Gílson Maekawa Kanashiro

Reconstituição de Projetos de Controladores Lógicos

Programáveis

Uma abordagem para conversão da linguagem Ladder para Gráficos de

Funções Seqüenciais

“Design Recovery for Relay Ladder Logic” - A. Falcione & B. H. KroghOrientador: Cap Carrilho

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Carro-chefe da automação industrial

Crescente uso de CLP na automação de processos industriais

Evolução da linguagem de programação CLP (Sequential Function Chart - SFC)

Necessidade de tradução de antigos projetos (linguagem “ladder”) para uma linguagem atual (SFC)

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Controlador Lógico Programável

Controlador: baseado em microprocessadores

Ciclo ou varredura: entradas +programa+saídas

N variáveis de estado Q(x), x=1, 2, ..., N

M variáveis de entrada U(y), y=1, 2, ..., M

Q(x)=P{Q(x-1),U(y)},

onde

x>=1 e Q(0) é um estado inicial

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Lógica “Ladder” para RelésVarredura ordenada nos R degrausBobina de saída é representada por um círculo

"AND, OR e NOT serão os símbolos ".", "+" e "!""AND -> variáveis em série"OR -> variáveis em paralelo

oi:=B

j(Q,U), j=1,...,R, onde o

j pertence a Q U U

O número de degraus R é exatamente o número de variáveis de estado:

R=N e Q={q1, q

2, ..., q

R}.

Além disso, assume-se que as variáveis de estado são indexadas de tal forma que as saídas do degrau j é

qj:=B

j(Q,U)

v1 = (start+v

1).!ls

2.!v

3

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Gráficos de Funções Seqüenciais

Consiste de etapas “qi”= variáveis estado + entrada

1) Ler a entrada física2) Varrer todos as etapas ativas3) Avaliar as receptividades

●etapas a serem habilitadas●etapas a serem desabilitadas

4) Atualizar a marcação SFC5) Varrer os passos habilitados6) Configurar as saídas

Tipos de estrutura●divergência simples ●divergência paralela

Elementos do SFC●retângulo duplo ou negritado●receptividades esquerda para a direita●variáveis de marcação M indicam passos ativos

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Emulação de RLL através de SFG

SFC's básicos (2 etapas) ●uma inicial, e; ●outra aos quais todos os

degraus ladder se referem

O SFC básico é gerado pela inspeção direta de um diagrama “ladder”.

<---- As bobinas v1, m, h, tl, v4, v2, al e v3 são as variáveis de estado da segunda etapa no SFC básico ao lado --------->

Emulação de RLL através de SFC

Variáveis de estado, que não possam estar ativas paralelamente em ladder, são associadas a estruturas de caminho simples

Variáveis de estado que podem estar ativas paralelamente são associadas a etapas SFC em estruturas de caminho paralelo

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Gráfico de Simultaneidade

O gráfico não-direcionado contém informações de como as variáveis de estado podem estar ativas simultaneamente

Composição:●Pontos ou nós => variáveis de

estado, saída dos degraus (etapas)●linhas => indicam

simultaneidade

6 degraus no ladder <=> 6 etapas no SFC

q1 e q

2, q

2 e q

4, q

2 e q

5 são variáveis de saída

simultâneas

mas, q4 e q

5, q

2 e q

6, q

3 e q

6 não são simultâneos

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Gráfico de dependência

O gráfico direcionado contém informações de como os degraus dependem das saídas de degraus anteriores

Os degraus que dependem de um anterior devem ser varridos na mesma ordem no SFC

Composição:●pontos ou nós => variáveis de estado, saídas dos

degraus (etapas)●setas => indica dependência

Exemplo:

q2 depende de q

1, q

4 depende de q

1

mas,...q

5 é independente de todas as

variáveis

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Gráfico de Simultaneidade Condensado

É um gráfico não-direcionado resultante dos gráficos de simultaneidade e de dependência

Fusão de nós interconexos mantendo as mesmas conexões do

gráfico de simultaneidade

Os degraus dependentes de anteriores são mantidos na mesma etapa SFC

Gráfico de dependência: {q1, q2, q4}, {q3, q6} e {q5}

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Decomposição de Gráficos de Simultaneidade

O gráfico de simultaneidade condensado, durante a reconstituição do projeto, passa por duas operações de decomposição

decomposição de componente conectadoX

estrutura de caminho simples

decomposição de conectividade totalX

estrutura de caminho paralelo

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Decomposição de Componentes Conexos DCC(G) => subgráficos {G

1, G

2, ...}

em que cada Gi=(N

i,L

i)

1) nenhum nó em Gi está conectado a um nó em G

j , i!=j

2) os conjuntos de nós para os subgráficos em DCC(G) formam uma partição para N

3) os conjuntos de bordas para os subgráficos em DCC(G) formam uma partição para L

4) número de nós e bordas não se altera

G I

G J

Decomposição de Componentes Conexos

etapas SFC

X

subgráfico Gi

variáveis de estadoX

novas etapas (de acordo com os conjuntos de nós)

Associações e Correspondências

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Decomposição de Conectividade Total

FCD(G) => subgráficos {G1, G

2, ...} em que cada G

i=(N

i,L

i)

1) O nó considerado é conexo a todos os outros

2) Cada subgráfico gerado por FCD(G) forma uma partição do conjunto N

3) Cada linha de G está em no máximo um dos subgráficos e

4) O número de nós não se altera, mas o número de linhas é igual ou menor que o gráfico original

5) Alternativa de implementação: grafos negativos

E1∪E2∪...⊆E EI∩EJ=∅

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Grafos de Seqüência

Exemplo de gráfico de seqüência e a respectiva estrutura de divergência simples

Grafos de Seqüência

Observar que Pr2 ATIVA q4 e DESATIVA q1

O grafo direcionado mostra a seqüência em seu percurso que vai de q1 para q4

Grafos de Seqüência

Observar que Pr2 ATIVA q4 e DESATIVA q1

O grafo direcionado mostra a seqüência em seu percurso que vai de q1 para q4

O grafo de seqüência ainda será modificado:

1) Remoção de estruturas desnecessárias ( percursos entre os nós n

i e n

j de estruturas

diferentes são os mesmos)

2) Remoção de loops

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Implementação

ImplementaçãoSistema de neutralização - Descrição1) Sensores:- ts e as: ambos ativados indicam neutralização completada.- ls1, ls2 e ls3: indicadores de nível.2) Atuadores (válvulas e contatos):- v1, v2, v3 e v4, m, hFuncionamento - Descrição 1) Início: válvulas fechadas, misturador m e aquecedor h desligados, tanque de reação vazio2) Abre v1 e aguarda ls23) a) Liga-se m somente quando ls2 ativo. b) Para regular a temperatura, liga-se h. c) Para balancear, abre-se v2. Obs.: Se o tanque encher (ls3), fechar v2, abrir v4 até ls2, fechar v4, voltar a 3c)4) Se pH e temperatura corretos (as e tl), desliga h, fecha v2, abre v3 até ls1, fecha v3, voltar para 1)

Implementação

1) v1=(start+v1).!ls2.!v32) m=(ls2+m).ls13) h=ls2.!ts.!v34) tl=ls2.ts5) v4=(ls3+v4).ls26) v2=ls2.!as.!v3.!v47) al=ls2.as8) v3=(ls2.ts.as+v3).ls1.!v4

8 saídas: v1,m,h,tl,v4,v2,al,v3

6 entradas: ls1,ls2,ls3,ts e as

Implementação

Criação de 2 etapas e 2 transições

Teoremas de De Morgan - (ABC)'=A'+B'+C' - (A+B+C)'=A'.B'.C'

Simplificação: utilização de conceitos da álgebra booleana

OU...

Método de Quine-McClusky

Continuando...

Obtenção do gráfico de simultaneidade condensado

FCD e SFC

FCD e SFC

FCD e SFC

CCD e SFC

CCD e SFC

CCD e SFC

FCD e SFC

FCD e SFC

FCD e SFC

CCD e SFC

CCD e SFC

CCD e SFC

1) Carro-chefe do controle industrial Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Relay Ladder Logic (RLL) Sequential Function Chart (SFC)

2) Algoritmo de conversãoa) Emulação de RLL através de SFC

Gráficos:• Simultaneidade• Dependência• Simultaneidade Condensado

Decomposições: • Componentes conexos• Conectividade total

Grafos de seqüênciab) Implementação

3) Conclusão

Sumário

Conclusão

- Área extremamente promissora

- Projeto multidisciplinar

- Necessidade de sólidos conhecimentos em programação

- Necessidade de uma abordagem mais formal

A ser feito:

- Programas que abordem a simplificação proposta pelo algoritmo de Quine-McClusky

- Desenvolvimento de novas implementações para recursos como temporizadores, latches e outros do CLP

- Eliminar o critério subjetivo inerente a cada sistema para que o processo possa ser abordado através de um software.