Aula-3: Variáveis de Controle na Automação

Como foi dito na Introdução da aula 1, para controlar um processo o PLC (Controlador Lógico Programável) usa de informações vindas de sensores e através das instruções gravadas em sua memória interna ela comanda os atuadores, que exercem o trabalho sobre o sistema.

Conceitualmente designa-se os sensores de entradas e os atuadores de saídas, sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em automação, estas podem ser divididas em analógicas e digitais.

As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 2.1(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 2.1(b).

Dessa forma podemos definir o Controle Analógico como aquele que se destina ao monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das variáveis discretas. O primeiro tipo englobar variáveis discretas, consistindo assim em um conceito mais amplo.

Ainda no controle analógico podemos separar entradas convencionais, tais como comandos do operador, ou variáveis discretas gerais, das entradas analógicas advindas de sensores ligados diretamente as saídas do processo. Estas últimas serão comparadas a uma referência que consiste no valor estável desejado para o controle (ver figura 2.2). Essa referência também é conhecida como “set-point”. Neste tipo de controle, onde as saídas são medidas para cálculo da estratégia de controle dizemos que há uma “realimentação”. Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta”.

A automação, como a imaginamos, tem a ver mais com o comando sequencial de ações que visam a fabricação, transporte ou inspeção de produtos. Desse modo, trabalha-se muito mais com variáveis digitais, e por isso as mesmas serão focalizadas no curso.

 Diferentes tipos de entradas e saídas

Como já dito antes, estaremos estudando o comportamento do controlador em um ambiente automatizado. Mas está bem claro que este comportamento é definido através de um programa do usuário e do comportamento das entradas e em alguns casos também das saídas. Assim neste tópico cita-se o exemplo de algumas entradas e saídas, que podem influenciar no comportamento do controlador. Lembrando que algumas destas entradas serão vistas em maiores detalhes posteriormente.

A) Entradas discretas: são aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas têm apenas um estado ligado ou desligado, nível alto ou nível baixo, remontando a álgebra boolena que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos são mostrados na figura 2.3, dentre elas: as botoeiras (2.3a), válvulas eletro-pneumáticas (2.3b) , os pressostatos (2.3c) e os termostatos (2.3d).

B) Entradas multi-bits: são intermediárias as entradas discretas e as analógicas. Estas destinam-se a controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores. A diferença para as entradas analógicas é que estas não exigem um conversor analógico digital na entrada do controlador. Um exemplo clássico é o dos Encoders, utilizados para medição de velocidade e posicionamento (figura 2.4).

C) Entradas analógicas: como o próprio nome já diz elas medem as grandezas de forma analógica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. Na figura 2.5 tem-se mostra-se o exemplo de sensores de pressão ou termopares.

D) Saídas discretas: são aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo têm-se elementos mostrados na figura 2.6: Contatores (2.6a) que acionam os Motores de Indução (2.6b) e as Válvulas Eletro-pneumáticas (2.6c).

E) Saídas multi-bits: têm o conceito de operação semelhante as entradas da mesma categoria. Como principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 2.7a) e os servomotores (figura 2.7b).

F) Saídas analógicas: como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros.