BR102013007897A2 - Dispositivo de controle para um sistema de automação - Google Patents

Abstract

Dispositivo de controle para um sistema de automação. O presente dispositivo de controle se aplica a um sistema de automação compreendendo componentes a serem controlados (42, 43, 44) os quais são conectados ao dito dispositivo de controle através de várias conexões do tipo usb (50, 51) por meio de circuitos de interface (55, 56, 57). Este dispositivo de controle utiliza um pc e utiliza um ambiente de controle operando através de uma linguagem interpretada. Ele compreende um elemento de deselvolvimento para determinar o gerenciamento dos diversos componentes a serem controlados e um setor operacional para atuar sobre os ditos componentes a serem controlados. Referência: fig.1 aplicação: gerenciamento de automação doméstica e industrial

Description

“DISPOSITIVO DE CONTROLE PARA UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO” A presente invenção se refere a um dispositivo de controle para um sistema de automação compreendendo componentes a serem controlados os quais são conectados ao dito dispositivo de controle através de várias conexões do tipo USB por meio de pelo menos um circuito de interface.

Este tipo de dispositivo tem importantes aplicações. Em especial, torna possível definir os comandos e também permite a vigilância do sistema de automação, que pode ter uma estrutura complexa.

Um dispositivo deste tipo é descrito na patente EP 0278802. O referido dispositivo é projetado para utilizar uma pluralidade de conjuntos de comandos para os componentes a serem controlados. Este dispositivo possui, portanto, uma estrutura complexa, cuja operação é de difícil controle. A presente invenção proporciona um dispositivo do tipo já mencionado acima, que visa evitar complicações e que oferece facilidades de projeto e de implementação do processo de automação a ser controlado pelo dispositivo de acordo com a presente invenção. O dispositivo de acordo com a presente invenção se caracteriza por utilizar um computador do tipo PC e por utilizar um ambiente de controle operando através de uma linguagem interpretada compreendendo um elemento de desenvolvimento para determinar o gerenciamento dos componentes a serem controlados e um setor operacional para atuar sobre os ditos componentes a serem controlados.

Assim, a presente invenção propõe centralizar o controle do sistema de automação para sua operação bem como para o seu desenvolvimento. O uso da linguagem interpretada torna possível modificar facilmente os comandos e as fases operacionais estabelecidas de forma muito simples. Os PCs atuais possuem boas características em termos de velocidade e a interpretação dos comandos não afetam negativamente a velocidade do sistema. Além disso, a presença de um PC permite o uso de memórias com grande capacidade, o que proporciona importantes facilidades para a gestão dos sistemas de automação que lhes são atribuídos. A presente invenção é descrita a seguir em relação aos desenhos que a acompanham e em relação a um exemplo não limitativo de seu escopo para facilitar o entendimento de como a presente invenção pode ser levada a efeito. Nos apensos desenhos temos a: FIG.l representando um diagrama de um dispositivo de acordo com a presente invenção; FIG.2 representando a estrutura de um circuito de interface adaptado para receber os comandos do dispositivo de acordo com a presente invenção; FIG.3 representando um diagrama demonstrando a operação do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção; FIG.4 representando uma primeira tela vista no monitor do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção, referente à inicialização do programa operacional do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção; FIG.5 representando uma segunda tela vista no monitor do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção, referente à tela principal; FIG.6 representando uma terceira tela exibida no monitor do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção, referente ao gerenciamento de gráficos do tipo “grafcet” ou similares; e a FIG.7 representando uma quarta tela exibida no monitor do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção, referente à visualização de elementos do sistema de automação.

Nas figuras acima descritas, os elementos comuns estão identificados com as mesmas referências. A FIG.l representa um dispositivo de acordo com a presente invenção. Este dispositivo compreende substancialmente um computador do tipo PC industrial 25. Este computador 25 é alimentado por 12 volts cc (corrente contínua), ou por uma fonte de energia principal 26, ou por uma bateria 27 se a fonte for incorporada ao dispositivo. A este computador é conectado um conjunto de dispositivos periféricos 28 compreendendo essencialmente uma tela 30, um teclado 32, uma impressora 34, um mouse 36 e um modem 38 para permitir conexão com a Internet. Este computador 25 utiliza uma unidade de memória do programa 40.

Para conectar o computador 25 aos vários componentes a serem controlados 42, 43 e 44 (por exemplo: termômetros, medidores de pressão, válvulas solenóides) diferentes medidas são propostas. Efetivamente, deve haver uma comunicação entre o computador 25 e estes componentes cujas fases operacionais devem ser gerenciadas.

Inicialmente, uma primeira linha USB 50 e uma segunda linha 51 ligada ao computador 25 são disponibilizadas. Essas linhas são preferivelmente do tipo RJ485 e transmitem dados. O cabo de conexão das linhas 50 e 51 também transmite energia para todas as interfaces 55, 56, 57, etc. A linha 50 é conectada a vários circuitos de interfaces 55, 56 e 57 por meio de caixas de interconexão 60, 61 e 62. Para maior clareza e simplificação das explicações contidas no presente relatório descritivo, a interconexão com a linha 51 foi omitida uma vez que ela é feita da mesma maneira já descrita acima.

De acordo com a principal característica da presente invenção, a unidade de memória do programa compreende áreas de memória 65 e 66 para instruções que permitem determinar a gestão dos componentes a serem controlados e atuar sobre estes componentes durante as operações. A FIG.2 monstra a estrutura comum a todas as interfaces que podem ser usadas de acordo com a presente invenção, em especial os circuitos 55, 56 e 57. Estes circuitos de interface são formados a partir de um mesmo circuito básico 70 ao qual estão associados os circuitos adaptados 72. Estes circuitos adaptados 72 permitem a comunicação com os blocos operacionais ou componentes. O circuito básico 70 consiste essencialmente de um microcontrolador 75 que deve ser programado por um programa injetado em seu terminal JTAG composto por 4 acessos para fios condutores, um conjunto de conversores 77 que, usando as voltagens transmitidas pela linha 50, fornece as tensões necessárias para a alimentação dos diferentes componentes do circuito da interface como, por exemplo, tensões de 5 volts cc e de 3.3 volts cc, um conversor de protocolo RS485/RS232 cuja referência é 79, que converte os sinais da conexão USB 50 em sinais que respondem ao protocolo RS232 para serem aceitos pelo microcontrolador 75. Está prevista uma bateria reserva 80 que permite operar o microcontrolador 75, salvar dados importantes, salvar o estado da memória do microcontrolador, e assim oferecer a possibilidade de executar funções essenciais em caso de falha no fornecimento de energia. O microcontrolador se comunica com o computador 25 através de uma porta RS232. A presença do conversor RS485/RS232, cuja referência é 79, se justifica pelo seguinte motivo. Uma ligação RS232 não permite a transmissão do sinal a uma distância maior do que 30m a 9600 baud. O protocolo RS485 comporta distâncias muito maiores dando uma grande flexibilidade na implementação do sistema de acordo com a presente invenção. O programa do microcontrolador é escrito para a memória do microcontrolador na fábrica através da conexão JTAG. Sua inicialização torna possível definir o endereço de identificação bem como as funções que deverão ser usadas, o que pode ser feito através das linhas USB 50 e 51. A FIG. 3 representa a organização da operação do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção. Esta organização é baseada nas informações introduzidas na memória 40 do computador 25. Esta organização requisita, em especial, as funções do relógio 300 do computador 25 e as funções da memória de armazenamento de massa 305. A tela 30 também é utilizada. Os outros elementos do computador também podem ser utilizados. A fim de operar de acordo com as características da presente invenção, um completo ambiente de desenvolvimento de automação e aquisição de dados pode ser utilizado com o sistema de automação. Uma vez estabelecidas as fases da operação, é possível usar a mesma máquina para implementar o aplicativo a ser usado pelo utilizador, isto é, pelo usuário final. A operação é baseada na interpretação de arquivos; portanto, a fim de desencadear a operação, o caminho e o nome do arquivo contendo a lista de arquivos a serem interpretados (caixa Kl) são fornecidos como um argumento.

Assim, no primeiro passo, todos os arquivos fornecidos são carregados e analisados.

Isto está ilustrado na caixa K3.

Depois desta análise, todas as variações e ações são criadas, bem como as janelas das telas e os automatismos que são determinados pela análise dos diagramas “grafcet” desenvolvidos para definir as diversas ações a serem executadas com os blocos funcionais (ver caixa K5). Estas diferentes fases são demonstradas nas caixas K11, K12, K13 e K14 referentes respectivamente aos automatismos, às variáveis, às ações para iniciar os componentes a serem controlados e às telas a serem desenvolvidas. O software possui um gerador de tela que permite criar as interfaces dos usuários para supervisão. Ele permite visualizar as variáveis e criar animações. Determinadas teclas podem atuar diretamente nas interfaces tornando possível uma ação manual para, por exemplo, inicializá-las. Por fim, o aplicativo é inicializado para que os elementos criados possam interagir em conjunto, com a memória de armazenamento de massa 305 (a fim de ler ou escrever arquivos), com as linhas USB, e com a linha 50 (a fim de se comunicar com os diversos circuitos de interface envolvidos nos automatismos a serem gerenciados). O acionamento de uma tecla na própria tela pode desencadear uma operação que modifica o valor de uma variável. A mudança no valor de uma variável pode validar a condição para inicializar um automatismo. O automatismo pode desencadear o diálogo com um circuito da interface através da linha USB 50. Esta comunicação pode modificar o valor de uma variável que está sendo exibida. Na declaração da variável, é possível solicitar que ela seja gravada na memória de armazenamento de massa para ser o último valor conhecido para o caso do programa ser reinicializado. Esta eventualidade pode ocorrer, por exemplo, quando há corte de energia. Nesse caso, o arquivo contendo o valor da variável será modificado. A tela também será modificada e mostrará o novo valor da variável.

Tudo que se refere a tempo (interrupção de um automatismo por um certo período de tempo, sinal para iniciar um automatismo, etc.) utiliza o relógio interno 300 do PC. Isso torna possível programar o tempo desde milisegundos até vários anos sem que seja necessário incluir qualquer equipamento adicional.

Para utilizar o software e criar um aplicativo é indispensável incluir um arquivo definindo uma tela com um editor de arquivos e uma tela para depuração. Uma tecla que permite reinicializar totalmente o software pode estar presente nestas telas para permitir a reinicialização em menos de 10 segundos caso o desenvolvedor queira conhecer os efeitos da modificação dos arquivos na operação. A FIG. 4 mostra a tela 30. Esta tela mostra a fase de incialização. Algumas linhas são mostradas como exemplo.

As linhas LI a L3 se referem aos parâmetros sobre os componentes do sistema: - LI se refere a um parâmetro de arquivo para os microcontroladores que são uma parte-dos circuitos da interface. - L2 se refere a um arquivo para definir os parâmetros referentes à comunicação executada pela linha USB 50. - L3 se refere a um arquivo definindo outros parâmetros de diálogo.

As linhas L4 à L6 se referem a variáveis atribuídas aos vários componentes a serem controlados. Por exemplo, na estrutura de um exemplo referente à limpeza de caldeiras do tipo industrial (planta de incineração, plantas de produção de eletricidade a combustível ou carvão, etc.), parâmetros são atribuídos para as mangueiras que injetam o líquido de limpeza dentro das caldeiras (linha L4), para as bombas de injeção (linha L5) e outras variáveis (linha L6).

Por fim, as linhas L7 à L9 se referem às variáveis iniciais dos diagramas “grafcet” que definem a operação do sistema.

Assim, a linha L7 se refere às variáveis do ciclo principal dos diagramas “grafcet”, a linha L8 às bombas, e etc..

Observa-se nesta figura e nas seguintes a presença de uma caixa Kl00 que, quando acionada, reinicializa totalmente o software implementado. Esta é a caixa que constitui a tecla de reinicialização anteriormente citada. A FIG. 5 mostra vários parâmetros que comandam a aparência da tela principal vista pelo usuário. A linha L20 se refere ao nome que é atribuído a esta tela. A linha L21 define uma estrutura para um objeto VLT. O conjunto de linhas EL 10 se refere a um conjunto de imagens indexadas (Vltl a Vltl2), de acordo com o valor do índice que varia entre 1 e 12, dentre as quais uma imagem será selecionada. O conjunto de linhas ELI 1 se refere a várias teclas que, quando selecionadas, executam diversas tarefas. A FIG. 6 ilustra um diagrama “grafcet” estabelecido para definir a operação do sistema de automação. Este diagrama “grafcet” pode ser modificado pelo editor do software incorporado no dito dispositivo de controle. Este diagrama exibe uma caixa dupla K200, que é a caixa de partida, e então a operação desdobra a tarefa contida na caixa K202 e o controle se move para a caixa K203, e assim por diante, de acordo com o procedimento dos arquivos “grafcet”. É possível modificar facilmente o diagrama “grafcet”. Este é o diagrama que define uma operação em cadeia dos vários passos operacionais. Com o botão direito do mouse 36 acionado é possível exibir um menu contextual (caixa K220) a fim de facilitar a modificação ou o desenho desse diagrama “grafcet”. A FIG. 7 mostra, em forma de diagrama, uma vista da posição das portas 201, 202, 203, 204 ligadas às janelas 211, 212, 213, 214 ainda dentro de uma estrutura exemplificativa. O automatismo tem o propósito de determinar o fechamento destas portas a fim de gerenciar, por exemplo, a temperatura dos aposentos que devem ser controlados. A FIG. 7 mostra as portasas voltadas para o norte (N), para o sul (S), para o leste (E) e para oeste (W). O fechamento destas portas é medido pelo posicionamento de um sensor localizado no nível das mesmas e o valor deste posicionamento é transmitido para o dispositivo de controle que, por sua vez, determina o valor do índice das diferentes imagens ilustrando este fechamento, representando assim da melhor forma possível o fechamento real. Isto constitui uma abordagem da supervisão do sistema a ser controlado. Também é possível exibir vários valores medidos no sistema a fim de verificar a correta operação do sistema.

Todas as operações indicadas são executadas por uma linguagem de programação que opera de acordo com o modo interpretado mais adequado ao software, tornando possível gerenciar diversas linguagens. A supervisão pode consistir na abertura de uma janela compreendendo um índice indicando o passo em progresso. A fim de determinar uma anomalia, pontos de interrupção podem ser atribuídos a esses passos e assim controlar o valor das variáveis críticas. A supervisão irá indicar os valores e também a designação desta variável.

Claims (9)

1. Dispositivo de controle para um sistema de automação compreendendo componentes a serem controlados (42, 43, 44) os quais são conectados ao dito dispositivo de controle através de várias conexões do tipo USB (50, 51) por meio de pelo menos um circuito de interface (55, 56, 57), o dito dispositivo de controle sendo caracterizado por utilizar um PC e por utilizar um ambiente de controle operando através de uma linguagem interpretada compreendendo um elemento de desenvolvimento para_ determinar o gerenciamento dos componentes a serem controlados e um setor operacional para atuar sobre os ditos componentes a serem controlados (42, 43, 44).

2. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dito ambiente de controle ser comum a pelo menos dois sistemas de automação conectados ao dito PC através de pelo menos duas linhas comuns (50, 51).

3. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato dos ditos circuitos de interface (55, 56, 57) compreenderem pelo menos um microprocessador / microcontrolador (75) cuja operação depende de linhas de programação e/ou variáveis introduzidas na memória gravável, as ditas linhas de programação sendo gerenciadas através de comandos enviados do dito PC e transmitidos através das linhas USB (50, 51).

4. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de uma parcela da supervisão ser feita com o propósito de fornecer ao dito PC valores que demonstrem a operação dos ditos componentes dos ditos sistemas de automação.

5. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de toda a supervisão demonstrar graficamente na tela o estado da operação dos componentes a serem controlados (posição das portas).

6. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma tecla de controle (Kl00) para reiniciar o software.

7. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender uma linguagem interpretada especialmente desenvolvida para o software.

8. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato do ambiente de controle compreender um interpretador “grafcef ’ que torna possível executar os automatismos e o controle das interfaces.

9. Dispositivo de controle para um sistema de automação de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato da operação ser encadeada através de passos executados sequencialmente e determinados pela espera do valor de continuação da sequência.