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TA – Tecnologia de Automação
Para Farmacêuticos
24.outubro.2017
PLCs
Programmable
Logic Controllers
PLC Programmable Logic Controller
• Hardware ao qual os sensores de campo são conectados, assim como outros componentes do equipamento que executam funções automatizadas (válvulas, motores, sirenes de alarme, etc.).
• Este é o dispositivo que controla os componentes do sistema efetivamente, além de comunicar-se com sistemas supervisório, quando existentes.
• Pode estar instalado em painel dentro ou fora da sala onde estão instalados os sensores e a IHM.
• Atualmente não existe automação sem a existência de um PLC.
• O PLC é como um “lego” montado de partes (módulos) de acordo com a necessidade do sistema.
• A estrutura onde os módulos são encaixados é chamada de ‘rack’.
CPU Central Processing Unit
• Unidade Central de Processamento.
• É o “cérebro”, onde está a inteligência do sistema. É responsável por receber e processar os sinais dos sensores, e acionar outros componentes automaticamente, de acordo com a lógica programada.
• Normalmente a CPU é o primeiro módulo da esquerda para a direita de um PLC.
O que são os demais módulos?
• Os demais módulos são de entradas e saídas de sinais
• ENTRADA: sinais/informações elétricas que estão chegando do processo para o PLC;
• SAÍDA: são acionamentos causados pelo PLC em função de uma ordem comandada pela CPU.
• É como se o PLC fosse um coordenador de processo
Onde ficam instalados os PLCs?
• Normalmente nas áreas técnicas, fora das áreas limpas/fabris;
• Instalados dentro de painéis de automação
Como encontrar o PLC dentro do
Painel?
Tipos de Sinais - Digital
• Assume apenas dois valores para representar um determinado evento. Não tem valor ou estado intermediário.
• Exemplos: ligado ou desligado / presença ou ausência de frasco na esteira / filtro limpo/sujo;
• Pode ser entrada ou saída (ex. acionar expulsão da esteira)
Tipos de Sinais - Analógico
• Resposta gerada pelo sensor em forma de sinal elétrico que varia conforme o estímulo físico dentro de uma faixa definida.
Entrada Analógica
• Sinal que o PLC tem de leitura de uma variável de processo. Exemplos: temperatura, umidade, pressão, vácuo (pressão negativa), célula de carga (peso), encoder (velocidade de rotação), etc.
Tipos de Saídas Analógica (mais comuns) • Inversor ou de Frequência = Permite modular a velocidade
de um motor ou bomba (que leva fluído de um lugar para outro não dependendo somente da gravidade). O inversor também é bastante utilizado para modular velocidade de agitador de misturador ou reator.
• Válvula de Controle = Válvula que permite ser modulada elétrica ou manualmente de acordo com a necessidade do processo – quando conectada a uma saída analógica de um PLC, é controlada automaticamente, com sinal elétrico analógico proporcional a porcentagem de abertura;
Reflexão...
Por que os PLCs, suas entradas e saídas analógicas e digitais são importantes na validação de sistemas computadorizados e/ou qualificação de equipamentos e utilidades?
IHM –
Interface Homem Máquina
IHM – Interface Homem Máquina
Ou HMI “Human Machine Interface” – dispositivo instalado no painel de operação da máquina ou equipamento que permite ao operador saber o andamento das atividades e interagir com o processo.
Como a IHM é instalada
Normalmente instalada na porta de um painel menor.
Arquitetura de Automação
• Ilustração que mostra a composição do sistema.
• Normalmente contempla localização física e identificação de cada componente.
• Comum ocorrer dos componentes serem instalados em lugares diferentes, exemplo:
- IHM na sala de produção;
- PLC no painel instalado no piso técnico;
- PC (computador) com supervisório instalado na sala do supervisor da produção;
- Servidor na sala de servidor em TI.
Exemplo de Arquitetura
• Ilustração que mostra a composição do sistema.
• Normalmente contempla localização física e identificação de cada componente.
• Comum ocorrer dos componentes serem instalados em lugares diferentes, exemplo:
- IHM na sala de produção;
- PLC no painel instalado no piso técnico;
- PC (computador) com supervisório instalado na sala do supervisor da produção;
- Servidor na sala de servidor em TI.
Arquitetura de Automação
Supervisório
• Software que captura e armazena em um banco de dados, informações sobre um processo de produção. As informações vem de sensores que capturam dados específicos (conhecidos como variáveis de processo) da planta industrial, através dos PLCs.
Comunicação entre os componentes
• Normalmente os componentes de automação se comunicam através de PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO;
• É como se fosse um idioma padronizado entre os fabricantes;
• Os protocolos mais comuns são: ModBus, Hart, ProfiBus, DeviceNet, FieldBus e Asi;
• Cada protocolo nasceu de um fabricante diferente e se difundiu entre os demais por questões de interesse comercial e padronização.
Ethernet
• Ethernet é uma arquitetura de interconexão para redes locais - Rede de Área Local (LAN) – somente rede física por onde transitam vários protocolos de comunicação – analogia estrada.
• Os carros que trafegam na estrada são os dados. As regras de trânsito são os protocolos de comunicação.
ModBus
• Criada pela Modicon (agora Schneider) na década de 70 – um dos mais antigos e ainda muito utilizado;
• Começou na comunicação serial RS 232 – ponto a ponto;
• Depois passou a ser utilizado na RS 485 (rede);
• Agora é mais comum TCP ModBus (ModBus na rede Ethernet)
Cabos “shieldados” / blindados
• Os cabos sem blindagem são mais baratos, mais flexíveis e mais fáceis de crimpar e por isso são de longe os mais populares, mas os cabos blindados podem prestar bons serviços em ambientes com forte interferência eletromagnética, como grandes motores elétricos ou grandes antenas de transmissão muito próximas.
Cabos “shieldados” / blindados
• Outras fontes de interferências são as lâmpadas fluorescentes (principalmente lâmpadas cansadas, que ficam piscando), cabos elétricos, quando colocados lado a lado com os cabos de rede, e mesmo telefones celulares muito próximos dos cabos. Este tipo de interferência não chega a interromper o funcionamento da rede, mas pode causar perda de pacotes (dados).
Fios e cabos de campo – também
blindados!!
• Fios e cabos de instrumentação, sensores de campos e atuadores (dispositivos que ficam conectados nas entradas e saídas dos PLCs) também devem ser conectados com fios e cabos blindados.
Reflexão...
Por que o entendimento mínimo dos seguintes temas são importantes para a validação de sistemas e/ou qualificação de equipamentos e utilidades?
1.) Protocolos de comunicação entre componentes de uma rede de automação;
2.) Redes físicas industriais;
3.) Cabos blindados;
4.) Qual é o impacto destes itens na integridade de dados?
Esquema Elétrico
Nomenclaturas Mais Importantes
DI = Digital Input (entrada digital);
DO = Digital Output (saída digital);
AI = Analogue Input (entrada analógica);
AO = Analogue Output (saída analógica);
C = Comum;
NA = Normalmente Aberto;
NC = Normalmente Fechado;
+Vcc = Entrada analógica em tensão, normalmente varia de 1 a 5V ou 0-10Vcc;
GND = terra, vem do inglês “ground”;
Identifique no Esquemas as entradas e
saídas do PLC
Bornes Relés
Normalmente, os projetistas passam os sinais de campos por bornes relés com disjuntores embutidos para proteção dos cartões de entrada do PLC.
FL. Folha
Para melhor organização, os projetistas não misturam ligação de comando (tensão mais alta) com níveis de corrente e tensão de instrumentação (mais baixos). Nestes casos, eles costumam indicar em que folha do esquema eles estão detalhando o restante.
Trafo: são dispositivos elétricos que tem a finalidade de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão (não tem relação com automação e sim com painel de comando).
Reflexão...
Por que o entendimento mínimo de um esquema elétrico envolvido no projeto é importante para a validação do sistema e/ou qualificação do equipamento ou utilidade?
Alguns conceitos finais
Importantes que aparecem
no dia a dia da Validação
ou Qualificação
Transmissores
Instrumentos instalados no campo que além de possuir sensores, transformam (transmitem) o valor medido no processo em corrente ou tensão elétrica proporcional ao sinal medido.
São muito comuns os transmissores com sinal de saída 4-20mA (sinal adequado para ser transmitido em distâncias longas – “não perde força”).
(Faixa ou Range) e Span
• Faixa ou range: capacidade física e construtiva de medição do sensor, ex. 0-10Bar;
• Span: Diferença entre a menor e maior medida que o sensor pode proporcionar, ex. 20-50°C, span de 30°C;
• Saída do instrumento 4-20mA para faixa 0-10Bar: 4mA=0Bar, 8mA=2,5Bar, 12mA=5Bar, 16mA=7,5Bar; 20mA=10Bar, etc (proporcional).
Camisa do Reator
• Termo utilizado para se referir à camada de revestimento do tanque de um reator que possui aquecimento e/ou resfriamento.
Controle PID
• Aplicações que exigem um controle mais preciso;
• PID (Proporcional, Integral, Derivativo) – componentes de ajuste;
Exemplos de Aplicações: • Rotação; • Nível; • Pressão; • Vazão; • Temperatura: • Posição.
Rampas e Patamares
• Processos que não podem sofrer mudanças bruscas de pressão, temperatura, velocidade, rotação, etc. contam com recurso de rampa – ex. subida de temperatura na taxa de 5°C por hora;
• Processos que tem que ser mantidos em determinado setpoint durante certo tempo – ex. manter temperatura de 80°C por 30 minutos.
Alarmes
Aumento de Segurança na Operação
• Os setpoints de alarmes devem ser bem analisados antes de serem definidos. Se não forem críticos, operação pode não dar a devida atenção;
• Não devem ser definidos de acordo com o projetado. Analisar o que é crítico para o produto e processo.
Camadas de Software
Quanto mais
integrado, mais
eficiente e seguro o
processo se torna.
