1b - Apostila Curso PLC - Automação

Prévia do material em texto

Página 19 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Componentes básicos de um CLP 
 
 
O CLP se divide em vários componentes com funções distintas. O conjunto destes 
elementos deve ser especificado no projeto do sistema de automação para garantir a sua 
boa performance. 
 
 
• Rack ou Chassi 
• Fonte 
• CPU 
• Memória 
• E/S digitais 
• E/S analógicas 
• Interfaces de Comunicação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CLP da GE Fanuc completo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 20 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Rack ou Chassi 
 
 
É o bastidor onde são encaixados os cartões do CLP (fonte, CPU, E/S, módulos de 
comunicação, etc.). Serve para dar proteção mecânica aos cartões, blindagem eletrostática 
e suportam o barramento de interligação (back plane) ao qual são ligados os cartões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte de alimentação 
 
É o elemento responsável pelo fornecimento de energia elétrica aos demais componentes 
do CLP. Existem várias fontes fornecidas por cada fabricante, cada uma com uma 
capacidade de fornecimento e/ou conexão elétrica ( 110 Vac , 24 Vcc, etc...). O projetista do 
sistema deverá especificar a fonte prevendo ampliações do sistema, caso contrário poderá 
ser necessário a substituição da fonte para a inclusão de novos componentes no CLP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 21 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Unidade central de processamento ( CPU ) 
 
É o cérebro do CLP, onde todo o processamento é realizado. Processa o programa lógico 
do CLP armazenado dados na memória, executando as funções lógicas, temporização, 
contagem, retenção, comparação, , operações aritméticas, PID, totalização e manipulação 
de dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 22 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Em função da configuração e da arquitetura , os CLPs podem ser classificados como: 
 
 
Simplex – É o CLP de configuração simples com apenas uma CPU, em caso de falha desta 
CPU dependendo do projeto todas as saídas do CLP são levadas ao estado seguro ou 
zeradas. 
 
Hot Stand-By – É uma configuração em que duas CPUs são utilizadas e apenas uma é a 
CPU ativa enquanto que a outra fica em “stand-by” apenas atualizando seus dados sem 
realizar a lógica implementada. Em caso de falha da CPU ativa a outra CPU assume 
possibilitando a troca do elemento defeituoso sem a parada do sistema. Esta configuração 
tem por finalidade aumentar a disponibilidade dos sistemas, é largamente utilizada na Bacia 
de Campos. Apesar da duplicação das CPUs e outros componentes do CLP, os elementos 
de entradas e saídas são únicos como no Simplex. 
 
Por votação – São configurações em que todas as CPUs realizam os cálculos e o resultado 
final é colocado em votação. A finalidade desta configuração é aumentar a confiabilidade do 
sistema de intertravamento de segurança. São típicos desta configuração: 
 
Votação 2 de 3 ( 2oo3 ) - Onde três CPUs votam se duas votaram de uma maneira e uma 
de outra o sistema considera as duas estão certas e despreza o resultado da terceira. 
 
Votação 2 de 2 ( 2oo2) - Onde duas CPUs votam e tem que achar um resultado, em caso 
contrário o CLP entra em falha e obriga as suas saídas a posição segura. Neste tipo de CLP 
a segurança é priorizada em relação à disponibilidade. 
 
Votação 1 de 2 (1oo2) – onde qualquer CPU atuante aciona a saída correspondente. 
 
Memória 
 
Cada CPU tem sua memória física onde são guardados os dados, programas e realizados 
os cálculos necessários ao desempenho do CLP. A capacidade de um CLP está ligada ao 
tamanho da memória instalada nele. 
 
 
Entradas e Saídas digitais 
 
São os elementos responsáveis pelo tratamento dos sinais de entrada e saída do tipo 
ligado/desligado, verdadeiro/falso. 
 
Entradas Digitais 
 
 
Recebem sinais de campo na forma 
discreta, normalmente em 24Vcc ou 
115Vca conforme o tipo do cartão usado. 
Na UNBC o mais comum é o 24 Vcc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 23 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As entradas são isoladas por acopladores óticos que protegem o CLP e filtram o sinal do 
campo. 
 
São exemplos de instrumentos que geram entrada digitais: 
 
- Pressostatos; 
- Chaves de Nível; 
- Termostatos; 
- Chave fim de curso de válvulas; 
- Botoeiras de emergência; 
 
 
Saídas Digitais 
 
As saídas digitais são isoladas por 
acopladores óticos que protegem o CLP 
da saída de potência 
para o campo. Estas saídas podem ser 
alimentadas por fontes externas ao rack 
do CLP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 24 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
 
São exemplos de instrumentos que recebem as saídas digitais: 
 
- Solenóides; 
- Contatores elétricos; 
- Alarmes sonoros; 
- Lâmpadas de sinalização; 
 
 
Entradas e Saídas analógicas 
 
São os elementos responsáveis pelo tratamento dos sinais de entrada e saída do tipo 
contínuos/analógicos, isto é, são sinais que podem adquirir vários valores. 
 
 
Entradas Analógicas 
 
 
 
Recebem sinais que variam de 4 a 20 mA 
e os transforma para o correspondente 
digital. O resultado da conversão é 
armazenado em um registro de 16 bits. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 25 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
 
 
São exemplos de instrumentos que geram entradas analógicas: 
 
- Transmissores ( Pressão, nível, temperatura, etc...); 
- Sensores de Gás; 
- RTD; 
- Termopares 
 
 
Saídas Analógicas 
 
 
 
 
Após o processamento da CPU o registro 
de oito bits correspondente a saída é 
transformado por um conversor digital 
/analógico em sinal de controle de 4 a 20 
mA que irá atuar o elemento final de 
controle para o posicionamento adequado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São exemplos de instrumentos que recebem as saídas analógicas: 
 
- Válvulas de controle; 
- Variadores de velocidades de motores elétricos; 
- aquecedores elétricos; 
- Posicionadores de válvulas com motores elétricos; 
 
 
Interfaces de Comunicação 
 
 
16 bits 
 
 Página 26 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
Permitem a comunicação com os CLPs, 
podem ser fornecidas em cartões 
independentes ou estarem incluídas nos 
cartões da CPU. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estes catões permitem a comunicação com diversos padrões elétricos e diversos protocolos 
de comunicação. São exemplos de padrões elétricos: 
 
RS 232 
RS 485 
RS 422 
Ethernet 
 
São exemplos de protocolos de comunicação : 
 
TCP/IP ( Internet ) 
Modbus ( Modcom) 
Controlnet ( ALLEN BRADLEY ) 
Genius ( GE Fanuc ) 
 
 
Remotas de CLP 
 
 
Um dos recursos que os CLPs dispõe é o de se colocar cartões de entrada e saída próximo 
aos instrumentos de campo. Este recurso tem como principal vantagem a economia de 
cabos e bandejamento que seriam necessários para se levar os sinais até a sala dos CLPs. 
As remotas se comunicam com as CPUs através de redes proprietárias de comunicação. 
 
 
 
 Página 27 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
Princípio de funcionamento do CLPO CLP trabalha em ciclos, estes ciclos são chamados de SCAN. Em um Scan o CLP 
primeiro atualiza todas os registros de suas entradas, depois processa os dados conforme 
sua programação e só ao final deste processamento atualiza as saídas. 
 
 
 
INÍCIO DO SCAN 
INÍCIO DA 
ATUALIZAÇÃO DAS 
SAÍDAS 
LEITURA DOS 
SINAIS DE 
ENTRADA
Processamento 
 
 Página 28 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Programação de CLP 
 
 
Para se programar um CLP deve-se conhecer sua linguagem de programação. A IEC 
padronizou quatro tipos de linguagens de programação: a LADDER, bloco de funções, Lista 
de instruções e texto estruturado. Destas a mais utilizada é a LADDER que se consolidou 
como a linguagem mais utilizada em todos os CLPs. 
 
Abaixo um exemplo de programação de uma linha nos quatro padrões da IEC: 
 
1- Diagrama Ladder 
 
 
 
 
 
 
 
2- Lista de Instrução 
 
LD A 
ANDN B 
ST C 
 
 
3- Texto estruturado 
 
C = A AND NOT B 
 
 
4- Bloco de funções 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para se programar um CLP é necessário computador e um software programador, isto é, 
uma interface que possibilite ao técnico inserir um programa no CLP. Cada fabricante tem 
seu programador que também depende do modelo do CLP, por exemplo: 
 
Fabricante Programador 
GE Fanuc LM90 
Allen Bradley Contrologix 
Altus MasterTools 
 
 
 
 
 
 
 
A 
B 
C 
AND 
( ) 
A B C 
 
 Página 29 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Para cada fabricante existe uma forma de endereçamento diferente, e cada modelo do 
mesmo fabricante pode ter características diferentes que o Técnico programador deve 
conhecer. A tabela abaixo para exemplifica as diferentes formas de endereçamento da Allen 
Bradley e da GE Fanuc : 
 
 
Tipo de Sinal Entrada Discreta Saída Discreta Entrada 
Analógica 
Saída Analógica 
AB I:001/00 O:001/00 N:001/00 N:001/00 
GE %I00001 %Q00001 %AI00001 %AQ00001 
 
 
Diagrama Ladder 
 
Forma de programação usada para passar instruções ao CLP sobre como deve ser 
executado o plano de controle. Utiliza símbolos similares aos usados em diagrama elétrico 
de reles como linguagem de programação. 
 
 
 
Símbolos básicos do Diagrama Ladder 
 
 
Examine On 
 
 
 
 
Indica a necessidade de que o ponto 
monitorado tenha valor 1 para que seja 
satisfeita a condição de se energizar o 
circuito. 
 
 
 
 
Examine Off 
 
 
 
 
Indica a necessidade de que o ponto 
monitorado tenha valor 0 para que seja 
satisfeita a condição de se energizar o 
circuito. 
 
 
Bobina 
( Energizar saída ) 
 
 
 
Indica que todas as condições foram 
atendidas para que se energize a saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 30 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Com a associação destes símbolos básicos podemos programar vários circuitos com 
diversas utilidades. Por exemplo: 
 
Circuito simples 
 
 
 
 
Onde uma entrada energiza uma saída. 
 
 
 
 
Circuito em série 
 
 
 
 
Onde duas ou mais condições tem que ser atendidas para energizar a saída. 
 
 
 
Circuito em paralelo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Onde o atendimento de qualquer uma das condições em paralelo energiza a saída. 
 
 
 
Circuitos série-paralelo : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A 
B 
C 
A C 
A 
B 
C 
A 
B 
C D 
 
 Página 31 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Onde deve ser satisfeita a condição A ou B e a condição C para energizar D. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Onde deve ser satisfeita a condição A e B ou a condição C para energizar D. 
 
 
 
Circuito de selo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Onde o acionamento da entrada A aciona a bobina B e o próprio sinal do acionamento da 
bobina mantém a bobina energizada. Note que neste circuito manterá a bobina energizada 
após o primeiro acionamento, para corrigir este problema devemos combinar com um 
circuito em série para desligar o circuito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Onde o acionamento de C desligaria o circuito. 
 
 
 
A B 
C 
D 
A 
B 
B 
A 
B 
C B 
 
 Página 32 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
7 SUPERVISÓRIOS 
 
 
Características e implementações 
 
O CLP, por si só, não apresenta uma interface apropriada para fornecer as informações 
necessárias aos operadores. Para isto foram desenvolvidos os sistemas supervisórios, que 
nada mais são do que hardwares e softwares dedicados a transformar informações 
provenientes dos instrumentos de campo, dos próprios CLPs ou mensagens de erro em algo 
perceptível aos operadores. 
 
Como características principais dos supervisórios podemos incluir: 
• Interface amigável com o operador; 
• Histórico de alarmes e variáveis; 
• Dinâmica com gráficos; 
• Integração dos dados de todos os CLPs dos sistemas da plataforma; 
• Emissão de relatórios; 
• Registro de eventos. 
 
 
 
 
Estrutura 
 
O sistema supervisório é constituído de Telas e janelas. As telas tem como características 
principais a ocupação de todo o espaço disponível no monitor e a apresentação de vários 
dados de um sistema para o operador. A Janela é normalmente acionada de dentro de uma 
Tela e tem como características principais a ocupação de apenas uma parte da área do 
monitor e de ser específica para um determinado instrumento. 
 
 
 Página 33 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
Tarefas realizadas através dos supervisórios: 
 
By pass e Override - Para se executar alterações, manutenções e sanar defeitos espúrios 
dos sistemas pode ser necessário a inibição dos sinais de campo ou das saídas do CLP. Em 
automação a inibição do sinal de entrada é conhecido como By pass, assim como a inibição 
do sinal de saída é conhecido como override. 
 
Acionamento e desligamento de equipamentos – a operação de equipamentos a distancia 
por meio de “botões” virtuais nas telas. 
 
Reconhecimento de alarmes – A operação de reconhecimento de alarmes registra no 
histórico do supervisório o momento em que o operador respondeu a um alarme gerado pelo 
sistema de automação. Os alarmes no sistema supervisório gera uma indicação visual e 
uma indicação sonora, estas indicações só serão interrompidas ao se reconhecer o alarme. 
 
Sinalização do estado operacional dos equipamentos – O sistema supervisório indica 
através de um código de cores o estado operacional dos equipamentos, válvulas de 
acionamento remoto ( XV, SDV, BDV ). 
 
Alteração de parâmetros – Para facilitar mudanças na estratégia de controle dos 
controladores PID é disponibilizada uma janela onde os parâmetros relevantes ao operador 
podem ser alterados. 
 
 
 
Na janela representada acima o operador pode alterar o SET POINT, os ganhos do 
controlador a ação do controlador, direta ou reversa, e se o controlador está em automático 
ou manual. 
 
ECOS e ESC 
 
Na Bacia de Campos são utilizadas duas tecnologias de supervisórios, ECOS e ESC. 
 
A ECOS, Estação Central de Operação e Supervisão, é baseada em microcomputadores 
ALPHA/RISC com sistema operacional Open VMS da Digital/Compaq, o software 
supervisório é o VXL da CSI. 
 
 
A ESC, Estação de Supervisão e Controle, é baseada em microcomputadores padrão 
IBM/PC com sistema operacional Windows NT TM da Microsoft, o software supervisório é o 
InTouch TM da Wonderware Corporation. 
 
 Página 34 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
Ambas as tecnologias são utilizadaspara indicar ao operador de forma gráfica a situação 
dos sistemas das plataformas. Os exemplos das figuras deste capítulo mostram uma tela 
que representa o manifold de produção de uma plataforma, e uma janela de configuração de 
um controlador PID. 
 
Relação das plataformas da UN-BC que possuem ECOS e ESC: 
 
ECOS 
 
P-08, P-18, P-19, P-20, P-25, P-27, P-31, P-32, P-33, P-35, P-37, P-47, PCE-1. 
 
ESC 
 
P-07, P-09, P-12, P-15, PGP-1, PPG-1, PVM-1, PVM-2, PVM-3, PCP-1/3, PCP-3, PCH-1, 
PCH-2, PPM-1, PNA-1 e PNA-2. 
 
Driver de comunicação 
 
 
Para que o supervisório possa ser o mesmo para todos os tipos de conexões de rede e 
fabricantes de CLP, foi criada uma interface que faz a “tradução” dos métodos de 
comunicação, endereçamento e outros detalhes. A esta interface é dado o nome de driver 
de comunicação. Sem o driver de comunicação não existe a comunicação entre os 
componentes de controle, CLP, e os elementos de supervisão, supervisórios. 
 
O driver de comunicação tem que estar sempre ativo na estação de trabalho, ECOS e ESC. 
Se a estação de trabalho se comunica com diversos CLPs de diversos fabricantes, são 
necessários vários drivers de comunicação para a realização efetiva da comunicação. 
 
 
 
 
 
 Página 35 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
8 REDES 
 
As redes de automação e de informática são amplamente utilizadas para comunicação de 
dados entre diversos equipamentos microprocessados. As redes de informática surgiram da 
necessidade de se compartilhar as informações em tempo real com outros usuários. Do 
mesmo modo a automação teve necessidade de fazer a comunicação entre os diversos 
sistemas. Podemos definir as redes de automação então como o meio através do qual os 
equipamentos microprocessados se comunicam entre si. 
Para se definir uma rede é necessário conhecer o seu padrão de transmissão e o protocolo 
de comunicação utilizado. O padrão transmissão se refere ao tipo de padrão condutor 
adotada pela rede, por exemplo Serial ( RS-232, RS-485 ), Ethernet, Token Ring etc...Já o 
protocolo se refere a como são as regras de comunicação adotadas pela rede, por exemplo 
TCP/IP, Modbus, Decnet, etc... 
 
Meio Físico de transmissão 
 
Uma informação importante a ser dada sobre a rede é o meio físico de transmissão de 
dados que a rede utiliza, é definido pelo meio condutor. O meio físico da rede pode gerar 
restrições para a rede, como distancia máxima, atenuação de sinal, ruídos, etc 
São exemplos de meio físico: 
Cabos elétricos - Par trançado, fios paralelos, etc. 
Cabos óticos 
Ar - Rede por rádio-modem ou wireless 
 
 
Devido as suas características as redes de automação podem ser divididas em redes de 
campo, redes de controle e redes de informação. 
 
 
Redes de campo 
 
As redes de campo são aquelas em que os instrumentos falam entre si ou com o mestre da 
rede. Normalmente são redes de baixa velocidade em que transitam poucas informações. 
São exemplos destas redes Foundation, Devicenet, Profibus, Hart , etc. 
 
 
Redes Proprietárias/Controle 
 
São redes normalmente entre os CLPs principais e suas remotas, sendo usados também 
como redes de comunicação entre CLPs . A característica principal destas redes é que elas 
são proprietárias, isto é, foram desenvolvidas por um fabricante de CLP e só podem ser 
utilizadas entre CLPs do mesmo fabricante ou de seus parceiros. São redes determinísticas, 
isto é, todos os componentes da rede tem um tempo definido para a comunicação. 
São exemplos deste tipo de rede Genius ( GE Fanuc ), ControlNet ( AllenBradley ), Alnet 
( ALTUS ), Modbus ( Modicom), etc.... 
 
 
Redes Abertas/Informação 
 
São as redes de comunicação de massa, normalmente de grande velocidade e destinadas 
troca de informações entre os CLPs e os supervisórios. 
São exemplos destas redes TCP/IP, Decnet. 
 
 
 Página 36 de 36 CURSO DE FORMAÇÃO EM OPERAÇÕES DE PRODUÇÃO 
PETROBRAS/UNBC/ST/AUT 20 DE FEVEREIRO DE 2002 
 
Arquitetura de Redes de Automação nas Unidades de Produção ( Arquitetura Geral)