Automacao industrial indutrial 94 páginas

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  • 1. Automao Industrial II

2. 3 SUMRIO 1. Introduo 5 2. Redes Industriais 6 2.1 Sistemas abertos ou proprietrios 8 2.2 Topologia de redes 9 2.3 Modelos de redes 10 2.4 Nveis de aplicao 13 3. Protocolos de Comunicao 13 3.1 Profibus 14 3.2 Foudation FieldBus 18 3.3 Hart 23 3.4 ControlNet 28 3.5 DeviceNet 30 3.6 EtherNet/IP 32 3.7 ModBus 35 4. PLC (Controlador Lgico Programvel) 36 4.1 Surgimentos do PLCs 36 4.2 Tecnologia dos PLCs 37 4.3 Arquitetura bsica dos PLCs 41 4.4 Estrutura interna dos PLCs 43 4.5 Auto avaliao de defeitos dos PLCs 49 4.6 Programao dos PLCs 50 4.7 Seqncia de programao dos PLCs 52 4.8 Sistema de controles com PLCs 56 4.9 Sistemas provisrios utilizando PLCs 57 5. SPC (Sistema Provisrio de Controle) 57 6. SDCD (Sistema Digital de Controle Distribudo) 59 Apndice I Controle de Processos 60 Apndice II Processos Industriais 68 Apndice III Aes de Controle 73 Apndice IV Tipos de Controle Automtico 86 Exerccios 92 Bibliografia 94 3. 4 APRESENTAO Apresenta-se aqui, os assuntos a serem abordados na disciplina AUTOMAO II do curso tcnico em Eletroeletrnica do Centro de Educao Tecnolgica do estado da Bahia Unidade de Camaari. A disciplina vai permitir integrar uma srie de conhecimentos na rea de automao e controle industrial, aplicados na transferncia e controle de dados em redes industriais. O programa da disciplina inclui os conceitos fundamentais sobre Protocolos de Comunicao, PLCs (Controladores Lgicos Programveis), Aes de Controle e Redes Industriais que possuem caractersticas especficas para os requisitos da transmisso e controle de dados em ambientes industriais. Parte-se da fundamentao da aplicao de redes e da sua integrao na arquitetura de organizao da indstria, aplicada automao. A prtica laboratorial ocupa um espao importante na disciplina. Contempla o desenvolvimento de sistemas baseados em PLCs que iro ser aplicados como ns de sistemas distribudos interligados por barramentos de campo. Este trabalho no pretende esgotar o tema, mas sim indicar os caminhos a serem trilhados no desenvolvimento da capacitao para desempenhar atividades relacionadas automao industrial. As motivaes subjacentes organizao e proposta desta disciplina resultam essencialmente em alguns fatores, cuja ordem irrelevante: As potencialidades do mercado de trabalho para os futuros tcnicos. O elevado crescimento atual, existente na investigao e desenvolvimento na rea da disciplina e em reas correlatas. A competitividade, devido globalizao, o que levam as indstrias e se modernizarem, aumentando sua produtividade, atravs da automao de seus processos. Segurana, atendimento as normas ambientais, bem como a qualidade final dos produtos. No que se refere ao primeiro item destes fatores de salientar que o mercado de emprego preferencial tem situado ao nvel da Indstria como: Indstria de Processos de 1, 2 e 3 gerao. Ex.: Braskem, Deten Qumica, Oxiteno, Bombril, etc. Indstria de Transformao Manufatureira. Ex.: Alcoa, Britnia, etc. Indstria Automobilstica e correlata. Ex.: Ford, Fiat, Pirelli, Continental Pneus, etc. Indstria Pesada, em particular as Siderrgicas. Ao Minas, Samarco, etc. Indstria de Minerao. Ex.: CVRD, etc. 4. 5 1. INTRODUO Desde o surgimento das indstrias, a necessidade do controle das mquinas e dos equipamentos necessrios para a produo aumentou bruscamente. Este controle sofreu vrias mudanas com o passar dos anos, em funo da necessidade de maximizar produo, diminuir custos e tambm aumentar a segurana operacional dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo. Cronologicamente, temos a princpio o controle totalmente mecnico, depois o pneumtico, e em seguida o controle eltrico, com o surgimento dos motores eltricos e de seus dispositivos de controle. No final da dcada de 50, a instrumentao para controle regulatrio ainda era predominantemente pneumtica. No final da dcada de 60, Dick Morley e Michel Greenberg inventaram o primeiro controlador programvel. Usando tecnologia da poca, construram, a pedido de uma montadora de automveis, um testador de continuidades nos cabos usados nos carros, que posteriormente seria desenvolvido at chegar ao conhecido Program Logic Controller (PLC), que um microcomputador com o propsito especfico de controle de processos, que at hoje aplicado com sucesso na maioria das aplicaes de controle industrial. Os PLCs inicialmente foram desenvolvidos, para o controle de sistemas com entradas e sadas binrias (de dois estados apenas: ligado - desligado, alto - baixo, etc.); porm, hoje tem adquirido muitas outras funes com alta confiabilidade, como o caso de tratamento de sinais analgicos, controle modulado multivariveis, controle de posio de alta preciso, etc. Os PLC's nasceram para substituir os rels na implementao de intertravamentos e controle seqencial se especializando no tratamento de variveis digitais. J no incio da dcada de 70, surgiu a necessidade de controladores robustos mais precisos e dedicados, pois o avano da eletrnica dos dispositivos (instrumentos) possibilitou obter um melhor controle regulatrio. Nesse estgio da automao, na metade da dcada de 70, surgiu o primeiro Sistema Digital de Controle Distribudo (SDCD). Com o avano da eletrnica, as vlvulas de controle passaram a possuir posicionadores inteligentes. No incio dos anos 80, por exemplo, apareceram os transmissores de presso que podiam fornecer tambm a temperatura da linha, graas diminuio cada vez mais da eletrnica. Passou a existir um microprocessador dentro de um pequeno instrumento de medio. O SDCD, dedicado ao controle analgico, conta com mais microprocessadores para executar funes especiais de controle como: Proporcional-Integral-Derivativo (PID), Feedforward, Lgica Fuzzy, etc. No incio da dcada de 90, temos o surgimento dos protocolos digitais de campo. Impulsionados pela expanso da informtica com a exploso da internet, formaram-se grupos de pesquisa para desenvolver sistemas de controle industriais que, associados aos j existentes PLCs, pudessem otimizar o sistema e o rendimento do controle industrial. Nesta poca, tambm houve o incio do desenvolvimento do protocolo Foundation Fieldbus (FF). A partir da, os principais fabricantes de PLCs criaram seus protocolos de comunicao, baseado em sua maioria no meio fsico do sinal eltrico RS-485, devido ao seu longo alcance e altas taxas de transferncia de dados. Com o surgimento das redes de comunicao, surge tambm a possibilidade de tornar os perifricos remotos, ou seja, pde-se distribuir o controle atravs de uma interface local, prximo do ponto de coleta dos dados, coletarem uma quantidade maior de dados e transmiti-la pela rede atravs de um par de fios, ao invs de lev-los todos ao painel de controle. Figura 1 Evoluo da Automao Industrial. 5. 6 2. REDES INDUSTRIAIS A tecnologia da informao tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da automao, alterou hierarquias e estruturas no ambiente dos escritrios e chega agora ao ambiente industrial nos seus mais diversos setores, desde as indstrias de processo e manufatura at prdios e sistemas logsticos. A capacidade de comunicao entre dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes so componentes indispensveis do conceito de automao de hoje. A comunicao vem se expandindo rapidamente no sentido horizontal nos nveis inferiores (field level), assim como no sentido vertical integrando todos os nveis hierrquicos. De acordo com as caractersticas da aplicao e do custo mximo a ser atingido, uma combinao gradual de diferentes sistemas de comunicao, tais como Ethernet, PROFIBUS e AS- Interface, oferece as condies ideais de redes abertas em processos industriais. No nvel de atuadores/sensores o AS-Interface o sistema de comunicao de dados ideal, pois os sinais binrios de dados so transmitidos via um barramento extremamente simples e de baixo custo, juntamente com a energia (24 Vdc) necessrios para alimentar estes mesmos sensores e atuadores. Outra caracterstica importante que os dados so transmitidos ciclicamente, de uma maneira extremamente eficiente e rpida. No nvel de campo, a periferia distribuda, tais como mdulos de E/S, transdutores, acionamentos (drives), vlvulas e painis de operao, comunicam-se com sistemas de automao via um eficiente sistema de comunicao em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmisso de dados do processo efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parmetros e diagnsticos so transmitidos aciclicamente, somente quando necessrio. No nvel de clula, os controladores programveis, tais como CLPs e PCs comunicam-se uns com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um grande nmero de funes poderosas de comunicao. Alm disto, uma integrao eficiente aos sistemas de comunicao corporativos existentes, tais como: Intranet, Internet e Ethernet um requisito absolutamente mandatrio, o que o PROFIBUS FMS e o PROFINet podem suprir. Os sistemas de controle automtico tm se apoiado cada vez mais em redes de comunicao industriais, seja pela crescente complexibilidade dos processos industriais, seja pela distribuio geogrfica que se tem acentuado nas novas instalaes industriais. Assim, praticamente todos os sistemas existentes incluem alguma forma de comunicao de dados, seja local, atravs de redes industriais, seja remota, implementados em sistemas SCADA - sistema para aquisio, superviso e controle de processos. Embora essa disseminao de aplicao de comunicao seja recente, j algum tempo tm sido desenvolvidos em diferentes topologias para a comunicao de dados em ambientes industriais, buscando sempre estruturas que garantam a segurana na transmisso dos dados, bem como a velocidade de comunicao. Um modelo bastante abrangente para os vrios requisitos de comunicao no ambiente industrial so os 3 nveis abaixo relacionados: Nvel de informao - caracterizado por grandes volumes de troca de dados com constantes de tempo da ordem de grandeza de segundos (tempo no crtico). Essencialmente de domnio da informtica; Nvel de automao e controle - caracterizado por volumes moderad