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Apresentação de automatos
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Centro de Emprego e Formação Profissional de Coimbra
1
Técnico/ade Refrigeração e Climatização
2013/ 2014
1Formador: António
Gamboa
1315 Eletricidade e eletrónica - programação
de autómatos
Introdução
Formador: António Gamboa
2
• Automação, estudo dos métodos e procedimentos que permitem a substituição do operador humano por um operador artificial na concretização, execução de tarefas físicas ou mentais previamente programadas.
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2
Tipos de controlo
Formador: António Gamboa
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• Duas formas de efetuar o controlo de um processo industrial
o Controlo em malha aberta
o Controlo em malha fechada
Tipos de controlo
Formador: António Gamboa
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• Controlo em malha aberta
A informação que controla o processo só circula num sentido
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3
Tipos de controlo
Formador: António Gamboa
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• Controlo em malha fechada
Realimentação da informação através de sensores
Automatismo
Formador: António Gamboa
6
• É um dispositivo elétrico, eletrónico, pneumático ou hidráulico capaz de por si só controlar o funcionamento de uma máquina ou processo
• Exemplos de automatismos:
• escadas rolantes
• elevadores
• portas automáticas
• semáforos
• linhas de montagem das fábricas, etc.
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Estrutura de um automatismo
Formador: António Gamboa
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Parte Operativa
Rede de distribuição (ca trifásica, ca monofásica, cc) Engenho ou máquina (elevador, semáforo, escada rolante…) Atuadores (motores, lâmpadas, resistências…)
Parte Comando
Detetores (fins de curso, detetores de proximidade, células fotoelétricas…) Tratamento de dados (autómatos programáveis, contatores auxiliares…) Diálogo Homem – Máquina (botoneiras, sinalizadores, teclados…) Comando de potência ou pré-acionadores (contactores eletromagnéticos, relés…)
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Máquina ou instalação
• Sensores
• Atuadores
• Comando de potência ou pré-atuadores
• Sistemas de tratamento de dados
• Diálogo Homem-Máquina
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5
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s
Formador: António Gamboa
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Uma cisternaInstalação
Sensores Detetoresfotoelétricos
Atuadores Motor
Comando de potência
Contactor
Sistema de processamento
Autómatoprogramável
Visualização Consola HMI(Interface Homem – máquina)
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Máquina ou instalação -----------------
• Sistema que deve ser automatizado
• Sistema complexo como uma cadeia de fabrico, uma unidade de produção ou uma fábrica
• Automatizar equipamentos mais simples como os semáforos, um portão de garagem, uma piscina ou um sistema de irrigação
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6
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Máquina ou instalação -----------------
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Sensores -----------------
• Dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneira específica e mensurável analogicamente
• Sensores de temperatura
• Sensores de passagem
• Sensores de nível
• Sensores de peso
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Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Sensores -----------------
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Atuadores -----------------
• Atuadores permitem efetuar as ações no sistema.São as bombas, os cilindros, os motores...
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Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Comando de potência
ou pré-acionadores ---------------------
• Transmitem a energia necessária aos atuadores e servem de intermediário com o sistema de tratamento de dados
• São necessários equipamentos específicos, que são os sistemas de comando de potência: contactores, disjuntores, relés...
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Comando de potência
ou pré-acionadores ---------------------
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Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Sistemas de tratamento de dados ----------
• O cérebro da instalação é o sistema de tratamento de dados
• Depois de realizado com a ajuda de relés e de contactores auxiliares, ele é agora composto de autómatos programáveis
Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Diálogo Homem/ Máquina ----------
• O sistema automatizado deve ser vigiado ou controlado pelo homem
• São necessários equipamentos como:
o Os botões
o Os terminais de diálogo
o Os ecrãs
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Constituição dos automatismos
Formador: António Gamboa
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• Diálogo Homem/ Máquina ----------
Tecnologia cablada
Formador: António Gamboa
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Características da tecnologia cablada
• Funcionamento da instalação definido pela cablagem entre os diferentes constituintes (relés, temporizadores, relógios...)
• Quanto mais complexa for a instalação, mais complexa é a cablagem
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Tecnologia cablada
Formador: António Gamboa
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Características da tecnologia cablada
• Para cada modificação de funcionamento, é necessário modificar a cablagem o que acarreta a paragem do processo de fabrico
Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Características
• O funcionamento da instalação é definido por um programa executado de maneira cíclica por um autómato programável
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Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Características
• Para cada modificação de funcionamento, basta modificar o programa
• Não é necessário cablar uma nova temporização ou um novo relé auxiliar, é um programa que o substitui
• Desta forma, a flexibilidade é grande e o custo final é baixo
Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Características
• Um só aparelho (PLC), sem cablagem entre os módulos, unicamente a ligação:
o aos sensores (entradas do autómato)
o aos atuadores (saídas do autómato)
o à alimentação
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Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Vantagens
• Menos constituintes:
o O autómato programável substitui todos os relés auxiliares, os temporizadores ou os relógios: importante ganho de volume e fiabilidade pois não há peças mecânicas no cérebro do automatismo
• As únicas ligações são: a alimentação do autómato, os sensores e os acionadores
Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Vantagens
• Mais flexibilidade:
o O programa é uma sucessão de instruções que se pode escrever e modificar facilmente com a ajuda de um terminal de programação
o Pode mesmo duplicar o programa facilmente se precisar de realizar automatismos idênticos
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Tecnologia programada
Formador: António Gamboa
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Vantagens
• Mais fácil de testar e de reparar:
o Na face frontal do autómato geralmente encontram-se sinalizadores luminosos que sinalizam:
• o estado de funcionamento dos sensores (abertos ou fechados)
• o estado dos atuadores (em serviço ou parados)
• o estado de funcionamento do autómato
Autómato
Formador: António Gamboa
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• Autómato Programável (AP) ou Controlador Lógico Programável (Programmable Logic Controller – PLC) utiliza-se no comando de circuitos de automatismos
• Equipamento eletrónico, programado pelo utilizador, com funcionamento cíclico
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Autómato
Formador: António Gamboa
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• Autómatos compactos• integram no mesmo bloco todos os
elementos necessários ao seu funcionamento
• Autómatos modulares• constituídos por diversos módulos que se
associam de forma a obter a configuração ideal para cada aplicação
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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Dados dos sensores
Dados para os atuadores
Programação
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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• O bus serve para fazer a comunicação entre todas as partes no seu conjunto
• É a ferramenta de diálogo interno do autómato
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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• Unidade central de processamento (CPU)
• Memória de programa e de dados
• Entradas e saídas
• Alimentação
• Porta de periféricos
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A unidade central ou processador
• A unidade central chamada também de processador constitui o cérebro do autómato.
• O CPU
• Lê os valores dos sensores.
• Executa o programa com os dados contidos na memória.
• Escreve as saídas ligadas aos atuadores.
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A unidade central ou processador
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A memória
• A memória do autómato contém o programa a executar mas também os dados utilizados por esse programa (valores de temporizadores, contadores...)
• Local onde são armazenadas todas as informações contidas no autómato
• Sem memória, um autómato não pode funcionar
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A memória
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A interface entrada/saída
• A interface entrada/saída permite:
o transferir para o autómato o estado dos sensores
o enviar as ordens para os atuadores, por exemplo os relés, os contactores...
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A interface entradas
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A interface saídas
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A interface entradas analógicas
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A interface saídas analógicas
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A alimentação
• Os autómatos podem ser alimentados a 24Vdc ou 230Vac
• Alimentados a 24Vdc a fonte de alimentação é externa
• Alimentados a 230Vac são ligados diretamente à rede elétrica e a fonte de alimentação é interna
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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A alimentação
Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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O módulo de comunicação
• O autómato constitui o cérebro do automatismo, contém um programa que descreve as ações a efetuar.
• O programa realizado no computador, é transferido para o autómato, através deste módulo.
• Nalguns autómatos o módulo de comunicação é interno
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Estrutura de um autómato programável
Formador: António Gamboa
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O módulo de comunicação
Bits e Words
Formador: António Gamboa
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• Bit é a zona em memória que pode ter dois valores: 0 ou 1
• Word zona da memória que contêm um valor numérico
o Utilizada para reter uma duração de temporização, um valor de contagem...
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Bits e Words
Formador: António Gamboa
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• A memória do autómato pode conter dados ou um programa
• A memória pode ser de dois tipos:
o RAM pode ser escrita ou lida
o ROM só pode ser lida
Bits e Words
Formador: António Gamboa
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• As entradas e saídas constituem as ligações físicas do autómato com o exterior
• São simples terminais de ligação mas para o autómato, é um sistema que:
o Transforma um sinal elétrico num estado lógico (0 ou 1) para as entradas
o Transforma um estado lógico (0 ou 1) num sinal elétrico para as saídas.
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Códigos numéricos
Formador: António Gamboa
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Binário ( 0 e 1)Exemplo: %MW100 = 11000001011 ou seja %MW100 = 1547 em decimal
Lógicas: variáveis digitais : ON - OFF Verdadeiro - Falso
IHM : temperatura, pressão
Decimal ( 0 a 9)Exemplo: %MW100 = 1547
Hexadecimal ( 0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; A ; B ; C ; D ; E ; F)
Exemplo %MW100 = 60B ou seja %MW100= 1547 em decimal
Máscara, operação lógica com octetos, words ou duplas words
Funcionamento do autómato
Formador: António Gamboa
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PROCESSOSENSORES ACTUADORES
AUTÓMATO
PROGRAMÁVEL
Variáveis internasVariáveis externas
de entrada(digitais ou analógicas)
Variáveis externasde saída(digitais ou analógicas)
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Funcionamento do autómato
Formador: António Gamboa
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• Os sinais que o autómato recebe dos sensores, chamam-se variáveis externas de entrada
• Os sinais que o autómato fornece aos atuadores, denominam-se variáveis externas de saída
• Os sinais que o autómato utiliza como resultado das operações aritméticas e lógicas efetuadas pelo programa, chamam-se variáveis internas
Funcionamento do autómato
Formador: António Gamboa
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Digitaistudo ou nada
(1 ou 0, ligado ou desligado)
Analógicas
(a variação é contínua)
Variáveis externas de entrada
Parte de comandopor exemplo um interruptor de fim de curso.
Parte de comandopor exemplo o valor fornecido por um sensor de temperatura.
Variáveis externas de saída
Parte de potênciapor exemplo um motor eléctrico.
Parte de potênciapor exemplo a regulação da velocidade de um motor.
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O que é um ciclo de programa?
Formador: António Gamboa
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• Logo que executamos um programa, o autómato vai efetuar ciclicamente três fases:
• Fase 1: Leitura do estado das entradas
• Fase 2: Execução do programa
• Fase 3: Ativação ou desativação das saídas
• Ao terminar a Fase 3, o autómato volta à Fase 1 e assim sucessivamente.
O que é um ciclo de programa?
Formador: António Gamboa
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O que é um ciclo de programa?
Formador: António Gamboa
57
Inicialização autómato
Leitura das entradas
Escrita das saídas
Programa
Instrução
Instrução
…
Instrução
RUN !!!
Tempo de ciclo = 20 ms
Vigiado por cão de guarda (watchdog)
O que é um programa?
Formador: António Gamboa
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• Programa:
o sucessão ordenada de instruções (numa linguagem que o autómato entenda) que indicam ao processador as operações a efetuar
• Cada fabricante de autómatos utiliza as suas mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções)
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O que é um programa?
Formador: António Gamboa
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Esquema elétrico Exemplo de programa
Ler o estado de a
Ler o estado de b
Se a ou b fechar então acende s
Se não apagar s
s
b
a
Linguagem de programação
Formador: António Gamboa
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• O programa que vimos anteriormente deve ser escrito numa linguagem compreensível para o processador, é a linguagem de programação
• A linguagem de programação é uma linguagem reconhecida pelo processador do autómato graças à qual são descritas as instruções a efetuar
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Linguagem de programação
Formador: António Gamboa
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Linguagens de programação mais utilizadas:
• Linguagem em lista de instruções (Instruction List – IL).
• Linguagem em diagrama de contactos (Ladder Diagram – LD)
Linguagem - lista de instruções
Formador: António Gamboa
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• Linguagem que consiste num conjunto de instruções representadas por mnemónicas (abreviaturas das palavras que designam as instruções), que indicam as operações que o programa deve executar.
Exemplo:
s = a + b b
sa
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Linguagem - lista de instruções
Formador: António Gamboa
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• As variáveis de entrada “a”, “b” e de saída “s” serão substituídas pelos códigos referentes às entradas e saídas dos respetivos autómatos
Linha de programa
Programa Instrução Mnemónica Operando
Linha 0
Linha 1
Linha 2
LD a
OR b
ST s
Load
OU
Store
LD
OR
ST
a (variável de entrada)
b (variável de entrada)
s (variável de saída)
Linguagem - lista de instruções
Formador: António Gamboa
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Instruções de programaComentários
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Linguagem Grafcet
Formador: António Gamboa
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EtapasTransições
Acções
Etapas
Linguagem de contactos
Formador: António Gamboa
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• Antes da tecnologia programada, existia (e ainda existe) a tecnologia cablada. Para que a mudança entre estas duas tecnologias fosse o menos complicada possível, foi criada uma linguagem próxima da cablagem elétrica. Trata-se da linguagem de contactos
• A linguagem de contactos gráficos é composta de contactos, de bobines e de ligações entre esses elementos
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Linguagem de contactos
Formador: António Gamboa
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Circuito eléctrico Diagrama de contactos
Representam condiçõeslógicas de entrada
Contacto aberto
Contacto fechado
Representam condições
lógicas de saída
Bobina
Linguagem de contactos
Formador: António Gamboa
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Exemplo
Formador: António Gamboa
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• Duas entradas do autómato ligadas sobre o botão a e b comandam a lâmpada ligada sobre uma saída s do autómato
• A linguagem de programação, linguagem de contactos, é a imagem de um esquema elétrico
Exemplo
Formador: António Gamboa
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Esquema elétrico
Programa Linguagem de
contactos
Ler o estado de a
Ler o estado de b
Se a ou b fechar então acende s
Se não apaga s
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Programar o autómato
Formador: António Gamboa
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• O computador é atualmente a forma mais utilizada para programar o autómato
• Utilizando o computador, os autómatos podem ser programados em diagrama de contactos ou em lista de instruções
Programar o autómato
Formador: António Gamboa
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• Para tal é necessário o software de programação e um cabo de comunicação para ligar o autómato ao computador
• O software encarrega-se de efetuar a conversão da linguagem de contacto para a linguagem lista de instruções e vice-versa.