Automação - CLP

Professor: Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Introdução à Automação• Automação é um sistema de equipamentos

eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervenção do homem.

• Automação é diferente de mecanização, pois a mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem.

• Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.

• Pode-se dizer que o progresso da automação, tem melhorado sensivelmente o padrão de vida da população, principalmente devido ao aumento dos níveis de produtividade do trabalho. No início, os processos produtivos usavam ao máximo a força da mão-de-obra.

Introdução à Automação• A produção era composta por estágios nos quais

as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções, especializando-se numa certa tarefa ou etapa da produção. É o princípio da produção seriada.

• O mesmo ocorria com as máquinas, que eram específicas para uma dada aplicação, o que impedia de utilizá-las em outras etapas. Por exemplo, uma determinada máquina só fazia furos e de um só tipo.

• Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções que não se adequavam à estrutura física do homem.

• A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem, a supervisioná-la.

Introdução à Automação• Para obter uma boa integração entre o

operador e seu instrumento de trabalho, foram colocados sensores nas máquinas, para indicar a situação da produção, e também atuadores, para melhorar a relação entre o homem e a máquina.

• O processo da produção era controlado diretamente pelo operador, o que caracterizava um sistema automático.

• Automatizar um sistema tornou-se viável quando a eletrônica passou a dispor de circuitos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada, e de gerar sinais de saída.

• Assim, o controlador uniu-se aos sensores e atuadores para transformar o processo produtivo num sistema automatizado.

Introdução à Automação• Os controladores lógicos programáveis (CLPs)

são equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível.

• Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas.

• Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída.

• Desenvolvido a partir de necessidades da indústria automobilística, com o objetivo de substituir os painéis de controle à relés, o Controlador Lógico Programável (PLC – Progamable Logic Controller), se tornou um dos equipamentos mais utilizados na implementação de sistemas automatizados.

Resumo Histórico• Na década de 60, o aumento da competitividade fez

com que a indústria automotiva melhorasse o desempenho de suas linhas de produção, aumentando tanto a qualidade como a produtividade.

• Fazia-se necessário encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a relés, sendo que uma possível saída, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no computador.

• Assim, em 1968, a divisão hydramatic da GM determinou os critérios para o projeto do CLP, sendo que o primeiro dispositivo a atender as especificações foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969.

Resumo Histórico• As principais características desejadas nos novos

equipamentos de estado sólido, com flexibilidade dos computadores eram:

• Preço competitivo com os sistemas a relés;• Dispositivos de entrada e saída facilmente

substituíveis;• Funcionamento em ambiente industrial (vibração,

calor, poeira, ruídos);• Facilidade de programação e manutenção por

técnicos e engenheiros;• Repetibilidade de operação e uso.

Resumo Histórico• Originalmente os CLPs foram usados em aplicações

de controle discreto (on/off ), como os sistemas a relés, porém eram facilmente instalados, economizando espaço e energia, além de possuírem indicadores de diagnóstico que facilitavam a manutenção.

• Uma eventual necessidade de alteração na lógica de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com mudanças no programa, sem a necessidade de muitas alterações (ou até nenhuma) nas ligações elétricas.

Resumo Histórico• A década de 70 marca uma fase de grande

aprimoramento dos CLPs. Com as inovações tecnológicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um grau mais elevado de inteligência, os CLPs incorporaram:

• 1972 – funções de temporização e contagem;• 1973 – operações aritméticas, manipulação de dados

e comunicação com computadores;• 1974 – comunicação com interfaces IHM (Interface

Homem Máquina);• Maior capacidade de memória, controles analógicos e

controle PID;

Resumo Histórico• 1979/80 – módulos de I/O remotos, módulos

inteligentes e controle de posicionamento.• Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, e em

1981 veio a possibilidade de comunicação em rede. Além disso, atingiu-se um alto grau de integração, tanto no número de pontos como no tamanho físico (surgiram mini e micro CLPs – a partir de 1982).

Resumo Histórico• Atualmente, os CLPs apresentam as seguintes

características:• Módulos de I/O de alta densidade (elevado número de

pontos de I/O por módulo);• Módulos remotos controlados por uma mesma CPU;• Módulos inteligentes (co-processadores que permitem

a realização de tarefas complexas: posicionamento de eixos, controle PID, transmissão via rádio ou modem, leitura de código de barras);

• Softwares de programação em ambiente windows (facilidade de programação);

• Integração de aplicativos windows para comunicação com CLPs (Access, excel, etc);

Resumo Histórico• Recursos de monitoramento da execução do

programa, diagnósticos e detecção de falhas;• Instruções avançadas que permitem operações

complexas (ponto flutuante, funções trigonométricas);• Scan time reduzido (processamento mais rápido)

devido à utilização de processadores dedicados;• Processamento paralelo (sistema de redundância),

proporcionando confiabilidade na utilização em áreas de segurança;

• Pequenos e micro CLPs que oferecem recursos de hardware e software dos CLPs de grande porte;

• Conexões de CLPs em rede (diferentes CLPs na mesma rede – comunicação via rede Ethernet).

CLP - Definição• É um equipamento eletrônico digital que tem como

objetivo implementar funções específicas de controle e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou processo por intermédio de módulos de entrada e saída. Todas as funções disponíveis devem poder ser programadas em uma memória interna e o hardware deve ser universal, podendo ser aplicado a todos os tipos de processos.

• O CLP, de acordo com (NATALE, 2001), é um computador com as mesmas características conhecidas do computador pessoal, porém, em uma aplicação dedicada na automação de processos em geral, assim como no comando Numérico Computadorizado – CNC, que se trata de um computador na automação da manufatura.

CLP - Definição• O CLP, de acordo com (GEORGINI, 2000), pode ser

definido como um dispositivo de estado sólido- um computador industrial, capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle (seqüência lógica, temporização e contagem, etc), além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de sistemas automatizados.

• A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT padronizou o nome deste equipamento como Controlador Programável, porém a sigla CLP em português ou PLC (Programable Logical Controller, em inglês) se popularizou.

CLP - Definição

CLP - Definição• O CLP alcançou o maior sucesso comercial em

controle de processos industriais e na automação da manufatura, embora ele possa ser aplicado em qualquer tipo de sistema que se deseja tornar automático.

• O CLP pode controlar uma grande quantidade de variáveis, substituindo o homem com mais precisão, confiabilidade, custo e rapidez.

• Os principais blocos que compõem um CLP são: CPU, Módulos de I/O, fonte de alimentação, base ou rack e algumas vezes módulos especiais.

Arquitetura de CLPs

Arquitetura de CLPs• CPU (Central Processing Unit – Unidade Central de

Processamento): compreende o processador (que pode ser um microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado), o sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de controle.

• Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação fornecida a CPU e aos módulos de I/O.

• Módulos de I/O (Input/Output): são módulos de entrada e saída que podem ser discretos (sinais digitais – 12 VDC, 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC, contatos “NA”, “NF”), ou analógicos (em tensão de 0 à 10 VDC ou em corrente 4 a 20 mA).

Arquitetura de CLPs• Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e

elétrica entre a CPU, os módulos de I/O e a fonte de alimentação. Contém o barramento de comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão de alimentação estão presentes.

• Módulos Especiais: podem ser contadores rápidos (1 ou mais de 5, 10 ou 100 kHz), interrupção por hardware, controlador de temperatura, PID, Co-processadores (transmissão via rádio, posicionamento de eixos, sintetizador de voz, etc), de comunicação em rede, etc.

Arquitetura de CLPs