Sistemas de Controle e Automação Industrial  
Dezembro / 2002
Prof. Me. Marco Antonio Baptista de Sousa


SUMARIO

1-     INTRODUÇÃO
2-     JUSTIFICATIVA
3-     OBJETIVO
 4-     Descrição de sistemas de controle dedicado a automação industrial
                       4.1 Controlador Lógico Programável – CLP

4.2 Interfaces Homem-Máquina – IHM

4.3 Programa Supervisório.

  5-     Conclusão

  6-     BIBLIOGRAFIA

1.      INTRODUÇÃO
Desde a Revolução Industrial, no século XVIII, o ser humano procura produzir bens de consumo mais baratos, em maiores quantidades e com qualidade. Sendo assim, este vem desenvolvendo processos cada vez mais otimizados para alcançar tal ideal.

É definido como processo um conjunto de equipamentos, espaço físico e recursos humanos, utilizados com o objetivo de produzir um produto. Todo processo possui as seguintes etapas: 

Todo processo deve possuir uma entrada, que no caso de um processo produtivo, seria a matéria prima, o processo produtivo em si e a saída sendo o produto acabado.

Através dos tempos, o controle do processo atravessou três importantes fases na automação:

a) Sistema de Atuação Manual.

b) Sistema  de atuação Semi-Automática.

c) Sistema de atuação Automática.

a) Sistema de Atuação Manual.

Neste tipo de controle, o homem recebia as informações do processo através da leitura de instrumentos, impressões visuais, sonoras e tácteis e, baseado nestas impressões, este atuava válvulas, alavancas e botões que alteravam o funcionamento do processo com o objetivo de obter a saída desejada.

b) Sistema  de atuação Semi-Automática.

Outra forma de controle era baseada na supervisão do homem e de alguns itens de controle que eram autônomos como, por exemplo: um motor mantinha sua velocidade devido ao retorno recebido de um gerador de sinais acoplado mecanicamente ao próprio eixo do motor, sendo assim a atuação do operador apenas serviria para definir a velocidade desejada.

c) Sistema de atuação Automática.   (Topo)

Nesta terceira forma, o elemento de controle possui o poder exclusivo de todo o processo, ficando a cargo do operador, apenas a especificação das características desejadas na saída.

Em todo tipo de controle, deve-se considerar alguns itens que servirão de parâmetro para a análise do emprego de um determinado tipo de controle a um caso

  • Custo de implantação.
  • Custo de manutenção.

  •   Repetibilidade.

  • Versatilidade na mudança de suas funções.

  • Produtividade

  • Confiabilidade

Na tabela abaixo, são enumeradas as vantagens e desvantagens de cada tipo de controle.

TIPO DE CONTROLE

VANTAGENS

DESVANTAGENS

Controle Manual

   

Controle

Semi-Automático

 

·        Melhor repetibilidade que o manual;

·        Menos sujeito a erros de operação que o manual

 

·        Baixa qualidade;

·        Sujeito a erros;

·        Baixa produtividade;

·        Baixa repetibilidade;

  • Alto custo de manutenção no decorrer do tempo.

 

 Controle Automático

·        Alto controle da qualidade;

·        Grande repetibilidade;

·        Grande produtividade;

  • Baixo custo de manutenção no decorrer do tempo.

·        Alto custo de implantação.

  • Sem versatilidade na aplicação.

 

 

  2. JUSTIFICATIVA

  Hoje, o mercado oferece excelentes possibilidades para a automação e controle de processos. Porém, muitas pessoas, principalmente as que não possuem formação técnica nesta área, tem a necessidade de conhecer o princípio de funcionamento de equipamentos dedicados a esse fim.

Os elementos abordados neste artigo, são genéricos e podem ser aplicados a qualquer fabricante de equipamentos de automação.

3. OBJETIVO

O principal objetivo deste trabalho será de fornecer subsídios para o conhecimento de profissionais e estudantes
área industrial em geral, do princípio de funcionamento de equipamentos dirigidos à automação industrial.

4. Descrição de sistemas de controle dedicados a automação industrial.                                                                                                          (Topo)

  4.1 Controlador Lógico Programável – CLP16

O Controlador Lógico Programável (CLP)  foi idealizado nos Estados Unidos da América, no final da década de 1960, pela indústria automobilística, que na época, tinha a necessidade de criar um elemento de controle versátil e, ao mesmo tempo, com uma rápida capacidade de modificação de sua programação.

A Fig. 4.1.1 mostra a representação esquemática e o princípio de funcionamento de um CLP, onde cada elemento é descrito a seguir:

Fig4.1.1: Representação esquemática e o princípio de funcionamento de um CLP

Nesta figura temos:

CPU (Unidade Central de Processamento): É o elemento responsável pela execução do programa lido nas memórias.
Memória de sistema: Como a CPU é um elemento híbrido. Por exemplo, o mesmo componente pode ser encontrado dentro de uma calculadora ou de um vídeo cassete. Portanto, o que faz a CPU agir como um CLP é o programa encontrado na memória de sistema.
Memória de usuário: É a memória que armazena o programa de usuário, ou seja, o programa que irá controlar o processo.
Entradas e saídas: É o meio de ligação física entre o CLP e o processo, onde:

 Entradas: O CLP recebe todos os sinais provenientes de botões, sensores, chaves, entre outros, para conhecimento do estado do processo.
Saídas: Conectam-se todos os elementos passivos do processo, como por exemplo: Motores, lâmpadas, eletro-válvulas, sirenes, entre outros.

Uma vez conectadas às entradas e saídas, utiliza-se um microcomputador para programar o funcionamento desejado de um processo.

O aspecto físico de um CLP é mostrado na Fig. 4.1.2

Fig. 4.1.2: O aspecto físico de um CLP                                                                               (Topo)

O CLP pode receber ou enviar informações para o processo, através de sinais, classificados como sinais digitais ou sinais analógicos.
Os sinais digitais são os que possuem dois estados definidos: Ligado ou desligado. Como exemplo de sinais digitais de entrada podem ser citados: Botões de controle; sensores de presença; chaves de fim-de-curso; entre outros. E, como exemplo de sinais digitais de saída, tem-se: Lâmpadas de controle; sirenes; displays; eletro-válvulas; chaves magnéticas; entre outros.

Muitas vezes, não basta apenas saber se um elemento foi acionado ou não, mas o quanto foi acionado; Para estas situações, utilizam-se sinais analógicos.

Nestes casos, são sinais que indicam um valor de uma variável através de um sinal de tensão (0 a 10Vcc; -5V a +5V; -10V a +10V) ou de corrente (0 a 20mA; 4 a 20mA).

Como exemplo de sinais analógicos de entrada, tem-se: Sensores de temperatura; umidade; pressão; nível; entre outros. E, de sinais digitais de saída, tem-se: servo-mecanismos de um modo geral (como o utilizado na movimentação e posicionamento de câmeras ou outros elementos móveis) como as servo-válvulas (válvulas que abrem e fecham completamente ou parcialmente, se desejado); entre outros.

Os sinais analógicos de entradas ao serem recebidos pelo CLP, são convertidos em números binários e se diferenciam também com respeito a sua precisão; isto pode ser indicado pelo número de bits* compostos pelo valor obtido.

No mercado brasileiro encontram-se disponíveis CLP’s com entradas ou saídas analógicas com resolução de 8, 10, 12 ou 16 bits. Cabe ressaltar que, quanto maior o número de bits de resolução, maior será a precisão obtida e conseqüentemente, maior será o custo do aparelho.

Por exemplo, qual seria a precisão de leitura de um forno industrial que possa ser aquecido de 0ºC a 1000°C, se utilizasse um sensor, que mostrasse o valor desta temperatura na entrada analógica de um CLP, com um conversor para binário de 8 bits? Com um valor binário que utilize 8 bits pode-se conseguir 256 combinações diferentes entre seus bits. Portanto, dividindo-se o valor da temperatura por 256, tem-se que, cada progressão binária representará uma variação de aproximadamente 3,9°C de temperatura no forno.

Assim sendo, devido à capacidade de trabalhar com qualquer tipo de sinal, pode-se dizer que um CLP é o elemento ideal para se controlar um sistema, ou processo, seja ele, analógico ou digital.

* Bits são algarismos de um sistema de contagem composto por “0” e “1” chamado de Sistema Binário .

Além da possibilidade de funcionamento autônomo, o CLP pode ser integrado com outros CLP´s (não necessariamente do mesmo fabricante) através da implementação de placas de redes ProfBus, InterBus, ModBus,entre outras, que serão descritas mais adiante.

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