automao controle nivel com rslogix 500

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO CENTRO TECNOLGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA PROJETO DE GRADUAO

CONTROLE DIGITAL DO NVEL DE TANQUE EM REDE UTILIZANDO SUPERVISRIO INTOUCH E O CLP MICROLOGIX

JOO GILBERTO CAMPAGNARO

VITRIA ES FEV/2006

JOO GILBERTO CAMPAGNARO

CONTROLE DIGIAL DO NVEL DE TANQUE EM REDE UTILIZANDO SUPERVISRIO INTOUCH E CLP O MICROLOGIX

Parte manuscrita do Projeto de Graduao do aluno Joo Gilberto Campagnaro, apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica do Centro Tecnolgico da Universidade Federal do Esprito Santo, para obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

VITRIA ES FEV/2006

JOO GILBERTO CAMPAGNARO

CONTROLE DIGIAL DO NVEL DE TANQUE EM REDE UTILIZANDO SUPERVISRIO INTOUCH E CLP O MICROLOGIX

COMISSO EXAMINADORA:

___________________________________ Prof. Dr., Jos Leandro Flix Salles Orientador

___________________________________ Prof. Marco Antnio Coelho Co-orientador

___________________________________ Prof. Dr., Jos Denti Filho Examinador

___________________________________ Eng. Paulo Csar de Almeida Toledo Examinador

Vitria - ES, 21, fevereiro, 2006

4 DEDICATRIA

minha famlia pelo apoio, minha namorada pela pacincia e a minha pessoa pelo esforo.

5 AGRADECIMENTOS Agradeo ao professor Jos Leandro pelo apoio e pelos ensinamentos e controle automtico nos quais baseei meu projeto e ao professor Marco que de ajudou na configurao da rede. Agradeo tambm a Gilson Geovani Sutil e a Douglas Dalvi Ferreira, por todo o amparo tcnico que me forneceram nas horas de necessidade, e a Rodrigo Thompson Vargas, que foi companheiro na ocupao do LECO no perodo de frias e no desespero com a aproximao dos prazos finais. No poderia esquecer da minha namorada Caru que, alm de me ajudar em vrios testes, teve que dividir os ltimos momentos em Vitria que poderia ficar comigo com o laboratrio, para que pudesse terminar este projeto. Por ltimo, mas no menos importante, agradeo pessoa que construiu esta planta, sem a qual nada poderia fazer.

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Diagrama do sistema de controle ...............................................................14 Figura 2 Esquemtico da planta ................................................................................15 Figura 3 Foto da planta .............................................................................................16 Figura 4 Circuito do driver de corrente ....................................................................17 Figura 5 Placa de circuito impresso ..........................................................................18 Figura 6 Foto do acabamento da placa de circuito impresso ....................................18 Figura 7 Foto do Micrologix 1500............................................................................20 Figura 8 Bloco MOV ................................................................................................25 Figura 9 Blocos de chaveamento ..............................................................................26 Figura 10 Bloco SCP ................................................................................................26 Figura 11 Bloco PID .................................................................................................27 Figura 12 Configuraes do bloco PID ....................................................................27 Figura 13 Bloco LIM ................................................................................................27 Figura 14 Bloco GEQ ...............................................................................................28 Figura 15 Criao de TAgs no KeepServerEx .........................................................34 Figura 16 Tela do KeepServerEx .............................................................................35 Figura 17 Criao de aplicaes no InTouch ...........................................................36 Figura 18 Criao de janela no InTouch...................................................................36 Figura 19 Criao de tag no Intouch.........................................................................37 Figura 20 Configurao de Nome de Acesso no Intouch .........................................38 Figura 21 Configurao de tags no InTouch ............................................................39 Figura 22 Boto On/Off no InTouch ........................................................................40 Figura 23 Opes de funes no InTouch ................................................................40 Figura 24 Configurao ed botes no InTouch ........................................................41 Figura 25 Configurao de Grfico de Tempo-Real no InTouch .............................42 Figura 26 Configurao e Grfico Histrico no InTouch - A ..................................43 Figura 27 Configurao de Grfico Histrico no InTouch - B.................................44 Figura 28 Tela de Grfico Histrico no InTouch .....................................................45 Figura 29 Configurao do Nome de Acesso para utilizao em Rede no InTouch 49

7 Figura 30 Foto da disposio dos equipamentos na cozinha ....................................51 Figura 31 Foto do tanque em funcionamento ...........................................................52 Figura 32 Resposta elevao de setpoint - A .........................................................52 Figura 33 - Resposta elevao de setpoint - B ..........................................................53 Figura 34 - Resposta diminuio de setpoint - A......................................................54 Figura 35 Resposta diminuio de setpoint - B .....................................................54 Figura 36 Resposta ao incio do controle .................................................................55

8 LISTA DE TABELA Tabela 1 Componentes da planta ..............................................................................16 Tabela 2 Componentes do driver de corrente ...........................................................17 Tabela 3 Valores finais aps montagem do circuito em placa .................................19 Tabela 4 Tipos de variveis do RSLogix 500...........................................................23 Tabela 5 Variveis do projeto ...................................................................................24 Tabela 6 Parmetros dos blocos PID ........................................................................50

9 SUMRIO DEDICATRIA...........................................................................................................4 AGRADECIMENTOS ................................................................................................5 LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................6 LISTA DE TABELA ...................................................................................................8 SUMRIO ....................................................................................................................9 RESUMO ....................................................................................................................12 1 CONTROLE DE NVEL ...............................................................................13 1.1 Introduo .........................................................................................................13 1.2 Aplicaes .........................................................................................................13 1.3 Sistema de controle proposto ............................................................................14 1.4 Concluso ..........................................................................................................14 2 A PLANTA ......................................................................................................15 2.1 Introduo .........................................................................................................15 2.2 Arquitetura da Planta ........................................................................................15 2.3 Alimentao da planta.......................................................................................16 2.3.1 Acionamento do motor DC .....................................................................16 2.3.2 Alimentao dos potencimetros ............................................................17 2.3.3 Circuito final............................................................................................18 2.3.4 Valores obtidos ........................................................................................18 2.4 Concluso ..........................................................................................................19 3 O CLP ..............................................................................................................20 3.1 Introduo .........................................................................................................20 3.2 Micrologix 1500................................................................................................20 3.2.1 Carto entrada/saida Digital ....................................................................21 3.2.2 Carto entrada analgica .........................................................................21 3.2.3 Carto sada analgica .............................................................................21 3.3 Concluso ..........................................................................................................21 4 PROGRAMAO DO CLP .........................................................................22 4.1 Introduo .........................................................................................................22

10 4.2 Linguagens de programao .............................................................................22 4.3 Rslogix 500 .......................................................................................................22 4.3.1 Configurado o RSLogix 500 ...................................................................23 4.3.2 Variveis no RsLogix500 ........................................................................23 4.3.3 Os blocos de programao ......................................................................25 4.3.3.1 MOV...........................................................................................25 4.3.3.2 CHAVES ....................................................................................25 4.3.3.3 SCP .............................................................................................26 4.3.3.4 PID .............................................................................................26 4.3.3.5 LIM.............................................................................................27 4.3.3.6 GEQ ............................................................................................28 4.4 A programao ..................................................................................................28 4.4.1 Malha de nvel .........................................................................................28 4.4.1.1 Coleta dos sinais .........................................................................28 4.4.1.2 Controle dos sinais .....................................................................29 4.4.2 Malha da vlvula .....................................................................................29 4.4.2.1 Coleta do sinal da vlvula ..........................................................29 4.4.2.2 Controle do sinal da vlvula .......................................................30 4.4.3 Sinal de sada ...........................................................................................31 4.4.4 Sintonia dos blocos PID ..........................................................................31 4.5 Concluso ..........................................................................................................31 5 O SUPERVISRIO .......................................................................................32 5.1 Introduo .........................................................................................................32 5.2 KeepServerEx ...................................................................................................32 5.2.1 Comunicao ...........................................................................................32 5.2.2 Configurao do Driver...........................................................................33 5.2.3 Criao das tags .......................................................................................33 5.2.4 Utilizao do Programa ...........................................................................35 5.3 InTouch .............................................................................................................35 5.3.1 Criao da aplicao ................................................................................35

11 5.3.2 Window Maker ........................................................................................36 5.3.2.1 tagname Dictionary ....................................................................37 5.3.2.2 Displays do InTouch ..................................................................39 5.3.3 Window Viewer ......................................................................................45 6 A REDE ...........................................................................................................47 6.1 Introduo .........................................................................................................47 6.2 Pr-requisitos ....................................................................................................47 6.3 Instalao do supervisrio em outras mquinas ...............................................47 6.4 Configurao do acesso em rede.......................................................................48 6.5 Concluso ..........................................................................................................49 7 CONCLUSES E RESULTADOS...............................................................50 7.1 Introduo .........................................................................................................50 7.2 Programao do CLP ........................................................................................50 7.3 Sintonia dos blocos PID ....................................................................................50 7.4 Resultado do controle de nvel ..........................................................................51 7.4.1 Elevao do setpoint................................................................................52 7.4.2 Diminuio do setpoint ...........................................................................53 7.4.3 Acionamento do modo automtico .........................................................55 7.5 Rede de supervisrios .......................................................................................56 7.6 Concluso ..........................................................................................................56 APNDICE A .............................................................................................................57 APNDICE B .............................................................................................................61 APNDICE C .............................................................................................................62 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.....................................................................63

12 RESUMO O projeto consiste no desenvolvimento e aplicao de um sistema de controle de nvel para a planta de simulao de um tanque, que possa ser visualizado e controlado utilizando-se a rede de computadores existente no LECO (Laboratrio de Ensino de Controle). Aps o desenvolvimento de um sistema para alimentao e adequao dos sinais vindos da planta, ser criado um programa no CLP Micrologix 1500 para o controle do nvel, no qual ser inserido um setpoint e o controlador ir tentar manter este nvel atravs da abertura e fechamento de uma vlvula para sada de gua no fundo do tanque. Para o interfaceamento com o usurio, ser desenvolvido no InTocuh um programa supervisrio para acompanhamento e alteraes no controle de nvel. Com o supervisrio desenvolvido, adaptaes sero feitas para que se possa executar a leitura e alterao de variveis no CLP atravs de outros computadores que no o ligado ele, utilizando uma rede local.

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CONTROLE DE NVEL

1.1 Introduo O controle do nvel de fludos em reservatrios uma necessidade constante, vista dos ambientes industriais mais complexos s necessidades bsicas de uma residncia. Sua importncia pode variar desde um simples mtodo de garantir um estoque mnimo necessidade de se manter um nvel constante, inferindo uma presso em um certo ponto do reservatrio, garantindo a preciso de um processo industrial de grandes propores. Com o advento das tcnicas de controle modernas, o controle de nvel pode se aprimorar em preciso e velocidade. O fechamento de malhas infere aos sistemas autonomia e confiabilidade. 1.2 Aplicaes Como dito anteriormente, existem inmeras aplicaes para o controle de nvel. Como exemplo mais prximo do cotidiano da maioria, temos o controle de caixas dgua residenciais. Um sistema simples, porm eficiente, onde o nvel de gua na caixa mantido dentro de valores definidos atravs de um sensor, a bia da caixa, que informa bomba quando o nvel est baixo para que esta se acione, e quando o nvel chegou ao desejado, para que esta pare. Claro que um sistema de controle como o de caixas dgua no requer a utilizao de controladores programveis e malhas de controle, porm, na utilizao industrial as necessidades so diferenciadas uma vez que os resultados podem influenciar bastante o nvel e a velocidade da produo. Como exemplo, temos o sistema de controle do nvel das panelas de ao para lingotamento da Companhia Siderurgia de Tubaro (CST) [1]. A manuteno do nvel de ao nas panelas influencia na presso ao fundo das mesmas, e na velocidade da sada do ao. Este tipo de processo requer uma grande preciso, justificando todos os investimentos em tecnologia disponveis. Este projeto ir simular um controle de nvel fixo, onde um setpoint determinado para o nvel de gua e, atravs do fechamento e abertura de uma vlvula na parte inferior do tanque, este nvel ser mantido. Para tal, supe-se uma entrada de

14 gua constante, mas no necessariamente de vazo constante. A aplicao de controle de nvel fixo tambm utilizada em Vasos Separadores, equipamento de separao de leo-gs em plataformas de extrao de petrleo. 1.3 Sistema de controle proposto Aps anlise da planta e da proposta de controle, chegou-se a concluso da necessidade de duas malhas de controle, uma interna, para o posicionamento da vlvula, e outra externa, para o controle de nvel. O diagrama a seguir representa o sistema que ser implementado, conforme a Figura 1.Sensor da vlvula SetPoint PID _ Nvel _ + PID Vlvula Tanque Sensor de nvel Motor Vlvula

+

Figura 1 Diagrama do sistema de controle

Dado um setpoint de nvel, este ser comparado com o sinal de nvel real vindo do tanque, e esta diferena ser o sinal de entrada do bloco PID de Nvel. Sua sada ento ser comparada ao sinal da posio real da vlvula, e esta diferena ser a entrada do bloco PID da Vlvula. A sada deste bloco ser o sinal de acionamento do motor, que manipula a vlvula. A movimentao da vlvula ir interceder no nvel do tanque, que devido aos controladores, tender a se ajustar ao sinal de setpoint de entrada. 1.4 Concluso O Controle de nvel est interligado a vrias etapas de produo em inmeros processos fabris. A possibilidade de cada vez mais tornar este controle eficiente, impulsiona a pesquisa nesta rea, sempre visando aproveitar o mximo possvel a capacidade de produo das instalaes, sem se afastar dos nveis de segurana.

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2 A PLANTA2.1 Introduo Para a simulao do controle de nvel de uma instalao industrial, foi necessria uma planta em escala reduzida de um tanque que pudesse ser controlado tal como uma instalao real. Foi utilizada a planta do projeto de graduao de Elias P. Gomes de dezembro de 2004. 2.2 Arquitetura da Planta A planta consiste basicamente em duas vlvulas instaladas nas partes superior e inferior do tanque, ambas conectadas ao eixo de motores DC para sua movimentao e dispondo de potencimetros ligados ao mesmo eixo de modo a servirem como sensores de posio das vlvulas. A leitura do nvel feita por um potencimetro instalado na parte superior do tanque, com seu eixo ligado a uma bia para flutuao. Os componentes esto listados na Tabela 1 e sua disposio como mostrada nas Figuras 2 e 3.

Figura 2 Esquemtico da planta

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Figura 3 Foto da planta

N 1 2 3

DESCRIO 500 K 10 K 12 V / 600 mA 3/4" - Tipo 4 Vlvula gaveta Tabela 1 Componentes da planta

COMPONENTE Potencimetro Potencimetro Motor

Neste projeto ser utilizado somente o conjunto da vlvula inferior do tanque. 2.3 Alimentao da planta Como a planta no dispunha de um circuito prprio para alimentao de seus potencimetros e acionamento de seus motores, foi necessrio seu desenvolvimento. 2.3.1 Acionamento do motor DC A movimentao do motor ser controlada pelo CLP, mas este no dispe de corrente de sada alta o suficiente para tal, ento necessria a utilizao de um circuito driver de corrente para sua alimentao. O modelo de driver adotado foi retirado das plantas de acionamento e controle de motores DC do LECO, seu esquemtico conforme mostrado na Figura 4 e seus componentes esto explicitados na Tabela 2.

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Figura 4 Circuito do driver de corrente

COMPONENTE DESCRIO VALOR R2 Resistor 12 K R3 Resistor 12 K U1A Amplificador em CI TL074 Q1 Transistor TIP 30 T1 Transistor TIP 31 MOTOR Motor Tabela 2 Componentes do driver de corrente

2.3.2 Alimentao dos potencimetros A fim de minimizar o efeito de oscilao da tenso devido corrente demandada pelo motor, minimizando o erro de leitura nos potencimetros, a alimentao dos mesmos no feita diretamente da tenso do circuito, e sim atravs de reguladores de tenso [2]. Utilizou-se em ambos os potencimetros reguladores tipo LM7810 alimentados em 12V e mantendo uma tenso regulada de 10V de sada, reduzindo, mas no eliminando variaes de tenso. Ainda para o potencimetro do sensor de nvel, foi utilizada uma resistncia de 22 K ligando-o ao terra, evitando que a tenso lida chegasse aos zero volts, mantendo a leitura em uma regio mais linear.

18 2.3.3 Circuito final Organizando todos os componentes necessrios, foi projetado o layout da placa de circuito impresso no programa EAGLE conforme a Figura 5, e sua montagem mostrada na Figura 6.

Figura 5 Placa de circuito impresso

Figura 6 Foto do acabamento da placa de circuito impresso

2.3.4 Valores obtidos Com todos os componentes especificados e montados, obtivemos os seguintes dados para utilizar como parmetro para o controle da planta, conforme a Tabela 3.

19POTENCIMETROS COMPONENTE VALOR ALIM. SIT. SAIDA 27 cm 1,10 Pot. Nvel 1,78 500 K 10,03 33 cm aberta 3,61 Pot. Vlvula 10 K 9,98 fechada 6,76 MOTOR Alim

Sentido T.Partida 7 abert. 1,5 Motor DC -7 fecham. 2 X cv Tabela 3 Valores finais aps montagem do circuito em placa

COMPONENTE Pot.

2.4 Concluso Aps anlise da planta foi possvel projetar e implementar uma interface entre a mesma e o CLP, de modo a possibilitar o devido acionamento dos motores e a leitura dos sensores. Os sinais foram captados e transformados para um melhor aproveitamento em ambos os lados.

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3 O CLP3.1 Introduo Um Controlador lgico programvel, conhecido tambm pela sua sigla CLP um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funes de controle de diversos tipos e nveis de complexidade. Os CLP's esto muito difundidos no controle de processos de automao industrial, nas reas relacionadas com a produo em linhas de montagem e controle de equipamentos e instalaes. O Controlador Lgico Programvel (CLP) escolhido para este projeto foi o Allen-Bradley Micrologix 1500 da Rockwell Automation, disponvel no LECO, e mostrado na Figura 7.

Figura 7 Foto do Micrologix 1500

3.2 Micrologix 1500 O CLP Micrologix 1500 o mais evoludo da linha Micrologix da Rockwell. flexvel e verstil, contando com aprimoramentos da linha como o Compact I/O, capacidade de expanso para at 100 entradas e sadas, memria on-board no voltil de grande capacidade, relgio de tempo real, download e transporte de programas atravs de mdulos de memria, entre outros [3].

21 O mdulo principal j dispe de 12 entradas e 12 sadas digitais, mas uma das flexibilidades deste CLP a possibilidade da instalao de cartes extras com diversas finalidades. Estes cartes podem fornecer entradas e sadas digitais extras, entradas e sadas analgicas, conexo direta com a rede de computadores, entre outros. No equipamento do laboratrio existem 3 cartes instalados no CLP. 3.2.1 Carto entrada/sada Digital Carto modelo 1769-IA16, fixado diretamente no processador do CLP, assim recebendo a numerao 1 para seu posterior reconhecimento. Dispe de 16 entradas digitais extras 3.2.2 Carto entrada analgica Carto modelo 1769-IF4, fixado no carto do item 2.2.1, recebe a numerao 2 para seu posterior reconhecimento. Dispe de 4 entradas analgicas para sinais de tenso e 4 entradas analgicas para sinais de corrente. Duas das entradas para sinais de tenso sero utilizadas neste projeto. 3.2.3 Carto sada analgica Carto modelo 1769-OF2, fixado no carto do item 2.2.2, recebe a numerao 3 para seu posterior reconhecimento. Dispe de 2 sadas analgicas para sinais de tenso e 2 sadas analgicas para sinais de corrente. Uma das sadas para sinas de tenso ser utilizada neste projeto. 3.3 Concluso O CLP uma ferramenta poderosa na rea de automao, realizando o controle ininterrupto de sinais e acionamentos. A monitorao constante e correo dinmica de alteraes nos sinais do aos sistemas modernos autonomia e confiabilidade. Neste projeto, o CLP utilizado, aps ser programado, executar todo o processo de controle, sendo a ele informado apenas o resultado final desejado.

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4 PROGRAMAO DO CLP4.1 Introduo Uma vez implementada toda a interface entre o CLP e a planta, pode-se dar incio programao do CLP para que execute as funes propostas. O programa utilizado para a programao estava disponvel no laboratrio e utiliza uma linguagem tipo LADDER. 4.2 Linguagens de programao Existem cinco tipos bsicos de linguagem que normalmente so encontradas em controladores programveis e so padronizadas pela norma IEC 61131-3 [4]: Linguagens de rels ou diagrama de contatos; Linguagens por blocos funcionais; SFC - Sequential Function Chart (diagramas de funes seqenciais); Lista de instrues; Texto estruturado. Dos 5 tipos apresentados acima, a mais difundida e encontrada em quase todos os controladores a linguagem de rels. Os blocos funcionais tambm podem ser encontrados com facilidade, sendo eles uma extenso da linguagem de rels adaptada para incluir instrues mais poderosas e tornar mais clara a programao. Devido grande utilizao da linguagem de blocos funcionais, esta recebeu vrios nomes ao redor do mundo, e um deles diagrama de escada (LADDER). Esta linguagem baseia-se nas regras da linguagem de rels, na qual linhas de instruo so abalizadas da esquerda para a direta, sendo que para que um bloco opere, este deve estar energizado, estando ele ligado barra da esquerda ou um bloco que possibilite este acionamento. 4.3 Rslogix 500 O programa utilizado escolhido para a implementao do controle foi o RSLogix500 da Rockwell Automation, utilizado em verso licenciada para estudantes [5].

23 4.3.1 Configurado o RSLogix 500 A princpio, para se iniciar uma nova aplicao neste programa, basta apertar o boto de Novo (New) e escolher qual o tipo do processador (Processor Type) com o qual o programa ir se comunicar, neste caso, a linha Bul.1764 Micrologix 1500. A prxima configurao diz respeito aos cartes de expanso existentes no CLP. No campo de opes esquerda da tela do RSLogix 500, dentro da guia Controlador (Controller), deve-se acessar o campo de Configuraes de Entrada/Sada (I/O Configuration). Dentro da janela referente a estas configuraes, existe a opo Ler Configuraes (Read I/O Config.), que automaticamente ir detectar e configurar os cartes instalados no CLP. 4.3.2 Variveis no RsLogix500 O sistema de indexao do RsLogix 500 atribui um seqncia de caracteres para a identificao e caracterizao de cada varivel utilizada. A opes de tipos de varveis so conforme a Tabela 4. As classificaes pr-definidas apresentam uma quantidade limitada no numero de variveis que podem ser associadas a elas, porm o RsLogix 500 possibilita a insero de novos grupos de variveis, somente necessitando a caracterizao do novo tipo de varivel (como exemplo, neste projeto foram necessrias 11 variveis do tipo inteira, como o grupo N7 somente comporta 10, viuse a necessidade da criao de novo grupo, o N9, que recebeu a letra N por ser um grupo para variveis inteiras e a numerao 9 pela seqncia dos grupos).NOME NUMERO TIPO Output 0 O Input 1 I Status 2 S Binary 3 B Timer 4 T Counter 5 C Control 6 R Interger 7 N PID 8 PD Tabela 4 Tipos de variveis do RSLogix 500

Depois de decidido o tipo da varivel, define-se sua numerao para se discernir entre vrias variveis do mesmo tipo (no caso das variveis de entrada e sada extras dos cartes do CLP, esta numerao se refere posio do carto, explicitada

24 nos sub-itens do item 2.2). A numerao aplicada depois da apresentao do tipo, separando as informaes pelo carter : (dois pontos). Como exemplo, a terceira varivel de memria do tipo inteiro classificada como N7:3. Se dentro da especificao como mostrada acima ainda existir a opo entre diferentes variveis (como as vrias entradas/sadas de um carto extra ou os vrios bits de uma varivel binria), utiliza-se outro separador e novamente numeram-se as variveis. No caso de um carto extra, o caractere . (ponto) utilizado, j para variveis binrias, utiliza-se / (barra). Como exemplo, a primeira entrada de um carto de entradas extra instalado na posio 2 do CLP classificado como I:2.0, e inda, o quarto bit da primeira varivel do tipo binria classificado como B3:0/4. Pode-se ver relao de todas as variveis utilizadas durante o projeto, com suas classificaes e numeraes, na Tabela 5.VAR. I:2.2 I:2.3 O:3.1 B3:0/0 B3:0/1 B3:0/2 B3:0/3 B3:0/4 B3:0/5 N7:0 N7:1 N7:2 N7:3 N7:4 N7:5 N7:6 N7:7 N7:8 N7:9 N9:0 PD8:0 PD8:1 PD8:2 NOME SINAL_SES_NIVEL SINAL_SENS_VALV SINAL_SAIDA_MOTOR MOVIMENT_VALV OUT_IN_RANGE OUT_SAT_POS VALV_IN_RANGE DESCRIO Sinal de tenso vindo do potencimetro de nvel (bia) Sinal de tenso vindo do potencimetro da vlvula Sinal de sada para o driver de corrente do motor Identifica a direo de movimento da vlvula Verifica se a tenso de sada est dentro dos limites Verifica se a tenso de sada est acima do limite mximo

Verifica se o setpoint da vlvula est dentro dos limites Verifica se o setpoint da vlvula est acima do limite VALV_SAT_POS mximo AUTOMATICO Aciona/desaciona o modo automtico SENS_VALVULA Recebe o valor de I:2.3 SETPOINT_VALVULA Recebe o valor do setpoint da vlvula SENS_VALVULA_ESC Recebe o valor escalado do sensor da vlvula OUT_PID_VALV Recebe a sada dos 2 blocos PIDs para a vlvula OUT_PID_VALV_ESC Recebe as sadas dos blocos PIDs da vlvula escalados SENS_NIVEL Recebe o valor de I:2.2 SENS_NIVEL_ESC Recebe o valor escalado do sensor de nvel SETPOINT_NIVEL Valor do setpoint de nvel OUT_PID_NIV Recebe a sada do bloco PID da vlvula Recebe a sada do bloco PID da vlvula escalado ou o OUT_PID_NIVEL_ESC setpoint manual da vlvula SET_PT_VALV_MANUAL Valor do setpoint manual da vlvula PID_POS Parmetros do bloco PID da vlvula (abertura) PID_NEG Parmetros do bloco PID da vlvula (fechamento) PD_NIVEL Parmetros do bloco PID do nvel Tabela 5 Variveis do projeto

25 4.3.3 Os blocos de programao A programao LADDER do RsLogix feita atravs de blocos funcionais de funes distintas. O programa dispe de mais de 130 diferentes blocos, porm ser descrito aqui o funcionamento apenas dos que foram utilizados neste projeto. Os parmetros dos blocos podem ser escritos diretamente ou serem extrados de variveis referenciadas conforme o item 3.2.1. 4.3.3.1 MOV Bloco de movimentao. Envia o valor da varivel Source para a Dest. Disposio conforme Figura 8.

Figura 8 Bloco MOV

4.3.3.2 CHAVES Chaves so utilizadas para que se acione, ou no, certos blocos durante a leitura do programa. As chaves sempre se referem a uma varivel binria, so acionados se esta est em 1 e desligados se esta est em 0. Uma disposio simples mostrada na Figura 9. A chave do tipo arredondada (como na primeira linha da figura) a energizao, no caso de sua linha estar ativada (como no exemplo, ligada diretamente), ela ir fechar (ligar) todas as chaves do tipo quadrada que se referirem ao mesmo bit. Quando a chave do tipo quadrada tiver uma barra cortando seu centro, significa que sua lgica invertida, e que ela ser acionada quando sua energizao estiver desligada. O estado de cada chave e indicado por uma marcao verde que aparece quando a chave est acionada

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Figura 9 Blocos de chaveamento

4.3.3.3 SCP Bloco de escalonamento. Faz o escalonamento linear da varivel Input e a fornece o resultado na varivel Output. O escalonamento feito de modo que o valor mnimo de Input resulte no valor mnimo de Output, e o mximo de Input resulte no mximo de Output, e fazendo com que valores intermedirios sejam escalonados mantendo a relao dos extremos. No caso de valores de Input que extrapolem o mximo ou o mnimo, o valor de Output tambm extrapolar seus limites, porm mantendo a relao de proporo. Disposio conforme a Figura 10.

Figura 10 Bloco SCP

4.3.3.4 PID Bloco PID. Representa um Controlador Proporcional Integral-Derivativo. No campo PID File deve-se colocar a varivel onde se encontram os parmetros para este controlador. A varivel de processo a ser comparada com o setpoint do controlador dele ser indicada no campo Process Variable, e o campo Control Variable refere-se a varivel de controle, valor de sada do bloco PID. Sua disposio conforme a Figura 11, e sua tela para configurao de parmetros como a Figura

27 12. Nota-se que o bloco no dispe de uma entrada padro para o seu setpoint, porm pode-se acess-la atravs de uma das variveis dos parmetros do PID, inserindo o caminho .SPS aps sua descrio (como exemplo: PD8:0.SPS).

Figura 11 Bloco PID

Figura 12 Configuraes do bloco PID

4.3.3.5 LIM Bloco de verificao de limites. Verifica se o valor da varivel Test est dentro dos limites entre Low Lim e High Lim, no caso positivo, aciona a chave de energizao a sua direita, levando o bit vinculado a ela ao estado elevado (bit em 1), e sua disposio conforme a Figura 13.

Figura 13 Bloco LIM

28 4.3.3.6 GEQ Bloco de Maior-ou-Igual. Verifica se o valor da varivel Source A maior ou igual ao valor da varivel em Source B, caso positivo aciona a chave de energizao a sua direita, levando o bit vinculado a ela ao estado elevado (bit em 1), e sua disposio conforme a Figura 14.

Figura 14 Bloco GEQ

4.4 A programao Aps analisar o sistema, chega-se a concluso de que sero necessrias duas malhas de controle: uma malha de controle do nvel, que indicar o setpoint para a outra malha, a de posio da vlvula de sada de gua. O sistema final obedece a uma lgica conforme a Figura 1. O programa dispe ainda de dois modos de operao: o automtico e o manual. No modo automtico, o usurio apenas insere o valor de nvel desejado (de 220 mm a 320 mm) e o programa controla a vlvula de modo a atend-lo, j no modo manual, o usurio define a porcentagem de fechamento da vlvula (de 0% a 100%), independente do valor do nvel. Nos item em seqncia, sero explicados os detalhes de cada malha e sua interaes, explicitando ainda as linhas de comando, ou rungs, onde esto contidos os comandos descritos. Todas as linhas de programao podem ser vistas no Apndice A. 4.4.1 Malha de nvel Esta a malha que, a partir dos valores de setpoint de nvel e nvel real, controla o acionamento da vlvula, controlando o nvel da gua do tanque. 4.4.1.1 Coleta dos sinais O sinal de tenso que indica o nvel atual de gua no tanque vem do potencimetro conectado bia dentro do taque, conforme descrito no item 1.3.2. Este sinal chega na entrada I:2.2 do CLP e armazenado na posio de memria N7:5 [Rung 0000].

29 O primeiro passo foi escalar este valor de tenso para valores mais prximos realidade da planta, para tal foi utilizado o bloco SCP, escalando o sinal de entrada para valores que correspondessem ao nvel real da gua no tanque em milmetros [Rung 0001]. O outro sinal de entrada para o sistema o valor de nvel desejado (setpoint de nvel), que inserido pelo usurio e armazenado pela posio de memria N7:7 sendo imediatamente enviado para a varivel PD8:2.SPS, que designa o valor do setpoint para o bloco PID 2 (Bloco PID de nvel) [Rung 0002]. 4.4.1.2 Controle dos sinais Antes de utilizar os sinais de entrada, o usurio tem a opo de acionar ou no o modo automtico de controle, cujo acionamento feito pela varivel binria B3:0. Com o modo automtico acionado, os sinais do sensor e de setpoint so inseridos no bloco PID, que tem como varivel de controle a posio de memria N7:8 [Rung 0003]. Esta varivel ser o setpoint para a vlvula, mas para tal necessrio que seja escalada para valores entre 0 e 100, representando 0% e 100% de fechamento da vlvula, sendo este valor enviado para a varivel N7:9 [Rung 0004]. No caso do modo automtico estar desligado, o valor do setpoint para a vlvula vem da varivel de memria N9:0 [Rung 0005], sendo definido o seu valor pelo usurio. 4.4.2 Malha da vlvula Esta malha de controle atua diretamente sobre a posio final desejada da vlvula de sada de gua, abrindo-a e fechando-a segunda sua necessidade. 4.4.2.1 Coleta do sinal da vlvula O sinal de tenso que indica o nvel atual de fechamento da vlvula vem diretamente do potencimetro nela instalado, conforme descrito no item 1.3.2. Este sinal chega na entrada I:2.3 do CLP e armazenado na posio de memria N7:0 [Rung 0006]. O prximo passo converter o valor de tenso do sinal em um valor mais compatvel com a real situao da planta, para um melhor acompanhamento do

30 sistema, assim, o sinal de tenso escalado atravs de um bloco SCP para valores entre 0 e 100, representando 0% e 100% de fechamento da vlvula [Rung 0007]. 4.4.2.2 Controle do sinal da vlvula Conforme j explicitado, a sada da malha da vlvula ser responsvel pelo acionamento do motor, que dever exercer tanto movimentos de fechamento e abertura da vlvula. Entretanto, o bloco PID do RSLogix 500 do disponibiliza uma sada negativa quando a diferena entre seu setpoint e a varivel do processo negativa. So ento necessrios dois blocos PID para realizar este controle, um para o caso de uma diferena positiva e uma para uma diferena negativa. Em ambos os casos, os valores de entrada do PID so os mesmo, porm, no caso negativo, deve-se inverter este valores. Para o bloco negativo, o valor de setpoint recebe o valor do sensor de nvel [Rung 0008], e o varivel de processo recebe o setpoint. Primeiro, compara-se o sinal de setpoint vindo da varivel N7:9 com os limites da vlvula (de 0% a 100% de fechamento) [Rung 0009], faz-se isso com a finalidade de evitar que o motor tente mover a vlvula para uma posio alm de seus limites, causando danos planta. Estando o valor nos limites, este movido diretamente para a varivel N7:1 [Rung 0010], caso contrrio, verifica-se o limite mais prximo ao valor e aplica-se diretamente o valor limite na varivel N7:1 [Rung 0011 Rung 0013], que ser copiada para o valor de setpoint do bloco PID positivo [Rung 0015]. De posse dos valores, verifica-se se o valor de setpoint maior que o valor real da posio da vlvula. No caso afirmativo, so acionados o bloco PID positivo [Rung 0016] e o bloco SCP positivo [Rung 0019], que escala o valor de sada do PID positivo em valores que possam ser interpretados como valores positivos de tenso em milivolts. No caso de um setpoint menos que a posio da vlvula, so acionados o bloco PID negativo [Rung 0017] e o bloco SCP negativo [Rung 0019], que escala o valor de sada do PID negativo em valores que possam ser interpretados como valores negativos de tenso, tambm em milivolts. Ambos os sinais escalados so movidos para a varivel N7:4.

31 4.4.3 Sinal de sada A fim de restringir o nvel de tenso na sada do CLP a valores que no prejudiquem nem o motor nem o CLP, necessrio um tratamento do valor da varivel de sada. Verifica-se a presena do valor da varivel N7:4 dentro dos limites 7000 e -7000 ( 7000 Volts) [Rung 0020]. No caso afirmativo o valor diretamente movido para a varivel O:3.1 [Rung 0021]. Caso contrrio, verifica-se o limite mais prximo ao valor e aplica-se diretamente o valor limite na varivel O:3.1 [Rung 0022 Rung 0024]. 4.4.4 Sintonia dos blocos PID A sintonia exata de um bloco PID requer vrios testes e estudos, e no era o objetivo deste projeto, principalmente pelo fato de nele existirem dois blocos em srie. A definio dos parmetros foi realizada de forma emprica, atravs de testes feitos via supervisrio. Aps a concluso da programao do LADDER, os valores dos parmetros foram alterados e seus resultados analisados graficamente, atravs da insero de um degrau na alimentao do sistema. Definiu-se a melhor resposta do sistema e foram adotados estes parmetros. 4.5 Concluso Avaliando as entradas e sadas do PLC e utilizando blocos j padronizados do programa, conseguiu-se fazer um controle onde um usurio apenas insere o valor do nvel desejado e o programa altera seus valores para, dinamicamente, atender o especificado, ou ainda simplesmente deixar de lado o controle de nvel e atender a um valor de posio de vlvula estipulado. A opo por um controle em malha fechada tem um enorme ganho, tanto em confiabilidade quando em auto-suficincia em relao ao simples controle em malha aberta.

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5 O SUPERVISRIO5.1 Introduo O programa de controle j est totalmente operacional com a concluso da programao no RsLogix 500, porm sua interface com o usurio comum no amigvel. Pensando no usurio comum, foram desenvolvidos programas que pudessem captar somente as informaes convenientes e mostr-las de forma clara e rpida, estes so os chamados Programas Supervisrios. O programa escolhido para se desenvolver o supervisrio deste projeto foi o InTouch 7.0 da Wonderware Corporation [6], instalado nos computadores do LECO. Apesar de o InTouch ser programado para receber sinas diretamente do CLP, devido ampla gama de controladores e de diferentes fabricantes, existe a necessidade da utilizao de um driver que faa a correta comunicao entre o CLP e o Supervisrio. Foi utilizado ento o programa KeepServerEx da KEPware Inc. [7], que contm este driver e faz o gerenciamento da comunicao CLP/Superisrio. 5.2 KeepServerEx O KeepServerEx opera criando um caminho para que as posies de memria do CLP possam ser lidas pelo supervisrio, gerando assim o que o programa chama de tags. Cada tag associada a uma posio de memria do CLP e recebe um nome, que ser utilizado para identific-la posteriormente no supervisrio, conforme ser explicado a frente. 5.2.1 Comunicao A comunicao com o CLP atravs de um driver tipo OPC, que vem do termo OLE for Process Control [8]. A idia central do OPC consiste em prover conectividade a sistemas de automao industrial e ao mercado geral da computao. Baseando-se nos padres gerais dos equipamentos, esta tecnologia busca manter uma interface nica entre os sistemas, padronizando a comunicao e expandindo seu poder de alcance. Dentro do grupo de drivers integrados do OPC, o driver especfico para o CLP Micrologix 1500 da Allen-Bradley o DF1. O DF1 foi projetado para trabalhar com os Allen-Bradley Micrologix, SCL500 e PLC5 que operam em ambiente OPC. Ele suporta conexo em Full-Duplex, Half-

33 Duplex ou Radio Modem, Baud Rate de 300 a 19200, onze distintos tipos de variveis (como boolea, word, byte e short) dentro outras funes [9]. 5.2.2 Configurao do Driver Primeiramente, escolhe-se um nome para o seu canal de comunicao (Channel Name, chamado de CanalDF1), aps, seleciona-se o driver para utilizao, que no caso deste CLP o DF1. Define-se ento as configuraes da conexo, como porta de acesso (ID, configurada como COM 1), taxa de transmisso (Baud Rate, configurada em 19200) e protocolo da conexo (Link Protocol, configurado em Full Duplex). Outras configuraes podem ser deixadas conforme o padro. Com o canal de comunicao criado, define-se qual o dispositivo a ser conectado. Primeiro, d-se um nome ao dispositivo (Device Name, chamado de MICROLOGIX) e aps define-se seu modelo (Device Model, configurado em Micrologix). Numera-se ento o dispositivo para evitar conflitos quando da utilizao de uma rede com vrios diferentes dispositivos (Device ID, que como neste projeto somente contem um dispositivo, definido como 0). So ento configurados os parmetros de tempo de comunicao como tempo para time-out e quantidade de tentativas frustradas antes de registrar-se um erro, estas configuraes podem ser mantidas no padro fornecido. Existem ainda outras configuraes como mtodos de desligamento de equipamentos em funcionamento e definio do mtodo de verificao de erros na comunicao, estas configuraes tambm podem ser mantidas conforme os padres fornecidos. 5.2.3 Criao das tags Com o canal de comunicao criado e o dispositivo especificado, resta somente definir as tags. Cada tag associa um valor da memria do CLP com um nome que ser utilizado pelo Supervisrio. A tela de criao de tag conforme a Figura 15.

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Figura 15 Criao de TAgs no KeepServerEx

Na aba General (propriedades gerais), temos os campos de Identificao e o de Propriedades. No campo de Identificao da tag (Identification) , define-se o nome (Name, chamado de NIVEL neste exemplo) e seu endereo no CLP (Adress, configurado como N7:6 neste exemplo). O endereamento da varivel conforme os padres do driver, o DF1, que neste caso idntico ao endereamento do RsLogix 500, descrito no item 3.2.1. Pode-se verificar se o endereamento est correto atravs do boto de confirmao (boto verde) direita deste campo. No ato da verificao do endereo, estando este correto, as propriedades desta varivel automaticamente so configuradas no campo de Propriedades da varivel (Data Properties). Estas propriedades so, o tipo da varivel (Data Type, configurado como Word neste exemplo), o tipo de acesso a esta varivel (Client Access, configurado como Read/write neste exemplo, indicando que esta varivel pode ser tanto lida quanto alterada pelo supervisrio) e a taxa de varredura em milisegundos (Scan rate, configurado em 100). Na aba Scaling (Escalonamento) pode-se automaticamente escalar uma varivel para que sua tag seja uma funo de seu valor, ao invs dele diretamente. Existem as opes de escalamento linear e por funo quadrtica.

35 5.2.4 Utilizao do Programa Como o KeepServerEx somente gerencia a comunicao das tags, aps configurado, no necessita de nenhuma manipulao para seu funcionamento, somente a abertura do programa. As configuraes de canal e dispositivos podem ser salvas em arquivos .OPF e a abertas posteriormente. A disposio do programa j configurado, com a relao de todas as tags necessrias neste projeto, mostrada na Figura 16.

Figura 16 Tela do KeepServerEx

5.3 InTouch Com a comunicao estabelecida, pode-se dar incio confeco do programa supervisrio propriamente dito, mas antes, deve definir esta nova aplicao para que o programa possa identific-la posteriormente. 5.3.1 Criao da aplicao Abrindo o aplicativo InTouch, nos deparamos com uma tela conforme a Figura 17. Clicando no boto Nova (New), podemos configurar os parmetros desta nova aplicao.

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Figura 17 Criao de aplicaes no InTouch

Primeiro define-se o diretrio onde os arquivos desta aplicao sero salvos, no caso da aplicao deste projeto c:\program files\factorysuite\intouch\pg_jg. Como padro as aplicaes so salvas dentro do diretrio do InTouch, mas isso pode ser alterado. Definido o diretrio, escolhe-se um nome (Name) para a aplicao e pode-se escrever uma breve descrio (Description) desta aplicao, no caso deste projeto, o nome foi definido como PG JG Master e a descrio como Supervisrio do Mestre. Assim conclui-se a criao da aplicao. 5.3.2 Window Maker Abrindo a aplicao criada, depara-se com a tela do Preparador de Janelas (Window Maker), aplicativo com o qual se ir montar a tela de visualizao do supervisrio. Como seu nome sugere, todas aplicaes do Preparador de Janelas so preparadas dentro de janelas, criadas atravs da opo de menu Nova Janela (New Window). A tela de criao de janelas conforme a Figura 18.

Figura 18 Criao de janela no InTouch

37 Configura-se o nome da janela (Name), pode-se inserir algum comentrio (Comment), define-se a cor de fundo da janela (Window Color), duas dimenses (Dimensions), entre outros. Dentro desta janela sero inseridos todos os botes, grficos e painis que iro compor o supervisrio, mas, porm, antes devero ser configuradas as tags s quais estes botes e grficos iro se referir. Abrindo a aplicao criada, depara-se com a tela do Preparador de Janelas (Window Maker), aplicativo com o qual se ir montar a tela de visualizao do supervisrio. 5.3.2.1 Tagname Dictionary Na coluna esquerda do Window Maker temos uma relao de tpicos para configurao do supervisrio, dentre eles temos o tagname Dictionary, que define as tags para utilizao do supervisrio. Com um duplo-clique do mouse acessa-se uma tela de criao, conforme a Figura 19.

Figura 19 Criao de tag no Intouch

Pressionando o boto Novo (New), abre-se uma rea nesta janela para as configuraes do nome da tag (tagname) e o tipo da tag (Type), onde se define se esta ser um tag de memria (memory) ou de entrada/saida (I/O). As tags utilizadas neste projeto vm do CLP e podem assumir quaisquer valores reais, sendo ento definidas como entrada/sada real (I/O Real). Quando se define uma varivel como I/O, habilita-se outra parte desta janela, para a configurao de acesso a este valor. As configuraes de acesso so criadas e salvas no que o programa chama de Nome de Acesso (Acess Name) para poderem ser

38 utilizadas por outras tags. Como padro o Nome de Acesso vem em branco, devendo ento ser criado. Clicando no boto do Nome de Acesso, pode-se escolher qual opo de acesso esta tag ir utilizar, neste caso, como ainda no existe nenhum salvo, pressiona-se o boto de Adicionar (Add) para criar um. A tela de configurao do Nome de Acesso conforme a Figura 20.

Figura 20 Configurao de Nome de Acesso no Intouch

Primeiro, define-se um nome, neste caso chamado de LINK. A utilizao do campo Node Name ser explicada a frente, durante a configurao do acesso em rede. No campo Nome da Aplicao (Aplication Name), a utilizao do KeepServerEx implica a configurao como servermain, e no campo Nome do Tpico (Tpic Name), coloca-se o nome do canal seguido pelo caractere _ e pelo nome do dispositivo, idnticos aos definidos durante a configurao do KeepServerEx e como descrito no item 4.2.2. A configurao do protocolo (Which protocol to use) deve ser mantida em DDE e o resto das configuraes permanece conforme o padro fornecido. Com o Nome de Acesso configurado resta penas definir o item com qual a tag ir se comunicar. Este item refere-se s configuraes de tags do KeepServerEx, e pode ser preenchido tanto pelo nome da tag quanto pelo seu endereamento no CLP.

39 Existem ainda outras caractersticas da tag que podem ser configuradas na tela de criao, como valores iniciais, valores mximos e mnimos e converso de escala. Como exemplo, a Figura 21 mostra a configurao completa da tag NIVEL utilizada neste projeto.

Figura 21 Configurao de tags no InTouch

5.3.2.2 Displays do InTouch O InTouch dispes de uma variada gama de botes, displays, grficos, ferramentas para desenho e opes de texto. esquerda da tela do Preparador de Janelas, encontra-se um menu de acesso rpido s opes mais utilizadas, porm, atreves do cone com a figura de um chapu (Wizards) localizado na parte superior da tela, tem-se acesso a todas as opes de blocos funcionais do programa. Ali existem opes de insero de alarmes, botes diversos, relgios, luzes, medidores, chaves, dentre outros. Apesar de cada opo ter sua prpria tela de configurao, devido s diferentes funcionalidades, todas elas apresentam menus simples e diretos. Ser descrita a configurao apenas dos itens mais utilizados neste projeto. 5.3.2.2.1 Chaves Usadas para acionamento de funes do tipo liga/desliga. Neste projeto foi utilizada uma chave para a mudana de operao do modo manual pra o automtico e

40 vice-versa. Como esta variao binria, deve-se associar uma tag do tipo bolena para esta aplicao. A chave utilizada neste projeto bem como sua tela de configurao so mostradas na Figura 22.

Figura 22 Boto On/Off no InTouch

5.3.2.2.2 Botes Botes so ferramentas que podem exercer muitas funes, como mostrar valores de tags, alterar valores de tags, mostrar ou esconder janelas, movimentar-se ou mudar de cor de acordo com a tag associada a ele. A tela bsica de funes dos botes como na Figura 23.

Figura 23 Opes de funes no InTouch

41 Para que o boto exera alguma funo, basta selecion-la desta tela, e aps, como todas as outras aplicaes, sua configurao razoavelmente simples. Para mostrar valores de tags ou alter-los, basta acessar os campos Entradas de Usurios Analgica (User Inputs Analog) ou Mostradores de Valores - Analgica (Value Displays Analog), respectivamente. Em cada tela desta existe um campo Tagname ou expresso (Expression), onde basta colocar o nome da tag a qual se quer que o boto se relacione. Existe ainda a flexibilidade de se poder fixar valores mximos e mnimos para as tags, ou at mesmo, nos campos de expresso, escrever no somente o nome, mas sim uma funo matemtica associada com uma tag, que o supervisrio ir resolver e mostrar o valor j calculado. No caso da visualizao de telas acionadas por botes, basta selecionar a opo Mostrar Janela (Show Window) ou Esconder Janela (Hide Window) e selecionar qual janela ir sofrer a ao do boto. Como exemplo, temos na Figura 24 a configurao do boto de acesso ao valor de setpoint para a operao manual da vlvula.

Figura 24 Configurao ed botes no InTouch

5.3.2.2.3 Textos como displays O InTouch aceita que partes de textos operem como displays de valores, assim, cada caixa de texto pode exercer vrias funes de botes, conforme a Figura 20. A identificao de qual parte do texto dever ser interpretada como a tag associada feita pelo caractere #. Como exemplo, a caixa de texto que mostra o valor de tenso

42 na entrada do motor foi criada da seguinte forma: criou-se a caixa de texto ##### [mV], inferiu-se ao texto a funo de Mostrador de Valor Analgico associado a varivel TENSAO, quando em operao, os caracteres # foram substitudos pelo valor da varivel associada, mostrando algo como 7000 [mV]. 5.3.2.2.4 Grficos de tempo-Real Para o acompanhamento de valores em tempo real, utilizam-se Grficos de Tempo-Real (Real-Time Trends). A tela de configurao que foi utilizada no grfico de setpoint x tenso deste projeto como mostra a Figura 25.

Figura 25 Configurao de Grfico de Tempo-Real no InTouch

Todos os aspectos do grfico so configurados aqui, como o Intervalo de Tempo do Grfico (Time Span), que define o perodo de tempo mostrado em uma janela do grfico; o intervalo de amostra (Sample Interval), que define o intervalo entre amostras do sinal par a gerao do grfico; os valores para diviso do grfico nos eixos do tempo e dos valores (Time Division e Value Division); e as linhas de desenho (pen) do grfico, que so os valores que devero ser mostrados. Nota-se que acima do

43 campo para insero da tag a ser mostrada, existe a indicao Expresso (Expression), indicando que no somente o nome, mas uma funo da varivel pode ser escrita. 5.3.2.2.5 Grfico Histrico Para que se possam analisar dados de tempo anteriores ao atual, em um ambiente esttico, diferente dos grficos em tempo-real, existem os Grficos Histrico (Historical trend). As configuraes deste grfico no so muito distintas das dos grficos em tempo real, conforme mostra a Figura 26.

Figura 26 Configurao e Grfico Histrico no InTouch - A

Uma das diferenas e a necessidade da criao de 2 tags especiais, uma do tipo Hist Trend e uma do tipo Memory Interger, que iro guardar os valores de escala das linhas de desenho e configuraes de armazenamento dos valores. Porem, o prprio programa dispe de uma ferramenta, o boto de sugesto (Suggest), que cria e nomeia estas variveis automaticamente para que se possa utilizar o Grfico Histrico Outra diferena reside no fato de que, como os valores sero armazenados, precisa-se definir onde e como isso ocorrer. Estas configuraes podem ser alteradas acessando-se respectivamente os menus: Especial (Special), Configuraes

(Configuring) e Registros Histricos (Historical Logging), e sua tela se apresenta conforme a Figura 27.

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Figura 27 Configurao de Grfico Histrico no InTouch - B

Nestas configuraes so definidos o tempo de permanncia dos arquivos de histrico (Keep log File) em dias, o diretrio onde ser salvo tal arquivo (Store Log Files in Specific Directory) e outras configuraes que pode ser mantidas nos padres fornecidos. Existe a possibilidade de os arquivos serem salvos na prpria pasta da aplicao atual, somente marcando a rea descrito como Salvar Arquivos de Registro no Diretrio da Aplicao (Store Log Fils in Application Directoty). O controle da posio de tempo na qual se quer analisar o grfico feita atravs de uma barra de botes prpria, que pode ser inserida como uma das ferramentas inclusas no menu acionado pelo boto Wizards (descrito no item 5.3.2.2). Ao se inserir esta barra de botes, sua nica configurao informar qual grfico histrico ela se refere, porm o supervisrio dispe novamente de um boto de sugesto (suggest) que apontar os arquivos relacionados aos arquivos criados junto como grfico histrico. A disposio final do grfico histrico com sua barra de botes de configurao de posio como mostrado na Figura 28.

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Figura 28 Tela de Grfico Histrico no InTouch

5.3.3 Window Viewer Com todos os botes, mostradores e grficos criados e configurados, pode-se colocar o supervisrio no modo de exibio, modo que ir realmente ser apresentado para o usurio comum. No canto superior direito do programa Preparador de Janelas, existe um boto de partida (Runtime), que inicia o programa de Visualizao de Janela (window viewer). Este o ambiente onde os valores das tags so mostrados e o grficos so atualizados, resumindo, o ambiente final do programa supervisrio. Pode-se notar que os mostradores de valor que so habilitados para alterao pelo usurio apresentam uma margem quando so sobrepostos pelo cursor do mouse, bastando somente um clique para que uma pequena janela aparea e se possa alterar seu valor. O Projeto final do supervisrio contou apenas com 2 telas, uma principal e uma secundria, acionada por boto, que exibe o grfico histrico. A disposio final

46 de ambas pode ser vista no Apndice B e Apndice C, e contm detalhes como indicador de nvel mximo do tanque, mostrador da diferena entre setpoint e nvel real, acesso para visualizao e alterao dos parmetros dos blocos PID, entre outros.

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6 A REDE6.1 Introduo Neste ponto todas as ferramentas para o controle da planta j esto desenvolvidas, inclusive a interface de contato com o operador, porm, j se foi o tempo onde uma empresa ou indstria dispunha de poucos computadores para execuo de tarefas pontuais e que somente os operadores prximos s mquinas os operavam. Redes industriais j so consideradas como pr-requisito bsico para uma boa administrao e aproveitamento do sistema. As informaes no podem estar restritas s proximidades das planta, mas sim, disponveis dos nveis mais baixos de uma fbrica at o escritrio dos gerentes e presidentes. Tendo em vista esta realidade que foi proposto o desenvolvimento de um projeto de controle onde se tivesse a possibilidade de se controlar uma planta remotamente. 6.2 Pr-requisitos Existem cartes de expanso para CLPs que so voltados para o controle em rede e j dispem de sadas prprias para a interligao de computadores. Neste projeto, o objetivo habilitar o controle via rede atravs de uma rede normal de computadores. Sendo assim, um dos pr-requisitos bsicos a existncia prvia de uma rede ethernet local habilitada, como a que est configurada nos computadores do LECO. Para tal, neste caso, bastou somente a existncia de placas de rede padro nos computadores e um hub para interlig-los, pois a configurao da rede feita automaticamente pelo sistema operacional (Windows). A escolha do supervisrio tambm importante, pois deve ser um produto que disponha de um suporte para acesso via rede de informaes. A arquitetura de configurao de comunicao do InTouch facilita bastante esta adaptao, tornando o acesso em rede muito simples. 6.3 Instalao do supervisrio em outras mquinas No necessrio que o programa supervisrio instalado em diferentes mquinas seja idntico, o que possibilita alteraes muitas vezes necessrias. Pode-se,

48 por exemplo, determinar que de algumas estaes com o supervisrio, somente se possa ver os valores das variveis, enquanto em outras eles possam ser alterados. No caso deste projeto os nveis de acesso sero idnticos, ento o supervisrio tambm ser. O artifcio utilizado para se evitar o desgaste de se montar novamente todas as tags e todas as telas dos demais supervisrios que no o principal, foi a cpia do diretrio onde esto os arquivos do supervisrio ligado ao CLP (Chamado de mestre) para o diretrio do InTouch das outras mquinas (Chamadas de escravas). No h necessidade da instalao do KeepServerEx nas mquinas escravas, uma vez que as variveis do supervisrio sero obtidas diretamente do supervisrio mestre. 6.4 Configurao do acesso em rede Uma vez que os endereos dos valores das tags iro ser alterados, natural pensar que esta alterao ser feita em suas configuraes. A praticidade do InTouch reside no fato de que todas as configuraes de comunicao das tags so salvas no Nome de Acesso (conforme item 5.3.2.1) e que todas as tags podem ser configuradas a partir do mesmo Nome de Acesso. Analisando novamente a Figura 17, manteremos as configuraes j estabelecidas, porm teremos duas alteraes. O campo Node Name se refere ao nome da mquina de onde as variveis sero lidas, no caso de esta ser a prpria, pode-se deixar em branco. Neste projeto, o CLP est ligado maquina nomeada como Labcontrol2. A outra alterao est no protocolo a ser utilizado, substituindo a opo DDE por SuiteLink. O protocolo DDE, que vem do termo Dynamic Data Exchange, permite que programas feitos para a plataforma Windowns possam trocar mensagens entre si [10]. O Suitelink um protocolo baseado nas sockets do Windows, para prover transmisso de dados via rede [11]. Quando salva as configuraes, estas sero incorporadas a todas as tags que esto com o mesmo Nome de Acesso, logo, todas buscaro seus valores via rede. A tela de configurao do Nome de Acesso via rede como mostrado na Figura 29.

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Figura 29 Configurao do Nome de Acesso para utilizao em Rede no InTouch

Agora basta rodar o Visualizador de Janelas nas mquinas escravo que o programa receber os dados do computador ligado ao CLP, podendo assim efetuar o controle a partir desta mquina. 6.5 Concluso As redes se tornaram uma parte to fundamental em qualquer empresa ou indstria que os softwares tiveram que se adaptar para atender a estas necessidades, como exemplificado pelo InTouch, que torna fcil o acesso de suas funes via rede. Agora o controle de plantas no est mais restrito s intempries do cho de fbrica, podendo ser exercido distncia e com segurana.

50 7 CONCLUSES E RESULTADOS 7.1 Introduo Sero apresentados a seguir os resultados deste projeto. importante ressaltar que um resultado relevante no advm apenas das respostas esperadas, mas sim de qualquer resposta que um sistema possa apresentar se os testes tiverem validade. Todos os testes descritos abaixo foram repetidos exaustivamente a fim de melhor representar o comportamento do sistema em questo. 7.2 Programao do CLP A programao do CLP pelo programa RSLogix 500 se mostrou simples e intuitiva. A configurao dos blocos funcionais rpida e prtica, facilitando o usurio. Em relao programao, deve-se fazer uma ressalva a respeito da configurao dos blocos PID. 7.3 Sintonia dos blocos PID Como descrito no item 4.4.4, a sintonia dos blocos PID foi realizada via testes com visualizao dos resultados via grficos do supervisrio. Mostrou-se bem complexa a sintonia dos blocos para uma resposta aceitvel, principalmente pelo fato de existirem 2 blocos em cascata no funcionamento do controle, reforando a idia de que uma soluo tima para esta sintonia dificilmente vir pelo mtodo de tentativa e erro. Para uma sintonia melhor possvel, seria necessrio o levantamento do modelo matemtico da planta em toda sua complexidade, como folgas, atrasos, zonas mortas de acionamento e perturbaes, porm esta discusso daria margem outro projeto de graduao. A Tabela 6 mostra a configurao final dos parmetros dos blocos PID do projeto.PID Vlvula PID Parmetro Nvel Positivo Negativo 12 50 50 Kp 15 50 50 Ki 10 0,1 0,1 Kd Tabela 6 Parmetros dos blocos PID

A pesar dos parmetros terem sido obtidos empiricamente, os teste foram realizados alterando-se os valores dos parmetros considerando suas implicaes

51 previstas na teoria de controle [12]. Como resultado tivemos um bloco PID de nvel com forte caracterstica derivativa, para uma minimizao do erro em regime e com valores mdios dos componentes proporcional e integral, para que a resposta no se tornasse lenta demais. J os blocos PID da vlvula, que necessitavam de uma rpida atuao, tinham caracterstica fortemente proporcional e integral, para assegurar a velocidade, e somente uma pequena parcela derivativa, que impedia o sistema de entrar em instabilidade. 7.4 Resultado do controle de nvel A realizao do controle foi bem sucedida, mas precisam ser ressaltados alguns pontos. Atravs do Grfico Histrico, foram avaliadas algumas situaes na utilizao do controle. Testes distintos foram realizados para elevao e diminuio do nvel, devido s diferentes respostas do sistema, resultantes de variao no comportamento da bia, oscilao do nvel devido queda dgua dentro do tanque entre outros. Devido s necessidades de entrada e sada de gua do projeto, para a realizao dos testes, a planta, o CLP e o computador ligado ele tiveram de ser movidos at cozinha do laboratrio. Os equipamentos foram dispostos conforma mostra a Figuras 30 e a Figura 31.

Figura 30 Foto da disposio dos equipamentos na cozinha

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Figura 31 Foto do tanque em funcionamento

7.4.1 Elevao do setpoint Para verificao da resposta do sistema, foi dado um degrau na entrada do setpoint de nvel, variando-o de 260 mm (aps o sistema estar estabilizado) para 300 mm, a resposta mostrada na Figura 32.

Figura 32 Resposta elevao de setpoint - A

53 Apesar de o nvel alcanar o setpoint em menos de 20 segundos, este somente se estabiliza aps transcorrido-se aproximadamente 1 minuto e meio. Foram efetuados tambm testes para variaes pequenas de setpoint, e seu resultado mostrado na Figura 33. Neste exemplo o setpoint foi de 260 mm para 270 mm.

Figura 33 - Resposta elevao de setpoint - B

O nvel alcana o setpoint em aproximadamente 20 segundo, e se estabiliza novamente em 1 minuto e meio. 7.4.2 Diminuio do setpoint Verificaram-se tambm as respostas a diminuio dos valores de setpoint, e para uma alterao de 300 mm para 260 mm, a resposta como mostra a Figura 34. O valor do nvel chegou ao setpoint em menos de 18 segundos, e se estabilizou prximo aos 27 segundos

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Figura 34 - Resposta diminuio de setpoint - A

. Para uma alterao menor, de 300 mm para 290 mm, a resposta foi conforme a Figura 35. O valor do nvel chegou ao setpoint em menos de 18 segundos, e se estabilizou prximo aos 27 segundos.

Figura 35 Resposta diminuio de setpoint - B

55 7.4.3 Acionamento do modo automtico Aps notar que o sistema respondia razoavelmente com um certo conjunto de parmetros, porm, se desligado, sua resposta demorava um certo tempo para alcanar o mesmo resultado, chegou-se a concluso que, pelo sistema ter um controle e ser adaptativo, ele demanda um certo tempo para esta adaptao. Um modo de se resolver este problema com o aumento dos parmetros proporcionais (Kp) do bloco PID de Nvel, porm, isto acarretava outros problemas de instabilidade no controle. Sendo assim, somente mediu-se o quanto este atraso de ajuste interfere no sistema. Com o sistema funcionando e estvel no modo automtico em 300 mnm, muda-se o mesmo para o manual e novamente para o automtico, as valores de resposta dos blocos PID so zerados e o resultado como mostrado na Figura 36.

Figura 36 Resposta ao incio do controle

O sistema sofre um impacto ao ser reiniciado e abaixa o nvel do tanque. Aos poucos, a diferena entre o nvel e setpoint faz com que o sistema retome seu controle original, porm este processo demora de 6 a 7 minutos. Aps este prazo o sistema encontra-se ajustado e apresenta respostas como as descritas nos itens 7.4.1 e 7.4.2.

56 7.5 Rede de supervisrios A implementao da rede foi bem sucedida, e todo o controle pode ser efetuado atravs do computador localizado no LECO. Devido a facilidade de configurao, este tipo e rede deveria ser considerada par qualquer projeto que envolva plantas que necessitem que cuidados especiais, como a deste projeto, que necessitava de entrada de gua e dreno para coletar sua sada. 7.6 Concluso Apesar de alguns resultados no terem alcanado seu nvel timo, foram acima das expectativas. A planta teve um bom tratamento de seus sinais, o controle foi bem implementado e o supervisrio atendeu s necessidades, inclusive a comunicao em rede. Alm da oportunidade de aprendizado relativo aos pontos tratados aqui, este projeto abre possibilidade para continuidade, sendo na sintonia dos PID por levantamento de modelos, ou a ativao da segunda vlvula, para entrada de gua.

57 APNDICE A Resultado final da programao LADDER do CLP.

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61 APNDICE B Tela final do supervisrio no Visualizador de Janelas do InTouch.

62 APNDICE C Tela final do supervisrio, mostrando o Grfico Histrico, no Visualizador de Janelas do InTouch.

63 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS [1] TONIATI, ALEXANDRE; MIRANDA, ROBISON DO NASCIMENTO. Otimizao do sistema de controle do nvel de ao do distribuidor do lingotamento contnuo da companhia siderurgica de tubaro (cst) Projeto de Graduao da UCL Serra, 2004 [2] BASTOS, PROF. TEODIANO FREIRE FILHO. Apostila de Eletrnica Bsica II Vitria, Novembro de 2003 [3] ROCKWELL AUTOMATION. Micrologix 1500 System Disponvel em: http://www.ab.com/plclogic/micrologix/1500/ [capturado em 05 fev. 2006] [4] PLCOPEN. TC1 Standards Disponvel em: http://www.plcopen.org/ [capturado em 12 fev. 2006] [5] ROCKWELL AUTOMATION. RSLogix Disponvel em:

http://www.software.rockwell.com/rslogix/ [capturado em 04 fev. 2006] [6] INTOUCH HELP. About InTouch 7.0 Arquivo de ajuda do programa InTouch. [7] KEPWARE TECNOLOGIES. Products and Services Disponvel em: http://www.kepware.com/Products/products_OPCServers.html [capturado em 11 fev. 2006] [8] KEEPWARE TECNOLOGIES. OLE for Process Control Overview Disponvel em: http://www.kepware.com/Menu_items/industry_OPC_Foundation.html

[capturado em 14 fev. 2006] [9] KEPWARE TECNOLOGIES. Products and Services Disponvel em : http://www.kepware.com/Spec_Sheets/Allen_Bradley_DF1.html [capturado em 11 fev. 2006] [10] INFICON Technical Note Disponvel em :

http://www.inficongasanalyzers.com/en/pdf/DDEdriver_technote.pdf em 10 fev. 2006]

[capturado

[11] ISS WONDERWARE Fequently Askew Question Disponvel: http://www.isswonderware.com/FAQ.htm [capturado em 01 fev. 2066] [12] DORF, RICHARD C.; BISHOP, ROBERT H. Sistemas de Controle Modernos LTC 8. ed.