Controladores Logicos Programaveis (CLP)

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOL TECNOL OGICA DO ESPIRITO ESPIRITO SANTO UNED – SERRA SERRA / AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

APOSTIL A POSTILA A DE: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS V 0.1

PROF: MARCO ANTONIO

VITORIA, NOVEMBRO 2006

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Dedicado: A minha Filha Luana

“ Material sujeito a alterações sem prévio aviso!”

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CEFETES/UNED SERRA Prof. Marco Antonio

Módul o 3 – PROGRAMAÇÃO PROGRAMAÇÃO DE CLP´s CLP´s

Índice Analítico 1. 2.

INTRODUÇÃO .......................................... ................................................................ ............................................ ................................5 ..........5 COMANDOS ELÉTRICOS......................................... ELÉTRICOS............................................................... ....................................6 ..............6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5

2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.5.6

3.

Símbolos gráficos de eletricidade ...................................................... ............................................................................. ....................... 6 Chaves.......................................................................................................................12 Tarefas básicas de eletricidade...............................................................................12 Circuitos elétricos lógicos........................................................................................20 Função Função lógica sim - identidade identidade _______ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ___________ ____ 20 Função lógica não - inversa_______________________________________________ inversa______________ ____________________________________ ___ 21 Função lógica e - Associação serie__________________________ serie____________________________________________ __________________ 21 Função Função lógica lógica ou – Associação Associação paralela paralela _______ ______________ ______________ ______________ ______________ ____________ _____ 22 Função lógica ou - exclusico ______________________________ _________________________________________________ ___________________ 22

Dispositivos elétricos ........................................................... ............................................................................................... .................................... 24 Os Relés: Relés: ________ _______________ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ _____________ ______ 24 Contatores Contatores _______ ______________ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ _____________ ______ 26 Fusíveis Fusíveis _______ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______________ ______________ ______ 28 Disjuntore Disjuntoress _______ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ___________ ____ 28 Rele Térmico____________________________________ Térmico___ __________________________________________________________ _________________________ 29 Temporiza Temporizadores dores:: _______ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ ______________ ______________ _________ 33

OS CONTROLADORES LÓGICOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (clp OU cp) cp) ........49 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Introdução................................................................................................................49 A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL..........................................................................51 A Norma IEC 61131-3.............................................................................................53 Vantagens da IEC 61131-3 para programar.........................................................54 Princípio de Funcionamento...................................................................................54 Aspectos de Hardware............................................................................................. Hardware............................................................................................. 55

3.7

Periféricos.................................................................................................................60

3.6.1 Fonte de alimentação______________________________ alimentação_______________________________________________________ _________________________ 55 3.6.2 CPU_____________________________ CPU _____________________________________________________________ _______________________________________ _______ 55 3.6.3 Memórias______________________________________________ Memórias________________________________________________________________ __________________ 56 3.6.4 Interfaces de Entrada/Saída_________________________________ Entrada/Saída __________________________________________________ _________________ 57 3.6.4.1 Sinais Digitais .......................................................... .............................................................................................................. .................................................... 58 3.6.4.2 Sinais Analógicos.............................................................. Analógicos......................................................................................................... ........................................... 59 3.6.5 Direcionamento __________________________________ ___________________________________________________________ _________________________ 60 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4

Terminal Terminal Inteligente Inteligente _______ ______________ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ____________ _____ 60 Microcomputadores________________________________________________________ Microcomputadores___________________________________________ _____________ 61 Mini Programadores (Terminais de bolso) ____________________________________ ______________________________________ __ 61 Outros Outros periféric periféricos os _______ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______________ ______________ ______ 61

3.8

Introdução á Programação.....................................................................................63

3.9

Configuração e Uso Uso do S7 –300 ................................................................. .............................................................................. .............65 65

3.8.1 Lógica Lógica matemáti matemática ca e binária binária _______ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ____________ _____ 63

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Módul o 3 – PROGRAMAÇÃO DE CLP´s

4.

CRIAÇÃO DE UM PROJETO NO STEP 7 .................................................67 4.1

Exemplo:...................................................................................................................71

4.1.1 Ligação das entradas e saídas no CLP. _________________________________________ 72 4.1.2 Edição SIMBÓLICA do programa – TABELA DE EDIÇÃO _______________________ 73 4.1.3 PROGRAMAÇÃO ________________________________________________________ 74

5.

SIMULAÇÃO DE PLC´S COM O PLCSIM ................................................82 5.1 5.2

O software S7-PLCSIM ..........................................................................................82 Simulando o exemplo 1 ...........................................................................................83

5.3 5.4

Monitoramento do programa, visualização On-Line do programa....................86 Exercícios: ................................................................................................................87

5.5

As Funções SET e RESET ......................................................................................91

5.2.1 Inserção de Entradas e saídas ________________________________________________ 84 5.2.2 Como carregar o Programa no PLCSim? _______________________________________ 85 5.2.3 Estimulando as entradas e observando as saídas __________________________________ 85

5.4.1 Inversão de Marcha de motor ________________________________________________ 87 5.4.2 Automação de uma bomba de succção para elevação de agua _______________________ 88 5.4.2.1 Situação 1:.................................................................................................................... 88 5.4.2.2 Situação 2:.................................................................................................................... 89 5.4.3 Misturador_______________________________________________________________ 90 5.4.4 Seletor de Caixas__________________________________________________________ 90 5.5.1 Exercícios:_______________________________________________________________ 91

6.

USO DE TEMPORIZADORES ....................................................................92 6.1

Temporizadores com retardo na conexão .............................................................92

6.1.1 Exercícios:_______________________________________________________________ 93 6.1.1.1 Descrição de programa usando TON´s ........................................................................ 93 6.1.1.2 Semáforo...................................................................................................................... 93

6.2

Temporizador com retardo na desconexão...........................................................94

6.3

Exercícios: ................................................................................................................96

6.2.1 Exercícios:_______________________________________________________________ 95 6.2.1.1 Controle de uma lâmpada numa escada....................................................................... 95 6.2.1.2 Descrição do programa ................................................................................................ 95 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4

7.

Semáforo num cruzamento __________________________________________________ 96 Outro método de uso de temporizadores________________________________________ 96 Portão Eletrónico__________________________________________________________ 97 Guindaste________________________________________________________________ 98

USO DE CONTADORES E COMPARADORES ........................................99 7.1 7.2

Contadores de incremento ou UP...........................................................................99 Contador de decremento – Down.........................................................................100

7.2.1 Uso do contador de decremento e incremento em conjunto.________________________ 100

7.3 7.4 7.5

Contador de incremento e decremento................................................................101 Comparadores........................................................................................................102 Exercícios: ..............................................................................................................103

7.5.1 Empacotador de Frutas ____________________________________________________ 103 7.5.2 Carimbador de peças ______________________________________________________ 104

8.

A LINGUAGEM SFC..................................................................................105 3

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8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6

Elementos Principais de um SFC.........................................................................105 ETAPAS OU ESTADOS __________________________________________________ 105 Transições: _____________________________________________________________ 106 SALTo_________________________________________________________________ 107 Seqüências simultâneas ____________________________________________________ 108 Seqüências Seletivas (Alternativas) __________________________________________ 109 Fim de corrente __________________________________________________________ 109

8.2 8.3

Exemplo Generalizado:.........................................................................................110 USO do S7-GRAPH...............................................................................................111

8.4

Exercícios: ..............................................................................................................121

8.3.1 Criar um Projeto _________________________________________________________ 111 8.3.2 Configuração do Hardware sem o assistente (wizard) ____________________________ 112 8.3.2.1 Inserção da estação ou CPU....................................................................................... 112 8.3.3 Criar Tabela de Símbolos __________________________________________________ 115 8.3.4 Criação de um bloco de Função FB __________________________________________ 116 8.3.5 A Interface S7-GRAPH____________________________________________________ 117 8.3.6 Programação de Ações e transições __________________________________________ 119 8.4.1 Seletor de peças: _________________________________________________________ 121 8.4.2 Empacotador: ___________________________________________________________ 122 8.4.3 USINAGEM DE pEÇAS: __________________________________________________ 123

9.

SISTEMAS ASSOCIADOS.........................................................................124 9.1 9.2

Redes de comunicação...........................................................................................124 Supervisão e controle ............................................................................................125

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1. INTRODUÇÃO Os Controladores Programáveis (CP's) foram desenvolvidos no final dos anos 60, com a finalidade de substituir painéis de relés em controles baseados em lógicas combinacional/seqüencial, em linhas de montagem nas indústrias de manufatura, principalmente automobilística, sendo progressivamente adotados pelas indústrias de processos. O primeiro CP foi projetado por uma divisão da General Motors Corporation em 1968, e teve como objetivo principal substituir sistemas controlados a relés, cujo custo era alto. Os primeiros CP's tinham pouca capacidade e suas aplicações se limitavam a máquinas e processos que requeriam operações repetitivas. A partir de 1970, o advento das unidades de processamento ou processador, permitiu o conceito de programação a esses equipamentos. As alterações em programas, não implicavam mais em modificações nos circuitos e fiações, mas sim na mudança de dados contidos em elementos de armazenamento (memórias). Inovações no hardware e software adicionaram maior flexibilidade aos CP's através do aumento da capacidade de memória, entradas/saídas remotas, controle analógico e de posicionamento, comunicação, etc. A expansão de memória fez com que os controladores não ficassem mais restritos a lógica e sequenciamento, mas aquisição e manipulação de dados. Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução: De 1970 a 1974, em adição às funções intertravamentos e sequenciamento (lógica), foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de dados e introdução de terminais de programação de CRT (Cathode Ray Tube). De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fechada com algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a comunicação com outros equipamentos “inteligentes”. Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador em muitas aplicações industriais. Nesta década atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de software, podemos dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos extremamente atraentes. Nesta apostilha começaremos revisando a teoria de comandos Elétricos, para posteriormente estudar os fundamentos básicos de programação dos controladores programáveis.

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2. COMANDOS ELÉTRICOS 2.1

SÍMBOLOS GRÁFICOS DE ELETRICIDADE

O trabalho abaixo relaciona as siglas nacionais e internacionais das organizações responsáveis pelas publicações de normas técnicas nos principais países do mundo. A seguir apresentamos uma tabela com os símbolos literais para uso em circuitos elétricos e um pequeno conjunto de símbolos gráficos mais comumente utilizados nos diagramas funcionais que serão desenvolvidos nas tarefas de laboratório, seguindo as recomendações da ABNT e IEC.

SIGLA: ABNT

SIGNIFICADO E NATUREZA Associação Brasileira de No rmas Técnicas

Atua em todas as áreas técnicas do país. Os textos de normas são adotados pelos órgãos governamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas firmas. Compõem-se de Normas (NB), Terminologia (TB), Simbologia (SB), Especificações (EB), Método de ensaio e Padronização. (PB).

DIN

Deutsche Industrie Normen

Associação de Normas Industriais Alemãs. Suas publicações são devidamente coordenadas com as da VDE.

ANSI

American Nati on al St and ard s Inst itute

Instituto de Normas dos Estados Unidos, que publica recomendações e normas em praticamente todas as áreas técnicas. Na área dos dispositivos de comando de baixa tensão tem adotado freqüentemente especificações da UL e da NEMA. _______________________________________________________________________________________________ _

CEE IEC

International Comission on Rules of the approval of Eletrical Equipment International Electrotechinical Comission

Esta comissão é formada por representantes de todos os países industrializados. Recomendações da IEC, publicadas por esta Comissão, já são parcialmente adotadas e caminham para uma adoção na íntegra pelos diversos países ou, em outros casos, está se procedendo a uma aproximação ou adaptação das normas nacionais ao texto dessas normas internacionais.

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2.2

CHAVES Chave: É também denominado contato. Tem a função de conectar e desconectar dois pontos de um circuito elétrico.

Fechador: Também chamado ligador, é mantido aberto por ação de uma mola e se fecha enquanto acionado. Como a mola o mantém aberto é ainda denominado normalmente aberto (ou NA ou do inglês NO). Abridor ou ligador: é mantido fechado por ação de uma mola e se abre enquanto acionado. Como a mola o mantém fechado, é chamado também de normalmente fechado (ou NF, ou do inglês NC).

O contato pode ter diversos tipos de acionamento, como por exemplo, por botão, por pedal, por alavanca, por chave (chave de tranca), por rolete por gatilho, ou ainda por ação do cam po magnético de uma bobina (eletroímã), formando neste último caso um conjunto denominado contator magnético ou chave magnética. A seguir estão os símbolos de contatos acionados por botão (os dois à esquerda), e por rolete.

2.3 TAREFAS BÁSICAS DE ELETRICIDADE

TAREFA 1: Ligar uma lâmpada comandada por um interruptor simples de 1 tecla. Componente a utilizar: Diagrama Do Circuito Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculo Fusíveis Diazed Lâmpada incandescente 60 W / 220 V Convenções: F1, F2 – Fusíveis S1 – Interruptor Simples de 1 tecla H1 – Carga (Lâmpada) 12

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TAREFA 2: Ligar duas lâmpadas em série, comandadas por interruptor simples de 1 tecla. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculo Fusíveis Diazed Lâmpadas incandescentes 60 W / 220 V Diagrama Do Circuito: Convenções: F1, F2 – Fusíveis Diazed S1 – Interruptor Simples de 1 tecla H1, H2 – Cargas (Lâmpadas)

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TAREFA 3: Ligar duas lâmpadas em paralelo comandadas por 1 interruptor simples de 1 tecla Componentes A Utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculo Fusíveis Diazed Lâmpadas incandescentes 60 W / 220 V Diagrama Do Circuito: Convenções: F1, F2, F3 – Fusíveis Diazed S1 – Interruptor Simples de 1 tecla H1, H2 – Cargas (Lâmpadas)

TAREFA 4: Ligar 3 lâmpadas, comandadas por 3 interruptores simples de 1 tecla. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculo (2) Fusíveis Diazed (2) Lâmpadas incandescentes 60 W / 220 V Diagrama Do Circuito: Convenções: F1, F2, F3, F4, F5 e F6 – Fusíveis Diazed S1, S2 e S3 – Interruptor Simples de 1 tecla H1, H2 e H3 – Cargas (Lâmpadas)

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TAREFA 5: Ligar quatro lâmpadas comandadas por dois interruptores simples de 1 tecla. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculos (2) Fusíveis Diazed (2) Lâmpadas incandescentes 60 W / 220 V Diagrama do circuito: Convenções: F1, F2, F3, F4, F5 e F6 – Fusíveis Diazed S1 e S2 – Interruptor Simples de 1 tecla H1, H2, H3 e H4 – Cargas (Lâmpadas)

TAREFA 6: Ligar uma lâmpada, comandada por um variador de luminosidade (Dimer). COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Receptáculo Fusíveis Diazed Variador de Luminosidade Lâmpada incandescente 60 W / 220 V DIAGRAMA DO CIRCUITO: Convenções: F1 e F2 – Fusíveis Diazed V1 - Variador de Luminosidade H1 - Carga (Lâmpada)

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TAREFA 7: Ligar uma campainha comandada por um botão. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações. Botão de campainha Campainha Fusíveis Diazed Diagrama do circuito: Convenções: F1, F2 – Fusíveis Diazed B1 – Botão de Campainha C1 – Campainha

TAREFA 8: Ligar uma lâmpada comandada por 2 pontos através de interruptores paralelos Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptores paralelos Receptáculo Fusíveis Diazed Lâmpada incandescente 60 W / 220 V Diagrama do circuito: Convenções: F1 e F2 - Fusíveis Diazed S1, S2 - Interruptores Paralelos H1 - Carga (Lâmpada)

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TAREFA 9: Ligar uma lâmpada comandada por 4 pontos, através de interruptores paralelos e intermediários. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptores paralelos Interruptores intermediários Receptáculo Fusíveis Diazed Lâmpada incandescente 60 W / 220 V Diagrama do circuito: Convenções: F1 e F2 - Fusíveis Diazed S1, S2 - Interruptores Paralelos S3, S4 - Interruptores Intermediários H1 - Carga (Lâmpada)

TAREFA 10: Ligar uma lâmpada fluorescente, com reator convencional, através de interruptor simples. COMPONENTES A UTILIZAR:

DIAGRAMA DO CIRCUITO

Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples Lâmpada Fluorescente com Reator Convencional Fusíveis Diazed Lâmpada Fluorescente15 W Convenções: F1 e F2 - Fusíveis Diazed S1 - Interruptor Simples H1 - Carga (Lâmpada Fluorescente) L1 - Reator Convencional E1 - “Starter” para Partida de Lâmpada

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TAREFA 11: Ligar amperímetro para medir a corrente do circuito composto por 4 lâmpadas ligadas em paralelo e comandadas por interruptor simples. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculos (2) Fusíveis Diazed (2) Amperímetro. Lâmpada Incandescente 60 W / 220 V

DIAGRAMA DO CIRCUITO:

Convenções: F1, F2, F3, F4 e F5 - Fusíveis S1 - Interruptor Simples H1, H2, H3 e H4 - Cargas (Lâmpadas) P1 – Amperímetro (medidor de corrente elétrica)

TAREFA 12: Ligar voltímetro para medir tensão no circuito, utilizando lâmpadas comandadas por interruptor simples. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples de 1 tecla Receptáculos (2) Fusíveis Diazed (2) Voltímetro Lâmpada incandescente 60 e 100 W / 220 V DIAGRAMA DO CIRCUITO:

Convenções: F1e F2 – Fusíveis Diazed S1 - Interruptor Simples H1 e H2 - Cargas (Lâmpadas) P1 - Voltímetro (medidor de tensão)

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TAREFA 13: Ligar freqüencímetro para medir a freqüência da rede, na qual está inserido o circuito composto por lâmpada e interruptor simples. Componentes a utilizar: Fonte de Alimentação Interligações Interruptor Simples Receptáculo Fusíveis Diazed Freqüencímetro Lâmpada Incandescente 100 W / 220 V Diagrama do circuito:

Convenções: F1 e F2 - Fusíveis S1 - Interruptor Simples H1 - Carga (Lâmpada) P1 - Freqüencímetro (escala em Hertz)

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2.4

CIRCUITOS ELÉTRICOS LÓGICOS A álgebra de Boole é um sistema binário CRIADO POR George Boole, em 1854, para investigar as leis da lógica, que mais tarde seriam usadas como base para o estudo da lógica matemática e para as operações internas dos computadores. Este sistema opera com variáveis que só assumem dois estados lógicos e compostos, re presentados pelos dígitos binários 0 e 1. O digito binário ! pode representar os seguintes estados lógicos: sim, avançado, acionado, ativado, ligado, aceso etc. O dígito binário ) pode representar os estado lógicos:não, recuado, desacionado, desativado, desligado, apagado etc. As funções lógicas binárias mostram a relação entre as variáveis independentes de entrada e a variável dependente de saída. A tabela – verdade, entretanto, é um mapa onde colocam-se as opções possíveis das vaiáveis de entrada e seus resultados, isto é, os valores da variável de saída. Apresentam-se a seguir as principais funções lógicas juntamente com seus correspondentes circuitos elétricos. Utiliza-se o estado de uma lâmpada representada pela letra L, como variável de sida e o estado das chaves representadas pela letra S, como variável de entrada. Nos circuitos elétricos destinados ao controle de processos automatizados, há outras variáveis de entrada além das chaves, tais como: sensores, contatos de relés, contatos auxiliares de contatores, de interruptores de partida, de parada e de emergência. Além da lâmpada como variável de saída, temos: os solenóides das válvulas eletropneumáticas, os solenóides dos relés, dos contatores e dos contadores de impulsos elétricos.

2.4.1 FUNÇÃO LÓGICA SIM - IDENTIDADE A lâmpada acenderá (L=1) se a chave estiver acionada (S=1). Função Lógica

Tabela-Verdade

S 0 1

L=S 0 1

L=S

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2.4.2 FUNÇÃO LÓGICA NÃO - INVERSA A lâmpada acenderá (L=1) se a chave estiver acionada (S=1). Função Lógica

Tabela-Verdade

S 0 1

L=S 0 1

2.4.3 FUNÇÃO LÓGICA E - ASSOCIAÇÃO SERIE A lâmpada só acenderá (L=1) se, e somente se, as chaves S! e S2 estiverem acionadas.

A lâmpada só ligará quando em uma situação.

TAREFA 14: Olhando os gráficos das portas, e a incidência da luz explicar, como a luz pode atravessar a casa, fazer a tabela da verdade.

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2.4.4 FUNÇÃO LÓGICA OU – ASSOCIAÇÃO PARALELA A lâmpada acenderá (L=1) se a chave S1, ou a chave S2, ou ambas estiverem acionadas.

Só fica desligado num caso:

TAREFA 15: Olhando os gráficos das portas, e a incidência da luz explicar, como a luz pode entrar na casa, fazer a tabela da verdade.

2.4.5 FUNÇÃO LÓGICA OU - EXCLUSICO A lâmpada acenderá (L=1) quando a chave S1 estiver acionada, e a chave S2 não estiver acionada, ou vice-versa. Tabela da Verdade S1 S2 L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

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=

S 1 ⊕ S 2

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TAREFA 16: Determinar a função lógica e a tabela de verdade a partir dos circuitos elétricos seguintes:

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2.5 DISPOSITIVOS ELÉTRICOS 2.5.1 OS RELÉS: Os relés são componentes eletromecânicos capazes de controlar circuitos externos de grandes correntes a partir de pequenas correntes ou tensões, graças ao cam po magnético. O funcionamento dos relés é bem simples: quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série de contatos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição original.

A principal vantagem dos Relés em relação aos SCR e os Triacs é que o circuito de carga está completamente isolado do de controle, podendo inclusive trabalhar com tensões diferentes entre controle e carga. A desvantagem é o fator do desgate, pois em todo o componente mecânico há uma vida útil, o que não ocorre nos Tiristores. Devem ser observadas as limitações dos relés quanto a corrente e tensão máxima admitida entre os terminais. Se não forem observados estes fatores a vida útil do relé estará comprometida, ou até a do circuito controlado.

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TAREFA 17: Ligar uma lâmpada incandescente de 220 v através de um relé com uma alimentação de 220 VCA. TAREFA 18: Ligar duas lâmpadas incandescentes usando dois relés de 220 VCA, e duas chaves sem retenção com a condição de que a segunda lâmpada só ligue se a primeira lâmpada esta ligada. TAREFA 19: Ligar três lâmpadas incandescentes usando três relés de 220 VCA, e três chaves sem retenção com as seguintes condições: A primeira lâmpada liga só quando apertar a primeira chave. A segunda lâmpada só liga quando apertar a segunda chave. A terceira lâmpada só liga quando as lâmpadas 1 e 2 estão ligadas. TAREFA 20: Usando duas chaves(start e stop) sem retenção e um relé ligar uma lâm pada, do jeito que apertando a chave start a lâmpada fica ligada sem necessidade de manter pressionada a chave start, e no momento que apertar a chave stop, a lâmpada desliga. Esse circuito é chamado de circuito de auto retenção. TAREFA 21: Sabemos que uma das vantagens dos relés é a isolação galvânica entre os terminais da bobina e os contatos NA e NF, então usar um relé (sem driver) de 24 VCC para ligar duas cargas de 127 VCA e outra de 220VCA. Dica: Usar só dois contatos do relé do jeito que um seja para a carga de 127 VCA e a outra para a carga de 220 VCA. TAREFA 22: Ligar uma lâmpada incandescente através de relé de impulso, comandada de 4 pontos. Componentes a Utilizar: Diagrama Do Circuito: Fonte de Alimentação Interligações Botões de Campainha (2) Receptáculo Fusíveis Diazed Relé de Impulso Ri Lâmpada incandescente 60 W ou 100 W

Convenções: F1 e F2 - Fusíveis Diazed B1, B2, B3 e B4 - Botões de Campainha Ri - Relé de Impulso H1 - Carga (Lâmpada)

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2.5.2

CONTATORES Os contatores pertencem a classe das chaves e por esta mesmo são projetados para o comando de circuitos. As energias utilizadas para acionar um contator podem ser diversas: mecânicas, magnéticas, pneumáticas, fluídicas, etc. Os contatores correntemente utilizados na industria são acionados mediante a energia magnética proporcionada por una bobina, e deles nos ocuparemos. Um contator acionado por energia magnética, consta de um núcleo magnético e de uma bobina capaz de gerar um campo magnético suficientemente grande como para vencer a força das molas antagonistas que deixa separada do núcleo una peça, também magnética, colada al dispositivo encarregado de acionar os contactos elétricos.

A velocidade de fechamento tem seu valor dado pela resultante da força magnética proveniente da bobina e da força mecânica das molas de separação que atuam em sentido contrários. São assim as molas as únicas responsáveis pela velocidade de abertura do contator função que ocorre quando a bobina magnética não estiver sendo alimentada ou quando o valor da força magnética quando for inferior a força das molas.

Defeitos mais frequentes: • Sobrecarga da bobina magnética • Isolação deficiente • Desgaste excessivo do contato • Sobreaquecimento do contatos • Defeitos mecânicos É importante remarcar que uma característica importante dos contatores é a tensão aplicada as bobinas, e a corrente capaz de transportar. O tamanho de um contator de penderá da sua capacidade de corrente a transportar e interromper como da tensão má 26

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xima de trabalho existem contatores para corrente continua e para corrente alternada só tendo como diferença o tipo da bobina. Quando o fabricante estabelece a corrente característica de um contator, o faz para cargas puramente ôhmicas e com ela garantira um determinado número de manobras, mas se o cos θ da carga que se alimenta a través do contator é menor que um, o contator vê-se com uma vida diminuída como conseqüência dos efeitos destrutivos do arco elétrico, que naturalmente aumentam a medida que diminuí o cos θ . Os regimes de carga são: • AC1-AC21 - cargas ligeiramente indutivas COS Ø = 0,95 intensidade de emprego igual à intensidade nominal. • AC2-AC22 - cargas indutivas COS Ø = 0,65 Ex.: partida de motores de anéis, sem reversão, sem frenagem por contra-corrente, partida estrela triângulo. • AC3-AC23 - cargas fortemente indutivas COS Ø = 0,35-0,65, partida direta de motores de gaiola, desligamento com carga. • AC4 - cargas fortemente indutivas constituídas por motores de gaiola, frenagem por contra corrente e reversão.

Praticamente a quase totalidade das aplicações industriais, tais como maquinas ferramentas, equipamentos de minas, trens de laminação, pontes, etc, precisam da cola boração de grande número de motores para realizar uma determinada operação, sendo bastante comum o uso dos contatores.

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2.5.3 FUSÍVEIS

Os fusíveis são dispositivos de proteção contra curto-circuito (e contra sobre-carga caso não seja usado relé para este fim) de utilização única: após sua atuação devem ser descartados. O funcionamento do fusível baseia-se no princípio segundo o qual uma corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade. Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito. O fusível interrompe o circuito quando houver correntes maiores que 160% da sua corrente nominal. O tempo de atuação diminui a medida em que aumenta o valor relativo da sobrecarga. Assim uma sobrecarga de 190% da corrente nominal será interrompida mais rapidamente que uma de 170%. Correntes de até 120% do valor nominal não atuam o fusível.

2.5.4 DISJUNTORES Disjuntores são dispositivos eletromecânicos de proteção que funcionam sob ação magnética e/ou térmica, interrompendo o circuito em caso de curto-circuito e/ou sobrecarga. A ação magnética funciona na ocorrência de curtos-circuitos e um disjuntor somente magnético seria simbolizado conforme (a). Um disjuntor somente térmico tem o símbolo conforme (b) e protege contra sobrecargas. Em geral, os disjuntores combinam ambas as formas de proteção. São chamados de termomagnéticos, com o símbolo dado por (c).

A Figura a seguir mostra o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético. Entre os bornes 1 e 2, a corrente passa pela resistência de baixo valor R (que está próxima da lâmina bimetálica B), pela bobina do eletroímã E e pelo par de contatos C. Este tende a abrir pela ação da mola M2 mas o braço atuador A impede com ajuda da mola M1. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto

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circuito) e, nesta situação, A irá girar no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M2.

2.5.5 RELE TÉRMICO Por terminais apropriados se faz fluir por este relé a corrente da carga que se pretende proteger e quando a corrente assume um valor superior ao selecionado, o relé atua seus contatos. No tipo mais simples chamado térmico, a corrente flui por elementos que se aquecem e o aquecimento atua em um par bimetálico, cuja torção promove a atuação das chaves. São três os elementos pelos quais flui a corrente monitorada, um para cada fase, e mesmo que haja sobrecorrente em uma só das fases o relé age da mesma forma. As chaves atuadas retornam ao repouso assim que a corrente volta ao normal, mas podem se manter atuados desde que a função de rearme manual esteja selecionada. Outro tipo de relé, para maiores valores de corrente, funciona associado a um transformador de corrente (tc). O ajuste do valor de corrente é feito em botão presente no painel do relé.

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TAREFA 23: Ligar um contator principal através de comando à distância por botões. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Fusíveis Diazed Contator Principal Botoeira Simples NA Botoeira Simples NF DIAGRAMA DO CIRCUITO: Circuito de comando Convenções: F1, F2 - Fusíveis Diazed S0 - Botoeira Normalmente Fechada (NF) S1 - Botoeira Normalmente Aberta (NA) SK1 - Contato Normalmente Aberto do Contator K1 - Bobina do Contator

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TAREFA 24: Ligar 3 lâmpadas comandadas por contator, com botoeiras a distância. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Receptáculos (2) Fusíveis Diazed para comando Fusíveis NH para Força (2) Contator Principal Botoeira Simples com 1 Contato NA Botoeira Simples com 1 Contato NF Lâmpadas Incandescentes de 60 W / 220 V DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: a)Circuito de força Convenções: F1, F2, F3, F4, F5 e F6 - Fusíveis NH F7, F8 - Fusíveis Diazed S0 - Botoeira Normalmente Fechada (NF) S1 - Botoeira Normalmente Aberta (NA) SK1 - Contato Normalmente Aberto do Contator K1 - Bobina do Contator H1, H2 e H3 - Cargas (Lâmpadas)

b)Circuito de comando

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TAREFA 25: Ligar 3 lâmpadas em configuração triângulo, usando um contator, e dois chaves sem retenção um para o start e outro para o stop. TAREFA 26: Ligar 3 lâmpadas em configuração estrela, usando um contator, e dois chaves sem retenção um para o start e outro para o stop. TAREFA 27: Ligar um motor monofásico, comandado através de contator, com proteção de relé bimetálico. COMPONENTES A UTILIZAR:

DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: b Circui-

Fonte de Alimentação Interligações Fusíveis Diazed (2) Contator Principal Relé Térmico Bimetálico Botoeira Simples NA Botoeira Simples NF Motor Monofásico 110 / 220 V

Obs: Motor Monofásico ligado para 220 V Convenções: F1, F2, F3, F4 - Fusíveis Diazed S0 - Botoeira Simples NF S1 - Botoeira Simples NA SK1 - Contato Auxiliar NA do Contator K1 - Contator Principal (Bobina do contator) FT1 - Relé Térmico Bimetálico SFT1- Contato do Relé Térmico Bimetálico.

b Circuito de

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2.5.6 TEMPORIZADORES: São denominados relés de tempo, são dispositivos empregados na automatização de máquinas e processos industriais, especialmente no sequenciamento e/ou interrupção de comando, como também em chaves de partida de motores. O principio de funcionamento dos temporizadores poder ser de vários tipos, sendo os mais utilizados os pneumáticos, eletrônicos e motorizados. TEMPORIZADORES ELETRÔNICOS:São constituídos de uma caixa, que contém, internamente , um circuito eletr^nico (circuito de retardo) que atua sobre um pequeno relé magnético. Externamente possuem um botão seletor, acoplado ao potenciômetro de ajuste do tempo de retardo. Sob o botão existe uma escala numerada que re presenta o tempo em segundo (ou minutos). Quando estes temporizadores forem energizados, o circuito eletrônico entra em operação e, uma vez vencido o tempo ajustado no botão seletor, os contatos do relé magnético são operados. Os contatos podem ser inde pendentes ou do tipo comutador. São para baixas correntes (até 5 A) e quando a cara a ser comandada for superior a especificada pelo temporizador, deve-se inserir um contato auxiliar no circuito de comando. A continuação apresentamos a simbologia dos relés temporizados:

A contagem do tempo nos relés Ton começa quando a energia é aplicada ao tem porizador, no caso dos temporizadores Toff a contagem do tempo começa quando a energia nos temporizadores é desligada. TAREFA 28: Ligar uma lâmpada depois de 5 segundo de apertar um chave sem retenção, usar um temporizador ON e um relé. TAREFA 29: Ligar uma lâmpada depois de 5 segundos de apertar uma chave sem retenção e depois de 10 segundos de estar ligada que desligue e assim em diante, até pressionar uma chave de stop.

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TAREFA 30: Fazer um pisca pisca, com duas lâmpadas, para isto definir os matérias a utilizar como sua quantidade. TAREFA 31: Fazer um pisca pisca, mas agora com três lâmpadas, e definir os matérias a utilizar. Tentando sempre usar um mínimo possível. TAREFA 32: Ligar uma lâmpada depois de 5 segundos de apertar a chave sem retenção só usando um temporizador, a lâmpada, e a chave. TAREFA 33: Fazer piscar a uma lâmpada usando duas chaves sem retenção para o start e o stop, a lâmpada e dois temporizadores. TAREFA 34: Efetuar a reversão de rotação de um motor monofásico através de contatores. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Fusíveis Diazed Contatores Principais Sinalizações Botoeiras Simples NA Relé de Tempo Motor monofásico 220 / 440 V DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: a) Circuito de Força

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b) Diagrama de Comando

Obs: Motor Monofásico ligado para 220V / 440 V Convenções: H1 e H2 - Lâmpadas de Sinalização F1, F2, F3, F4 - Fusíveis Diazed K1, K2 e K3 - Contatores Principais (Bobinas dos Contatores) S0 - Botoeira Simples NA S1 - Botoeira Simples NA SK1 - Contatos Abertos e Fechados do Contator 1 Sk2 - Contatos Abertos e Fechados do Contator 2 KA1 - Contator Auxiliar (Bobina do Contator) KT1 - Relé de Tempo SKT1 - Contato NF do Relé de Tempo

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TAREFA 35: a. Identifique os símbolos, preenchendo na caixa os números respectivos.

b. Ligação de um fotocélula comandando lâmpada vapor de mercúrio.

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TAREFA 36: Utilizando os medidores de tensão, corrente, potência, e freqüência, medir estas grandezas num circuito, utilizando um motor trifásico como carga e comandada por uma chave rotativa liga/desliga. COMPONENTES A UTILIZAR: TO:

DIAGRAMA DO CIRCUI-

Fonte de Alimentação Interligações Fúsiveis Diazed Chave Rotativa Liga / Desliga Medidor de Tensão (Voltímetro) Medidor de Corrente (Amperímetro) Medidor de Freqüência (Freqüencímetro) Medidor de Potência (Wattímetro) Motor Trifásico Obs.: Ligar o motor para funcionar em triângulo. Convenções: F1, F2 e F3 – Fusíveis Diazed S1 – Chave Rotativa Liga / Desliga P1, P2 e P3 - Amperímetros P4 e P5 - Voltímetros P6 e P7 – Wattímetros Monofásicos M1 - Motor Trifásico

TAREFA 37: Inverter a rotação do motor trifásico, utilizando a chave mecânica. COMPONENTES A UTILIZAR: DIAGRAMA DO CIRCUITO: Fonte de Alimentação Interligações Fúsiveis Diazed Chave Reversora de Rotação Motor Trifásico 6 cabos de saída

Obs.: Ligar o motor para funcionar em estrela. Convenções:

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F1, F2 e F3 - Fúsiveis Diazed S1 - Chave de Reversão de Rotação M1 - Motor trifásico 220 / 380 V TAREFA 38: Comentar o circuito seguinte.

Figura disponível no site: http://w3.cnice.mec.es/recursos/fp/cacel/CACEL1/marcha_paro2.htm# A partida direta fornece condições ao motor de partir com a tensão nominal de serviço. Consiste em um sistema simples e seguro, recomendado para motores de gaiola, como pode ser visto na Figura. A partida direta dos motores é normalmente realizada através de contactores, sendo os motores supervisionados por dispositivos de proteção. Há, no entanto, algumas limitações quanto às suas aplicações: • Ocasiona queda de tensão da rede devido à alta corrente de partida (Ip). No caso dos grandes motores a corrente de partida é limitada por imposição das concessionárias de energia elétrica; • Pode ocasionar interferência em equipamentos instalados no sistema, devido à elevada queda de tensão. Neste texto, porém mais adiante, serão mostrados os outros tipos de partida de motores, utilizados para os grandes motores com a finalidade de minimizar a corrente de partida e seus efeitos.

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Tarefa 39: Efetuar a reversão de rotação em motores trifásicos utilizando contatores. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Disjuntores Unipolares (2) Disjuntor Tripolar Contator Principal Relé Térmico Bimetálico Lâmpada de Sinalização Botoeira Simples NF Botoeira Dupla função NA/NF (2) Motor Trifásico ligado em Triângulo DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: a) Circuito de Força

A chave de partida com reversão de sentido de rotação possibilita a reversão em plena marcha do sentido de rotação de um motor trifásico, através da inversão da seqüência fases. Esta chave é dotada de 2 contactores. O primeiro contactor permite a ligação na seqüência RST e o segundo permite a ligação na seqüência TSR. Ë necessário que os contactores tenham intertravamento, Isto é, uma ligação só é plenamente realizada quando a outra ligação foi totalmente desconectada.

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b) Circuito de Comando

Convenções: Q1 – Disjuntor Tripolar Q2, Q3 – Disjuntores Unipolares S0 – Botoeira simples NF K1, K2 – Contatores Principais (bobinas) FT1 – Relé Térmico SFT1 – Contato NF do Relé Térmico S1, S2 – Contatos NA e NF de botoeira de dupla função SK1, SK2 – Contatos NA e NF dos contatores principais H1, H2 – Lâmpadas de Sinalização M1 – Motor Trifásico

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Tarefa 40: Realizar a correção do fator de potência do circuito de alimentação de motor trifásico, através de banco de capacitores. CMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Fusíveis Diazed Contator Principal Relé Térmico Bimetálico Lâmpadas de Sinalização Botoeiras Simples NF Botoeiras Simples NA Capacitores Motor Trifásico ligado em Triângulo

Circuito de Comando Convenções: F1, F2, F3, F4, F5 – Fusíveis Diazed K1, K2 – Contatores Principais (bobinas) FT1 – Relé Térmico Bimetálico SFT1 – Contato NF do Relé Bimetálico S0 – Botoeira NF S1, S2 – Botoeira NA SK1, SK2 – Contato NA dos Contatores H1, H2 – Lâmpadas de Sinalização M1 – Motor Trifásico

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Tarefa 41: Ligar de forma seqüencial uma lâmpada, um motor monofásico e um motor trifásico, sendo comandados por contatores independentes. COMPONENTES A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Receptáculo E-27 Fusíveis Diazed Contator Principal Relé Térmico Bimetálico Lâmpada de Sinalização Botoeira Simples NF Botoeira Simples NA Lâmpada Incandescente 100 W / 220 V Motor Monofásico ligado para 220 V Motor Trifásico ligado em Triângulo DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: a) Circuito de Força


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Convenções: F1, F2, ..., F9 – Fusíveis Diazed S0 – Botoeira simples NF K1, K2, K3 – Contatores Principais FT1, FT2 – Relés Térmicos Bimetálicos SFT1, SFT2 – Contatos NF dos Relés Térmicos S1, S2, S3 – Botoeiras NA SK1, SK2, SK3 – Contatos NA dos Contatores H1 – Carga (lâmpada) H2, H3, H4 – Lâmpadas de Sinalização M1 – Motor Monofásico M2 – Motor Trifásico

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Partida Estrela-Triângulo As ligações de motores através de partida estrela-triângulo são utilizadas em alguns casos, quando o motor admite ligações em dois níveis de tensão. Elas têm a finalidade de reduzir a corrente de partida, para motores de alta potência, que requerem naturalmente uma alta corrente durante a partida. O motor parte com ligação estrela, sendo energizado com Vn/ √3, até que sua velocidade se aproxime da nominal, quando um operador ou um relé temporizado pode mudar a ligação de estrela para triângulo e desse modo, o motor passa a ser alimentado com sua tensão nominal. Para a realização das conexões que permitam as ligações estrela-triângulo é necessário que os terminais da bobina sejam acessíveis. Na seguinte figura podem ser ser visualizadas as ligações ligações das bobinas para para as ligações estrela e triângulo.

Uma comutação prematura (velocidade do motor ainda baixa), ou uma longa duração no processo de comutação, o que causa uma diminuição excessiva excessiva da velocidade, leva a um pico de corrente elevado na comutação. Já uma duração muito curta no processo de comutação pode fazer surgir uma corrente de curto-circuito, pois o arco voltaico decorrente da abertura da ligação pode ainda não não se encontrar totalmente totalmente extinto.

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Tarefa 40: Efetuar a partida de motores trifásicos em estrela-triângulo automática, utilizando contatores e relé temporizado. MÓDULOS A UTILIZAR: Fonte de Alimentação Interligações Fusíveis Diazed Fusíveis NH para Força Contatores Principais Relé Térmico Bimetálico Lâmpada de Sinalização Botoeira Simples NF Botoeira Simples NA Relé de Tempo Estrela-Triângulo Motor Trifásico 220 / 380 V DIAGRAMAS DOS CIRCUITOS: Circuito de Força

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Convenções: F1, F2, F3, F4, F5 – Fusíveis Diazed K1, K2, K3 – Contatores Principais FT1 – Relé Térmico Bimetálico SFT1 – Contato NF do Relé Térmico S0 – Botoeira NF S1 – Botoeira NA SK1, SK2, SK3 – Contatos NA e NF dos Contatores KT1 YΔ – Bobina do Relé de Tempo (Y/ Δ) SKT1 – Contato NF do Relé de Tempo Ligação Y SKT2 – Contato NF do Relé de Tempo Ligação Δ H1 – Lâmpada de Sinalização M1 – Motor Trifásico

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TAREFA 41: Complementar o circuito seguinte de uma partida estrela triângulo com reversão utilizando temporizador.

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TAREFA 42: Deseja-se controlar o nível de uma caixa d´água entre um valor máximo e mínimo; Existem para isto dois sensores de nível, respectivamente, S1 (NA) (nível máximo) e S2 (NA) (nível mínimo); Para enchermos esta caixa, usamos uma bomba centrífuga que será ligada ou desligada pelo em função do nível da caixa; Se o sensor S2 estiver aberto, a bomba é ligada; Permanecendo assim até que o sensor S1 seja ativado; Quando S1 é ativado, a bomba é desligada; Permanecendo assim até que o sensor S2 abra novamente; Este controle automático pode ser desligado manualmente por um interruptor L1. Fazer o circuito de comando e de força para que o motor da bomba possa ter uma partida estrela – triângulo.

S1

S2

Bomba

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3.

OS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP OU CP)

3.1 INTRODUÇÃO Nos últimos anos, tem-se assistido a uma mudança drástica dos esquemas de produção. Isto se deve, por um lado à crescente competição entre as empresas, por outro, ao enorme desenvolvimento das tecnologias que envolvem micro-controladores, robôs, máquinas de controlo numérico, redes de comunicação, inteligência artificial, etc. Em abstrato, todas as estratégias de produção visam um conjunto de objetivos, que na realidade corresponde a um só mais lato: o aumento da competitividade. Não é correto dizer-se que o objetivo é o aumento da produtividade, pois de que serve produzir mais se não houver clientes para os produtos? Assim, automatização industrial poderá ser definida pelo conjunto de tecnologias relacionadas com a aplicação de equipamentos (mecânicos, eletrônicos, baseados em computador, etc.) em sistemas industriais de produção, e que com ela é conseguido um aumento de competitividade (em termos de custos, qualidade, disponibilidade e inovação). Um sistema automatizado pode contribuir para o aumento da competitividade da empresa através da: − Redução de custos de pessoal : a redução de custos de pessoal obtém-se, por exemplo, com a automatização das máquinas (tem o seu custo...) ou com a automatização do controlo e planejamento da produção. − Redução de custos de stock (intermédios e terminais): devido ao controle e planejamento da produção, que visa, entre outros aspectos, atingir stocks intermédios mantidos ao mínimo (stock zero), disponibilidade de produtos (atraso zero), otimização de compras graças ao controlo de produção em tempo real, etc. − Aumento da qualidade dos produtos : utilização de máquinas mais precisas do que o homem, o que garantem melhores características de repetibilidade (qualidade constante, não dependente de turnos particulares). − Maior disponibilidade dos produtos : redução do número de avarias. − Aumento da evolutibilidade : menos tempo necessário para o projeto, planejamento e fabrico de novos produtos, associado à utilização de máquinas programáveis aptas a desempenhar diferentes operações. − Aumento da flexibilidade da produção : resposta rápida às solicitações do mercado e capacidade de operar diferentes variantes de produtos. Um dos dispositivos mais importantes num sistema automatizado é o autômato programável (PLC - Programmable Logic Controller), que pode ser definido como um dispositivo eletrônico e programável, destinado a comandar e controlar, em ambiente industrial e em tempo real, processos produtivos. O PLC surgiu com o objetivo de substituir os sistemas de controle, desenvolvidos em lógica de cabos, vulgarmente utilizados na indústria. Esta lógica, de cabos, recorre à utilização de relés eletromecânicas. Que apresenta algumas desvantagens, como sejam a complexidade de

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expansão e de alteração nas funções a desempenhar, os custos envolvidos na concepção do sistema de controle e a complexidade de realizar manutenção (por exemplo, detectar o estado de um sistema que engloba 1000 sensores e atuadores, é bastante complexo em lógica relé, pois é necessário verificar localmente cada um dos dispositivos).

Definição dos CLPs. (IEC 61131-1) Sistema eletrônico digital, desenvolvido para uso em ambiente industrial, que usa uma memória Programável para armazenamento interno de instruções do usuário, para implementação de funções específicas, tais como, lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos. O CP e seus periféricos, ambos associados, são projetados de forma a poder ser integrados dentro de um sistema de controle industrial e finalmente usados a todas as funções as quais é destinado. O PLC, CLP ou CP foi inicialmente concebido por um grupo de engenheiros da General Motors em 1968, tendo em mente algumas especificações básicas [Simpson, 94; Warnock, 88]: • Facilidade de programação e reprogramação; • Facilidade de manutenção e reparação, de preferência utilizando módulos plugin; • Redução de dimensões em relação a um sistema equivalente em lógica relé; • Redução de custos. Estes controladores programáveis pretendiam, na altura em que foram concebidos, fornecer alguma flexibilidade de controle, baseada na programação e modularidade de funções, além de reduzir o tempo de concepção e de instalação de sistemas de controle. O sucesso que se seguiu à introdução de PLCs no controlo de processos, provocou um incremento de grupo de engenheiros a estudar esta tecnologia emergente. Naturalmente e rapidamente, foi necessário criar funcionalidades adicionais aos PLCs. O conjunto de instruções disponíveis para a sua programação cresceu rapidamente desde as sim ples instruções lógicas (E, Ou, Negação, etc) para instruções avançadas, que incluíam contadores e temporizadores, e posteriormente, para instruções matemáticas avançadas. O desenvolvimento a nível do hardware também se verificou com o aumento das capacidades de memória e o aumento do número de entradas e saídas disponíveis. As possibilidades de comunicação surgiram aproximadamente em 1973. O primeiro sistema foi o Modbus da Modicon. Esta funcionalidade permite que um PLC possa comunicar com outro PLC para trocar e partilhar informações, além de poderem estar afastados do processo que controlam. A falta de estandardização associada à mudança contínua da tecnologia e aos protocolos de comunicação incompatíveis, faz com que as comunicações entre PLC´s sejam um pesadelo. Nos anos 80 houve um esforço para normalizar as comunicações entre PLCs, com a General Motors a desenvolver um protocolo standard para a indústria da manufatura, o MAP (Manufacturing Automation Protocol) . Mais tarde, tentou-se desenvolver um novo protocolo não tão pesado do que o anterior designado por Fieldbus, mas a falta de normalização deu origem a vários standards de facto, desenvolvidos por diferentes fabricantes de tecnologia de automação.

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Nos anos 90 a grande novidade foi a tentativa de normalizar as várias linguagens de programação de PLC´s. Deste modo, existe a possibilidade de programar PLCs utilizando diagramas de blocos, lista de instruções, C e texto estruturado ao mesmo tempo. Atualmente existem mais de 50 fabricantes diferentes de autômatos programáveis, cada um dos quais apresenta diferentes gamas de autômatos com diferentes funcionalidades, diferentes linguagens de programação e diferentes protocolos de comunicação. Dos diversos fabricantes de autômatos programáveis, destacam-se: Siemens, Omron, Schneider, Rockwell, Mitsubishi, Telemecanique, AEG, AllenBradley, Fagor, Saia e Fatrónica. O rápido crescimento do mercado (principalmente a partir da década de 80), associado à grande variedade de PLCs disponíveis, fez com que os sistemas de controlo previamente utilizados na indústria, se tornassem rapidamente obsoletos, principalmente devido ao fato de apresentarem pouca flexibilidade. Atualmente, os autômatos programáveis são os componentes princi pais no desenvolvimento de aplicações de automação industrial; dadas as suas características, das quais se destacam: • Baixo custo e um vasto domínio de aplicações; • Instalação e manutenção simples e barata; • Substituição direta de automatismos baseados em tecnologias de cabos; • Linguagens de programação adaptadas aos automatismos e de simples percepção; • Elevada flexibilidade: re-programável, modular, etc.; • Adaptação a ambiente industrial, sendo robusto contra a umidade, choque, poeiras e ruído eletromagnético. Uma última característica e vantagem é o fato das dimensões de um PLC serem cada vez mais reduzidas, necessitando de um menor espaço físico para a sua implementação.

3.2 A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Antes de iniciarmos nosso estudo dos controladores programáveis, precisamos sedimentar alguns conceitos importantes. Um destes conceitos está relacionado com as respostas para algumas perguntas: O que é controle? Conforme o dicionário (Aurélio Buarque de Holanda Ferreira) podemos definir a palavra controle como segue: [ Do fr. contrôle.] S. m. 1. Ato, efeito ou poder de controlar; domínio, governo. 2. Fiscalização exercida sobre as atividades de pessoas, órgãos, departamentos, ou sobre produtos, etc., para que tais atividades, ou produtos, não se desviem das normas preestabelecidas.

Controlador Sensores

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Processo

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Atuadores


O controle, vendo sob o ponto de vista tecnológico, tem um papel importantíssimo no desenvolvimento de ações planejadas, modelando processos desde os mais simples até os mais complexos. O que é automação industrial?

Figura 1 - Diagrama de blocos de um sistema de automação

Toda vez, relacionado a um processo, que introduzimos alguma nova técnica de controle estamos falando de automação industrial. Na verdade a utilização destas técnicas estará diretamente relacionada com o aumento de produtividade, qualidade, flexibilidade e confiabilidade. Note que o termo automação descreverá um conceito muito amplo, envolvendo um conjunto de técnicas de controle, das quais criamos um sistema ativo, capaz de fornecer a melhor resposta em funções das informações que recebe do processo em que está atuando. Dependendo das informações o sistema irá calcular a melhor ação corretiva a ser executada. Neste ponto podemos verificar as características relacionadas com os sistemas em malha fechada, também denominada sistemas realimentados (ver figura 1). A teoria clássica de controle define e modela, matematicamente, estas características dando uma conotação científica e tecnológica a este assunto.

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3.3 A NORMA IEC 61131-3 A criação de diversos modelos de equipamentos dedicados à automação industrial gerou uma grande variedade de equipamentos e como conseqüência uma incompatibilidade das características com referência a programação dos mesmos. Para atender às demandas da comunidade industrial internacional, foi formado um gru po de trabalho dentro da International Electro-technical Commitee (IEC), para avaliar o projeto completo de controladores lógicos programáveis, incluindo hardware, instalação, testes, documentação, programação e comunicação. O IEC é uma organização normativa internacional com base em Geneva, formada por representantes de diferentes fabricantes de CLP’s, fabricantes de softwares e usuários. Algumas forças tarefas de especialistas foram então estabelecidas para desenvolver as diferentes partes do padrão. A força-tarefa 3 recebeu o objetivo primário de desenvolver um novo padrão de linguagens que se tornou então a parte 3 da então chamada norma IEC 1131. A partir de 1998, a IEC 1131 passou a ser chamada de IEC 61131. IEC 61131-3 é o primeiro esforço real para a padronização das linguagens de programação para a automação industrial, sendo a terceira parte da família IEC 61131. A seguinte figura mostra a evolução da norma IEC 61131-3.

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3.4

VANTAGENS DA IEC 61131-3 PARA PROGRAMAR Padrão Internacional Aceito: • Passo a passo de como os fornecedores deverão atendê-la; • Estruturas uniformes.

Gera economia do seu tempo: • Modelo de software e definição sólida dos tipos de dados padrões os

“Data Types”; • Você aprende apenas uma vez para diferentes tipos de controle; • Reduz a dificuldade de entendimento e os erros; • Funções e blocos de funções padrões; • Orienta a reutilização do software testado.

Suporte seguro e qualidade na programação: • Fácil e confortável estruturação; • Erros na programação de tipos de dados proibidos.

Oferece a melhor linguagem para cada problema: • Explicação consistente das cinco linguagens; • Duas linguagens textuais e gráficas; • Estruturação de linguagem, permitindo revisão; • Disponibilidade de linguagem de alto nível; • Possibilidade de “misturar” diferentes tipos de linguagens.

3.5 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O Controlador Programável, como todo sistema microprocessado, tem seu princípio de funcionamento baseado em três passos:

Início Ler as entradas Executa programa Atualiza as Saídas

Com a partida, o CP executará as seguintes tarefas: Transferirá os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados (RAM).

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Iniciará a varredura do software aplicativo armazenando na memória de programa (SCAN), utilizando os dados armazenados na memória de dados. Dentro deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no software aplicativo, como intertravamentos, habilitação de temporizadores/contadores, armazenagem de dados processados na memória de dados, etc... Concluída a varredura do software aplicativo, o CP transferirá os dados processados (resultados de operações lógicas) para a interface de saída. Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a memória de dados.

3.6 ASPECTOS DE HARDWARE O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura básica de um controlador programável com todos os seus componentes. Estes componentes irão definir o que denominamos configuração do CLP.

Figura 2 - Diagrama de blocos simplificado de um controlador programável

3.6.1 FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte fornece todos os níveis de tensão exigidos para as operações internas do CP (Ex.: CPU, Memória, E/S).

3.6.2 CPU

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A CPU é o cérebro do sistema. Ela lê o sinal das entradas na memória de dados, executa operações aritméticas e lógicas baseadas na memória de programa, e gera os comandos apropriados para a memória de dados controlar o estado das saídas. Abaixo são apresentadas algumas considerações e características principais: Utiliza microprocessadores ou microcontroladores de 8,16 ou 32 bits e, em CP’s maiores, um co-processador (microprocessador dedicado) adicional para aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto flutuante. A maioria dos fabricantes de CP’s especifica os tempos de varredura como função do tamanho do programa (p.e.10ms/1k de programa), e situam-se na faixa desde 0,3 até 10ms/k, caracterizando a existência de CP’s rápidos e lentos. Alguns fabricantes provêem recursos de hardware e software que possibilitam interrupções na varredura normal de forma a “ler” uma entrada ou “atualizar” uma saída imediatamente. Recursos de auto-diagnose para detecção e indicação de falhas (Comunicação, memória, bateria, alimentação, temperatura, etc.) são também disponíveis em alguns CP’s. Normalmente os indicadores estão localizados na parte frontal do cartão da UCP.

3.6.3 MEMÓRIAS Memória de Dados: também conhecida como memória de rascunho. Serve para armazenar temporariamente os estados E/S, marcadores presets de temporizadores/ contadores e valores digitais para que o CPU possa processá-los. A cada ciclo de varredura a memória de dados é atualizada. Geralmente memória RAM. Memória de Usuário: serve para armazenar as instruções do software aplicativo e do usuário (programas que controlam a máquina ou a operação do processo), que são continuamente executados pela CPU. Pode ser memória RAM, EPROM, EPROM, NVRAM ou FLASHEPROM.

Read Only Memory (ROM) A ROM (Read Only Memory) é uma memória apenas de leitura, isto é, a informação nela armazenada durante o processo de fabrico é permanente, não se perdendo quando se desliga a alimentação. Este tipo de memória é utilizado pelos fabricantes para armazenar de forma permanente dados estáticos e programas que irão ser necessários ao funcionamento do PLC. Geralmente, os PLCs raramente utilizam memória ROM nas suas aplicações, a não ser PLCs dedicados, que tem por objectivo o controle de apenas um pequeno grupo de tarefas. Random Acess Memory (RAM) Esta memória permite a leitura e escrita da informação, apresentando, no entanto a desvantagem de perder toda a informação quando se desliga. Esta memória é utilizada para armazenar temporariamente a informação que circula no PLC e os dados que refletem o mundo exterior e a execução do programa.

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Programmable Read Only Memory (PROM) É um tipo especial de ROM que pode ser programada. Normalmente é utilizada para guardar de forma permanente os dados armazenados na RAM. Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) Este tipo de memória armazena os dados de forma permanente, mas diferencia-se das memórias anteriores pelo fato de ser possível re-programar o seu conteúdo. As EPROM possuem uma pequena janela sobre o array de memória, que exposto a uma fonte de luz ultra-violeta apaga todo o conteúdo da memória. Esta operação tem uma duração média de 20 minutos. Após a EPROM ter sido apagada, é possível voltar a escrever dados para a memória, normalmente através da transferência de programas para o seu interior, utilizando um dispositivo electrónico adequado. Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) O conteúdo deste tipo de memória pode ser de novo programado, utilizando um terminal de programação de PLC, e após todo o seu conteúdo ter sido eliminado, operação que demora 10 milisegundos. É utilizada para armazenar o programa de controlo que se pretende realizar. 3.6.4 INTERFACES DE ENTRADA/SAÍDA O hardware, de E/S, freqüentemente chamado de módulos de E/S, é a interface entre os dispositivos conectados pelo usuário e a memória de dados. Na entrada, o módulo de entrada aceita as tensões usuais de comando (24VCC, 110/220 VCA) que chegam e as transforma em tensões de nível lógico aceitos pela CPU. O módulo de saída comuta as tensões de controle fornecidas, necessárias para acionar vários dispositivos conectados. Os primeiros CP’s, como já mencionado anteriormente, eram limitados a interfaces de E/S discretas, ou seja, admitiam somente a conexão de dispositivos do tipo ON/OFF (liga/desliga, aberto/fechado, etc.), o que, naturalmente, os limitavam um controle parcial do processo, pois, variáveis como temperatura, pressão, vazão, etc., medidas e controladas através de dispositivos operados normalmente com sinais analógicos, não eram passíveis de controle. Todavia, os CP’s de hoje, provêem de uma gama completa e variada de interfaces discretas e analógicas, que os habilitam a praticamente qualquer tipo de controle. As entradas e saídas são organizadas por tipos e funções, e agrupadas em grupos de 2, 4, 8, 16 e até 32 “pontos” (circuitos) por interface (cartão eletrônico) de E/S. Os cartões são normalmente do tipo de encaixe e, configuráveis, de forma a possibilitar uma combinação adequada de pontos de E/S, digitais e analógicas. A quantidade máxima de pontos de E/S, disponíveis no mercado de CP’s, pode variar desde 16 a 8192 pontos normalmente, o que caracteriza a existência de pequenos, médios e grandes CP’s. Embora uma classificação de CP’s devesse considerar a combinação de diversos aspectos (n.º de pontos de E/S, capacidade de memória, comunicação, recursos de software e programação, etc.), para propósitos práticos, podemos considerar a seguinte classificação: Micro e Mini CP´s; CP´s de pequeno porte; CP´s de médio porte; CP´s de grande porte.

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3.6.4.1 SINAIS DIGITAIS São sinais que variam continuamente no tempo assumindo apenas dois valores definidos e distintos. Podemos ainda encontrá-los subdivididos em dois tipos:

Single bit Dispositivos deste tipo apresentam sinais que poderão ser representados por bits individuais. Exemplos: botões, chaves seletoras, chaves fim-de-curso, pressostatos, termostatos, chaves de nível, contatos de relês, contatos auxiliares de contatores, alarmes, solenóides, lâmpadas, bobinas de relês, bobinas de contatores, etc.

Multi bit Dispositivos deste tipo apresentam sinais representados por bits agrupados em conjunto, formando assim o que chamamos de “palavra binária”. Exemplos: encoder absoluto, chave thumbwheel, etc.

Figura 3 – Configurações típicas para interfaces de entrada digital.

Figura 4 – Configurações típicas para interfaces de saída digital.

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3.6.4.2 SINAIS ANALÓGICOS São sinais que variam continuamente no tempo. Exemplos: potenciômetros, transdutores de temperatura, pressão, célula de carga, umidade, vazão, medidores, válvulas e atuadores analógicos, acionamentos de motores, etc. As figuras abaixo apresentam uma idéia básica de como estas interfaces são implementadas.

Configuração

CPU Canais

Conversor A/D Registradores

Figura 5 – Configuração típica de uma interface de entrada analógica.

Configuração

CPU Canais

Conversor D/A Registradores

Figura 6 – Configuração típica para interfaces de saída analógica.

As entradas do CLP captam as informações sobre os estados do processo.

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3.6.5 DIRECIONAMENTO A declaração de uma determinada entrada ou saída dentro do programa é chamada de direcionamento. As entradas e saídas dos CLPs estão compreendidas em geral, em grupos de 8 entradas ou saídas digitais. Estas 8 unidades são denominadas Bytes. Para tratar uma entrada ou uma saída, tem-se que descompor este byte em 8 bits individuais. O CLP que é descrito na figura seguinte tem as entradas 0 e 1, e como saídas os bytes 4 e 5 se descreve a continuação as entradas: byte 0 e 1; assim como as saídas: byte 4 y 5.

Figura 7 – Distribuição de entradas e saídas digitais num S7-300

Para o exemplo da figura, a quarta entrada corresponde ao endereço absoluto E0.3 (Em alemão) e I0.3 (Em Inglês). Os endereços do byte e do bit estão separados por um ponto. Para a primeira saída o endereço é A4.0 (Em alemão) e Q4.0 (Em inglês). A décima saída corresponde a Q5.2.

3.7 PERIFÉRICOS Dentre os diversos equipamentos periféricos ao CP’s podemos destacar os de programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa de controle na memória do CP e a visualização e documentação do mesmo. Os equipamentos de programação mais comumente utilizados são os seguintes:

3.7.1 TERMINAL INTELIGENTE Sendo microprocessado, é capaz de executar funções de edição de programas e outras independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua própria memória com software para criação, alteração e monitoração dos programas. A grande vantagem é a de poder também editar e armazenar os programas de controle sem estar acoplados ao CP. Esta capacidade é conhecida como programação “off-line”. Em geral, estes terminais possuem acionadores de ”Floppy-Disks” (discos flexíveis) e programadores de EPROM’s o que possibilita também o arquivo de programas tanto em FloppyDisks como em EPROM’s.

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Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acoplá-los às redes locais de comunicação. Este arranjo permite o terminal acessar qualquer CP na rede, alterar parâmetros ou programas, e monitorar quaisquer elementos sem estar acoplado diretamente a qualquer CP. Com software adequado, este arranjo pode permitir também um meio centralizado de aquisição e apresentação, inclusive gráfica, dos dados dos diferentes controladores da rede. Uma desvantagem, é que estes terminais não são intercambiáveis entre diferentes fabricantes de CP’s.

3.7.2 MICROCOMPUTADORES Com o advento dos microcomputadores pessoais (PC’s) e com a crescente utilização dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes desenvolveu softwares especiais que possibilitaram utilizá-los também como programadores tanto “on line” como “off line”. A grande maioria destes softwares foi desenvolvida com base na linha de micros compatíveis com os IBM-PC’s, facilitando inclusive a compilação de programas em linguagens de alto nível (BASIC, C, PASCAL, etc.). Há atualmente uma acentuada utilização destes equipamentos com CP’s, principalmente como Interface Homem-Máquina/Processo no nível de Supervisão do controle de processos, tema este que abordaremos no capítulo 6.

3.7.3 MINI PROGRAMADORES (TERMINAIS DE BOLSO) São bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras de mão. Este equipamento é preferencialmente utilizado para aplicação no campo, para testes e parametrização. 3.7.4 OUTROS PERIFÉRICOS Ainda dentro da família de equipamentos periféricos aos CP’s podemos destacar os seguintes: INTERFACE HOMEM/MÁQUINA: Com dimensões reduzidas, são utilizados princi palmente para introdução e visualização de dados e mensagens. São compostos de um teclado numérico-funcional, muitas vezes do tipo membrana, e de display alfanumérico, sendo gerenciados por um microprocessador. IMPRESSORAS: São utilizadas normalmente para prover cópia do programa de controle e geração de relatórios e mensagens ao operador. A comunicação é feita normalmente através de interfaces de comunicação serial padrão RS 232C. INTERFACEAMENTO DE PERIFÉRICOS

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COMUNICAÇÃO SERIAL: É a mais comumente utilizada para a maioria dos periféricos e é feita utilizando-se simples cabos de par traçado. Os padrões mais utilizados são o RS 232C, loop de corrente 20mA, e o RS-422/RS-485 em alguns casos. RS-232C: Este padrão define basicamente as características dos sinais elétricos, bem como os detalhes mecânicos (pinagem) da interface. É empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/seg) e distância máxima de 15 metros. (Com a utilização dos modens esta distância pode ser ampliada). RS-422/RS-485: É uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita, princi palmente, o emprego de velocidade de transmissão de até 100k baud para distância de até 1200m, podendo alcançar velocidades da ordem de MBaud para distâncias menores. LOOP DE CORRENTE 20mA: A interface de loop de corrente é idêntica a RS-232C e, evidentemente como é baseada em níveis de corrente em vez de tensão, possibilita o emprego em distâncias bem maiores. Muitos CP’s oferecem ambos os padrões, RS-232C e loop de corrente.

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3.8 INTRODUÇÃO Á PROGRAMAÇÃO 3.8.1 LÓGICA MATEMÁTICA E BINÁRIA A lógica matemática ou simbólica visa superar as dificuldades e ambigüidades de qualquer língua, devido a sua natureza vaga e equívoca das palavras usadas e do estilo metafórico e, portanto, confuso que poderia atrapalhar o rigor lógico do raciocínio. Para evitar essas dificuldades, criou-se uma linguagem lógica artificial. A lógica binária possui apenas dois valores que são representados por: 0 e 1. A partir desses dois símbolos construímos então uma base numérica binária. A partir desses conceitos foram criadas as portas lógicas, que são circuitos utilizados para combinar níveis lógicos digitais de formas específicas. Neste curso aprenderemos apenas as portas lógicas básicas: AND, OR e NOT.

Os CLPs vieram a substituir elementos e componentes eletro-eletrônicos de acionamento e a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvidos por eletro técnicos e profissionais da área de controle, esta linguagem é denominada linguagem de contatos ou simplesmente LADDER. A linguagem Ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais, seqüenciais e circuitos que envolvam ambas, utilizando como operadores para estas lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros numéricos. A seguinte nos mostra os 3 principais símbolos de programação.

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Para entendermos a estrutura da linguagem vamos adotar um exemplo bem simples: o acionamento de uma lâmpada L a partir de um botão liga/desliga Na figura 3 temos o esquema elétrico tradicional, o programa e as ligações no CLP. Para entendermos o circuito com o CLP, vamos observar o programa desenvolvido para acender a lâmpada L quando acionamos o botão B1.

O botão B1, normalmente aberto, está ligado à entrada I0.0 e a lâmpada está ligada à saída Q0.0. Ao acionarmos B1, I0.0 é acionado e a saída Q0.0 é energizada. Caso quiséssemos que a lâmpada apagasse quando acionássemos B1 bastaria trocar o contato normal aberto por um contato normal fechado, o que representa a função NOT. Podemos desenvolver programas para CLPs que correspondam a operações lógicas combinacionais básicas da álgebra de Boole, como a operação AND. Na área elétrica a operação AND corresponde à associação em série de contatos, como indicado na figura 4.

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Outra operação lógica básica é a função OR, que corresponde à associação em paralelo de contatos, como indicado na figura seguinte.

3.9

CONFIGURAÇÃO E USO DO S7 –300 O SIMATIC S7-300 é um grupo de módulos para o desenvolvimento de sistemas de automatização e oferece o seguinte grupo de módulos: • O módulo central (CPUs) com diferentes contenídos, alguns com entradas/saídas integrados (p.e. CPU312IFM/CPU314IFM) o una interface PROFIBUS integrada (p.e. CPU315-2DP) • Fonte de alimentação • Expansão de módulos de trabalho IM para a configuração de varias linhas de S7300 • Módulos ou cartões de I/O digitais e analógicas. • Módulos ou cartões para funções especiais FM (p.e. regulação de motores). • Processadores de comunicação CP, para conexão de rede.

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Interface MPI: Cada CPU tem uma interface MPI para a conexão da linha de programação. Encontra-se normalmente em frente da CPU. Em função da posição do seletor são determinadas as funções do programa (PG). Os seguintes modos de operação são possíveis:

Para poder resetar o CLP é necessário manter o seletor 3 segundos na posição MRES, depois voltar para a posição STOP e depois novamente para a posição MRES por um instante. Quando volte para a posição STOP o led do indicador STOP deverá ligar intermitentemente; o CLP neste instante estará resetado.

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4. CRIAÇÃO DE UM PROJETO NO STEP 7 A administração do documento efetua-se no STEP 7 através ‘Administrador SIMATIC’. Neste ambiente podem-se copiar blocos de programas, declarar variáveis, configurar o hardware, em geral administrar as especificações do projeto. Para iniciar o trabalho no STEP 7 é necessário clicar duas vezes no ícone mostrado na seguinte figura:

Figura 8:Ícone de acesso ao administrador Simatic Posteriormente aparecerá uma janela de introdução do assistente do projeto, se deseja criar um novo projeto clica no botão Next. Se você quer visualizar o último projeto clique no botão Cancel e o administrador mostrará o último projeto.

Figura 9: Apresentação do assistente para criação de projeto

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No próximo passo se deverá escolher o tipo de CPU a ser usado no projeto. Neste caso estamos usando a CPU313C-2DP, com endereço MPI igual a dois. Após da escolha clique no botão Next.

Figura 10: Escolha do tipo de CPU a ser usado no projeto No seguinte passo escolha o bloco OB1 e selecione como linguagem de programação o Ladder (LAD).

Figura 11: Escolha dos blocos de programação 68

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Agora daremos o nome S7_Proj1 ao projeto, depois clique no botão finish.

Figura 12: Nomeação do projeto Em seguida temos a seguinte janela, mostrando o ambiente de desenvolvimento do administrador Simatic.

Figura 13: Ambiente do administrador Simatic 69

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O programa é escrito num determinado bloco. Por defeito esta no bloco OB1. Este bloco representa o programa principal e é chamado ou executado ciclicamente. Desde este bloco podemos chamar automaticamente outros programas ou funções como, por exemplo, a função FC1.

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4.1 EXEMPLO: No seguinte diagrama elétrico temos o circuito de comando e de força para o arranque de um motor trifásico. O exemplo consiste em substituir este projeto feito a relé por um CLP. Neste exemplo mostraremos o circuito equivalente do CLP para poder ligar o motor, e também os passos para poder fazer o programa.

Figura 14: Circuito de comando e força de um arranque direto para um motor trifásico Antes de iniciar a programação é conveniente relacionar as entradas, que neste caso são as botoeiras e o relê térmico com os endereços do controlador. Assim como as entradas as saídas também terão que ser relacionadas, para este exemplo as saídas serão o contator KM1 e a Lâm pada MotLigado.

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4.1.1 LIGAÇÃO DAS ENTRADAS E SAÍDAS NO CLP. Depois de preencher salve o documento e feche a janela do editor. È importante que conheçamos como será a substituição física do circuito de comando pelo circuito do CLP. A figura seguinte mostra a ligação respetiv a.

Figura 15:ligação de entradas e saídas no CLP

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4.1.2 EDIÇÃO SIMBÓLICA DO PROGRAMA – TABELA DE EDIÇÃO Nos controladores da Siemens existe um editor para poder declarar os operadores sim bólicos (nomes na planta) e relacioná-los com os operadores absolutos (endereços no CLP). Siga os passos mostrados na figura de baixo para iniciar este procedimento.

Figura 16: Passos para abrir o editor simbólico Preencher no editor simbólico os dados mostrados na figura seguinte.

Figura 17: Editor Simbólico

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4.1.3 PROGRAMAÇÃO Clicar duas vezes no OB1 para poder começar com o editor Ladder. Neste ambiente será desenvolvido o programa.

Figura 18: Editor de ProgramaçãoLadder Agora nosso trabalho se resume à elaboração do programa. Como foi dito o bloco OB1 é usado para administrar os blocos de programação. Neste exemplo, a lógica do nosso programa estará numa Função FC1 e o bloco de organização OB1 chamará este ciclicamente.

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Vamos para o administrador Simatic e criamos a função FC1 como é mostrado na figura. Clicar no menu Insert/S7 Block/ 3Function.

Figura 19: Criação de uma função Selecionar a linguagem de programação Ladder e clicar no botão OK. È conveniente comentar os blocos de programação, mas como este exemplo é bastante pequeno não faremos o comentário.

Figura 20: Seleção de propriedades na Criação de uma função 75

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Clicar duas vezes no ícone FC1 para poder entrar no Editor ladder.

Figura 21: Administrador Simatic com os blocos OB1 e FC1 Uma vez no editor ladder clicar na linha de programação para ativar

Figura 22: Editor Ladder, Exemplo1 Ativação dos comandos Básicos.

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Clicar no contato NF como mostra a figura.

Figura 23: Programando o Exemplo 1 - Contato NF

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Relacionar o contato com os símbolos criados.

Figura 24: Atribuição de um operador Simbólico a um contato

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Selecionar Q1 que corresponde ao endereço I124.2

Figura 25: Atribuição de um operador simbólico a um contato

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A seguinte figura mostra o programa concluído. Da mesma forma continue inserindo todos os elementos do programa até sua conclusão. Para poder visualizar ou não as informações adicionais simbólicas clicar no menu View/Display with/Simbol Information.

Figura 26: Visão geral do programa do exemplo1 O recomendável agora é salvar seu programa para evitar perdas inconvenientes. Não esqueça de incrementar a linha de comando da lâmpada de indicação.

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Agora que já temos o programa feito na função FC1, temos que chamar esta função desde o bloco de organização OB1. Desta forma FC1 será executada ciclicamente. Para isto abrir o editor ladder do bloco OB1 e inserir a função FC1, como é mostrado na figura.

Figura 27: Inserção de FC1 em OB1 Nosso exemplo esta pronto, OB1 chamará à função FC1 continuamente executando o programa. Não esqueça de salvar as continuamente as mudanças.

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5. SIMULAÇÃO DE PLC´S COM O PLCSIM A simulação consiste em executar o teu programa sem necessidade de ter o Hardware, quer disser o CLP, fonte, cabos, cartões de I/O, etc. Isto permite ao programador testar a lógica do seu programa antes de implementá-lo com o hardware. Imaginemos se não tivéssemos esta alternativa, teríamos que fazer os testes diretamente no campo. Claro que sempre será necessário, mas com a simulação podemos diminuir uma quantidade significativa de erros. Os programas dos CLPs siemens podem ser simulados usando o software S7-PLCSIM. 5.1

O SOFTWARE S7-PLCSIM É compatível com os CLP´s S7-300 e S7-400. Este software pode ter diferentes fun-

ções: • • •

•

Teste de funções ou módulos pequenos que ainda não são possíveis de ser testados num determinado processo. Teste de programas em aplicações críticas, quando não é recomendável fazer o teste no campo. Nas diferentes indústrias existe a necessidade de paradas para efeitos de manutenção e incrementos. Para isto é interessante que os funcionários trabalhem com rapidez para não perder produção. Situações onde existem CLPs controlando um processo podem ser simuladas para ganhar tempo e precisão na implementação. Para fins de treinamento.

Algumas Características: • O PLCSim é compatível com o programa básico STEP 7. • Os projetos podem ser testados para todas as estações S7-300 e S7-400. • Não permitem a simulação do módulo funcional (FMs) nem processador de comunicação (CPs). Estes não podem ser simulados. • O tempo de execução das funções não corresponde com o tempo real, este tempo depende da velocidade do processador do computador e não dos CLPs.

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5.2

SIMULANDO O EXEMPLO 1 A simulação deve ser feita sem que o CLP esteja conectado no computador. Primeiro devemos de ter um projeto aberto, neste caso usaremos o primeiro exemplo. Abrimos o primeiro projeto no menu File/Open e procuramos o projeto S7_Proj1 e na janela clicamos no botão Ok.

Figura 28: Abrindo um projeto Com o Projeto aberto clicamos no botão

que ativará ou desativará a simulação.

Figura 29: Ativação da simulação

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5.2.1 INSERÇÃO DE ENTRADAS E SAÍDAS Podemos simular estímulos de entradas e visualizar o efeito nas saídas. Para as entradas clicar no ícone ou no menu Insert/Input Variable, para as saídas clicar no botão ou no menu Insert/Output Variable.

Figura 30: Inserção de entradas e saídas no PLCSim Uma vez inseridas terá que ser especificada a variável byte que esta sendo usada. Para nosso exemplo a variável de entrada é IB124 e a de saída QB124. A configuração deverá ficar como é mostrada na figura seguinte.

Figura 31:Configuração de entradas e saídas no PLCSim para o exemplo1

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5.2.2 COMO CARREGAR O PROGRAMA NO PLCSIM? Uma vez que o programa esta pronto é hora de carregar o programa ao CLP virtual que é o PLCSim, para isto o PLCSim deve estar no modo Stop. Também é necessário selecionar os programas que serão transferidos. Agora podemos clicar no botão (download).

Figura 32: Carregando o programa no PLCSim

5.2.3 ESTIMULANDO AS ENTRADAS E OBSERVANDO AS SAÍDAS Chegou a hora de observar nosso programa sendo simulado. O PLCSim deverá estar no modo Run ou Run-P.

Figura 33: Estimulação no PLCSim

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5.3 MONITORAMENTO DO PROGRAMA, VISUALIZAÇÃO ON-LINE DO PROGRAMA Clica duas vezes o ícone da função FC1, então estará no editor ladder do Exemplo 1, para poder visualizar o programa On-line clica no botão (monitor on/off) .

Agora podemos estimular as entradas no PLCSim e observar melhor o que esta acontecendo em nosso programa. Tire suas conclusões.

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5.4 EXERCÍCIOS: 5.4.1 INVERSÃO DE MARCHA DE MOTOR Em certos trabalhos é necessário inverter o sentido de rotação do motor, como são os casos dos tornos mecânicos, pontes rolantes, etc. O esquema representa um desses circuitos. A inversão do sentido e rotação é feita através de dois contatores, um para o arranque num sentido -KM1 e o outro para a inversão do sentido de rotação -KM2, a qual se consegue por troca de duas fases na alimentação do motor .

Da mesma forma como foi feito no exemplo 1, pede-se: • O circuito equivalente com CLP para substituir o circuito de comando. • Fazer o projeto no Step 7, usando os operadores simbólicos mostrados no desenho. Sendo que o botão  será STOP,  SeHor (Sentido horário) e  SeAntHor (Sentido Anti-Horário). Use o bloco OB1 para chamar a função FC1 onde estará o programa da inversão de sentido. • Simule o funcionamento do seu programa.

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5.4.2 AUTOMAÇÃO DE UMA BOMBA DE SUCCÇÃO PARA ELEVAÇÃO DE AGUA 5.4.2.1 SITUAÇÃO 1: Neste exercício o objetivo é manter sempre cheio o tanque 2, para isto devemos de controlar o acionamento da Bomba. O projetista deverá fazer um programa para que quando o sensor de nível baixo do tanque 2 for acionado, ligue a bomba sempre que o sensor LSH_T1 esteja acionado. O tanque 2 só devera encher, quando o tanque o esteja completamente cheio. O acionamento do sensor LSL_T2 deverá enviar uma ordem para ligar a bomba. O desligamento da bomba será feito quando o sensor LSL_T1 seja acionado indicando que o tanque 1 esta sem suficiente água.

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5.4.2.2 SITUAÇÃO 2: Esta situação tem uma pequena diferença com a situação 1 deste exercício, porque temos 2 sensores no tanque 2 e só 1 no tanque 1. Devemos de manter o nível do tanque 2 entre os níveis dos sensores LSL_T2 (chave de nível baixo do tanque 2) e LSH_T2 (chave de nível alto do tanque 2), para isto considere: • Quando o sensor LSL_T2 seja acionado a bomba deverá ligar. • A bomba só pode ligar em quanto o tanque 1 tiver água, esta situação é verificada pelo sensor LSL_T1. • Quando o sensor LSH_T2 seja acionado a bomba deverá ligar, porque o tanque 2 estará cheio. • Considere que todos os sensores são normalmente abertos N.A.

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5.4.3 MISTURADOR Um misturador permite a seleção entre 2 materiais através de um seletor S2. Na posição 1 (S2 = 0), o material A passa para o tanque de mistura se o botão S1 esta atuado simultaneamente. Com o seletor S2 em posição 2 (S2=1) e S1 atuado o material B passa para o tanque de mistura. As Válvulas solenóides VA e VB permitem a passagem dos materiais.

5.4.4 SELETOR DE CAIXAS Em uma esteira são transportadas caixas de três tamanhos diferentes ( tamanho 1, tamanho 2 e tamanho 3); As caixas passam por três sensores ópticos SZ1, SZ2 e SZ3 (barreira de luz); A operação inicia após ser pressionado um botão liga “I” e é interrompido pelo botão desliga “O”; A escolha do tamanho da caixa a ser selecionada é definida por uma chave seletora de três posições (contatos NA denominados S1, S2 e S3); Assim se for selecionado o tamanho 1, a esteira deve parar e ativar um sinaleiro H1 se for detectada uma caixa no tamanho 2 ou tamanho 3; Nesta situação a caixa no tamanho indesejado será retirada manualmente pelo operador, que deverá reiniciar a operação pressionando novamente o botão liga “I”; Obs.: A esteira é acionada pelo motor de indução M1 (sistema de partida: SSW) H1 SZ1

SZ2 SZ3

-S1

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2

3

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5.5 AS FUNÇÕES SET E RESET Descrição da operação

---( S ) (Ativar bobina) é executado quando o RLO (resultado lógico) das operações anteriores é "1" (fluxo de corrente na bobina). Se o RLO é "1", o indicado do elemento será igual a "1". Um RLO = 0 não tem efeito algum, de forma que o estado do sinal atual do operando indicado do elemento, não é alterado. ---( R ) (Desativar saída) é executado se o RLO das operações anteriores é "1" (fluxo de corrente na bobina). Se existir corrente na bobina (RLO é "1"), o indicado do elemento será igual a "0". Um RLO = "0" (= não existe fluxo de corrente na bobina) não tem efeito algum, de forma que o estado do sinal do operando indicado do elemento, não muda. O tam bém pode ser um temporizador (N.° de T). Nesta situação o valor da temporização será "0". Também podemos resetar contadores (N.° de Z) e quando acontecer o valor da contagem será "0".

Figura 34: Semelhança das bobinas e das funções Set e Reset Na figura anterior podemos observar a equivalência de um pequeno exemplo usando Set e Reset.

5.5.1 EXERCÍCIOS: Refazer os exercícios de inversão de sentido se motor e do misturador, usando para isto só as funções Set e Reset.

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6. USO DE TEMPORIZADORES 6.1

TEMPORIZADORES COM RETARDO NA CONEXÃO

Quando temos um flanco de subida na entrada S (Set) o temporizador começa contando o tempo. Para iniciar o temporizador tem que se produzir uma mudança de sinal. O temporizador continua contando sempre em quando a entrada de S siga sendo positiva. O estado na saída Q será 1 se o tempo transcorrido igualou ou superou o tempo estabelecido na entrada TV/TW e se a entrada S continua em “1”. Se o estado da entrada S muda de “1” para “0”, com o temporizador contando o tempo, o sinal de saída Q será igual a “0”. O temporizador vai para “0” se a entrada de desativação R do temporizador for para "1" enquanto funciona o temporizador. O valor de temporização e a base de tempo vão para “0”. Então o estado do sinal na saída Q é "0". O temporizador também vai para “0” se a entrada R for "1", Q será igual a “0”. O valor de temporização atual esta nas saídas BI/DUAL e BCD/DEZ. O valor de tem porização na saída BI/DUAL está em código binário, o valor na saída BCD/DEZ está em formato decimal codificado em binário.

Figura 35: Diagrama das Características dos temp. com retardo na conexão

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6.1.1 EXERCÍCIOS: 6.1.1.1 DESCRIÇÃO DE PROGRAMA USANDO TON´S Fazer o seguinte programa no Bloco OB1 sem usar operadores simbólicos e usa o PLCSim para descrever o seu funcionamento.

6.1.1.2 SEMÁFORO Elaborar um projeto para que o CLP controle um semáforo de 3 lâmpadas.

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6.2

TEMPORIZADOR COM RETARDO NA DESCONEXÃO Símbolo

Quando temos um flanco de subida na entrada S (Set) o temporizador é iniciado. Para iniciar o temporizador tem que se produzir uma mudança de sinal. A saída Q será "1" se a entrada S é "1", e enquanto o temporizador esteja contando. A contagem do tempo se reinicia quando a entrada S vai de “0” para “1”. O tempo começa a ser contado quando a entrada S passa de 1 para zero. Quando o tempo termina de ser contado a saída Q volve novamente para o estado “0”.O temporizador para se o estado do sinal na entrada S muda de "0" a "1". Em outras palavras quando a entrada S vai para “1” a saída que vale “1”. O tempo começa a ser contado quando S vai de “1” a “0”, se neste processo de contagem volta-se para “1” este reinicia a contagem.

Figura 36:Diagrama das Características dos temp. com retardo na desconexão

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6.2.1 EXERCÍCIOS: 6.2.1.1 CONTROLE DE UMA LÂMPADA NUMA ESCADA Quando um sensor de presença detecte a presença de uma pessoa numa escada, a lâm pada desta deverá de acender, depois de 5 segundos de que a pessoa passe a lâmpada desliga. Faça um projeto usando um temporizador com retardo na desconexão. 6.2.1.2 DESCRIÇÃO DO PROGRAMA Fazer o seguinte programa no Bloco OB1 sem usar operadores simbólicos e usa o PLCSim para descrever o seu funcionamento.

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6.3 EXERCÍCIOS: 6.3.1 SEMÁFORO NUM CRUZAMENTO Utilizando seu conhecimento em temporizadores, automatizar o sinal de trânsito. Simule no PLCSim

Green = O:2/02

Red = O:2/00 Green = O:2/06

Amber = O:2/05

8 sec.

4 sec.

Amber = O:2/01

R

Red = O:2/04 1s

8 sec.

4 sec.

1s

<-------------------------------- Tempo em segundos ------------------------------>

6.3.2 OUTRO MÉTODO DE USO DE TEMPORIZADORES Faça o seguinte programa e descreva o funcionamento da função SD.

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6.3.3 PORTÃO ELETRÓNICO Quando o sensor S5 detecte a presença de uma pessoa a porta abrirá rapidamente até que o sensor S3 seja atingido, onde a velocidade diminui quando chegue a S4 este para, espera 15 segundos e o portão fecha. Chegando a S2 a velocidade diminui e em S1 o portão para.

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6.3.4 GUINDASTE Pressionando o botão S1 o guindaste vai para a esquerda até o fim de curso S5 onde para, só o botão S3 faz ao guindaste retornar até a posição S6. O botão S2 envia o guindaste para a direita até S7 e para retornar só o botão S4 faz este retornar até S6.

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7. USO DE CONTADORES E COMPARADORES 7.1

CONTADORES DE INCREMENTO OU UP Símbolo:

Quando a entrada S seja “1” o valor da contagem tomará o valor predeterminado na entrada PV. Com o primeiro pulso na entrada CD o contador se incrementará em um valor, com o seguinte flanco de subida será incrementado em outra unidade. Sempre em quando o valor da contagem seja menor eu 999. Quando a entrada R for “1” o número da contagem irá para “0”. A saída Q será “1” quando o valor da contagem seja diferente de “0”. Quer disser só será “0” quando o valor da contagem seja “0”. O valor da contagem atual esta presente nas saídas CV/DUAL e CV_BCD/DEZ. O valor da contagem na saída CV/DUAL está em formato hexadecimal, o valor na saída CV_BCD/DEZ está em formato BCD.

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7.2

CONTADOR DE DECREMENTO – DOWN Símbolo:

Este contador é semelhante ao contador de incremento, com a diferença de que a entrada CD serve para decrementar o contador. Quando o valor da contagem esteja em zero um pulso na entrada CD não fará diferença.

7.2.1 USO DO CONTADOR DE DECREMENTO E INCREMENTO EM CONJUNTO. Faça o seguinte programa e experimente na simulação para ver que acontece:

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7.3

CONTADOR DE INCREMENTO E DECREMENTO O formato é parecido aos outros contadores com a diferença que num bloco só, temos entradas de incremento e decremento. Como sempre a saída Q ligará quando o valor da contagem seja diferente de zero. No seguinte exemplo vemos que a cada pulso da entrada I124. 4 o valor da contagem se incrementa numa unidade. Com cada flanco de subida da entrada I124.0 o valor da contagem se decrementa Numa unidade.

Figura 37: Exemplo do contador de decremento e incremento

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7.4

COMPARADORES As funções de comparação podem prestar um grande serviço ao programador, porque Server para poder comparar valores analógicos para poder entregar como resultado um valor booleano (verdadeiro ou falso). Entre os operadores mais conhecidos podemos mencionar: Ação

STEP 7 Identificador

Menor que

LT

Menor que ou igual

LE

Maior que

GT

>=

Maior que ou igual

GE

==

Igual

EQ

!=

Diferente

NE

Operador < <= >

Quando se trata de comparação de números de 16 bits é incrementada ao identificador a letra I. Por exemplo, para o operador > (maior que) usamos o comando GT_I. Para comparar valores tipo dupla palavra, incrementar a letra D, e para números com vírgula decimal a letra R. No exemplo da figura observaremos que quando o valor da contagem esteja entre 5 e 15 a saída Q124.1 estará ligada.

Figura 38: Exemplo de comparadores e contadores

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7.5 EXERCÍCIOS: 7.5.1 EMPACOTADOR DE FRUTAS Considere a seguinte etapa de empacotamento de frutos. Ao pressionar o botão de pressão ON a seqüência é iniciada. O motor B fica ativo até que uma caixa fique posicionada para enchimento. Esse posicionamento é identificado pela ativação do sensor B. O motor A é então ativado até que seis frutos tenham passado pelo sensor A. Quando este evento ocorrer o motor A pára e o motor B é ativado posicionando uma nova caixa. O processo é cíclico podendo ser interrompido pressionando para isso o botão OFF. Esboce um possível diagrama Ladder capaz de automatizar este processo.

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7.5.2 CARIMBADOR DE PEÇAS A peça é carimbada pela atuação do botão S1. Quando a peça avança devido ao avanço do cilindro 1.0, o cilindro 2.0 avança e carimba a peça. A peça requer de um tempo de 3 segundos para que o carimbo seja bem feito. Este tempo é iniciado desde que o cilindro 1.0 avança. Fazer a máquina de estados. Considerar que ligando Y11, 1.0 avança, com Y12 1.0 recua; com Y21 2.0 avança e com Y22, 2.0 recua.

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8. A LINGUAGEM SFC O SFC ou Grafset é um método gráfico de modelado e descrição de sistemas de automatismos seqüenciais. O SFC descreve graficamente o comportamento seqüencial de um programa de controle. É derivado das redes de Petri e da norma IEC 848 Grafcet, com as alterações necessárias para converter a representação de uma documentação padrão para um conjunto de elementos de controle de execução. O SFC estrutura a organização interna do programa e ajuda a decompor o problema de controle em partes gerenciáveis, enquanto mantém a sua visão geral. O SFC consiste de Passos, interligados com blocos de Ações e Transições. Cada passo representa um estado particular do sistema sendo controlado. Uma transição é associada com uma condição, a qual, quando verdadeira, causa a desativação do passo anterior à mesma e a ativação do passo seguinte. Passos são ligados com blocos de ações, desempenhando uma determinada ação de controle. Cada elemento pode ser programado em qualquer linguagem IEC, incluindo o próprio SFC. É possível o uso de seqüências alternativas e mesmo paralelas, tais como as normalmente usadas em aplicações de bateladas. Por exemplo, uma seqüência é usada para o processo primário, a segunda para a monitoração das restrições operacionais.

8.1 ELEMENTOS PRINCIPAIS DE UM SFC 8.1.1 ETAPAS OU ESTADOS A tarefa que se deseja realizar com o controle seqüencial divide-se em diferentes etapas. Nestas etapas são definidas as ações que executa o controle num estado determinado. Uma etapa pode estar em duas situações ativa ou inativa. Numa etapa ativa suas ações estão sendo executadas. Em cada instante podem existir etapas ativas e inativas Uma etapa inicial é executada quando o bloco do SFC é chamado, é a primeira etapa a ser executada.

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Toda etapa tem relacionado relacionado uma tarefa. Por exemplo, a ETAPA2 da da seguinte figura esta setando o operador simbólico “MSentD” e resetando “MSentE”.

Figura 39: Exemplo Exemplo da relação de tarefa e etapa etapa 8.1.2 TRANSIÇÕES: Permitem passar de uma etapa a outra.

Figura 40: Neste exemplo exemplo só uma etapa poderá ser selecionada selecionada No exemplo da seguinte figura observaremos que a etapa S2 esta ativa e que para passar para a etapa S3 a transição T2 deverá de ser verdadeira. A condição para que a transição T2 seja verdadeira é que S4 seja verdadeira também ou igual a 1.

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8.1.3 SALTO Os saltos são passos de uma transição qualquer dentro de uma mesma seqüência ou a uma etapa de outra seqüência do mesmo FB. Os saltos sempre estão depois de uma transição, finalizando a seqüência. Os saltos têm uma forma de flecha, na próxima figura podemos ver uma salto (1) que leva para o passo S1.

Figura 41: Exemplos Exemplos de salto

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8.1.4 SEQÜÊNCIAS SIMULTÂNEAS Compõem-se de vários ramos em paralelo. Uma transição pode ativar várias etapas em paralelo. Todo ramo ramo simultâneo termina com com uma etapa e pode se fechar fechar com uma transição. transição. Se todos os ramos simultâneos terminam com a mesma transição, está não ativará a próxima etapa até que todos os ramos ramos não terminem se ser executados. executados.

Figura 42: Seqüência Seqüência simultânea

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8.1.5 SEQÜÊNCIAS SELETIVAS (ALTERNATIVAS) Uma seqüência alternativa esta formado por vários ramos em paralelo. Os ramos alternativos começam com uma transição. Só será executado aquele ramo no qual a sua transição for ativada. Só pode ser ativado um ramo em cada caso. Todo ramos alternativo termina com uma transição, e pode ser fechado com uma etapa ou fim de cadeia ou salto.

Figura 43: Transições alternativas 8.1.6 FIM DE CORRENTE Um fim de corrente ao final de uma seqüência termina a seqüência. O ramo não é processado ciclicamente. Um fim de corrente ou ramo termina só com este e não significa que termine com os outros ramos que estão sendo processados. Os fins de correntes estão sempre após uma transição.

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8.2 EXEMPLO GENERALIZADO: O exemplo seguinte mostra um SFC para controlar dois sistemas de segurança duas portas. Uma porta requer o ingresso de dois dígitos no código, a segunda porta requer 3 dígitos. O sistema inicia quando este é energizada. Existe uma ação associada com o bloco inicial “ Start Block” que fecha a porta. Depois da etapa inicial, segundo o diagrama, duas etapas são ativadas a 1 e a 6.

Figura 44: Grafset de um sistema de segurança de duas portas

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8.3

USO DO S7-GRAPH Para mostrar a forma como podemos programar em linguagem SFC no ambiente Step 7, vamos a resolver o problema seguinte: Fazer o grafset e o programa ladder para que um carrinho tenha o percorrido mostrado. Ao ser pressionado o botão S1 (N.A) o carrinho deverá ligar o contator (KSenDir) até o sensor S4 ser atingido. Depois o CLP deverá desligar o contator KSenDir e ligar o contator KSenEsq. Quando o fim de curso S3 seja atingido KSenEsq desliga e liga o contator KSenDir. Quando S5 for acionado deverá ligar o contator que faz o motor ir para a esquerda até voltar à posição inicial.

8.3.1 CRIAR UM PROJETO Os projetos para controles seqüenciais não se diferenciam de outros projetos STEP7. a. Escolha o comando do menu File/New b. Dar o nome de Carrinho ao projeto, e pressionar o botão OK. Esta forma, de criar projeto, obriga ao programador a fazer a configuração do hardware. No projeto criado não configuramos nem escolhi mos nenhum tipo de CPU ou tipo de cartão.

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8.3.2 CONFIGURAÇÃO DO HARDWARE SEM O ASSISTENTE (WIZARD) Esta configuração é importante na medida de que o assistente não inclui os cartões de I/O ou outros periféricos a exceção da CPU. Quando o projeto precise ser modificado ou quando seja necessário fazer uma configuração de rede o projetista deverá necessariamente usar este recurso. 8.3.2.1 INSERÇÃO DA ESTAÇÃO OU CPU Inserir a CPU clicando no menu Insert/Station/Simatic 300 Station, também pode ser feito clicando com o botão direito a pasta do projeto no menu Insert New Object/Simatic 300 Station.

Figura 45: Inserção de uma estação Clicar duas vezes no ícone Simatic 300 para acessar à configuração desta CPU, lem bremos que existem vários tipos de CPUs da família Simatic-300.

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Clicar duas vezes no ícone

para entrar no programa de configuração de hard-

ware. Na seguinte figura esta sendo mostrado o ambiente para configurar o hardware relacionado ao projeto. No caso da CPU 313C-2DP é necessário inserir um Bastidor, que é a base onde são montados todos os elementos do CLP. O bastidor ou rack é dividido em Slot´s.

Figura 46:Inserção do Bastidor

Números de Slot: Os números de Slot no bastidor do S7-300 simplificam o endereçamento da série. O endereço inicial do módulo é determinado pela sua posição no bastidor. Slot1: Fonte de Alimentação. O módulo de fonte de alimentação não é absolutamente essencial. Um S7-300 pode ser alimentado com 24 v diretamente. Slot 2: Slot para CPU. Slot 3: Logicamente reservado para um módulo de interface (IM), para configurações multi-rack utilizando bastidores de expansão. Slot 4-11: O slot 4 é o primeiro slot que pode ser utilizado para módulos de I/O, processadores de comunicação (CP) ou módulos de função (FM). Nota: 4 bytes de endereço são reservados para cada slot. Se forem utilizados módulos DI/DO de 16 canais, dois bytes de endereço serão perdidos em cada Slot. Ex: • •

Um módulo DI no slot 4 inicia no byte de endereço 0. O primeiro Led de um módulo DO no slot 6 é definido por Q8.0

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Clicar no Slot 2 para selecionar a localização da CPU. Depois clicar duas vezes no modelo de CPU escolhido.

Figura 47: Inserção da CPU no bastidor Clicar no ícone e fechar o programa de configuração de hardware. Como esta CPU tem uma interface de rede ProfiBus DP aparece uma janela para configurar o endereço da CPU, como estamos estudando o CLP como uma unidade isolada, não nos preocupará por este detalhe e clicaremos no botão OK.

Figura 48: Propriedades da CPU para a rede ProfiBus DP 114

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Na figura seguinte esta sendo mostrada a configuração resultante. Podemos enxergar que os endereços de I/O da CPU 313C-2DP esta por defeito configurado, as entradas e saídas estão configuradas para os bytes 124 2 125. Esta configuração pode ser mudada.

Figura 49: Configuração do Hardware para o projeto Carrinho 8.3.3 CRIAR TABELA DE SÍMBOLOS Abrir o editor de símbolos e preencher com os símbolos usados no exercício:

Figura 50: Edição do exercício do carrinho

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8.3.4 CRIAÇÃO DE UM BLOCO DE FUNÇÃO FB Inserir um bloco de função, clicando no menu Insert/S7 Block/Function Block.

Figura 51: Inserção de um bloco de função Escolher a linguagem GRAPH e clicar no botão OK.

Figura 52: Configurando o bloco de função

Clicar duas vezes no ícone

na janela do administrador.

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8.3.5 A INTERFACE S7-GRAPH A interface do usuário esta dividido em 3 seções principais; • A área de trabalho (2) mostra a edição da seqüência. Onde se pode definir a estrutura da seqüência e onde se podem programar as condições e ações. • A janela de visão geral (5) proporciona uma visão geral da estrutura da seqüência de controle. • A janela de detalhes (6) proporciona uma informação específica para ajuda na programação como mensagens de compilação e endereços de funções entre outros.

Figura 53:Interface S7 - GRAPH Visualiza a seqüência, com esta opção podemos estruturar nosso programa. Mostra todas as seqüências podendo nomear os passos (STEPs) e especificar as transições.

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Visualiza só um passo ou etapa, podendo programar todos os detalhes nesta visualização.

Passos para Fazer o Programa seqüencial: Primeiro terá que estar selecionada a visualização da seqüência.. Inserta etapa mais transição. Selecione a transição e clique no ícone. Modifique o nome dos Step´s como se mostra na figura.

Clicar no ícone para que a última transição (Trans5) retorne à primeira etapa.

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8.3.6 PROGRAMAÇÃO DE AÇÕES E TRANSIÇÕES Selecionar a primeira etapa (ETAPA1) e clicar no ícone do lado para programas as transições e as ações. Selecione o programa Ladder no menu View/Lad, para poder trabalhar na linguagem Ladder. Clica com o botão direito do mouse sobre a etapa, e clicar com o botão esquerdo em Insert New Element/Action.

Agora devemos associar uma ação a esta etapa, começaremos desligando os acionamentos do motor. Para isto escolhemos duas ações reset como se mostra na figura.

Deverá ficar da forma como é mostrada na seguinte figura:

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Agora programaremos a transição da ETAPA1 para a ETAPA2. Esta transição só de pende do botão S1. As transições são feitas em Ladder, desta forma será necessário só um contato aberto do botão S1.

Agora já sabemos como programar transições e ações. Completa o programa de forma que fique como é mostrado na figura seguinte:

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Salva o programa com o botão On line . Boa sorte.

. Ativa o simulador faz o download e ativa o modo

8.4 EXERCÍCIOS: 8.4.1 SELETOR DE PEÇAS: A máquina de estados apresentada é a solução da máquina mostrada pede-se, fazer o programa.

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8.4.2 EMPACOTADOR: Discutir e propor uma solução para automatizar o processo seguinte:

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8.4.3 USINAGEM DE PEÇAS: Fazer o grafcet do seguinte processo: a. Existem dois motores B e T, o motor B serve para furação e o T para o deslocamento vertical. b. S1 é a posição inicial, S2 é a posição do início do furo e S1 é a posição inicial. c. Fazer o projeto para que o motor B ligue quando S2 for atingido, para isto o motor T deverá estar ligado. Quando S3 for atingido o motor T deverá de trocar de sentido. d. No retorno ao ser atingido S1, os dois motores B e T deverão desligar.

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9. SISTEMAS ASSOCIADOS Atualmente os controladores programáveis trabalham isoladamente, exceto em aplicações muito pequenas, e de maneira geral eles compõem com outros equipamentos um sistema integrado de controle. A seguir abordaremos algumas questões interessantes com relação a este aspecto.

9.1 REDES DE COMUNICAÇÃO A necessidade de interligação de vários equipamentos “inteligentes”, sejam eles CPs ou computadores, fez desenvolver-se o conceito de redes locais. A mesma tem aplicações em diversas áreas como automação de escritórios, comercial, bancária e industrial, com requisitos próprios para cada área. Uma rede local industrial deve possuir as seguintes características: - Capacidade para suportar controle em tempo real. - Alta integridade dos dados através de detecção de erro. - Alta imunidade a ruído. - Alta confiabilidade em ambiente desfavorável. - Adequação a grandes instalações. A fim de permitir processamento de dados (aquisição) centralizado e controle distribuído, adequando desta forma os tempos de varredura e capacidade de memória dos vários integrantes da rede, a mesma, bem como, os CP’s a ela acoplados, devem prover as seguintes funções: - Comunicação entre CP’s e outros centralizadores (um outro CP, computador, etc.). - Transferência de dados de um terminal ou computador a qualquer CP. - Transferência de dados de qualquer CP a um terminal ou computador. - Operação de leitura/escrita de valores de registros de E/S de qualquer CP. - Monitoração de estado do CP e controle de sua operação. As redes de comunicação de CP’s existentes no mercado caracterizam-se pela diversidade das técnicas adotadas (topologias, métodos de acesso, protocolos, etc.) e capacidade de transmissão, com velocidades de 19.2 KBaud à até 2M baud. A topologia de uma rede define como os nós (no caso, os CP’s, computadores, terminais, etc.) estão conectados à mesma, e pode configurar-se basicamente de três formas: Estrela, Barramento Anel, onde os fatores desempenho do fluxo de dados, custos de implementação e confiabilidade, variam com o uso de uma ou outra configuração, sendo muitas vezes utilizada uma composição das mesmas. Como já mencionado anteriormente, a topologia tipo barramento requer que seja definido o método no qual um CP possa acessar a rede para a transmissão de uma informação.

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Os métodos mais comumente utilizados são: “POLLING (ELEIÇÃO), DETECÇÃO DE COLISÃO e “TOKEN PASSING” (PASSAGEM DE FICHAS) Os tipos atualmente mais utilizados em CP’s são os cabos de par trançado e coaxiais. Os primeiros, bem mais baratos, em aplicações ponto-a-ponto podem cobrir distâncias de até 1200 metros, com velocidades de até 250k baud. Todavia, em aplicações com topologia de barramento comum, a velocidade máxima de transmissão recomendada é de 19.2 kBaud. Em algumas aplicações já se utiliza fibra ótica, porém os custos envolvidos com esta tecnologia ainda são elevados. Podemos dizer que, basicamente, um protocolo é um conjunto de regras que devem ser atendidas para que dois ou mais equipamentos “inteligentes” possam se comunicar, e cada fabricante de CP possui a sua “regra”, ou seja, seu protocolo de comunicação. Esta incompatibilidade nos protocolos dos diversos fabricantes tem dificultado a necessidade crescente de interconexão de seus equipamentos, de diferentes tecnologias, nos projetos de automação integrada de uma indústria. Com o propósito de se criarem padrões, várias entidades e organizações internacionais, tais como a ISO, IEC, IEEE, ANSI, entre outras, têm apresentado proposta/modelos de padronização. FIELD BUS, que objetiva interligar equipamentos primários localizados no campo, ou seja, junto ao processo, com o nível superior de controle e supervisão. São considerados equipamentos primários, transdutores e atuadores “inteligentes”, incluindo controladores de motores, e até pequenos CP’s ou remotas de E/S. Um dos padrões que está sendo adotado de forma mais veemente é o PROFIBUS (norma DIN 19245 partes 1 e 2). Os grandes fabricantes europeus adotaram este padrão e já possuem equipamentos que se comunicam nesta rede. Para comunicação do CP com E/S remotas foi criado o PROFIBUS-DP (norma DIN 19245 parte 3).

9.2

SUPERVISÃO E CONTROLE

Um sistema de controle de uma máquina, conjunto de máquinas ou processo, pode configurar-se de diversas formas: individualmente, centralizado ou distribuído. A definição e adoção da forma mais adequada vão depender, também, de uma avaliação dos diversos aspectos envolvidos, tais como, complexidade do sistema, flexibilidade desejada,

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nível de redundância, integração, manutenibilidade, custo, etc. O que vale a pena destacar, é que o controlador programável, independentemente da configuração adotada, aparece como uma excelente opção, como equipamento de controle. Os recursos de software para funções de sequenciamento e intertravamento, controle de malha aberta e fechada, bem como, a disponibilidade de distribuição do controle, através das redes de comunicação e dos seus módulos especiais inteligentes, permitindo, desta forma, a implementação parcial ou total da redundância no sistema, confirmam nossa afirmação. Os sistemas modernos de automação industrial estão sendo baseados em arquiteturas verticalmente distribuídas, conforme a figura 3. A implementação do nível de supervisão do controle do processo, ou seja, da interface homem-processo, assume, também, papel muito importante dentro desta estrutura hierárquica de controle. Evidentemente, existem várias maneiras de implementação, e a utilização de CP’s, no nível de controle, possibilita tais opções. A utilização dos tradicionais painéis sinópticos de controle, em função da ocupação em demasia, muitas vezes, do espaço disponível, bem como, pela pouca flexibilidade para possíveis alterações, tem sido preterida. Comando global ou planejamento

Nível 4

Coordenação ou gerenciamento

Nível 3

Supervisão

Nível 2

Controle

Nível 1

Processo

Figura 54 - Arquitetura de um sistema de automaA opção que vem se apresentando como bastante atraente, sendo cada vez mais empregada, tanto no mercado internacional como brasileiro, é a utilização dos microcomputadores e seus periféricos, como interface homem-processo. O êxito da utilização deste equipamento em conjunto com CP’s, é decorrente da sua série de vantagens proporcionadas: - ambiente de hardware e software propício para o desenvolvimento de programas dedicados às funções de supervisão, tendo em vista, o bom suporte de software, especificamente linguagens de programação de alto nível; - capacidade de memória e velocidade de processamento adequado à maioria das aplicações; - modularidade e portabilidade dos programas; - facilidade de acréscimo de novas funções e de manutenção das já existentes;

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- linguagem gráfica de fácil manuseio para construção de telas de sinópticos de processos, etc.; - custo relativamente baixo. A tendência verificada é a da utilização de microcomputadores compatíveis com o IBMPC. A forma construtiva destes microcomputadores depende basicamente do local onde será instalado. Podendo ser um micro industrial de mesa, uma workstation com monitor e teclado incor porado, ou uma placa que pode ser conectada no próprio Rack do CP. As principais funções implementadas pelo microcomputador são as seguintes: - Apresentação de sinópticos do processo, com atualização dinâmica dos valores reais e teóricos das variáveis controladas; - Apresentação de frontais de instrumentos, com informações relativas a cada malha, tais como, limites de alarme, ponto de ajuste (set-point), parâmetros de controle (ganhos), etc.; - Registro de tendência (representação gráfica x tempo), em tempo real, das variáveis controladas; - Registro de tendência histórica, através da armazenagem das informações anteriores, com apresentação sob solicitação ou freqüência pré-determinada; - Registros de alarmes (ocorrências, conhecimento e retorno ao normal), e eventos (troca de estado das malhas, alteração de set-points, limites de alarmes, etc), com indicação da data, hora e descrição do evento ou alarme; - Hard-copy das telas em impressoras; - Manutenção de biblioteca de procedimentos padrão, para ser consultada pelo operador em caso de tomadas de decisão; - entre outras. A adoção de dois microcomputadores acoplados à rede de comunicação, com subdivisão de atribuições, bem como, a possibilidade de operação backup de cada um deles, ou seja, o controle integral de um no caso de uma falha do outro, é uma prática largamente empregada.

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Controladores Logicos Programaveis (CLP)

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