eletromecânicos. Os CLP’s permitiram reduzir os custos de materiais, mão-de-obra, instalação e localização de falhas ao reduzir a necessidade de fiação e os erros associados. Os CLP’s ocupavam menos espaço do que os contatores, temporizadores e outros componentes de controle anteriormente utilizados. E a possibilidade de serem reprogramados permitiu uma maior flexibilidade para trocar os esquemas de controle. 
Histórico
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		Talvez a razão principal da aceitação dos CLP’s pela indústria foi que a linguagem inicial de programação era baseada nos diagramas ladder e símbolos elétricos usados normalmente pelos eletricistas.
Histórico
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Funcionamento
Todas as suas operações são programadas, para uma determinada aplicação, por meio de comandos pré-definidos . O Controlador Lógico Programável trabalha de forma cíclica, ou seja, existe um tempo (scan) para a realização de suas tarefas. Sua tarefa repetitiva é fazer leitura dos dispositivos de entrada, executar o programa criado pelo usuário, atualizar suas saídas e executar diagnósticos. 
Veja o ciclo de varredura no próximo slide
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INÍCIO
Leitura das Entradas
Execução do Programa do usuário
Atualização das Saídas
Execução do Diagnóstico
Ciclo de Varredura do CLP
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Funcionamento
Para melhor compreensão mostraremos a estrutura do CLP em 3 partes básicas, sendo:
 Configuração do Hardware (Cartões Entrada/Saída, Fonte, CPU, Comunicação e Rack);
 Tabela de Referência;
 Programa do Usuário
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Configuração
Parte do programa que integra os dispositivos de Entrada e Saída do campo dos mais diversos sinais elétricos em valores digitais.
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Ex.: Configuração
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Configuração
Base de sustentação mecânica, e interligação de alimentação interna dos cartões e comunicação dos cartões de entrada e saída com a CPU.
Rack
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Configuração
Responsável pelo:
 Auto diagnóstico;
 Leitura das entradas;
 Execução do programa do usuário e
 Atualização das saídas.
CPU
Unidade central de processamento
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Responsável pela alimentação e compatibilidade dos valores elétricos para funcionamento dos cartões.
Fonte de Alimentação
Configuração
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É um protocolo de comunicação proprietária da Ge-Fanuc para interligar CLP’s entre si ou módulos de I/O remoto, podendo ser blocos Genius, Versamax, FieldControl e outros dispositivos que suporta este tipo de protocolo. 
Comunicação Genius GBC
Configuração
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Comunicação SERIAL SNP
É um protocolo serial, de propriedade da Ge-Fanuc, utilizado em nossas aplicações normalmente para comunicação com as IHM’s (Interfaces Homem Máquina) e notebooks para alteração de programa via serial.
Configuração
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Comunicação SERIAL RTU - MODBUS
É um modo de comunicação do protocolo modbus, de propriedade da Modicon, também muito utilizado, para aquisição de dados de equipamentos. Este tipo de comunicação é utilizado em nossas aplicações para fazer aquisição de dados dos relés de Controle dos Geradores, Subestação, Controlador de Velocidade para Turbinas, Sistemas de Monitoramento de Deslocamento e Vibração de Mancais, etc...
 
Configuração
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CARTÃO DE ENTRADA ANALÓGICA
Transforma um sinal de grandeza elétrica de um instrumento ( 4-20mA, 0-10V, 1-5V, , mV, frequëncia, etc) em uma palavra digital de 16 bits, sendo, 12 bits de dados e 4 bits de controle.
Configuração
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CARTÃO DE SAÍDA ANALÓGICA
Transforma uma palavra digital de 16 bits em uma grandeza elétrica ( 4-20mA, 0-20mA, 0-10V, -10 à +10V) para acionar um dispositivo (Válvula de Controle, Inversor de Freqüência).
Configuração
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CARTÃO DE Entrada digital
Transforma sinais elétricos do tipo on/off provenientes de chaves de nível, pressostato, termostatos, fluxostatos, contatos auxiliares, contatos térmicos, etc, em um dado digital do tipo bit (0 ou 1).
Configuração
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CARTÃO DE saída digital
Transforma dados digitais do tipo bit (0 ou 1) em um sinal elétrico do tipo on/off, que serve para acionar contator para motores, válvulas solenóides, etc.
Configuração
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CARTÃO DE comunicação
Existem alguns dispositivos de controle, por possuírem muitas informações, disponibilizam os seus dados via rede, através de um protocolo de comunicação. 
Este tipo de informação trafega normalmente por um único par de cabo que interliga todos os dispositivos. 
Configuração
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CARTÃO DE comunicação
Imagine um dispositivo que tenha 150 variáveis para transmitir para o CLP, e sua saída fosse 4-20mA, precisaríamos de pelo ou menos
150 pares de cabo chegando até o CLP, este dispositivo seria enorme para comportar este numero de cabos, mas pela rede isto trafega em um único cabo em questão de dezenas de milisegundos.
Configuração
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Tabela de Referência
Para uma melhor compreensão da tabela de referência de um CLP, são apresentados dois conceitos que são de fundamental importância:
 Variáveis de Entrada
 Variáveis de Saída
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Tabela de Referência
São sinais externos recebidos pelo CLP, gerados por dispositivos como:
Variáveis de Entrada
 Sensores diversos;
 Chaves ou botoeiras;
 Fim de curso;
 Pressostatos;
 Fluxostatos;
 Transmissores;
 Termoresistências;
 Termopares, dentre outros.
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Tabela de Referência
São dispositivos controlados por cada ponto de saída do CLP. Tais pontos servirão para intervenção direta no processo, ou também para sinalização em painéis de operação. Podem ser citados como exemplo de variáveis de saída:
Variáveis de Saída
Os contatores (que acionam bombas, motores, etc);
Válvulas on-off ou válvulas de controle;
Lâmpadas;
Inversores de frequência.
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Principal Finalidade da Tabela de Referência
A tabela de referência permite a manutenção, monitoração e atuação de todas as áreas de entrada do CLP (recurso de forçar uma entrada ou saída). 
As áreas normalmente monitoradas são aquelas que permitem visualização e atuação do estado das entradas e saída físicas do CLP. Este recurso é utilizado principalmente em testes de bancada, pois, permite a visualização de várias de entradas ou saídas.
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Nomenclatura utilizada pelo CLP GE-FANUC 9030 
para ENTRADAS e SAÍDAS físicas
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Visualização na Tabela de Referência das Entradas Digitais (%I).
Área de entradas digitais (%I) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência das Entradas Digitais (%I).
Nesta área estão representadas os sinais externos recebidos pelo CLP, gerados por dispositivos como sensores diversos, chaves ou botoeiras, fim de curso, relés térmicos, pressostatos, fluxostatos, etc.
Exemplo:
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Tabela de Referência das Entradas Digitais (%I).
Na tabela de referência esses dispositivos podem assumir somente dois estados 0 ou 1, chamado de nível lógico.
 Pode ser interpretado da seguinte forma:
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Visualização na Tabela de Referência das Saídas Digitais (%Q).
Área de saídas digitais (%Q) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência das Saídas Digitais (%Q).
Nesta área estão representadas os dispositivos controlados por cada ponto de saída do CLP. Tais pontos servirão para intervenção direta no processo, ou também para sinalização em painéis de operação. Podem ser citados como exemplo de saídas digitais os contatores, válvulas on-off, lâmpadas, bobinas, etc.
Exemplo:
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Tabela de Referência das Saídas Digitais (%Q).
Na tabela de referência esses dispositivos podem assumir somente dois estados 0 ou 1, chamado de nível lógico.
 Pode ser interpretado da seguinte forma:
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Visualização na Tabela de Referência das Entradas Analógicas (%AI).
Área de entrada analógica (%AI) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência das Entradas Analógicas (%AI).
Nesta área estão representados os sinais externos recebidos pelo CLP, gerados por dispositivos como transmissores, termoresistências, termopares etc.
Exemplo:
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Tabela de Referência das Entradas Analógicas (%AI).
Na tabela de referência os valores gerados por um transmissor de nível é interpretado da seguinte forma.
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Visualização na Tabela de Referência das Saídas Analógicas (%AQ).
Área de entrada analógica (%AQ) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência das Entradas Analógicas (%AI).
  Nesta área estão representadas os dispositivos controlados por cada ponto de saída do CLP. Tais pontos servirão para intervenção direta no processo, na maioria da vezes em malhas de controles. Podem ser citados como exemplo de saídas analógicas sinais para válvulas de controle, inversores de freqüência, placas de controle de velocidade de variadores, etc. 
Exemplo
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Tabela de Referência das Entradas Analógicas (%AQ).
Na tabela de referência os valores gerados para uma TCV (válvula de controle de temperatura) é interpretado da seguinte forma:	
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Tabela de Referência
Registros e Bits Internos
A tabela de referência também disponibiliza registros e bits internos que são utilizados para:
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Nomenclatura utilizada pelo CLP GE-FANUC 9030 
para REGISTROS e BITS INTERNOS.
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Visualização na Tabela de Referência dos Registros Internos (%R).
Área de registros internos (%R) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência dos Registros Internos (%R).
Quando ocorre uma alteração via supervisão ou IHM de um valor de set point (SP) ou valor de saída para variáveis manipuladas(CV) ou ainda parâmetros de processos como relações de dosagem de polímero, limites de proteção de turbinas, limites para parada de equipamentos, etc, esses valores são armazenados em uma área de memória do CLP denominada registros internos. 
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Tabela de Referência dos Registros Internos (%R).
Exemplo
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Na tabela de referência os valores de entrada para o Set Point da Temperatura do Secador de Levedura colocados pelo operador, seriam interpretados da seguinte forma. 	
Tabela de Referência dos Registros Internos (%R).
Observação
A nível de programação essa área de memória de registros internos estará alocando também todo o endereçamento de temporizadores, contadores, registros auxiliares, PID’s, etc.
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Visualização na Tabela de Referência dos Registros Internos (%M).
Área de registros de bits internos (%M) CLP GEFANUC 9030
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Tabela de Referência dos Bits Internos (%M).
Quando ocorre uma alteração via supervisão ou IHM a ação de ligar ou desligar algum equipamento, habilitar ou desabilitar um sensor de rotação, passar uma malha de manual para automático, passar um sistema de intertravado para independente, etc. Esses ações de operação irão mudar o nível lógico (0 ou 1) de uma área de memória do CLP denominada registros internos(%M). É nessa área também que são armazenadas todos os alarmes do sistema de supervisão, sendo que cada alarme ocupará um endereço %M. 
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				A nível de programação essa área de memória de bits internos estará alocando também todo o endereçamento de bits temporizadores, bits auxiliares, etc.
Exemplo
Tabela de Referência
dos Bits Internos (%M).
Observação
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Funções do Tipo Relé
Programa do Usuário
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Funções do Tipo Contador / Temporizador
Programa do Usuário
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Funções do Tipo Comparação
Programa do Usuário
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Funções Matemáticas
Programa do Usuário
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Funções do Tipo Movimentação de Dados
Programa do Usuário
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Controlador de Nível
Programa do Usuário
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Vista Interna do Controlador de Nível
Programa do Usuário
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Supervisão
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Atualmente as usinas do Grupo Zillo Lorenzetti contam com diversas áreas automatizadas, sendo operadas parcial ou integralmente por uma sala de controle centralizada “CECOI” (Centro de Controle de Operações Industriais). Esta automação permite visualizar e atuar nos dados do processo, através de um software dedicado de supervisão, Cimplicity, que associado com Servidores, Micros, Controladores Lógicos Programáveis (CLP) e Estrutura de Rede é possível visualizar dados em tempo real, verificar dados históricos, acionar remotamente equipamentos, trocar valores de parâmetros, gerar eventos, alarmes e controlar a planta como um todo. 
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Nossa estrutura é composta por :
 Data Collector (Servidores de Base de Dados)  
 Estações Viewers
 Estações Runtimes  
 Servidor Web 
 Interfaces Homem Máquina (HMI ou IHM)
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Responsável pela base de dados das variáveis de toda a usina, com milhares de pontos. Para entendermos melhor, cada ponto de temperatura, ou nível, ou vazão, ou pressão, ou um botão para ligar um motor, ou um botão de intertravado, para cada unidade é contado um ponto sendo ele digital ou analógico.
Data Collector (Servidores de Base de Dados)
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O Data Collector(servidor) atualiza em frações de segundos todas as variáveis em sua base de dados para disponibilizar em tempo real os dados para seus clientes (Estações Viewers).
Gera arquivos de eventos, alarmes e históricos que são gravados em um Servidor Oracle, que disponibiliza os dados na Intranet. Caso o Data Collector (servidor) estiver inoperante, é impossível através das estações Viewers acionar, alterar ou monitorar o processo. 
Os Data Collector(servidores) trabalham com redundância, caso um deles falhe, o outro imediatamente assume a operação, permitindo as estações Viewes atuar no processo novamente.
Data Collector (Servidores de Base de Dados)
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Micros para monitoração e atuação, composto de telas gráficas representando o processo. Trabalham associados ao Data Collector(servidor), por não possuirem base de dados. As estações Viewers não atuam diretamente no CLP. 
Estas estações encontram-se no CECOI e também na dependência de algumas áreas.
Estações Viewers
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Micros para monitoração e atuação no processo composto de telas gráficas. As estações Runtimes, possuem base de dados própria e atuam diretamente no CLP e não dependem do Data Collector(servidor). Estas estações encontram-se nas dependências de cada área.
Estações Runtimes
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Servidor responsável apenas para mostrar as telas e o estado atual do processo na Intranet. É ligado aos 3(três) Data Collector(servidores) das 3(três) usinas, e permitem somente 10 usuários por vez para ver o processo.
Servidor Web
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É uma interface para monitoração e atuação em áreas do processo, onde existe equipamentos com operação local (em campo) que disponibiliza os dados em forma de texto sem recursos gráficos ou operação remota que no caso são as própria estação Viewers e Runtimes. 
Interface Homem Máquina (HMI ou IHM)
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Layout Padrão das Telas de Supervisão
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A partir da figura do slide anterior é possível notar que a navegação entre telas do sistema de supervisão é feita na parte inferior da tela (Menu de Navegação), sendo realizada através dos botões com o respectivo nome, no qual diz respeito as etapas do processo. 
A Lista parcial de Alarmes pode ser configurada pelo OPERADOR na tela Geral de Alarmes. Os Alarmes são classificados por área e nível de importância.
O botão Retorna, volta a tela anterior.
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O OPERADOR deve ficar atento a Lista parcial de Alarmes, para alguma anormalidade no processo e tomar as devidas providências. 
RECONHECER O ALARME E NORMALIZAR O PROCESSO
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Padrões de Indicação e estado atual de cada Objeto 
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Modo de Acionamento e Ajuste de Valores
O modo de atuar em um equipamento em operação para Ligar e Desligar motores, ou Abrir ou Fechar válvulas são iguais, ao levar o mouse em cima do objeto, forma-se um retângulo e o ponteiro do mouse fica preto, indicando que aquele objeto tem um controle ou um acionamento.
Ao clicar em um objeto(motor, bomba, válvula, etc.), abre-se uma sub-janela contendo um título(descrição) e as funções de acionamento que no caso, um Abre / Fecha e um Auto / Manual. Após o acionamento é necessário clicar no botão Sair, para que essa sub-janela se feche e você continue a operar e ajustar outros controles.
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Modo de Acionamento e Ajuste de Valores
Exemplo:
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Status de Indicação
Na janela de acionamento a cor verde sinaliza a função habilitada descrita no botão.
Nos desenhos de motores e válvulas também são sinalizados com cores, sendo, verde (ligado ou aberto), vermelho (desligado ou fechado) e amarelo piscando (térmico ou falha). Em equipamento que possuem a opção auto/manual também é sinalizada próximo ao objeto (desenho) uma letra A (automático) e M (manual).
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Janela de Acionamento
Teclado de Ajuste 
As setas ajustam os valores bem próximos sem que o OPERADOR precise digitar. 
 O botão C, Corrige valores. Tem a finalidade de voltar o valor anterior, para que o OPERADOR possa colocar um novo valor. 
O botão E, Confirma valores. Tem como finalidade setar o valor digitado pelo OPERADOR, sem que a sub-janela se feche.
O botão Sair, tem como finalidade setar o valor digitado pelo OPERADOR, e fechar a sub-janela.
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Sinalização das Moendas
M.54” – Indica o estado da Moenda 54”.
M.78” – Indica o estado da Moenda 78”.
Esta indicações esta disponibilizadas na telas principais de cada área da Usina.
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Sinalização do Controle
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Setpoint: é o valor desejado pelo operador para o controle do processo.
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PV: variável do processo (valor de campo).
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Saída (CV): é o valor de saída do controlador para o elemento final de controle.
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Auto/Manual: botões utilizados para selecionar controle em automático ou manual. A cor verde indica o estado selecionado.
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Parâmetros do controlador: são valores de sintonia da malha de controle.
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Estrutura da Automação