Redes para Automação Industrial Capítulo 1: Automação Industrial

1. Redes para Automação IndustrialCapítulo 1: Automação Industrial Luiz Affonso Guedes DCA-CT-UFRN 2005.1

2. Objetivos do Capítulo • Estudo sistêmico de sistemas de automação industrial. • Caracterização dos elementos constituintes da automação industrial. • Evolução da automação industrial. • Caracterizar os requisitos demandados pelas aplicações em Automação Industrial.

3. Referências Bibliográficas • Automação Industrial, André Maitelli • www.dca.ufrn.br/~maitelli/cursos/clp • Referências na Internet.

4. Visão Geral da Automação Industrial Desafio de integração de informação

5. Objetivos da Automação Industrial • Aumento da segurança • Diminuição dos custos operacionais • Melhoria das condições de operação • Simplificação das instalações • Aumento dos níveis de controle • Aumento dos níveis de acompanhamento

6. Processo Processo Manual Computador Computador Manual Manual Modo off-line, coleta manual de dados Off-line, coleta automática de dados Modo on-line, malha aberta Modo in-line Modo on-line, malha fechada Processo Computador Processo Processo Computador Computador Manual Manual Manual Manual Níveis de Automação Industrial

7. Níveis de Automação - Exemplo • Processo não automatizado : Controle de nível local através de válvula com volante • Processo semi-automatizado : Controle de nível através de válvula com atuador para acionamento remoto • Processo totalmente automatizado : Controle de nível através de válvula com atuador e controlador automático

8. Áreas de Atuação da Automação • Projetos de novas unidades de operação • Modernização da planta industrial • Integração de procedimentos e equipamentos em unidades de produção já existentes

9. Disciplinas Envolvidas • Sistemas de Controle • Instrumentação • Informática • Processo • Comunicações

10. Nível de Gerência Nível de Supervisão Nível de Rede de Comunicação Nível de Controle Direto: PC, CLP Nível de Sensores e Atuadores Nível de Processos Físicos Níveis de Abstração do Problema Geração de informação estratégica Visualização, configuração e armazenamento e variáveis Tecnologias e protocolos de comunicação Algoritmos PID, fuzzy, lógica de relé,etc Eletrônica de potência, transdutores, acio. pneumático, etc Motores, robôs, caldeiras, etc.

11. Níveis de Tecnologias do Problema

12. Sistema Gerencial VENDAS PLANEJAMENTO BANCO DE DADOS CORPORATIVOS Estações de Trabalho INFORMAÇÃO E SIMULAÇÃO INTEGRAÇÃO DE CAMPO Servidores OPERAÇÃO E SUPERVISÃO (OTIMIZAÇÃO) Estações de Trabalho CONTROLE E SEGURANÇA Controladores PLC’s Elementos Sensores e Atuadores CAMPO AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Automação: Industrial + Gerencial

13. Supervisor Base de Dados Rede de Comunicação de Dados Local Controlador Local 1 Controlador Local n . . . Condicionamento de sinais Condicionamento de sinais Sensores Sensores Atuadores Atuadores Processo Físico 1 Processo Físico n Estrutura da automação industrial Gerência de Informação

14. Elementos Básicos • Processos • Sensores • Atuadores • Calibração • Segurança • Economia de energia • Condicionamento de sinais • Conversão de sinais • Hardware computacional • Sistemas operacionais • Linguagem de programação • Estratégias de controle • Estratégias de segurança: inter-travamento • Estratégias de supervisão

15. Processos • Sistemas físicos a serem monitorados, controlados, supervisionados,gerenciados • Processos Contínuos • As variáveis manipuladas têm natureza contínua • Processos químicos e robótica • Processos Discretos • As variáveis manipuladas têm natureza discreta • Políticas de inter-travamento e manufatura • Sistemas Híbridos • Variáveis contínuas + Variáveis discretas

16. MISTURADOR Produto A LC LT TT TC Processo Contínuo Produto B AQUECEDOR H1 vapor

17. nível mA t Processos contínuos: variáveis analógicas

18. SDV VASO DE PROCESSO PSLL CLP LSLL SDV Processo Discreto

19. Variáveis Discretas nível alto Set-point normal 24 Vdc Vdc 0 Vdc t

20. nível alto normal Vdc 24 Vdc 0 Vdc t Variáveis Discretas

21. Observador Entrada Saída Sistema de medição Processo medido Valor verdadeiro Valor medido Sistemas de medição: Sensores • Componentes transdutores de sinais • Condicionamento de sinais • Calibração de sensores • Sistemas de proteção

22. Exemplo de Sensores • Termopares • Encoderes • Barômetros • Potenciômetros • Fibras ópticas • Ultra-som

23. Sensores de Pressão

24. Sensores para Medição de Nível Baseado em radar Baseado em boia

25. Sensores de Temperatura Termopares

26. Sensores de Pressão

27. Instrumentos de Leitura

28. Telemetria • Os sistemas conforme o tipo de energia podem ser: • Transmissão pneumática (3-15PSI) • Transmissão eletrônica (4-20mA, 1-5Vcc) • Transmissão digital ( RS-485 protocolo modbus, RS-232 protocolo HART, RS-422, “FoundationTM Fieldbus”. • Transmissão hidráulica

29. Sinal de comando Sistema de comando Processo Atuador Sistemas de Comandos: Atuadores • Amplificadores de energia • Transformadores de energia elétrica (sinal de controle) em outras formas de energia Saída

30. Exemplos de Atuadores • Válvulas • Pistões • Inversores (eletrônica de potência) • Resistências

31. Válvula de controle (Fisher) Transmissor eletrônico

33. Simbologia

34. Simbologia TE-301 sensor de temperatura TT – 301 transmissor de temperatura TIC-301 controlador de temperatura TCV-301 válvula controladora de temperatura

35. PIC 211 Simbologia Exemplo de uma malha de controle de Pressão

36. Relógio Externo Controle Direto Sensores A/D D/D Processo Físico Registro De Dados Atuadores D/A D/D Gerência de Informação . . . Base de Dados Interface Homem/Máquina Terminais, impressoras, etc. O Problema de Controle Automático

37. Esquema de Controle Automático material Processo produto energia Informação do produto Informação do processo Sinais de controle Informação de entrada Sistema de controle com computador Objetivos e informação de gerenciamento Alarmes e guias para operador Registros e relatórios

38. Entradas Analógicas Outros sistemas Memória de massa Armazenamento trabalho Entradas Digitais Impressoras Elementos de controle Canal de Telemetria Lógica e Arimética Console Operação Interrupção CPU Estrutura do Hardware de Controle

39. DISPOSITIVOS DE PROGRAMAÇÃO/ COMUNICAÇÃO C D I E R C S U A I Í T D O A S C D I E R C E U N I T T R O A S D A X UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO P I > MEMÓRIA PROGRAMA / DADOS ISOLAMENTO ÓPTICO ISOLAMENTO ÓPTICO FONTE DE ALIMENTAÇÃO Estrutura do Hardware do CLP

40. Atuadores Sensores Variáveis do processo Multiplexador entrada Multiplexador saída Conversor D/A Conversor D/A Processador com programa DDC Canal de Comunicação Carga e saída do programa Computador supervisório (opcional) Display Console do Operador Entrada manual de SP, limites, sintonia etc. Algoritmo de controleFiltragemLógica de proteção

41. Tipos de Controles • Controle continuo - variáveis analógicas - Controle PID • Controle Discreto - variáveis discretas – Inter-travamento

42. Controlador Vazão mA + mA Válvula Processo PID Ref erro - variável controlada mA Sensor Controle de Variáveis Contínuas – Estratégia PID

43. Controle de Processos Discretos A mudança do Estado das variáveis de entrada provoca a mudança das variáveis de saída. Ex: Pressão alta -> abrir válvula de alívio

44. Controle de Processos Discretos Controle de processos discretos é a implementação de uma Operação Lógica e/ou Seqüência de Eventos através do qual o processo é levado a um estado desejado. Ex:nível alto -> fecha válvula e aciona alarme botoeira acionada -> liga bomba e acende lâmpada temperatura ou pressão alta -> abre válvula e desliga aquecedor

45. Estratégia de Controle Discreto • Sentenças narrativas • Tabela de Causa e Efeito • Diagrama Lógico Binário • Diagrama Ladder • Diagrama de Blocos Funcionais

46. Controlador Lógico Programável

47. Manutenção ESC ESC REDE ETHERNET VASO SEPARADOR F O N T E F O N T E C P U C O M C P U C O M C O M C O M C O M C O M CPU’s DO PLC SALA DE CONTROLE PSH REDE PROPRIETÁRIA DO PLC CHAVE R E M SDV R E M R E M BOMBA MÓDULOS REMOTOS DO PLC PLC na estrutura de automação

48. M M ESC ESC ESC ESC ESC ESC PLC PLC PLC PLC PLC PLC PLC PLC PLC PLC ROTEADOR ELÉTRICA Arquitetura de Automação M SALA DE CONTROLE ETHERNET REPETIDOR ESD / FOGO&GÁS CONTROLE DE PROCESSOS LASTRO REDES DE CAMPO OU CABOS INDIVIDUAIS SALA DE RÁDIO INSTRUMENTOS DE CAMPO