Untitled - Clube do Técnico

APRESENTAÇÃO
A disciplina Princípios de Automação Industrial, ofertada especificamente para o
curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria, tem por objetivos:
- Compreender e aplicar um tratamento introdutório da teoria da automação aplicada à
transmissão de sinais de informação, com atenção à comunicação de sinais analógicos e
digitais.
O texto que segue foi elaborado com a finalidade de servir de suporte para esta
disciplina e surgiu da pesquisa de uma série de fontes, entre elas: a literatura técnica
especializada, materiais coletados na internet, de diversas fontes e autores, aos quais
agradecemos a iniciativa de compartilhamento e universalização do conhecimento sem fins
lucrativos, de notas de cursos realizados e de pesquisas em artigos da área, conforme
indicados nas referências bibliográficas de cada unidade.
Este é um material que sofrerá frequentes atualizações, em função da constante
evolução tecnológica na área da Automação Industrial, além do que, o próprio texto pode
conter eventuais erros, para os quais pedimos a colaboração dos estudantes e profissionais
que eventualmente fizerem uso do mesmo, enviando ao autor uma comunicação sobre as
falhas detectadas.
Alguns projetos experimentais incluídos no texto referem-se a trabalhos executados
pelo autor, juntamente com os estudantes nos laboratórios do curso de engenharia elétrica
da Universidade Federal de Santa Maria.
Gostaria de agradecer a colaboração das mais diversas pessoas e organismos que de
alguma forma contribuem para a o desenvolvimento desta disciplina, entre elas destacandose os técnicos Zulmar, Fernando Martins, Anacleto Brondani, Marcus Molina, que se
empenharam no desenvolvimento e finalização dos módulos didáticos. Aos alunos Adriane
Dutra, João Victor Baghetti Fuchs, Fernando Konzen, Diogo de Vargas, Thiago Doleski,
Leandro Neis, Luis Gustavo Braun, pela tutoria da disciplina. A coordenação do curso de
Engenharia Elétrica e a chefia do Depto de Eletromecânica e Sistemas de Potência, aos
funcionários do laboratório “Nupedee”, aos grupo de pesquisa, entre outros, que colaboram
para a melhoria desta disciplina.
Santa Maria, 05 de Março de 2012.
Geomar Machado Martins
2
SUMÁRIO
1. Introdução à Engenharia de Automação
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
Histórico e definição da automação
A automação nas atividades humanas
A automação no meio produtivo
Características e conceitos da automação industrial
Componentes básicos da automação
Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais
Tipos de controle na automação
Aspectos gerais da automação
Arquitetura da automação industrial
A visão crítica ao automatizar processos
1.11 Tendências da automação
1.12 O mercado atual da automação no Brasil
5
5
5
6
6
10
10
11
12
15
16
16
2. Controlador Lógico Programável - CLP
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
Introdução
Histórico
Características e vantagens
Aplicações
Constituição de um CLP
Estrutura de programação
Aspectos de software
Linguagens de programação
Terminologia
O micro-CLP
Considerações de projeto
18
18
21
22
23
28
29
30
30
35
35
3. Lógica e Linguagem de Programação
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8.
3.9
3.10
Introdução
Programação de CLPs
Análise das linguagens de programação
Normalização
Linguagem de Relés e Blocos (Ladder)
Desenvolvimento do Programa Ladder
Associação de Contatos no Ladder e Lógica Combinacional
Sistemas Combinatórios
Minimização por Mapa de Karnaugh
Outros circuitos combinacionais
4. Sistemas Sequenciais
4.1 Circuitos biestáveis, “Flip-Flops” e “Latches”
4.2 Contadores
4.3 Temporizadores
3
37
39
41
42
43
47
51
59
66
68
75
81
86
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
Instruções Booleanas de comparação
Instrução Positive Differential
Registrador de deslocamento
Instruções Aritméticas
Outras instruções da linguagem Ladder
94
101
101
104
104
5. Entradas e Saídas Analógicas
5.1
5.2
5.3
5.4
Introdução
Entradas analógicas
Saídas analógicas
Sensores e Atuadores
106
106
116
119
6. Controle Contínuo
6.1 Introdução
6.2 Controle de sistemas com atuadores lógicos
6.3 Controle de sistemas com atuadores contínuos
6.4 Aplicação da função PID em lógica Ladder
123
123
124
127
7. Interface Homem-Máquina
7.1
7.2
7.3
7.4
Introdução
IHM via www com CLP
Especificação da IHM
Aplicação da Interface Homem-Máquina OP05/06
129
132
133
133
8. Noções de Sistemas Supervisórios
8.1
8.2
8.4
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
Introdução
Características do software supervisório
Sistemas SCADA
Componentes físicos de um sistema supervisório
Componentes lógicos de um sistema SCADA
Camadas físicas de um sistemas de supervisão
Planejamento do sistema supervisório
Modos de comunicação
Aplicação do supervisório Elipse E3
136
137
138
139
141
141
145
145
147
9. Noções de Redes Locais
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
Introdução
Meio físico
Protocolos de comunicação
Estrutura das redes de comunicação
Métodos de acesso ao meio
150
150
151
152
154
4
UNIDADE I – Introdução à Engenharia de Automação
1.1 Histórico e definição da automação
Etimologia:
Da palavra Automation (1960), buscava enfatizar a participação do computador no
controle automático industrial.
Definição atual:
“Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em
favor da segurança das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produção ou da
redução de custos, assim aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias, dos serviços
ou bem estar” (Moraes e Castrucci, 2007).
1.2 A automação nas atividades humanas
Criada para facilitar a realização das mais diversas atividades humanas, a automação
pode ser observada:
Nas residências : nas lavadoras de roupas e de louças automáticas; nos microondas; nos
controles remotos de portões de garagem, etc.
Na rua: nos caixas de bancos automáticos; nos controladores de velocidades de
automovóeis; nos trens do metrô; nos cartões de crédito, etc.
No trabalho: nos registradores de ponto automático; nos robôs industriais; no recebimento
de matéria-prima através de um sistema automático de transporte de carga; na
armazenagem do produto final num depósito automatizado; no controle de qualidade
através de sistemas de medição e aferição; no controle de temperatura ambiente ou de uma
coluna de fracionamento de petróleo; nos sistemas de combate à incêndios, etc.
No lazer: em máquinas automáticas de refrigerantes ; em esteiras automáticas de academia;
nos aparelhos de reprodução de vídeo ou DVD players; nos videogames, etc.
1.3 A automação no meio produtivo
“O processo industrial constitui-se na aplicação do trabalho e do capital para transformar
a matéria-prima em bens de produção e consumo, por meios e técnicas de controle,
obtendo valor agregado ao produto, atingindo o objetivo do negócio”.
Processo Industrial Contínuo: Quando a maioria das variáveis de controle é manipulada são
na forma contínua, ou analógica. (Indústria Química, farmacêutica...)
Processo Industrial Discreto: Quando a maioria das variáveis de controle é manipulada na
forma discreta ou digital.
5
1.4 Características e conceitos da automação industrial
“A Automação é um conceito e um conjunto de técnicas por meio das quais se
constroem sistemas ativos capazes de atuar com eficiência ótima pelo uso de informações
recebidas do meio sobre o qual atuam.”
Na Automação Industrial se reúnem três grandes áreas da engenharia:
1. A mecânica, através das máquinas que possibilitam transformar matérias primas em
produtos “acabados”.
2. A engenharia elétrica que disponibiliza os motores, seus acionamentos e a eletrônica
indispensável para o controle e automação das malhas de produção;
3. A informática que através das arquiteturas de bancos de dados e redes de comunicação
permitem disponibilizar as informações a todos os níveis de uma empresa.
Assim, a automação, tão presente nas atividades humanas, está presente também nos
processos industriais, com o mesmo objetivo básico, que é facilitar os processos produtivos,
permitindo produzir bens com :
•
•
•
•
menor custo;
maior quantidade;
menor tempo;
maior qualidade.
Olhando por este aspecto, vemos que a automação está intimamente ligada aos
sistemas de qualidade, pois é ela que garante a manutenção de uma produção sempre com
as mesmas características e com alta produtividade, visando atender o cliente num menor
prazo, com preço competitivo e com um produto de qualidade.
Pensando no meio ambiente, observa-se também que a automação pode garantir o
cumprimento das novas normas ambientais, através de sistemas de controle de efluentes
(líquidos que sobram de um processo industrial), emissão de gases, possibilidade de uso de
materiais limpos, reciclagem, etc.
Portanto, a automação tem papel de muita importância na sobrevivência das
indústrias, pois garante a melhoria do processo produtivo e possibilita a competição nesse
mercado globalizado, onde o concorrente mais próximo pode estar do outro lado do mundo.
1.5 Componentes básicos da automação
Sistemas automatizados são, algumas vezes, extremamente complexos, porém, ao
observar suas partes nota-se que seus subsistemas possuem características comuns e de
simples entendimento. Assim, formalmente, um sistema automatizado possui os seguintes
componentes básicos:
• sensoriamento;
• comparação e controle;
6
•
atuação.
Exemplo 1 - Um aquário e a temperatura de sua água.
Num aquário deve-se manter a água em torno da temperatura ambiente (25°C). Não
é necessário ser muito rigoroso sendo que a temperatura pode variar de 23 a 28°C.
Nota-se que a temperatura da água pode variar e deve ser ajustada de acordo com a
necessidade.
Considere o esquema a seguir:
Figura 1.1 – Controle de temperatura automatizado em um aquário.
Neste exemplo podem ser identificados os componentes básicos da automação
(processo, sensor, atuador, controle e distúrbio):
-
-
-
O processo (aquário), que requer o controle da temperatura.
O sensor de temperatura, constituído pelo termômetro de mercúrio;
O controlador, estabelecido pelo acoplamento de um sistema mecânico de ajuste ao
termômetro. Este sistema mecânico movimenta um contato metálico ao longo do
corpo do termômetro. Ele permite ao controlador, fazer uma comparação com um
valor pré-ajustado (ponto de ajuste) e tomar a decisão de ligar ou desligar o atuador
(resistência), mantendo a temperatura dentro de um limite considerado aceitável.
O distúrbio é representado pelas condições externas que podem influenciar na
temperatura da água. A temperatura do ambiente externo influencia diretamente no
controle, determinando uma condição diferente de atuação no processo.
O atuador formado pelo relé elétrico e a resistência. Quando o deslocamento do
mercúrio alcança o ponto de ajuste, um contato elétrico é fechado, sendo ele ligado
ao relé que, usando a alimentação da rede, desliga a resistência responsável pelo
aquecimento da água. Então, em forma de diagrama, nesse sistema temos:
7
Figura 1.2 – Diagrama em blocos do controle do processo.
Observa-se que existe uma influência da ação de aquecimento da água no valor
medido pelo sensor de temperatura. Este ciclo fechado é chamado de malha fechada de
controle, ou sistema de realimentação, no qual a saída do sistema influencia diretamente na
situação de sua entrada.
Em alguns processos, não existe a realimentação, isto é, a ação do atuador
comandada pelo controlador não é observada por um sensor que realimenta o sistema. Um
exemplo típico é o de uma máquina de lavar roupa, que por não possuir um sensor de roupa
limpa, funciona em um ciclo aberto de controle, chamado de malha aberta.
O controle apresentado neste exemplo não possui precisão, isto é, nada garante que
a temperatura permaneça exatamente no ponto ajustado, ou que fique oscilando em torno
do valor ajustado. Este tipo de controle é chamado de Liga/Desliga (ou ON/OFF). O
atuador (resistência) permanece em dois estados bem definidos (nenhuma corrente =
desligado e máxima corrente = ligado). É considerado então um controle descontínuo.
A quantidade de informações e conceitos que podem ser retirados de um sistema tão
simples como esse é muito grande, sendo que elas resumem os conhecimentos necessários
para o entendimento de um sistema automatizado.
Exemplo 2 - Um tanque de combustível e seu nível.
Neste caso, pode-se abordar duas situações de controle automatizado:
Medição descontínua: para garantir segurança evitando o transbordamento ou
esvaziamento abaixo de determinada posição mínima.
8
A medição descontínua normalmente é feita por sensores do tipo chave com dois
estados, ativo ou não ativo. Considerando um contato elétrico, esse poderá estar aberto
(possibilitando passagem de corrente) ou fechado (impedindo a passagem de corrente).
Figura 1.3 – Controle de nível de líquido em um tanque.
Medição contínua: para determinar a quantidade de combustível armazenado.
Além do sistema de segurança mostrado anteriormente, tem-se a necessidade de
determinar a quantidade armazenada de um certo combustível dentro deste tanque. Nesse
caso é necessário empregar um medidor que "observe" continuamente as variações da
altura da coluna líquida no interior do tanque. Este medidor deve fornecer um sinal de saída
contínuo, proporcional à altura do tanque.
Tendo o valor da altura dada pelo medidor e conhecendo a capacidade do tanque
dada pelo formato do próprio tanque, é possível calcular a quantidade de combustível do
tanque para cada condição de nível.
Figura 1.4 – Controle com transmissor de nível
9
Observando os exemplos acima, conclui-se que é possível ter sensores descontínuos
(Liga/Desliga) e contínuos (chamados analógicos). A escolha do tipo de medição vai
depender do que se pretende na automação. No caso do tanque, os dois controles podem
estar presentes, cada um cuidando de sua parte no controle do sistema como um todo.
1.6 Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais
Em automação tem se tornado necessário classificar os sistemas em função de suas
ocorrências mais comuns e importância. Além dos sistemas dinâmicos acionados pelo
tempo, exemplo típico dos fenômenos químicos, físicos, térmicos, regidos por equações
diferenciais, também aparecem em grande quantidade os sistemas de chaveamento manual,
automático, as manufaturas, as filas de serviços, etc, que são acionados por eventos, e não
são regidos por equações diferenciais. Estes últimos são conhecidos como sistemas
dinâmicos a eventos discretos (SED’s) e são sistemas cuja evolução decorre unicamente
de eventos instantâneos, repetitivos ou esporádicos.
1.7 Tipos de controle na automação
Pode-se classificar o controle em dois grandes grupos:
1.7.1 Controle Dinâmico
O controle dinâmico procura estabelecer o comportamento estático e dinâmico dos
sistemas físicos, tornando-os mais obedientes aos operadores e mais imunes às perturbações
dentro de certos limites.
Utiliza medidas das saídas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho
operacional, através de realimentação.
Possui um incalculável poder tecnológico, permitindo o aperfeiçoamento de
processos, aumento de velocidade e precisão.
É característico da automação industrial de controle de processos (automação
contínua), sendo tradicionalmente empregado o controle do tipo P + I + D (proporcional +
integral + derivativo), entre outras escolhas. Este será visto em detalhes na seção 6.1.
Exemplo de aplicação: controle de temperatura de um aquário.
1.7.2 Controle Lógico ou Controle de Eventos
10
O Controle lógico complementa os sistemas lógicos permitindo que eles respondam
a eventos externos ou internos de acordo com novas regras que são desejáveis de um ponto
de vista utilitário.
Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binários e operações nãolineares e se apresenta na forma de circuitos (elétricos, hidráulicos, pneumáticos, etc) de
redes lógicas combinatórias (sem memórias ou temporizações) cujos projetos são
construídos com álgebra booleana (descreve, analisa e simplifica as redes com auxílio de
Tabelas da Verdade e Diagramas de relés) ou em redes seqüenciais (com memória,
temporizadores e entrada de sinais em instantes aleatórios) cujo projeto utiliza a teoria dos
autômatos finitos, redes de Petri, cadeias de Markov ou em simulações por computador.
É característico da automação industrial de manufatura (automação discreta).
Exemplo de aplicação: botões de segurança de uma prensa de alavanca.
Figura 1.5 – Exemplo de aplicação de controle lógico
Os dois tipos de controle (dinâmico e lógico) são empregados em proporções
extremamente variáveis, conforme o processo, e misturam-se nos controladores lógicos
programáveis (CLPs) e PCs.
No entanto, as teorias do controle dinâmico e do controle lógico desenvolvem-se
independentes uma da outra. O controle dinâmico busca evitar a instabilidade do sistema,
enquanto o controle lógico procura evitar o conflito ou a parada total da evolução dos
sinais.
1.8 Aspectos gerais da automação
A automação resulta de diversas necessidades da industria: maior nível de qualidade
dos produtos, maior flexibilidade de modelos para o mercado, menores custos e perdas de
11
materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da informação sobre o processo e
melhor planejamento e controle da produção.
Segundo o grau de complexidade e meios de realização física, a automação
industrial pode ser classificada em:
• Automações especializadas (menor complexidade)
• Grandes sistemas de automação (maior complexidade)
• Automações Industriais de âmbito local (média complexidade)
Automações especializadas (menor complexidade)
Emprega microprocessadores com programação normalmente em linguagem de
máquina e memórias do tipo ROM.
Ex.: automação interna aos aparelhos eletrônicos, telefones, eletrodomésticos,
automóveis.
Grandes sistemas de automação (maior complexidade)
Utiliza programação comercial e científica em software de tempo real.
Ex.: Controladores de vôos nos aeroportos, controle metroviário, sistemas militares.
Automações Industriais e de serviços de âmbito local (média complexidade)
Baseia-se no uso dos CLP’s isolados ou em redes.
Ex.: Transportadores, processos químicos, térmicos, gerenciadores de energia e de
edifícios.
Corresponde à grande maioria das aplicações existentes, sendo este o foco da
disciplina.
1.9 Arquitetura da automação industrial
A Figura 1.6 mostra os níveis hierárquicos de um processo de automação industrial,
representado pela conhecida Pirâmide de Automação.
Para cada nível está associado um formato de comunicação dados que pode ser
diferir daquele adotado para a comunicação entre níveis.
Na base da pirâmide aparece o Controlador Lógico Programável, responsável por
acionar as máquinas, motores e outros processos produtivos.
No topo da pirâmide, destaca-se a informatização ligada ao setor corporativo da
empresa.
12
Figura 1.6 - Divisão Hierárquica de um Processo de Automação Industrial
Nível 1: Chão de fábrica (Máquinas, dispositivos e componentes)
Na base da pirâmide tem-se o nível responsável pelas ligações físicas da rede ou o
nível de E/S. Neste nível encontram-se os sensores discretos, as bombas, as válvulas, os
contatores, os CLPs e os blocos de E/S. O principal objetivo é o de transferir dados entre o
processo e o sistema de controle. Estes dados podem ser binários ou analógicos e a
comunicação pode ser feita horizontalmente (entre os dispositivos de campo) e
verticalmente, em direção ao nível superior. É neste nível, comumente referenciado como
chão de fábrica, que as redes industriais têm provocado grandes revoluções.
Ex.: linha de montagem e máquina de embalagens.
Figura 1.7 - Nivel chão de fábrica.
13
Nível 2: Supervisão e Controle (IHMs)
É o nível dos controladores digitais, dinâmicos e lógicos e de algum tipo de
supervisão associada ao processo.
Concentra as informações sobre o nível 1.
Ex.: Sala de supervisão.
Figura 1.8 – Nível do controle.
Nível 3: Controle do Processo Produtivo
Permite o controle da planta, sendo constituído por bancos de dados com
informações dos índices de qualidade da produção, relatórios e estatísticas de processo,
índices de produtividade e etc.
Ex.: avaliação e controle da qualidade em processo alimentício e supervisão de
laminadores.
Nível 4: Controle e Logística dos Suprimentos
É o nível responsável pela programação e pelo planejamento da produção.
Ex.: controle de suprimentos e estoques em função da sazonalidade.
Nível 5: Gerenciamento Corporativo
É o nível responsável pela administração dos recursos da empresa.
Do ponto de vista da comunicação das informações, no topo da pirâmide encontrase o nível de informação da rede (gerenciamento). Este nível é gerenciado por um
computador central que processa o escalonamento da produção da planta e permite
operações de monitoramento estatístico da planta sendo implementado, na sua maioria, por
softwares gerenciais/corporativos.
14
No nível imediatamente abaixo, localiza-se a rede central, a qual incorpora os DCSs
(Sistemas de Controle Discreto) e PCs. A informação trafega em tempo real para garantir a
atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da aplicação.
Uma das dificuldades dos primeiros processos de automação industrial baseava-se
no “ilhamento” das informações dentro do seu respectivo nível da pirâmide. Poucas
informações fluíam do nível de supervisão e controle para o nível de controle discreto e
praticamente nenhuma informação fluía para o topo da pirâmide, onde se encontram os
softwares de gerenciamento da empresa. Nos projetos de automação modernos as
informações fluem entre todas as camadas. Esta característica é tão importante para as
indústrias, hoje em dia, que muitas delas estão atualizando suas plantas industriais, ou
incorporando novas tecnologias em sistemas antigos (conhecido por RETROFIT).
1.10 A visão crítica ao automatizar processos
As principais motivações para a automação de um processo industrial são a redução
do custo, a melhoria da qualidade do produto e a realização de tarefas que são danosas ao
ser humano (tarefas repetitivas ou que exigem grande esforço físico, ambientes perigosos
ou insalubres). Quase sempre os dois primeiros motivos são os que movem os processos de
automação.
A automação é capaz de manter o homem no domínio da situação no que se refere à
produção industrial, porém numa posição mais confortável.
O homem, nessa situação, necessita cada vez mais usar o seu cérebro e cada vez
menos seus músculos. Porém essa mudança faz com que os profissionais necessitem cada
vez mais se especializar, buscando competências para o desenvolvimento de suas
atividades. A reconversão, isto é, a adaptação a novos postos de trabalho e a qualificação
profissional são condições primordiais.
Embora a automação seja um processo irreversível na sociedade e o fator custo X
benefício, calcado no aumento do lucro das empresas, o grande definidor do emprego da
tecnologia, é fundamental que empresários e engenheiros tenham uma visão das
conseqüências sociais que um processo de automação pode trazer:
• A automação quase sempre gera desemprego;
• A automação requer um profissional cada vez mais qualificado;
Em países em desenvolvimento o governo não possui uma infra-estrutura para
atender a população desfavorecida;
O “sonho” propalado da automação era que ela traria melhor qualidade de vida para
toda a sociedade, reduzindo a carga horária de trabalho para possibilitar ao ser humano um
convívio mais harmonioso entre si e a natureza. Este sonho tem se esbarrado na boca voraz
do capitalismo selvagem que infelizmente, sem a força de um governo forte, é incapaz de
dividir as riquezas acumuladas para o bem de toda a sociedade.
15
O papel de preparar esse novo profissional é das escolas que deve contar com o
apoio das indústrias, porém com a velocidade que ocorrem as mudanças tecnológicas, não é
permitido ao profissional estar sempre num ambiente escolar para sua preparação. Então, o
que fazer?
A conclusão que se chega é que o profissional cada vez mais terá que se autodesenvolver, provendo o seu próprio conhecimento, não só na área tecnológica, mas
também em outras áreas, de modo mais amplo, como: economia, sociologia, comércio
exterior, qualidade, relações humanas, meio ambiente, etc.
Cabe ao engenheiro e aos empresários a visão crítica diante dos processos de
automação. Mais importante do que retardar um processo inevitável talvez seja criar
condições para que o bem final possa ser melhor repartido entre todos.
1.11 Tendências da automação
Tecnologia Wireless: de lenta, cara e insegura tornou-se mais rápida e econômica.
Chips de menor capacidade residirão inteligência diretamente em sensores e atuadores
– softwares serão parte do produto.
Controles baseados em PLC ou PC serão obsoletos e caros.
A propriedade da solução tecnológica será medida em meses em vez de anos
Sistemas microeletromecânicos serão usados para miniaturizar sensores, atuadores,
motores, engrenagens displays para equipamentos digitais.
1.12 O mercado atual da automação no Brasil
Conforme dados da ABINEE, vistos nas tabelas abaixo, o faturamento da área da
automação industrial cresceu cerca de 25% no período entre o primeiro semestre de 2006 e
o de 2007. As exportações neste período chegaram a US$ 132 milhões e é um mercado em
expansão, ao contrário de outros, como é o caso das telecomunicações que retrai cerca de
21% no período pesquisado.
16
Fonte: Revista Abinee – Agosto/2007
Fonte: Revista Abinee – Agosto/2007
Bibliografia do Capítulo
Moraes e Castrucci, Engenharia de Automação Industrial, livro. Editora LTC, São Paulo,
2007.
WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/
WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf
17
UNIDADE II – Controlador Lógico Programável - CLP
2.1 Introdução
Antes do surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), as tarefas
de comando e controle de máquinas e processos industriais eram feitas por relés
eletromagnéticos, especialmente projetados para este fim. O controle baseado em relés
exigia modificações na fiação, no caso de alterações no processo automatizado, e em
muitos casos isso se tornava inviável, sendo mais barato substituir todo o painel por um
novo.
O CLP revolucionou os comandos e controles industriais desde seu surgimento na
década de 70.
2.2 Histórico
O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística americana até então um usuário
em potencial dos relés eletromagnéticos utilizados para controlar operações seqüenciadas e
repetitivas numa linha de montagem, especificamente na Hydromic Division da General
Motors, em 1968, devido a grande dificuldade existente para alterar-se a lógica de controle
de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Estas mudanças implicavam
altos gastos de tempo e dinheiro.
Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que
refletia os sentimentos de muitos usuários de relés, não só da indústria automobilística
como de toda a indústria manufatureira. Os primeiros controladores surgiram baseados
numa especificação resumida a seguir:
•
•
•
•
•
•
•
•
Facilidade de programação;
Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
Alta confiabilidade;
Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos;
Envio de dados para processamento centralizado;
Preço competitivo;
Expansão em módulos;
Mínimo de 4000 palavras na memória.
A grande vantagem dos controladores programáveis era a possibilidade de
reprogramação, permitindo transferir as modificações de hardware em modificações de
software.
18
Nascia, assim, a indústria de controladores programáveis, hoje com um mercado
mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais, e que no Brasil é estimado em 50
milhões de dólares anuais (dados de 2005).
Com o sucesso do uso dos CLPs na indústria, a demanda por novas funções e maior
capacidade aumentou consideravelmente.
Evolução
A primeira geração de CLP’s utilizava componentes discretos como transistores e
circuitos integrados (CI’s) com baixa escala de integração.
A partir da década de 70, os equipamentos cresceram em poder de processamento,
número de entradas e saídas (I/O), e novas funções foram incorporadas. Ainda usavam
lógica discreta e só eram empregados na indústria, pois eram caros para outras aplicações
(p. ex. automação predial).
O advento do microprocessador (ainda na década de 70) permitiu a diminuição nos
custos e tamanho dos controladores e eles passaram a se chamar Controladores Lógicos
Programáveis (CLPs), com o aumento do poder de processamento e confiabilidade.
Na década de 80, surgiram as redes locais para comunicação de dados entre CLPs e
entre estes e os computadores (Morais e Castrucci, 2001).
A tendência atual é a utilização de pequenos CLPs controlando processos locais e
comunicando-se com outros CLPs e outros sistemas supervisórios descentralizando-se o
processo industrial. Assim, evita-se que uma pane interrompa toda a planta.
Com a diminuição dos custos, os CLPs passaram a ser empregados em outros
campos como a automação predial (controle de iluminação, alarme, ambiência: ventilação,
temperatura e umidade, etc.). Nos países desenvolvidos, a automação residencial desponta
como uma aplicação para pequenos CLPs, esbarrando nos custos e na previsão de fiação e
tubulação adequada. Neste caso, a comunicação pode ser feita via rádio ou usando a própria
rede elétrica (que é uma tendência forte para os próximos anos).
Conclui-se que desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos
controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento
tecnológico da informática em suas características de software e de hardware.
O que no seu surgimento era executado com componentes discretos, hoje utiliza
microprocessadores e microcontroladores de última geração, usando técnicas de
processamento paralelo, inteligência artificial, redes de comunicação, fieldbus, etc.
Até recentemente não havia nenhuma padronização entre fabricantes, apesar da
maioria utilizar as mesmas normas construtivas. Porém, pelo menos no nível de software
aplicativo, os controladores programáveis podem se tornar compatíveis com a adoção da
19
norma IEC 1131-3, que prevê a padronização da linguagem de programação e sua
portabilidade.
Outra novidade que está sendo incorporada pelos controladores programáveis é o
fieldbus (barramento de campo), que surgiu como uma proposta de padronização de sinais
ao nível de chão-de-fábrica. Este barramento diminui sensivelmente o número de
condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores, além de
propiciar a distribuição da inteligência por todo o processo.
Hoje os CLP’s oferecem um considerável número de benefícios para aplicações
industriais, que podem resultar em economia que excede o custo do CLP e devem ser
considerados na seleção de um dispositivo de controle industrial.
Linha do Tempo
Década de 60 - aumento de competitividade na industria, melhoria das linhas de
produção.
1968 – Divisão Hydramatic (GM) define especificações de projeto para um PLC.
1969 – Bedford Associates (Modicon) desenvolve primeiro PLC, chamado
MODICON 084. Dick Morley é considerado o pai do PLC.
Figura 2.1 – O CLP Modicon 084 e Dick Morley
1972 - PLCs incorporam funções de Temporização e Contagem.
1973- The "084" é melhorado e re-introduzido como "184". A força de trabalho
aumentou de 80 para 170 empregados e as vendas atingem US$5 million. São
introduzidas: Operações Aritméticas, manipulação de dados e comunicação com
computadores.
1974 - Comunicação com Interfaces Homem-Máquina.
1975 - Modicon lança o "284", o primeiro controlador com um microprocessador e
controle distribuído e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle
contínuo (PID). Maior capacidade de memória.
1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede de comunicações industrial,
permitindo o interfaceamento de computadores e controladores. Graças a sua
confiabilidade, Modbus se torna um padrão industrial.
20
1979/1980 Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de
posicionamento.
1981 Comunicação em rede.
1982 Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs.
Anos 90s ocorre uma gradual redução em novos protocolos e a modernização das
camadas fisicas dos protocolos mais populares dos anos 80.
1993 – É introduzido o padrão internacional IEC 1131-3 com a finalidade de
unificar as linguagens de programação dos PLCs.
2000 - É criada a Automação Web para supervisão remota de processos com
produção automatizada. A solução integra PLCs e outros componentes em uma
arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web.
2.3 Características e vantagens
Basicamente, um Controlador Lógico Programável apresenta as seguintes
características:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou
reprogramação, com a mínima interrupção da produção;
capacidade de operação em ambiente industrial;
sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e substituição;
hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de energia;
possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou sistema, através
da comunicação com computadores;
compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída;
capacidade de alimentar, de forma contínua ou chaveada, cargas que consomem
correntes de até 2 A;
hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos, de
acordo com a necessidade;
custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle
convencionais;
possibilidade de expansão da capacidade de memória;
conexão com outros CLP’s através de rede de comunicação.
De acordo com (Natale, 2003, p.11), o CLP “É um computador com as mesmas
características conhecidas do computador pessoal, porém, [é utilizado] em uma aplicação
dedicada [...]” na automação de processos em geral, e no comando numérico
computadorizado (CNC) realiza a automação da manufatura.
Definição segundo a ABNT
O CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis
com aplicações industriais.
Definição segundo a Nema (National Electrical Manufactures Association)
21
Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para
armazenamento interno de instruções para implementações específicas, como lógica,
seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos
de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.
Um CLP é um equipamento eletrônico digital que tem por objetivo implementar
funções específicas de controle e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou processo.
De forma geral, os controladores lógicos programáveis (CLPs) são equipamentos
eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Estes
permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função
das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para
controlar pontos de saída de sinal (cargas).
As vantagens da utilização dos CLP's, comparados aos outros dispositivos de
controle industrial, são:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
menor espaço ocupado;
menor Potência elétrica requerida;
reutilização;
programável:
maior confiabilidade;
fácil manutenção;
maior flexibilidade;
permite interface através de rede de comunicação com outros CLP’s e
microcomputadores;
projeto mais rápido.
Todos estes aspectos mostram a evolução da tecnologia, tanto de hardware quanto
de software, o que permite acesso a um maior número de pessoas nos projetos de aplicação
de controladores programáveis e na sua programação. Porém, conforme Georgini (2000):
“Constantes atualizações dos produtos agregam valores e reduzem o custo das soluções
baseadas em PLCs, o que exige do profissional uma atualização contínua por intermédio
de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a internet uma ótima opção.”
2.4 Aplicações
O controlador programável automatiza processos industriais, de seqüenciamento,
intertravamento, controle de processos, batelada, etc.
Este equipamento tem seu uso na área de automação da manufatura e de processos
contínuos.
Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar
os CP’s. Por exemplo:
22
•
•
•
•
•
•
máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, calçados);
equipamentos industriais para processos ( siderurgia, papel e celulose, petroquímica,
química, alimentação, mineração, etc);
equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga);
controle de processos com realização de sinalização, intertravamento e controle
PID;
aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes, etc;
bancadas de teste automático de componentes industriais.
Com a tendência dos CLP’s terem baixo custo, muita inteligência, facilidade de uso
e massificação das aplicações, este equipamento pode ser utilizado nos processos e nos
produtos. Poderemos encontrá-lo em produtos eletrodomésticos, eletrônicos, residenciais e
veículos.
2.5 Constituição de um CLP
Um CLP é constituído por módulos de entrada e de saída (hardware) onde as
funções disponíveis podem ser programadas em uma memória interna (software), através
de uma linguagem de programação que possui um padrão internacional chamado IEC 11313, uma fonte de alimentação e uma CPU (Unidade Central de Processamento). Cada
unidade que compõe um CLP é responsável pelo seu funcionamento.
Figura 2.2 – Constituição de um CLP
As configurações oferecidas pelos diversos fabricantes de CLPs podem ser
divididas em duas formas básicas:
a) Compacta – onde a CPU e todos os módulos de entrada e saída (E/S) estão no mesmo
rack. Um CLP deste tipo pode atender cerca de 80% das aplicações de automação mais
comuns.
23
b) Modular – onde a CPU e cada um dos módulos de E/S se encontram separados e são
montados de acordo com a configuração exigida.
Figura 2.3 – Aspecto físico de um CLP modular
O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura básica de um controlador
programável com todos os seus componentes. São estes componentes que irão definir a
configuração do CLP.
2.5.1 CPU
Segundo Moraes e Castrucci (p.31, 2001), a CPU é “responsável pela execução do
programa do usuário, atualização da memória de dados e memória-imagem das entradas e
saídas”. Inicialmente com a segunda geração de CLP (barramento de dados, endereço e
controle), a CPU era constituída por um microcontrolador. A opção por microcontroladores
baseava-se pelo custo-benefício, facilidade de manuseio, e também pela baixa
complexidade dos softwares. Com exceção dos CLPs de pequeno porte, em geral, eles
apresentam um microprocessador na forma de um CI dedicado.
A CPU é o cérebro do sistema. Atualmente, é constituída por microprocessador ou
microcontrolador de 8, 16 ou 32 bits e, em CP´s maiores, um co-processador adicional para
aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto
flutuante, uma memória RAM e uma memória Flash EPROM ou E2PROM (para backup
do programa).
A maioria dos fabricantes de CP´s especificam os tempos de varredura como função
do tamanho do programa (p.ex. 10 ms/1k de programa), e situam-se na faixa de 0,3 à 10
ms/k, caracterizando a existência de CP´s rápidos e lentos.
2.5.2 Memórias
As memórias podem ser divididas em dois grupos conforme a função:
Memória de Dados: também conhecida como memória de rascunho. Serve para armazenar
temporariamente os estados de E/S, marcadores de presets de temporizadores/contadores e
valores digitais para que a CPU possa processa-los. A cada ciclo de varredura a memória de
dados é atualizada. Geralmente é uma memória do tipo 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
24
continuamente executados pela CPU. Pode ser memória RAM, EPROM, NVRAM ou
FLASH-EPROM.
2.5.3 Terminal de Programação (TP)
Pode ser outro computador dedicado usado para elaborar os programas que serão
usados no CLP.
Em geral, usa-se um computador pessoal (PC) com um software emulador do TP
dedicado.
2.5.4 Interface Homem-Máquina (IHM)
É responsável pela comunicação do operador com o sistema para atuar em variáveis
do processo (tais como temperatura, pressão, etc.) sem que se interfira com o programa ou
que se entenda ele.
Existe uma enorme gama de IHMs: displays de uma ou dezenas de linhas ou
gráficos, de acordo com a aplicação e necessidade.
2.5.5 Portas de Comunicação (TER e AUX)
Permitem a comunicação da CPU com o TP (TER) e da CPU com a IHM (AUX).
2.5.6 Interface para Comunicação em Rede
Permite a comunicação do CLP com outros CLPs e com um PC. É colocada no
lugar de um dos módulos de E/S ou em uma parte específica da CPU.
O tipo de interface e o cabo utilizado irão definir o padrão físico e o protocolo de
rede. Ex.: MPI ou PPI (point to point), MODEBUS, FIELDBUS, PROFIBUS.
Comunicação Serial: é a mais comumente utilizada e é feita utilizando-se simples
cabos de par trançado. Os padrões mais utilizados são o RS232C, loop de corrente 20 mA e
o RS-422/RS-485 em alguns casos.
RS-232C: é empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/s) e distância
máxima de 15 metros, que se utilizada com modems, pode ser aumentada.
RS-422/RS-485: é uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita o emprego
de velocidades de transmissão de até 100k baud para distâncias de até 1200 m, podendo
alcançar velocidades da ordem de Mbaud para distâncias menores.
Loop de Corrente 20 mA: é idêntica à RS232C, e como é baseada em níveis de correntes
ao invés de tensões, permite o emprego de distâncias bem maiores.
Muitos CLP´s oferecem ambos os padrões: RS-232C e loop de corrente.
2.5.7 Blocos de Entrada/Saída
São responsáveis pela aquisição de dados de variáveis do processo e acionamento
de dispositivos físicos como relés, sinalizadores, etc.
O acesso a esta interface pode ocorrer por bornes, blocos de bornes ou cabos e
conectores.
25
As entradas e saídas de um CLP podem ser divididas em duas categorias: as
analógicas e digitais. Na figura abaixo são ilustrados estes dois modelos de interfaces I/O
(Daher, 2003).
Figura 2.4 - Interfaces de I/O digitais e analógicas.
Na entrada, o módulo aceita as tensões usuais de comando (24 Vcc, 110/220 Vca)
que chegam e as transforma em tensões de nível lógico aceitos pela CPU.
As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalham com grandezas
analógicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa, pressão, entre outras. Para
que a CPU trabalhe com esses valores analógicos é necessário que essas entradas sejam
convertidas usando conversores A/D (analógico para digital).
O módulo de saída comuta as tensões de controle fornecidas, necessárias para
acionar vários dispositivos conectados.
O isolamento é feito através de opto-acopladores ou transformadores (isolamento
galvânico).
As entradas e saídas são organizadas por tipos e funções, e agrupadas em grupos de
2, 4, 8, 16 e até 32 “pontos” (ou 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 de 16 a 8192 pontos normalmente, o que caracteriza a existência de pequenos,
médios e grandes CP´s.
2.5.8 Fonte de alimentação
A alimentação de energia do CLP utiliza uma fonte chaveada e uma única tensão de
saída de 24 V. Esse valor já é utilizado com a finalidade de alimentar os módulos de
entrada e saída de dados e a CPU ao mesmo tempo. Outra característica importante é que
normalmente as máquinas industriais, funcionam com essa tensão por ser bem menos
suscetível a ruídos. Outro ponto destacável, é que essa tensão já é compatível com o
sistema de comunicação RS-232.
Como foi visto, o CLP é formado por uma fonte de alimentação, uma CPU, e
interfaces de I/O, porém pode-se considerá-lo como uma pequena caixa contendo centenas
ou milhares de relês separados, tais como contadores, temporizadores e locais de
armazenamento de dados, conforme o diagrama da figura 2.5 (Silva Filho, 2000). Na
26
verdade o que ocorre é que o CLP simula essas funcionalidades, utilizando os registradores
internos da CPU,
Figura 2.5 - Funcionalidades de um CLP.
onde:
• Relês de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo. Existem fisicamente
e recebem sinais de interruptores, sensores etc. Normalmente não são relês e sim
transistores munidos de isolamento óptico. No caso do CLP TP-02 da WEG
Automação, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé é a
letra “X”;
•
Relês de utilidade interna (contatos): Não recebem sinais do mundo externo e não
existem fisicamente. São relês simulados que permitem eliminar relês de entrada
externos (físicos). Também há alguns relês especiais que servem para executar só
uma tarefa, como relês de pulso, temporizadores etc. Outros são acionados somente
uma vez durante o tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente são usados
para inicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o símbolo na
linguagem LADDER que representa este tipo de relê é a letra “C”;
•
Contadores (Counters): Estes não existem fisicamente. São contadores simulados e
podem ser programados para contar pulsos. Normalmente, estes contadores podem
contar para cima (incrementar), ou abaixo (decrementar), ou ambos. Considerando
que são simulados, os contadores estão limitados na velocidade de contagem.
Alguns fabricantes também incluem contadores de alta velocidade baseados em
hardware, podendo ser considerados como fisicamente existentes.
•
Temporizadores (Timers): Estes também não existem fisicamente. O mais comum é
o tipo com “Retardo no Ligamento”. Outros incluem “Retardo no desligamento” e
tipos retentivos e não-retentivos. Os incrementos variam de um mili-segundo até um
segundo;
•
Relês de saída: Estes possuem conexão com o mundo externo e existem
fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenóides, luzes, etc., podem ser
transistores, Relês ou Triacs, dependendo do modelo de CLP. No caso do CLP TP02, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé é a letra “Y”;
27
•
Armazenamento de dados: Normalmente há registros designados simplesmente para
armazenar dados. Eles são usados como armazenamento temporário para
manipulação matemática ou de dados. Podem ser usados quando houver ausência de
energia no CLP.
2.5.9 Classificação
Embora uma classificação de CLP´s devesse levar em conta a combinação de vários
aspectos tais como número de pontos de E/S, capacidade de memória, comunicação,
recursos de software e programação, etc., para propósitos práticos, pode-se considerar a
seguinte classificação: Micro e Mini CLP´s, CLP´s de pequeno porte, CLP´s de médio
porte e CLP´s de grande porte.
Uma classificação, em função do número de E/S, aceita, é apresentada na tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Classificação dos CLPs
PORTE
No. de PONTOS
Micro
+/- 20
Mini
+/- 180
Pequeno
+/- 400
Médio
Até 3000
Grande
Acima de 3000
Considerando um CLP do tipo compacto, uma configuração mínima para o
equipamento poderia ser a seguinte: 16 entradas digitais, 12 a 16 saídas digitais, 8 entradas
analógicas, 1 a 2 saídas analógicas, 4 entradas de contagem de baixa velocidade (500 Hz), 2
contadores de 10 a 40 kHz, centenas de memórias (flags), contadores e temporizadores.
2.5.10 Especificação
A especificação de um CLP pode ser feita em função do número de sensores e
atuadores necessários. Ainda deve-se conhecer o nível elétrico dos sinais envolvidos, tanto
na entrada como na saída.
2.6
Estrutura de Programação
O princípio de funcionamento de um CLP é semelhante ao de todo sistema
microprocessado, baseando-se em três passos:
Com a partida, o CLP executa as seguintes tarefas:
1ª.) Transfere os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados (RAM).
2ª.) Inicia a varredura do software aplicativo armazenando-o na memória de dados. Dentro
deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no sofware aplicativo,
como intertravamentos, habilitação de temporizadores/contadores, armazenagem de dados
processados na memória de dados, etc...
28
3ª.) Concluída a varredura do software aplicativo, o CP transfere os dados processados
(resultados das operações lógicas) para a interface de saída.
Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a memória
de dados.
A figura 2.6 ilustra o ciclo de operação de um CLP (Silva Filho, 2000).
Figura 2.6 – Ciclo de processamento
O programa completo para o controle do sistema é armazenado em uma área de
memória denominada Programa do Usuário. Divide-se o programa em partes chamadas
Blocos. Os Blocos podem ser identificados por letras e números.
Usa-se uma linguagem de programação regulamentada pela norma IEC 1131-3, que
permite escrever o programa em cinco representações diferentes, que serão vistos a seguir.
2.7 Aspectos de Software
Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CLP são os
recursos de software disponíveis, ou seja, quais funções podem ser executadas. Todos os
CLP´s possuem as seguintes funções básicas de software:
- Lógica E, OU e XOR;
- SET e RESET;
- Temporização e contagem;
- Cálculos com aritmética básica (+, -, x, %);
- Parênteses (para associação de lógicas);
- Comparação de valores;
- Registrador de deslocamento;
- Salto.
Estas funções são detalhadas no capítulo 4.
29
A medida que os CLP´s tem sua capacidade de processamento aumentada, surge a
necessidade de funções de software mais avançadas, tais como:
- Cálculos com ponto flutuante;
- Cálculos integrais e trigonométricos;
- Malha de controle PID;
- Posicionamento;
- Contagem rápida;
- Leitura de sinais analógicos;
- Linearização de sinais analógicos;
- Lógica fuzzy;
- Outros.
Algumas destas funções são abordadas no capítulo 5.
2.8 Linguagens de Programação
A programação traduz as funções a serem executadas. Para isso, ela deve ser a mais
simples possível. A linguagem de programação é baseada na memotécnica, e através de
uma linguagem específica, que usa abreviações, figuras e números, se torna acessível a
todos os níveis tecnológicos, principalmente aos técnicos e engenheiros (lógica de relés).
Hoje, a linguagem de programação é padronizada segundo a norma IEC 1131-3
(estabelecida em 1993) e visa atender tanto os conhecimentos da época do relé, ditos
comandos elétricos, onde os sistemas eram automatizados fazendo-se uso destes, como os
conhecimentos da era digital, onde os sistemas são automatizados usando-se CLPs. No
primeiro caso, adequa-se a representação da linguagem pelos diagramas de contatos, e no
segundo, a representação pelos diagramas lógicos da tecnologia digital, ou ainda a
representação matemática.
Existem diferentes formas de representação para a mesma linguagem e que são
detalhadas na seção 3.2, desta apostila:
2.9 Terminologia
A linguagem de programação dos CLP´s consiste de um conjunto de termos
comumente usados, cujo entendimento se faz necessário e que são descritos a seguir.
Sensor
Um sensor é um dispositivo que converte uma condição física em um sinal elétrico
para uso pelo CLP. Os sensores são conectados na entrada de um CP. Ex.: um botão tipo
pushbutton conectado na entrada do CLP envia um sinal elétrico indicando a condição
(aberto/fechado) de seus contatos.
30
Figura 2.7 – Exemplo de um sensor lógico.
Atuador
O atuador converte um sinal elétrico proveniente do CLP em uma condição física.
Os atuadores são conectados na saída do CLP. Ex.: uma chave de partida de motor elétrico
conectada na saída do CLP irá partir ou parar o motor, conforme o sinal enviado para a
saída do CLP.
Figura 2.8 – Exemplo de um atuador.
Entrada Discreta
Também referida como entrada digital, é uma entrada que possui duas condições:
ligada ou desligada.
Exemplos: pushbuttons, chaves fim-de-curso, chaves seletoras, pressostatos, chave
de nível, contatos de relés, chaves limitadoras e chaves de proximidade podem ser
conectadas às entradas discretas do CLP. Na condição fechada ou ligada, a entrada pode ser
referida como nível lógico 1 (um) ou alto. Na situação aberta ou desligada, esta entrada
pode ser referida como nível lógico 0 (zero) ou baixo.
31
Figura 2.9 – Representação de diversos tipos de contato nas entradas do CLP.
No exemplo da figura 2.10 usa-se uma chave tipo pushbutton com os contatos
normalmente abertos - NA (ou em inglês Normally Open – NO). Um dos lados da chave é
conectado na primeira entrada do CLP e o outro lado é conectado em uma fonte de 24 Vcc.
No estado aberto, não existe tensão presente na entrada do CLP, caracterizando a condição
desligado. Quando a chave é pressionada, aplica-se 24 Vcc na entrada do CLP,
caracterizando a condição ligado.
Figura 2.10 – Funcionamento de uma chave tipo pushbutton.
Entrada Analógica
Caracteriza-se por um sinal contínuo aplicado na entrada. Valores típicos podem
variar de 0 a 20 mA ou 0 a 10 V. Ex.: um transmissor de nível monitora o nível de líquido
em um tanque. Dependendo de sua condição, o nível deve ser informado ao CLP através de
um sinal proporcional à variação do líquido.
32
Figura 2.11 – Exemplo de Entrada Analógica
Entre os sensores que podem ser aplicados estão os transdutores de tensão e
corrente, temperatura, pressão, potenciômetros e etc.
Normalmente, os CLPs do tipo compacto possuem um ou dois circuitos conversores
Analógico/Digital, A/D, e um determinado número de canais de entrada (4, 8 ou 16)
multiplexado. Deve-se configurar a entrada, informando qual o canal a ser lido e que tipo
de sinal elétrico que é usado na entrada. Os sinais elétricos padronizados apresentam um
dos formatos, vistos na tabela 2.2.
Tabela 2.2 – Formato dos sinais analógicos padronizados
Tipo de Sinal
Valor mínimo
Valor máximo
Tensão
0
10 V
Corrente
0
20 mA
Corrente
4
20 mA
Em ambiente industrial, prefere-se o terceiro padrão, em função da possibilidade de
rompimento do cabo que conduz o sinal desde o ponto onde está instalado o sensor até o
CLP.
C
L
P
Grandeza Fisica
Sensor
Transdutor
d = 50 m
EA
Figura 2.12 – Aplicação de entrada analógica
Saída Discreta
É uma saída que pode assumir duas condições: ligada ou desligada. Solenóides,
bobinas contatoras, alarmes, sinaleiros, bobinas de relés, contactoras e lâmpadas são
exemplos de atuadores conectados a uma saída discreta ou digital. No exemplo abaixo, uma
lâmpada pode ser ligada ou desligada pela saída do CLP à qual está conectada.
33
Figura 2.13 – Exemplo de uma saída discreta
As saídas digitais dos CLPs podem se apresentar sob duas formas: saídas à relé e
saídas à transistor.
Nas saídas à relés deve-se limitar a corrente e instalar fusíveis para a proteção do
circuito, considerando o nível máximo de tensão aplicada. Podem ser usadas para acionar
diretamente atuadores, desde que respeitado o limite de corrente.
No CLP TP02 da WEG tem-se saídas agrupadas de 2 A, 250 V. Já, no micro-CLP
CLIC da WEG, as saídas são individuais de 10 A, 250 V.
As saídas à transistor possuem baixos limites de corrente e tensão (da ordem de 300
mA, 24 V, para os CLPs TP02). Deve ser observada a polaridade dos componentes no
circuito.
Comparativamente, as saídas à transistor possuem uma vida útil e velocidade muito
maiores do que as saídas à relé e ocupam espaços menores. Cartões com relés possuem no
máximo 8 saídas, enquanto nos cartões com transistor, chega-se a 32 saídas.
Para compensar os pequenos sinais de saída a transistor, pode-se acoplar cartões
com micro-relés, conforme a figura 2.14.
+
24 V
Figura 2.14 – Esquema de um micro-relé.
Saída Analógica
Uma saída analógica possui um sinal que pode variar continuamente. A saída pode
ser tão simples como um nível de 0 a 10 Vcc para acionar um medidor analógico (de
velocidade, peso ou temperatura), como em situações mais complexas, tais como um
34
transdutor pneumático de corrente que controla uma válvula de controle de fluxo operada à
ar, válvulas proporcionais ou até mesmo o acionamento de motores.
Figura 2.15 – Exemplo de uma saída analógica.
Da mesma forma que ocorre com as entradas analógicas, a saída também exige a
configuração do canal, em função do CLP compacto possuir normalmente um conversor
Digital/Analógico (D/A) e vários canais de saída multiplexados.
2.10 – O micro–CLP
Outra tendência de mercado atual é o uso de pequenos CLPs para controlar
processos locais ou tarefas simples, os quais se comunicam com outros CLPs e Sistemas
Supervisórios formando uma rede de automação. Isto é, em aplicações nas quais é
necessário automatizar um processo com poucos passos de programação, bem como com
poucas entradas e saídas. Diversos fabricantes entraram nesse mercado através do
lançamento de CLPs de pequeno porte, de programação simples e baixo custo.
A figura 2.16 ilustra o Micro-CLP CLIC, da WEG, o qual constitui um exemplo
clássico desse equipamento.
Figura 2.16 – O Clic - Microcontrolador Programável.
2.11 - Considerações de projeto
Para adequar um Controlador Lógico Programável (CLP) a um sistema ou a uma
máquina é necessário verificar o número de pontos de entrada, o número de pontos de
35
saída, a velocidade de processamento e os tipos de entradas e saídas (sensores e atuadores)
necessários à aplicação.
De fato, os Controladores Lógicos Programáveis, como todas as ferramentas de
automação, estão em constante desenvolvimento, no sentido da redução de custos, da
dimensão física, do aumento da velocidade, da facilidade de comunicação, e também no
aperfeiçoamento interfaces mais amigáveis.
A flexibilidade dos CLPs indica que, as alterações lógicas podem ocorrer com
grande facilidade, sem que sejam necessárias alterações do Hardware ou inclusão de
componentes eletrônicos ou elétricos. Esta é a principal característica dos sistemas de
automação flexíveis e o que faz dos CLPs ferramentas de grande aplicação nas estruturas de
automação.
Além da linguagem de contatos, existem outras formas de programação
características de cada fabricante. Pode-se concluir então que os projetos de automação e
controle envolvendo CLPs reduzem o trabalho de desenvolvimento de Hardware dos
circuitos lógicos do acionamento, bem como os dispositivos e potência para acionamento
de cargas e dos atuadores, uma vez que é possível escolher módulos de saída já prontos,
adequados ao tipo de carga que se deseja acionar.
A utilização do CLP contempla, por conseguinte, alguns passos genéricos:
•
Definição da função lógica a ser programada;
•
Transformação desta função em programa assimilável pelo CLP;
•
Implementação física do controlador e de suas interfaces com o processo.
Bibliografia do Capítulo
WEG Indústrias, “Automação de Processos Industriais”. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Georgini, Marcelo, “Automação Aplicada – Descrição e Implementação de Sistemas
Seqüenciais com PLCs”, Livro. Editora Érica, São Paulo, 2000.
Natale, Ferdinando, “Automação Industrial”. Livro, Ed. Érica, São Paulo, 2003.
Moraes e Castrucci, Engenharia de Automação Industrial, livro. Editora LTC, São Paulo,
2007.
Revista ABINEE - Nº 42 - Agosto/2007.
DEXTER, “Curso de Automação Industrial”. Apostila do Curso, 2001.
WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf
acessada em outubro de 2006.
Carrilho, Eduardo, “Material de aula da disciplina Automação de Sistemas e
Instrumentação Industrial”, Curso de engenharia elétrica no IME, São Paulo. Web:
http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
SENAIFORMADORES, 2005. Fundamentos de Automação Industrial – TUTORIAL, url:
WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/, acessada em outubro de 2006.
36
UNIDADE III – Lógica e Linguagem de Programação
3.1 Introdução
Na execução de tarefas ou resolução de problemas com dispositivos
microprocessados se faz necessária a utilização de uma linguagem de programação, através
da qual o usuário se comunica com a máquina.
A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa,
que vai coordenar e sequenciar as operações que o microprocessador deve executar.
CLASSIFICAÇÃO
⇒ Linguagem de baixo nível
⇒ Linguagem de alto nível
A - LINGUAGEM DE BAIXO NÍVEL
Linguagem de Máquina
É a linguagem corrente de um microprocessador ou microcontrolador, onde as
instruções são escritas em código binário (bits 0 e 1). Para minimizar as dificuldades de
programação usando este código, pode-se utilizar também o código hexadecimal, como
vistos nos exemplos abaixo.
Código Binário
Endereço
0000000000000000
0000000000000001
0000000000000010
0000000000000011
0000000000000100
0000000000000101
0000000000000111
0000000000001000
0000000000001001
0000000000001010
0000000000001011
0000000000001111
0000000000010000
0000000000010001
Código Hexadecimal
Conteúdo
00111110
10000000
11010011
00011111
00100001
00000000
01111110
00100011
10000110
00111111
00000001
11011010
00000000
11011010
Endereço
0000
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
000A
000B
000C
000D
Conteúdo
3E
80
D3
1F
21
00
10
7E
23
86
27
D3
17
3F
Cada item do programa chama-se linha ou passo e representa uma instrução ou dado
a ser operacionalizado.
37
Linguagem Assembler
Na linguagem assembler o programa é escrito com instruções abreviadas, chamadas
mnemônicos.
Endereço
0000
0002
0004
0007
0008
0009
000A
000B
000D
000F
0012
0013
0015
Conteúdo
MVI A,80H
OUT 1FH
LXI ,1000H
MOV A,M
INX H
ADD M
DAA
OUT 17H
MVI A,1H
JC 0031H
XRA A
OUT 0FH
HLT
Cada microprocessador ou microcontrolador possui estruturas internas diferentes,
portanto seus conjuntos de registros e instruções também são diferentes.
B - LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL
É uma linguagem próxima da linguagem corrente utilizada na comunicação de
pessoas.
Compiladores e Interpretadores
Quando um microcomputador utiliza uma linguagem de alto nível, é necessária a
utilização de compiladores e interpretadores para traduzirem este programa para a
linguagem de máquina.
PROGRAMA
COMPILADOR
OU
INTERPRETADOR
1111
0000
0101
0100
Vantagem: Elaboração de programa em tempo menor, não necessitando conhecimento da
arquitetura do microprocessador.
38
Desvantagem: Tempo de processamento maior do que em sistemas desenvolvidos em
linguagens de baixo nível.
Exemplos de linguagens de alto nível: Pascal, C, Fortran, Cobol, etc.
3.2 Programação de CLPs
De maneira geral, o programa do CLP é um conjunto de expressões booleanas.
As expressões são avaliadas uma a uma seqüencialmente a cada ciclo de varredura,
e o resultado correspondente é armazenado na memória intermediária do CLP.
Ao terminar a avaliação, a parte da memória intermediária correspondente às saídas
é copiada nas saídas.
Normalmente programa-se um controlador através de um software que possibilita a
sua apresentação ao usuário em diferentes formas:
A norma IEC 1131-3 define as seguintes linguagens de programação:
• Linguagens Gráficas
- Diagramas de Funções Seqüenciais (Sequential Function Chart – SFC) - evolução
do graphcet francês.
- Diagramas de Contatos (Ladder Diagram – LD) - programação como esquemas de
relés.
- Diagramas de Blocos de Funções (Function Block Diagram – FBD) - blocos
lógicos representando portas “E”, “OU”, “Negação”, “Ou exclusivo”, etc.
• Linguagens Textuais
- Lista de Instruções (Instruction List – IL)
- Texto Estruturado (Structured Text – ST) - linguagem que vem substituir todas as
linguagens declarativas tais como linguagem de instruções, BASIC estruturado e inglês
estruturado. Esta linguagem é novidade no mercado internacional e é baseada no Pascal.
A linguagem mais difundida é o diagrama de contatos (Ladder), devido à
semelhança com os esquemas elétricos usados para o comando convencional e a facilidade
de visualização nas telas de vídeo dos programadores (CRT).
O software pode apresentar-se de forma linear, onde o programa é varrido desde a
primeira até a última instrução, não importando-se com a necessidade ou não de ser
executada uma parte do programa. É uma característica dos processadores mais simples
(Bit Processor).
Por outro lado, na programação estruturada, um programa principal é lido, e
conforme a sequência de eventos, os blocos de programa e funções são executados. Uma
grande vantagem está na otimização do software, que oferece a possibilidade de utilização
de subrotinas e subprogramas.
Alguns CLPs possibilitam a apresentação do programa do usuário em uma ou mais
formas, enquanto alguns softwares de programação permitem migrar de uma linguagem
39
para outra, como, p. ex., de Ladder para Lista de Instrução, de Ladder para Diagrama
Lógico e vice-versa. Cabe ressaltar que cada um dos métodos de representação tem suas
propriedades e limitações não sendo universal a intercambialidade entre eles. Por ex., um
programa escrito em IL nem sempre pode ser escrito em LAD ou FBD.
As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programação
são dependentes dos conhecimentos do programador.
A - Diagramas de Contatos
Segundo Moraes e Castrucci, (2001), a Linguagem Ladder ou a “Linguagem de
Diagrama de Contatos (LADDER Diagram)” ou Diagrama de Relés ou Diagrama Escada,
originou-se dos diagramas elétricos em LADDER (Escada), cuja origem provém da Lógica
de Relês. Esta forma gráfica de apresentação está muito próxima à normalmente usada em
diagramas elétricos, como visto abaixo.
Exemplo:
E1
S1
E2
------| |------| |--------------------------( )-----E3
------| |-------------A linguagem Ladder será detalhadamente estudada na seção 3.5.
B - Diagrama de Blocos Lógicos
Mesma linguagem utilizada em lógica digital, onde sua representação gráfica é feita
através das chamadas portas lógicas.
Exemplo:
I 0.0
>=1
&
Q 0.0
Q 0.0
I 0.2
I 0.4
Q 0.2
>=1
&
Q 0.2
I 0.6
40
C - Lista de Instrução
Linguagem semelhante à utilizada na elaboração de programas para computadores.
Exemplo :
:A
:A
:O
:A
:A
:=
I 1.5
I 1.6
I 1.4
I 1.3
Q 3.0
( I 1.5 . I 1.6 ) + ( I 1.4 . I 1.3 ) = Q 3.0
3.3 Análise das Linguagens de Programação
A análise das linguagens tem por objetivo contribuir na escolha de um sistema que
melhor se adapte as necessidades de cada usuário. Esta análise se deterá nos seguintes
pontos:
- Quanto à forma de programação;
- Quanto à forma de representação;
- Documentação;
- Conjunto de Instruções.
Quanto à Forma de Programação
Programação Linear - programa escrito escrita em único bloco.
Programação Estruturada - Estrutura de programação que permite:
- Organização;
- Desenvolvimento de bibliotecas de rotinas utilitárias para utilização em vários programas;
- Facilidade de manutenção;
- Simplicidade de documentação e entendimento por outras pessoas além do autor do
software.
Permite dividir o programa segundo critérios funcionais, operacionais ou geográficos.
Quanto à Forma de Representação
•
•
•
Diagrama de Contatos;
Diagrama de Blocos;
Lista de Instruções.
41
Documentação
A documentação é mais um recurso do editor de programa que de linguagem de
programação. De qualquer forma, uma abordagem neste sentido torna-se cada vez mais
importante, tendo em vista que um grande número de profissionais estão envolvidos no
projeto de um sistema de automação que se utiliza de CLPs, desde sua concepção até a
manutenção.
Quanto mais rica em comentários, melhor a documentação que normalmente se
divide em vários níveis.
Conjunto de Instruções
É o conjunto de funções que definem o funcionamento e aplicações de um CLP.
Podem servir para mera substituição de comandos a relés:
- Funções Lógicas;
- Memorização;
- Temporização;
- Contagem.
como também manipulação de variáveis analógicas:
- Movimentação de dados;
- Funções aritméticas.
Se funções complexas de algoritmos, comunicação de dados, interfaces homem-máquina,
podem ser necessárias:
- Saltos controlados;
- Indexação de instruções;
- Conversão de dados;
- PID;
- sequenciadores;
- aritmética com ponto flutuante; etc.
3.4 Normalização
Existe a tendência de utilização de um padrão de linguagem de programação onde
será possível a intercambiabilidade de programas entre modelos de CLPs e até de
fabricantes diferentes.
Esta padronização está de acordo com a norma IEC 1131-3 e se torna possível
utilizando-se o conceito de linguagem de alto nível onde, através de um compilador, podese adaptar um programa para a linguagem de máquina de qualquer tipo de
microprocessador, ou seja, um programa padrão pode servir tanto para o CLP de um
fabricante A como de um fabricante B.
A grande vantagem de se ter o software normalizado é que em se conhecendo um,
conhece-se todos, economizando em treinamento e garantindo que, por mais que um
fornecedor deixe o mercado, nunca se ficará sem condições de crescer ou repor
equipamentos.
42
3.5 Linguagem de Relés e Blocos (Ladder)
Os diagramas de contato são uma forma de programação de CLPs por meio de
símbolos gráficos, representando contatos (contacts) e bobinas (coils). Pelo fato de utilizar
a lógica de relé é a linguagem de programação de CLP mais simples de ser assimilada por
quem já tenha conhecimento de circuitos de comando elétrico.
Compõe-se de vários circuitos dispostos horizontalmente, com a bobina na
extremidade direita, alimentados por duas barras verticais laterais. Por esse formato é que
recebe o nome de ladder (ou escada, em português).
Existe uma linha vertical de energização a esquerda e outra linha a direita. Entre
estas duas linhas existe a matriz de programação formada por xy células, dispostas em x
linhas e y colunas. No exemplo abaixo tem-se um caso de 32 células, dispostas em 4 linhas
e 8 colunas.
Barra de
energia esquerda
Barra de energia
direita
No exemplo acima, cada conjunto de 32 células é chamado de uma lógica do
programa aplicativo. As duas linhas laterais da lógica representam barras de energia entre
as quais são colocadas as instruções a serem executadas. As instruções podem ser contatos,
bobinas, temporizadores, etc.
A lógica deve ser programada de forma que as instruções sejam “energizadas” a
partir de um “caminho de corrente” entre as duas barras, através de contatos ou blocos de
funções interligados. Entretanto, o fluxo de “corrente elétrica” simulado em uma lógica flui
somente no sentido da barra de energia esquerda para a direita, diferentemente dos
esquemas elétricos reais. As células são processadas em colunas, iniciando pela célula
esquerda superior e terminando pela célula direita inferior.
Cada célula pode ser ocupada por uma conexão (“fio”), por um bloco (relé de
tempo, operação aritmética,etc), ou ainda por um contato ou bobina.
Cada uma das linhas horizontais é uma sentença lógica onde os contatos são as
entradas das sentenças, as bobinas são as saídas e a associação dos contatos é a lógica.
Os contatos e bobinas são conectados por ligações (links) em ramos (rungs) como
num diagrama de lógica a relé.
As ligações são os “fios” de interconexão entre as células da lógica Ladder
(contatos, bobinas e blocos de funções). Podemos ter ligações na horizontal, na vertical, e
43
ainda uma ligação negada (inversora). As ligações horizontais e verticais simplesmente
conectam saídas de células as entradas de outras células. Já a ligação negada inverte o sinal
na sua entrada, como mostrado abaixo:
A ligação negada recebe
energia no terminal esquerdo...
NEG
... e inverte este pulso em sua
saída.
Pode-se observar a diferença entre uma ligação negada (que inverte o valor binário
em sua entrada) com a chave NF, que abre a ligação entre sua entrada e sua saída quando a
bobina associada a ela é energizada.
As expressões booleanas calculadas a cada ciclo de varredura do CLP correspondem
à avaliação lógica seqüencial do diagrama de contatos.
Contatos
Um contato é representado abaixo, associado à variável booleana A, interna ao CLP,
e suas ligações.
A
--||-Os contatos são usados como acesso ao estado de uma variável interna no cálculo de
expressões booleanas.
Contato
normalmente
aberto
Contato
normalmente
fechado
Contato
sensível à
transição
positiva
A
--||-A
--|/|-A
--|P|--
O estado da ligação à direita é copiado para a ligação
à esquerda se o estado de A é verdadeiro. Caso
contrário, o estado da ligação à direita é falso.
O estado da ligação à direita é copiado para a ligação
à esquerda se o estado de A é falso, caso contrário, o
estado da ligação à direita é verdadeiro.
O estado da ligação à direita é verdadeiro por um
ciclo de varredura se o estado da ligação à esquerda é
verdadeiro e uma transição positiva da variável A é
Detectada.
Exemplo:
44
energizada
Bobina acionadora do contato
desenergiza
fechado
Contato NA
aberto
fechado
Contato NF
aberto
Entrada do relé P
(lado esquerdo)
Saída do relé de pulso P
(lado direito)
1 ciclo do CLP
P
ou
PLS
Bobinas
Uma bobina é representada abaixo, associada a uma variável booleana Q.
Q
--( )-As bobinas alteram os estados das variáveis associadas.
Bobina
Normal
Bobina
Negativa
Bobina
Latch (Set)
Bobina
Latch (Reset)
Bobina
Sensível à
Transição positiva
Q
--( )-Q
--(\)-Q
--(S)-Q
--(R)-Q
--(P)--
O estado da ligação da esquerda é copiado para a
variável Q e para a ligação à direita.
O estado da ligação à esquerda é copiado para a
ligação à direita, e a negação do estado da ligação à
esquerda é copiada para a variável Q.
O estado de Q passa para verdadeiro quando a
ligação à esquerda vai para verdadeiro, e não
se altera em caso contrário.
O estado de Q passa para falso quando a ligação à
direita vai para verdadeiro, e não se altera em caso
contrário.
O estado de Q passa para verdadeiro por um ciclo de
varredura cada vez que a ligação à esquerda vai de
falso para verdadeiro.
45
A bobina Normal recebe energia
no terminal esquerdo
Nos terminais da bobina Q
A bobina recebe energia
no terminal esquerdo
Nos terminais da bobina SET
S
A bobina recebe energia
no terminal esquerdo
Nos terminais da bobina
RESET
R
A bobina simples comporta-se como uma contactora comum, ou seja, quando
energizada aciona seus contatos. Já, as bobina SET e RESET funcionam como uma
contactora com retenção, ou seja, um pulso nesta bobina aciona ou desaciona a contactora,
respectivamente (como em um flip-flop R-S). Todos os contatos associados a uma bobina
são acionados quando esta bobina é energizada.
As bobinas podem ser associadas às saídas digitais do CLP, e os contatos podem ser
associados às entradas digitais. Assim, ao energizar uma entrada o contato associado a ela é
acionado (se for um contato NA ele se fechará; se for um contato NF irá abrir). Já, ao
energizar uma bobina associada a uma saída do CLP faz-se com que esta saída seja ativada
(feche o contato do relé de saída, por exemplo).
No ladder, cada operando (nome genérico dos contatos e bobinas) é identificado
com um endereço da memória à qual se associa no CLP. Esse endereço aparece no ladder
com um nome simbólico para facilitar a programação e é arbitrariamente escolhido pelo
fabricante como visto nos exemplos da tabela 3.1.
46
Tabela 3.1 – Variáveis de alguns CLPs associadas ao endereçamento.
MODELO
Entrada Saída
Digital Digital
Entrada Saída
BIT
Analógi Analógi AUX.
ca
ca
PALA
VRA
PALAVRA CONTADOR
DO
/TEMPORI
SISTEMA ZADOR
90-70
90-30
90-20
90-MICRO
SLC-500
%I1
a
%I...
%Q1
a
%Q...
%AI
%AQ1 %M1 a
a
a
%M...
%AI... %AQ.. %T1 a
.
%T...
%R1
a
%R...
%S
%Rx
x x+1
x+2
I:SLOT.
PONTO
I:1/0
a I:...
O:SLOT
.PONTO
O:1/0
a O:...
I:SLOT.
PONTO
I:3.0
a I:3....
O:SLOT B3:0/0
.PONTO a
O:3.0
B3:...
a O:3....
N7:0
a
N7:...
S:
R6:0
a
R6:...
T4:0 a T4:...
C5:0 a C5:...
ALTUS
AL500
-
M0
%M
%M
FESTO
FPC101
FPC103
II0 a
II3 ou
IU0 a
IU3
OU0
e
OU1
M0 a
M...
%M0
a%M..
R0
a
R64
-
PICOLLO
R60 a
R...
%S2.0
a %S...
O0.0
a O...
-
ALTUS
R0 a
R...
%E0.0
a %E...
I0.0
a I...
FABRICAN
TE
GEFANUC
ALLEN
BRADLEY
A0 a
A...
%A0.0
a %A...
F0.0
a
F15.15
%M0
FW0
a
FW15
T0 a
T31
C0 a C15
Outros tipos de endereçamento:
125/04 ( 1 = entrada, 2 = gaveta, 5 = número do cartão ou módulo, 04 = número do
ponto ), 013/01 ( 0 = saída, 1 = número da gaveta, 3 = número do módulo, 01 = número do
ponto ).
O estado de cada operando é representado em um bit correspondente na memória
imagem: este bit assume nível 1 se o operando estiver acionado e 0 quando desacionado.
* As bobinas acionam o seu endereço.
Enquanto uma bobina com endereço de saída estiver acionada, um par de terminais
no módulo de saída será mantido em condição de condução elétrica.
* Os contatos se acionam pelo endereço que os identifica.
Os contatos endereçados como entrada são acionados enquanto seu respectivo par
de terminais no módulo de entrada é acionado: fecham-se se forem NA e abrem-se se forem
NF.
3.6 Desenvolvimento do Programa LADDER
Após a definição da operação de um processo onde são geradas as necessidades de
seqüenciamento e/ou intertravamento, esses dados e informações são passados sob forma
de diagrama lógico, diagrama funcional ou matriz de causas e efeitos e a partir daí o
programa é estruturado. O fluxograma abaixo mostra os passos para a automação de um
processo ou equipamento.
47
INICIO
DEFINIÇÃO
PONTOS DE E/S OPERANDOS
ELABORAÇÃO
USUÁRIO
DO
PROGRAMA
TESTE DO PROGRAMA USUÁRIO
NÃO
FUNCIONA?
ALTERAÇÕES
DO
PROGRAMA
SIM
INSTALAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS E
LIBERAÇÃO PARA USO
FIM
Figura 3.1 – Diagrama em blocos para desenvolver um programa em ladder.
Além disso, existem algumas regras impostas na linguagem Ladder. Por exemplo,
as bobinas devem ocupar somente a última coluna a direita.
Abaixo, tem-se a ordem de execução das células em uma lógica Ladder.
1
5
9
13
17
21
25
29
2
6
10
14
18
22
26
30
3
7
11
15
19
23
27
31
4
8
12
16
20
24
28
32
48
Um programa aplicativo pode ser composto de várias lógicas Ladder. Além disso,
um módulo de configuração permite especificar parâmetros do CLP, como modelo,
velocidade de ciclo, endereço do CLP na rede de comunicação, etc.
Exemplo: Como a lógica de diagrama de contatos do CLP assemelha-se à de relés,
para que um relê seja energizado, necessita de uma continuidade elétrica, estabelecida por
uma corrente elétrica.
ALIMENTAÇÀO
+
-
CH1
K1
Figura 3.2 – Circuito Elétrico de acionamento de acionamento de uma contatora.
Ao ser fechada a CH1, a bobina K1 será energizada, pois será estabelecida uma
continuidade entre a fonte e os terminais da bobina.
O programa equivalente do circuito anterior, na linguagem ladder, será o seguinte.
E1
S1
Figura 3.3 – Equivalente em Ladder de acionamento de uma contatora.
Analisando os módulos de entrada e saída do CLP, quando o dispositivo ligado à
entrada digital E1 fechar, este acionará o contato E1, que estabelecerá uma continuidade de
forma a acionar a bobina S1, consequentemente o dispositivo ligado à saída digital S1 será
acionado.
Uma prática indispensável é a elaboração das tabelas de alocação dos dispositivos
de entrada/saída. Esta tabela, exemplificada abaixo, é constituída do nome do elemento de
entrada/saída, sua localização e seu endereço de entrada/saída no CLP.
DISPOSITIVO
PSL - 100
TT - 400
FS
SV
LOCALIZAÇÃO
Topo do tanque pressurizado 2
Saída do misturador
Saída de óleo do aquecedor
Ao lado da válvula FV400
49
ENDEREÇO
E1
EA1
E2
S1
O contato NF é um contato de negação ou inversor. O exemplo abaixo mostra sua
aplicação no programa anterior substituindo o contato NA por um NF.
E1
S1
Figura 3.4 – Acionamento de uma contatora por um contato inversor.
Analisando os módulos de entrada e saída, quando o dispositivo ligado à entrada
digital E1 abrir, este desacionará o contato E1, este por ser NF estabelecerá uma
continuidade de forma a acionar a bobina S1, consequentemente o dispositivo ligado à
saída digital S1 será acionado. O gráfico lógico referente aos dois programas apresentados
anteriormente é mostrado a seguir.
ESTADO LÓGICO
ESTADO LÓGICO
1
1
E1
E1
0
0
T
T
1
1
S1
S1
0
0
T
T
CIRCUITO UTILIZANDO E1 NORMALMENTE ABERTO
CIRCUITO UTILIZANDO E1 NORMALMENTE FECHADO
Figura 3.5 – Diagramas temporais
Com relação ao que foi exposto acima sobre os contatos endereçados como entrada,
os que tiverem por finalidade acionar ou energizar uma bobina deverão ser do mesmo tipo
do contato externo que aciona seu respectivo ponto no módulo de entrada.
Já, os que forem usados para desacionar ou desenergizar uma bobina devem ser de
tipo contrário do contato externo que os aciona.
Para ligar
Para desligar
Se a chave externa for
NA
NF
NA
NF
o contato no ladder deve ser
NA
NF
NF
NA
Percebe-se que pode ser usada uma chave externa de qualquer tipo, desde que no
ladder se utilize o contato de tipo conveniente. Mesmo assim, por questão de segurança,
não se deve utilizar chave externa NF para ligar nem NA para desligar.
50
3.7 Associação de Contatos no Ladder e Lógica Combinacional
No ladder, associam-se contatos para criar as lógicas booleanas com a saída.
3.7.1 ESTADOS LÓGICOS
Pode-se fazer uma correlação entre os circuitos digitais e o acionamento (comando)
de dispositivos físicos, como por exemplo, uma lâmpada.
Figura 3.6 – Circuito Elétrico de acionamento de uma lâmpada.
CORRELAÇÃO:
0
desligado
1
ligado
baixo
alto
falso
verdadeiro
não
sim
Em 1854, George Boole apresentou a teoria matemática das proposições lógicas,
definindo os conceitos da Álgebra de Boole.
OPERAÇÕES LÓGICAS
A relação entre duas ou mais variáveis que representam estados binários é
estabelecida por meio de três operações lógicas:
- Produto lógico (função E);
- Soma lógica (função OU);
- Inversão (função NÃO).
TABELA VERDADE
Permite escrever todas as combinações possíveis dos estados lógicos de todas as
variáveis de uma função, incluindo o estado lógico resultante de cada combinação.
3.7.2 PORTAS LÓGICAS
a) PORTA INVERSORA (NOT)
51
É uma porta com apenas um sinal de entrada e um sinal de saída, o qual assumirá
sempre valores lógicos complementares ao sinal de entrada. Executa a função lógica da
inversão booleana.
TABELA DA VERDADE:
A
0
1
S
1
0
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
Figura 3.7 – Circuito elétrico equivalente para uma porta inversora.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.8 – Diagrama ladder para uma porta inversora.
b) PORTA “E” (AND)
Os contatos em série executam a lógica E, pois a bobina só será acionada quando
todos os contatos estiverem fechados.
A porta lógica “E” possui dois ou mais sinais de entrada, mas somente um sinal de
saída. De acordo com o operador lógico “E”, todas as entradas devem estar no nível lógico
“1”(Vcc) para que se obtenha um nível lógico “1”(Vcc) na saída da porta lógica.
TABELA DA VERDADE:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
52
S
0
0
0
1
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
Figura 3.9 – Circuito elétrico equivalente para uma porta E.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.10 – Diagrama ladder para uma porta E.
Exemplo:
E1
E2
E3
S1
Figura 3.11 – Associação de contatos em série em ladder.
A saída S1 será acionada quando:
E1 estiver acionada E E2 estiver não acionada E E3 estiver acionada
ou em álgebra booleana: S = E1 * E2 * E3
c) PORTA “OU” (OR)
A lógica OU é conseguida com a associação paralela, acionando a saída desde que
pelo menos um dos ramos paralelos estejam fechados.
A porta lógica “OU” possui dois ou mais sinais de entrada, mas somente um sinal
de saída. De acordo com o operador lógico “OU”, pelo menos uma das entradas deve estar
no nível lógico “1”(Vcc) para que se obtenha um nível lógico “1”(Vcc) na saída da porta
lógica.
53
TABELA DA VERDADE:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
S
0
1
1
1
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
Figura 3.12 – Circuito elétrico equivalente para uma porta OU.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.13 – Diagrama ladder para uma porta OU.
Exemplo:
E1
S1
E2
E3
Figura 3.14 – Associação de contatos em paralelo em ladder.
Assim, a saída S1 será acionada se
E1 for acionada OU E2 não for acionada OU E3 for acionada.
o que equivale a lógica booleana:
S1 = E1 + E2 + E3
54
d) PORTA “NÃO E” (NAND)
A porta lógica “NÃO E” tem dois ou mais sinais de entrada e apenas um sinal de
saída, que só será baixo se todos os sinais de entrada forem altos. Como o próprio nome diz
a porta “NÃO E” é uma composição das portas “NÃO” e “E”.
TABELA DA VERDADE:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
S
1
1
1
0
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
Figura 3.15 – Circuito elétrico equivalente para uma porta NÃO E.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.16 – Diagrama ladder para uma porta NÃO E.
e) PORTA “NÃO OU” (NOR)
A porta “NÃO OU” tem dois ou mais sinais de entrada e apenas um sinal de saída,
que só será alto se todos os sinais de saída forem baixos Como próprio nome diz a porta
lógica “NÃO OU” é uma composição das portas “NÃO” e “OU”.
TABELA DA VERDADE:
A
0
B
0
55
S
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
Figura 3.17 – Circuito elétrico equivalente para uma porta NÃO OU.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.18 – Diagrama ladder para uma porta NÃO OU.
f) PORTA “OU EXCLUSIVA” (XOR)
A porta lógica “OU EXCLUSIVA” é um circuito lógico tal que, para cada
combinação dos sinais de entrada, o sinal de saída será nível lógico “1”(alto) se e somente
se tivermos um NÚMERO ÍMPAR de entradas em nível lógico “1”(alto). Em virtude de
sua grande utilidade prática, o circuito lógico que gera a saída “OU EXCLUSIVA” passou
a ser considerado como porta lógica. A função lógica “OU EXCLUSIVA” não possui
simplificação.
TABELA DA VERDADE:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE:
56
S
0
1
1
0
Figura 3.19 – Circuito elétrico equivalente para uma porta OU EXCLUSIVA.
DIAGRAMA LADDER:
Figura 3.20 – Diagrama ladder para uma porta OU EXCLUSIVA.
g) LÓGICAS MISTAS
As associações mistas criam condições mais complexas como a do exemplo a
seguir.
E1
E
S1
E
Figura 3.21 – Associação mista de contatos em ladder.
Neste caso a saída S1 é acionada quando:
E3 for acionada & E1 for acionada OU E3 for acionada & E2 não for acionada
Em lógica booleana:
S1= E3 * (E1 + E2)
57
EXERCÍCIOS
1- Desenvolver um simples programa em lógica LADDER que ligue uma saída “X” se as
entradas “A” e “B”, ou a entrada “C” está ligada.
2- Desenvolver um programa aplicativo para uma partida direta de um motor com
sinalização de ligado, desligado e sobrecarga.
3- Desenvolver um programa aplicativo para uma partida direta de um motor com inversão
do sentido de rotação.
4- Desenvolver um programa em LADDER para um sistema de segurança para um carro.
Quando a porta do carro estiver aberta ou o cinto de segurança não usado, a ignição não
pode ser dada.
Se todas as condições forem satisfeitas, então a chave irá dar a partida no motor.
5- A lógica LADDER da figura abaixo é para uma porta “AND” ou “OR”?
58
3.8 SISTEMAS COMBINATÓRIOS
Sistemas combinatórios resultam da combinação de portas lógicas básicas, sendo
que a saída é uma combinação das variáveis de entrada.
CIRCUITO – EQUAÇÃO – TABELA
A partir de um circuito (lógica de contatos ou portas lógicas) pode-se obter a
equação Booleana e a seguir, a tabela verdade.
Exemplo:
a) Dado o circuito dado:
Coloca-se na saída de cada porta a equação correspondente. No final, a expressão
Booleana sai automaticamente.
b) Expressão Booleana obtida: S = BC + A (B + C )
c) Tabela verdade
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
d) Circuito com lógica de contatos
59
S
0
1
1
1
0
0
0
1
EQUAÇÃO – TABELA – CIRCUITO
Pode-se partir da equação Booleana para montar a tabela verdade e montar o
circuito correspondente.
Exemplo:
a) Dada a equação Booleana: S = A(B + C ) + A B
b) Tabela verdade, obtida a partir da equação
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
A(B + C )
0
0
0
0
1
1
0
1
B +C
1
1
0
1
1
1
0
1
AB
0
0
1
1
0
0
0
0
S
0
0
1
1
1
1
0
1
c) Traçado do circuito – feito por partes, a partir de cada parte da expressão e obtendo a
porta correspondente, até se obter a expressão formada.
d) Circuito com lógica de contatos:
60
TABELA – EQUAÇÃO – CIRCUITO
Existem dois métodos para se obter a função Booleana:
– Método da soma dos produtos;
– Método do produto das somas.
1 – Método da soma dos produtos
Obtém-se a função Booleana na forma canônica disjuntiva, ou seja, a função é
expressa num somatório de produtos (chamados mintermos) que contém todas as variáveis,
com ou sem barra, da função.
Ex.: Dada a tabela:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
F
1
1
0
1
(a)
(b)
(c)
Passo 1 – Toma-se as proposições cujas saídas assumem o estado lógico 1.
Passo 2 – Realiza-se o produto das variáveis que compõem a função, “barrando” aquelas a
que são atribuídas nível lógico 0.
(a) A B
(b) A B
(c) AB
Passo 3 – Realiza-se a soma de todas elas, compondo a saída “F”.
F = A B + A B + AB
61
Passo 4 – Se necessário, simplifica-se a função.
F = A (B + B ) + AB
F = A + AB
F = ( A + A) × ( A + B )
F = A+B
Finalmente, o circuito em lógica de contatos:
2 – Método do produto das somas
Obtém-se a função Booleana na forma canônica conjuntiva, isto é, a função é
expressa num produto de uma soma (maxtermos) que contém todas as variáveis, com ou
sem barra, da função.
Ex.: Dada a tabela anterior:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
F
1
1
0
1
(a)
Passo 1 – Toma-se as proposições cujas saídas assumem o estado lógico 0.
Passo 2 – Realiza-se a soma das variáveis que compõem a função, “barrando” aquelas a
que são atribuídas nível lógico 1.
(a) A + B
Passo 3 – Realiza-se o produto de todas elas, compondo a saída “F”.
F = A+B
Passo 4 – Se necessário, simplifica-se a função.
F = A+B
Finalmente, o circuito em lógica de contatos:
62
TEOREMAS ÚTEIS DA ALGEBRA BOOLEANA
A+0=A
A.1=A
A+1=1
A.0=0
A+A=A
A.A=A
A+A=1
A.A=0
A+A.B=A
A . (A + B) = A
A.B+A.B= A
(A + B) . (A + B) = A
A+A.B=A+B
A . (A + B) = A . B
A + B . C = (A + B) . (A + C)
A . (B + C) = A . B + A . C
A . B + A . C = (A + C) . (A + B)
(A + B) . (A + C) = A . C + A . B
A.B+A.C+B.C=A.B+A.C
(A + B) . (A + C) . (B + C) = (A +B) (A + C)
63
EXERCÍCIOS
1- Uma lâmpada, em uma instalação elétrica, deve ser comandada a partir de três pontos
independentes. Construir um diagrama de contatos proveniente de uma tabela verdade
para este fim.
2- O nível de um tanque de combustível deve ser mantido entre um valor máximo e
mínimo, fornecidos por dois sensores de nível, S1 (NA - nível máximo) e S2 (NA nível mínimo).
A bomba centrífuga usada para encher o tanque é ligada quando o sensor S2 estiver
aberto e, desligada, quando o sensor S1 for ativado. Um interruptor L1 é usado para
interromper manualmente este controle automatizado.
Construir um diagrama de contatos para esta finalidade.
3- 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.
64
4- Um forno com dois compartimentos pode aquecer um lingote em cada um deles. Quando
o aquecedor está ligado, ele fornece calor suficiente para aquecer dois lingotes. Mas se
no forno está presente apenas um lingote, ele pode se tornar muito quente. Então um
ventilador é usado para resfriar o forno quando ultrapassada a temperatura escolhida.
Se a temperatura é muito alta e existe apenas um lingote em apenas um compartimento,
então o ventilador liga.
B1 – Compartimento 1, lingote presente;
B2 – Compartimento 2, lingote presente;
F – Ventilador;
T – Sensor de sobre aquecimento.
5- Dado o circuito digital abaixo, obter o circuito equivalente em lógica LADDER,
simplificado.
65
3.9 Minimização por Mapa de Karnaugh
O mapa de Karnaugh é uma representação retangular das variáveis de entrada/saída
de um sistema, contendo os mesmos elementos de uma tabela verdade.
Variáveis de entrada colocadas externamente à tabela;
Variáveis de saída colocadas dentro da tabela;
Célula cada quadrado da tabela;
Células adjacentes não podem mudar de nível lógico mais que 1 variável por vez distribuição das variáveis obedece ao código de Gray.
Exemplo: Dada a tabela verdade
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
S
0
0
1
1
1
1
0
1
S = A B + AB + BC
REGRAS PARA SIMPLIFICAÇÃO
Consiste em reunir células adjacentes que possuem a mesma saída (0 ou 1)
formando grupos ou subgrupos.
1234-
Número de células reunidas deve ser o maior possível;
Uma célula pode pertencer a 2 grupos;
Número de células reunidas deve ser uma potência de 2: 1, 2, 4, 8,...
Formar agrupamentos até não restarem saídas que não tenham sido agrupadas.
EXERCÍCIOS
1) Dado o diagrama de contatos, determinar a tabela verdade, minimizar por
Karnaugh e escrever o novo diagrama.
66
2) Minimizar o diagrama ladder abaixo usando Mapa de Karnaugh.
67
3.10 Outros circuitos combinacionais
MULTIPLEXADORES - MUX
Permitem que múltiplos dispositivos se conectem a um único dispositivo. São muito
populares nos sistemas de telefonia.
Uma chave de telefone é usada para determinar qual telefone irá conectar num
número limitado de linhas para outras chaves de telefone.
Nos quadros de chaveamento de linhas antigos, os operadores conectavam
fisicamente a linha para outro telefone. Nos modernos quadros de chaveamento telefônico
computadorizados, a mesma coisa é feita, mas para sinais digitais de voz.
Na figura abaixo é mostrado um multiplexador de quatro entradas conecta os sinais,
D1 a D4, à saída X, obedecendo ao endereçamento informado pelos bits A1 e A2.
D1
1
0
D2
0
1
D3
0
0
D4
0
0
A1
0
0
A2
0
1
X
D1
D2
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
D3
D4
X = D1 ⋅ A1 ⋅ A2 + D 2 ⋅ A1 ⋅ A2 + D3 ⋅ A1 ⋅ A2 + D 4 ⋅ A1 ⋅ A2
Circuito do Multiplexador
68
Lógica LADDER para o Multiplexador
OBS.: O número de combinações possíveis depende do número de entradas de seleção
(An), e é dado por:
C = 2n
Outros exemplos de uso de Multiplexadores
- Circuitos de câmaras alternando a imagem para ser exibida no monitor;
- Roteamento de dados em redes de computadores;
- Chaves seletoras digitais;
- Conversão de dados paralelos em seriais.
69
DEMULTIPEXADORES - DEMUX
Executam a operação inversa ao MUX, isto é, coloca uma entrada “D” em uma das
saídas “Xn” em função das variáveis de seleção.
D
A1
A2
X1
X2
X3
X4
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
X 1 = D ⋅ A1 ⋅ A2
X 2 = D ⋅ A1 ⋅ A2
X 3 = D ⋅ A1 ⋅ A2
X 4 = D ⋅ A1 ⋅ A2
Circuito do Demultiplexador
Lógica LADDER
70
CODIFICADOR
Expressa o código decimal em uma determinada base (BCD, BCD 8421, Gray, etc.).
Ex.: Teclado do computador possui um circuito codificador que converte cada tecla em
ASCII.
Codificador Binário (BCD)
Decimal
Entradas em Decimal
Saídas em BCD
D
E9
E8
E7
E6
E5
E4
E3
E2
E1
E0
S3
S2
S1
S0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
2
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
3
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
4
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
5
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
6
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
7
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
8
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
9
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
S 0 = E1 + E 3 + E 5 + E 7 + E 9
S1 = E 2 + E 3 + E 6 + E 7
S 2 = E 4 + E5 + E 6 + E 7
S 3 = E8 + E9
71
Circuito do codificador BCD
Lógica Ladder
72
DECODIFICADOR
Executa a operação inversa ao Codificador, isto é, o circuito faz a conversão de
qualquer código ou base numérica para decimal.
Ex.:
Entradas Binárias
Saídas
Decimal
C
B
A
Saídas
DC
S0 = A ⋅ B ⋅ C
0
0
0
S0
0
S1 = A ⋅ B ⋅ C
0
0
1
S1
1
S2 = A⋅ B ⋅C
0
1
0
S2
2
S3 = A ⋅ B ⋅ C
0
1
1
S3
3
S4 = A⋅ B ⋅C
1
0
0
S4
4
S5 = A ⋅ B ⋅ C
1
0
1
S5
5
1
1
0
S6
6
S6 = A ⋅ B ⋅ C
S7 = A⋅ B ⋅C
1
1
1
S7
7
Lógica LADDER para o Decodificador
73
EXERCÍCIOS
1 – Obter o circuito minimizado por mapa de Karnaugh para aplicação em lógica Ladder
para o acionamento de todos os led’s de um display de sete segmentos, com a finalidade de
decodificar o código BCD.
Bibliografia do Capítulo
WEG Indústrias, “Automação de Processos Industriais”. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Natale, Ferdinando, “Automação Industrial”. Livro, Ed. Érica, São Paulo, 2003.
DEXTER, “Curso de Automação Industrial”. Apostila do Curso, 2001.
Carrilho, Eduardo, “Material de aula da disciplina Automação de Sistemas e
Instrumentação Industrial”, Curso de engenharia elétrica no IME, São Paulo. Web:
http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
Vianna, William S., “Controlador Lógico Programável”. Apostila, CEFET-PR, 2000.
74
UNIDADE IV – Sistemas Sequenciais
Caracterização dos Sistemas Lógicos
Sistemas Combinacionais
As saídas dependem das entradas apenas no instante de tempo observado.
Sistemas Seqüenciais
As saídas dependem das entradas tanto no instante de tempo observado, como no
instante anterior.
As entradas no instante anterior são as próprias saídas, memorizadas e postas na
entrada. Logo, os sistemas seqüenciais assumem pelo menos um elemento de memória.
4.1 Circuitos Biestáveis, “Flip-Flops” e “Latches”
O circuito biestável é classificado como elemento de memória, pois apresenta 2
estados estáveis (0 e 1) na saída que, pela ação de um pulso externo a uma de suas entradas,
passa de um nível lógico a outro, assim permanecendo até que outro pulso, ou estímulo,
seja dado na outra entrada.
Quando um biestável muda de estado através do acionamento de um sinal de relógio
(clock), dá-se o nome de flip-flop.
As duas saídas Q e Q são complementares.
75
Se Q = 1 biestável “setado”;
Se Q = 0 biestável “ressetado”.
Estado
1(setado)
0(ressetado)
Q
Q
1
0
0
1
Implementação em Circuitos Elétricos
1ª Representação
L
0
0
1
1
D
0
1
0
1
S
SN
0
1
NP
Onde:
R – Retenção da bobina “S”
SN = QN – Estado anterior
NP – Não permitido
Representação em LADDER
Considere-se os contatos L = NA (normalmente aberto) e D = NA. Acionando o botão “L”
relé “S” fecha contato “R” fecha por “S”. O circuito se mantém neste estado até “D”
ser pressionado.
Pressionando “D” relé “S” abre contato “R” abre também. O circuito se mantém no
novo estado até “L” ser pressionado.
2ª Representação (componente disruptor)
76
Acionando o botão “S” circuito fica “setado” (Q=1), devido à retenção mecânica.
Acionando o botão “R” circuito fica no estado “ressetado” (Q=0).
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
SN
0
1
NP
Representação em LADDER
“LATCHES” NA AUTOMAÇÃO
Um LATCH é caracterizado como um dispositivo biestável assíncrono, porque muda
de estado sem a necessidade de sincronismo com um trem de pulsos (clock). Um “latch”
funciona como uma chave “colada”: quando pressionada ela liga, mas colada no lugar, ela
precisa ser puxada para ser liberada e então desligada. No diagrama LADDER usa-se:
- uma instrução para “LATCH” (L);
- uma instrução para “UNLATCH” (U).
77
Exemplo de um Diagrama de Tempo x Eventos
1º.) A saída com um “L” dentro irá ligar a saída “D” quando a entrada “A” se tornar
verdadeira;
2º.) “D” permanecerá ligado mesmo que “A” desligue;
3º.) A saída com um “U” dentro irá desligar a saída “D” quando a entrada “B” se tornar
verdadeira.
Se uma entrada for travada (“latched”), ela manterá seu valor mesmo que a energia
seja desligada.
Exemplos de Aplicação
a) Circuitos de memorização ou intertravamento
Memorização ou auto-retenção de uma variável:
No exemplo acima, a saída Q1 ficará permanentemente ligada após I1 ter sido
acionada pela primeira vez.
Acionamento por botoeiras de liga e desliga com prioridade para o desligamento:
Neste caso, se ambas as botoeiras I1 e i2 forem acionadas ao mesmo tempo,
prevalecerá a saída desligada, uma vez que o ramo i2 abrirá.
78
Acionamento por botoeiras de liga e desliga com prioridade para o ligamento:
Usando bobinas de set-reset:
I1
Q1
(S)
I2
Q1
(R)
I3
Q2
(R)
I4
Q2
(S)
Qual é a prioridade para as saídas Q1 e Q2 no circuito acima?
b) Circuito de Detecção de Borda
Existem situações no controle discreto em que o estado de uma variável não é
suficiente como informação, mas sim o instante de transição de um estado a outro.
Abaixo tem-se o exemplo de um programa que realiza detecção de borda de subida
em uma variável de um CLP, utilizando o conceito de ciclo de varredura:
Quando I1 é levado ao nível alto, M1 também sobe, pois o contato série fechado de
m2 assim o permite. A partir do segundo ciclo de varredura, M2 torna-se alto, ocasionando
a queda de M1. Logo, M1 ficou alto durante um ciclo de varredura apenas a partir do
instante de subida de I1, o que dura poucos milissegundos (alguns CLPs permitem fixar o
tempo de varredura). Diz-se então, que M1 sinalizou a borda de subida de I1.
79
c) Circuito de “debouncing”
Em chaves comutadoras pode surgir um indejável efeito de “repique” quando do
fechamento dos seus contatos:
Os circuitos de “debouncing” tem a função de reduzir este efeito, o que pode ser
conseguido com uma simples aplicação de um circuito “latch”:
Exercício: Usando o circuito de detecção de borda, implementar um programa ladder para
ligar e desligar uma contactora com um único botão pulsador.
80
4.2 Contadores
O contador conta o número de eventos que ocorre e deposita essa contagem em um
byte reservado. Quando a contagem estiver completa, ou seja, igual ao valor prefixado, esta
instrução energiza um bit de contagem completa. A instrução “contador” é utilizada para
energizar ou desenergizar um dispositivo ao final da contagem.
Os contadores são constituídos a partir de flip-flops.
S1
E1
E2
CON T AD O R
C1
PU LS OS=50
Para cada contador destina-se um endereço de memória de dados onde o valor
prefixado será armazenado.
Na memória de dados do CLP, o contador ocupa três bytes para o controle. O
primeiro byte reservado para o dado prefixado, o segundo byte reservado para a contagem e
o terceiro byte reservado para os bits de controle da instrução contador.
1
EVENTO
0
T
BIT DE
ENERGIZAÇÃO
D.E.
1
1o byte = valor prefixado
2o byte = contagem
3o byte = bits de controle D.E.
(bit de entrada), D.S. ( bit de
saída ) e D.R. ( bit de reset).
0
T
BIT DE
CONTAGEM 1
COMPLETA
D.S.
0
T
BIT DE
1
ZERAMENTO
D.R.
0
T
Aplicações:
- Contagem de eventos de todos os tipos, a partir de um sensor ou transdutor;
- Divisor de freqüência e tempo (relógios digitais).
Classificação:
- Crescentes ou decrescentes;
- Síncronos ou assíncronos.
81
4.2.1 – Contadores Crescentes (up counters)
a) Crescente Síncrono
Todos os flip-flops estão sob o mesmo comando de “clock”, e a saída de um é
entrada do flip-flop seguinte.
Cada flip-flop depende da forma de pulso no flip-flop anterior para alterar a saída.
Estado anterior : QA=QB=0
CK
QB
QA
Decimal
0
0
0
Pulso 1
0
1
1
Pulso 2
1
0
2
Pulso 3
1
1
3
Representação LADDER segundo a norma IEC1131-3:
Parâmetros:
CU – Counter up;
PV – Preset value;
R – Reset;
S – Set;
Cxxx – Saída counter bit;
CTU – Contador crescente.
b) Crescente Assíncrono
A saída de um flip-flop é a entrada de clock do flip-flop seguinte.
Todas as entradas estão no nível lógico 1. À cada pulso de clock a saída se
complementa.
82
Estado anterior : QA=QB=0
CK
Pulso 1
Pulso 2
Pulso 3
QB
QA
Decimal
0
0
0
0
1
1
1
0
2
1
1
3
A contagem máxima depende do número de flip-flops (FF) é dada por
Ex.: Para 4 flip-flops tem-se
C = 2nFF
.
C = 24 = 16 .
4.2.2 – Contadores Decrescentes (down counters)
a) Contador Decrescente Assíncrono
- A saída Q do FF é ligada ao “clock” do FF seguinte;
- As entradas adicionais de “preset” colocam as saídas Q no nível lógico 1, quando de 1
pulso nelas aplicado;
- Inicia-se com todas as saídas do nível lógico 1;
- Pode-se estabelecer um número de contagem que se deseja;
- O bit menos significativo é QA e o mais significativo é QC.
83
b) Contador Decrescente Síncrono
- As saídas Q são combinadas por meio de portas lógicas e interligadas às entradas JK.
- As entradas de clock estão sob o mesmo comando.
- Pode-se constatar que para o contador ser crescente ou decrescente, depende de se utilizar
as saídas Q e Q .
Entrada
Saídas
Decimal
N Clock
QC
QB
QA
1
1
1
1
7
2
1
1
0
6
3
1
0
1
5
...
...
...
...
...
Representação LADDER e FBD segundo a IEC 1131-3:
4.2.3 – Contador Crescente/Decrescente (up down counter)
Um mesmo circuito pode efetuar ambas as contagens, dependendo de uma lógica
que conecte a saída Q ou Q , junto à entrada de clock ou de J-K, se o contador for
assíncrono ou síncrono, respectivamente.
84
Modo Up/Down
LSB
JA
SET
JB
QA
SET
QB
JC
SET
QC
CK
KBCLR QB
KACLR QA
K CCLR QC
1
Com a entrada de modo em nível lógico 1, habilita-se o contador crescente Q.
Com a entrada ao nível lógico 0, são liberadas as saídas Q .
Representação LADDER e FBD segundo a IEC 1131-3 e diagrama de tempo.
85
Exemplo 1: desenvolver uma lógica ladder que acenda uma lâmpada após a chave “A” ter
sido fechada 10 vezes. Ao pressionar o botão “B”, o contador irá “resetar”.
Exemplo 2: “deadman switch”
Um motor deve ser controlado por 2 chaves:
GO - parte o motor;
STOP – pára o motor.
Se a chave “stop” foi usada para parar o motor, a chave “go” deve ser pressionada 2 vezes
para partir o motor.
Quando o motor está ativo uma luz deve ser energizada.
A chave “stop” será conectada como normalmente fechada (NF) (lógica invertida).
O quê acontecerá se “stop” é pressionada e o motor não está funcionando?
4.3 Temporizadores
São circuitos que, para uma seqüência de pulsos de entrada, geram um pulso de
saída de duração limitada ou com atraso.
Os temporizadores podem ser constituídos de um flip-flop de entrada e um estágio
de saída.
Um contador pode ser considerado um temporizador, pois ele também é um divisor
de freqüência e consequentemente de tempo.
Simbologia e Representação Elétrica:
86
Funcionamento: O temporizador conta o intervalo de tempo transcorrido a partir da sua
habilitação até este se igualar ao tempo preestabelecido. Quando a temporização estiver
completa esta instrução eleva a nível 1 um bit próprio na memória de dados e aciona o
operando a ela associado.
Para cada temporizador destina-se um endereço de memória de dados onde o valor
prefixado será armazenado.
Na memória de dados do CLP, o temporizador ocupa três bytes para o controle. O
primeiro byte reservado para o dado prefixado, o segundo byte reservado para a
temporização e o terceiro byte reservado para os bits de controle da instrução temporizador.
Em alguns casos, esta instrução apresenta duas entradas: uma de habilitação da
contagem e outra para zeramento ou reset da saída.
TIPOS:
- Temporizador de Pulso.
- Temporizador de Retardo.
4.3.1 - Temporizador de Pulso (TP)
É aquele que gera um pulso de saída limitado no tempo definido. Pode aparecer sob
as três formas diferentes a seguir.
a) Temporizador limitado no tempo:
Simbologia e Diagrama de tempo do temporizador:
Condições:
-Se o pulso de entrada é menor que “t” (tempo do temporizador): Saída = Entrada.
- Se o pulso de entrada é maior que “t”, tem-se: Saída = tempo “t” (fica energizada no
intervalo de tempo “t”).
b) Temporizador com tempo definido
Simbologia e Diagrama de tempo do temporizador:
87
A saída independe do tempo de energização da entrada.
Se o pulso de entrada for maior ou menor que “t”, a saída será constante e igual a
“t”, definido. Seu Funcionamento é semelhante ao de um monoestável.
Representação LADDER e FBD segundo a IEC 1131-3 e diagrama de tempo:
c) Temporizador de duração “t” após desligamento.
Simbologia e Diagrama de tempo do temporizador:
Após a desenergização da entrada, a saída fica ligada durante um tempo “t”.
Diagrama Ladder (IEC 1131-3) e Diagrama de Tempo:
88
4.3.2 - Temporizadores de retardo
A saída é igual à entrada a menos de um determinado retardo “t”.
a) Temporizador com retardo na energização (Ton).
Seguindo o modelo dos antigos relés de tempo, o tipo de temporização mais comum
em CLPs é o de retardo na energização.
Simbologia e Diagrama de tempo do temporizador com retardo na energização:
A saída é igual à entrada após o tempo t1 de retardo.
No exemplo acima, quando a entrada I1.2 for acionada, o temporizador será
habilitado e imediatamente após 26 segundos a saída Q2.0 será acionada. Quando I1.2 for
desacionada, o temporizador será desabilitado, ou desenergizado, desacionando a saída
Q2.0.
89
b) Temporizador com retardo no desligamento (Tof)
Simbologia e Diagrama de tempo do temporizador com retardo no desligamento:
A saída fica ligada durante o tempo em que a entrada estiver energizada e ainda
durante um retardo de tempo t2.
c) Temporizador com retardo na energização e no desligamento.
Reúne as características dos tipos
anteriores.
É o tipo de temporizador cujos
contatos são atuados com um
atraso de t1 segundos da
energização e desligados t2
segundos
após
sua
desenergização.
90
Exemplos de Aplicação:
a) Implementar em ladder um temporizador de retardo na energização e no desligamento
utilizando os 2 primeiros tipos (Ton e Tof).
b) Oscilador Astável
É um esquema de temporização cujos contatos são ativados ciclicamente durante t1
segundos em nível alto e t2 segundos em nível baixo.
Pode ser implementado em ladder usando-se como elemento de temporização uma
bobina com retardo na energização.
c) Gerador de pulso de Clock empregando um temporizador e um biestável tipo T.
91
A saída do oscilador astável M0 aciona o biestável tipo T, que gera um pulso na
saída M1 a cada dois pulsos do oscilador. A duração do pulso é aproximadamente igual ao
tempo de carga do temporizador.
d) Aplicação do Temporizador de Retardo em uma Chave de partida estrela-triângulo.
Na partida, o motor deve ter seus enrolamentos alimentados em Y (contactores K1 e
K3 acionados) e, decorrido o tempo necessário para que ele atinja velocidade próxima à
nominal, então ele deve ser alimentado em ∆ (contactores K1 e K2).
O CLP deve monitorar 2 botoeiras L e D, para ligar e desligar o motor, e comandar
em suas saídas os 3 contatores.
Solução:
92
EXERCÍCIOS
1 - Desenvolver uma lógica ladder que ligue uma lâmpada 15 segundos após a chave “A”
ser ligada.
2 – Desenvolver um programa que “latch” ou “set” uma saída “B” 20 segundos após a
entrada “A” ser ligada. Após “A” ser ligada haverá um retardo de 10 segundos até que “A”
possa ter qualquer efeito novamente. Após “A” ter sido pressionada 3 vezes, “B” irá
desligar.
3 - Esteira transportadora.
Uma esteira desloca-se pelo acionamento de um motor. Peças são posicionadas na esteira a
partir de um detector ótico.
Quando o sensor ótico liga, deseja-se esperar 1,5 segundos, e então parar a esteira. Após
um retardo de 2 segundos ela desloca-se novamente. Usa-se um botão de partida e parada e
uma luz para indicar sistema ativado.
4 - Inserindo um sistema de triagem (seleção) na esteira transportadora do exercício 3:
Um sensor (gage) é incluído no sistema para indicar se a peça é boa ou ruim. Se for boa, ela
continua. Se a peça for ruim, não se devem aguardar os 2 segundos, mas atuar um cilindro
pneumático, por cerca de 0,5 segundos.
5 - Máquina de bobinagem de carretéis:
Deseja-se que cada carretel seja preenchido com 150 voltas de fio.
Ao final da bobinagem, o motor deve ser desligado
Botoeira B – inicia a bobinagem
pelo acionamento do motor “M”.
Fim de curso “a” – indica volta
completa.
93
4.4 Instruções Booleanas de Comparação
Usa-se quando for necessário comparar dois valores.
a) Comparação de igualdade
No caso dos dois valores serem iguais, toma-se uma decisão de programação.
Representação LADDER segundo a norma IEC1131-3.
V1
V2
Z1
Z2
=
Exemplo:
V1= Entrada com o valor de um contador C1.V
V2= Valor fixado qualquer (neste exemplo: 6)
Compare
Q2.2
C1.V = 6
Representação no software Directsoft (empresa Automationdirect):
A
Operando A
V- Word
TA – Valor atual do temporizador
CTA – Valor atual do contador
P – Ponteira de dados
=
B
Operando B
V
TA
CTA
P
K – Valor Constante
Exemplo:
Y0
CTA0
=
K10
94
b) Comparação de diferença
O contato de comparação de diferença será atuado quando a condição de
comparação for satisfeita (A ≠ B).
Exemplo:
Y0
CTA0
≠
K10
c) Comparação de superioridade ou igualdade
O contato será atuado quando a condição de comparação for satisfeita (A ≥ B).
Exemplo:
Y0
TA0
≥
K10
d) Comparação de inferioridade
O contato será atuado quando for satisfeito (A < B).
Exemplo:
Y0
TA0
<
K10
Instrução OR OUT (OROUT)
Pode acrescentar múltiplas referências ao mesmo operando, ao contrário da
instrução de saída normal, que não admite mais de uma referência.
Exemplo:
X0
Y0
OR
OUT
X1
Y0
OR
OUT
95
Exemplo de aplicação: Sistema de semáforo simples
VIA “B”
VIA “A”
Sequência de acionamento do sistema:
Fase
Tempo (s)
Semáforo A
Semáforo B
1
30,00
Verde
Vermelho
2
5,00
Amarelo
Vermelho
3
2,50
Vermelho
Vermelho
4
30,00
Vermelho
Verde
5
5,00
Vermelho
Amarelo
6
2,50
Vermelho
Vermelho
Total
75,00
Deseja-se empregar na solução apenas um timer e sem a disponibilidade da instrução A≤B.
Propõe-se que a representação do processo seja feita na linguagem SFC.
Saídas discretas:
Y0 = Semáforo A – Vermelho
Y1 = Semáforo A – Amarelo
Y2 = Semáforo A – Verde
Y3 = Semáforo B – Vermelho
Y4 = Semáforo B – Amarelo
Y5 = Semáforo B – Verde
Solução: Considerando a não disponibilidade da instrução de comparação (A≤B ), é
necessário que as comparações de inferioridade (A<B) sejam realizadas entre o valor atual
do timer e a constante de tempo desejado mais um décimo.
Como existem portas de saída que são atuadas em mais de uma etapa (Y3 por exemplo) é
necessária a utilização de instruções “OROUT”.
LINGUAGEM SFC (“Sequential Function Chart”ou Diagrama Funcional Sequencial)
Elementos da linguagem:
1) Etapas – às quais estão associadas as ações;
2) Transições – às quais estão associadas as condições;
3) Ligações Externas – que conectam as etapas às transições e estas às etapas.
96
Etapa
Inicial
Ação
Acionamento verde
semáforo A
1
Acionamento vermelho
semáforo B
30Seg/X1
Acionamento amarelo
semáforo A
2
Acionamento vermelho
semáforo B
Transição
5,0Seg/X2
Acionamento vermelho
semáforo A
3
Acionamento vermelho
semáforo B
2,5Seg/X3
Acionamento vermelho
semáforo A
4
Acionamento verde
semáforo B
30Seg/X4
Acionamento vermelho
semáforo A
5
Acionamento amarelo
semáforo B
5,0Seg/X5
Acionamento vermelho
semáforo A
6
Acionamento vermelho
semáforo B
2,5Seg/X6
Condição
Solução:
97
Transição deve ocorrer
5 seg. após a etapa 6
ter sido ativada
EXERCÍCIOS
1) Deseja-se controlar o nível de líquido em um tanque de forma que o mínimo não seja
inferior a 5 litros e o máximo não ultrapasse 15 litros.
Utiliza-se um indicador de vazão de entrada e um de saída de líquido, que fornece um pulso
a cada litro que passa por eles.
Sensor
1
v1
15 litros
Botão zera processo
05 litros
v2
Sensor
2
Desenvolver uma lógica LADDER para o referido processo, considerando:
Entradas
Saídas
E1.0= Botão de zerar o processo
Q2.0= Acionamento da válvula, V1
E1.1= Vazão da entrada, V1
E1.2= Vazão da saída, V2
(Solução)
98
2) Portão Automático:
Usa-se uma única botoeira para fazer a abertura e o fechamento total do portão, além de
interromper tais movimentos a qualquer instante. (Acoplado ao portão, um motor elétrico
realiza os movimentos pela inversão do sentido de rotação).
O sistema automatizado deve proporcionar o seguinte comportamento:
a) No 1º acionamento da botoeira, inicia a abertura do portão;
b) No 2º acionamento da botoeira, ou pelo fim de curso 1, ocorre a parada da abertura;
c) No próximo acionamento da botoeira, inicia o fechamento do portão;
d) No 4º acionamento, ou pelo fim de curso 2, ocorre a parada do fechamento;
e) No acionamento seguinte, inicia a abertura novamente.
Esta sequência deve se repetir indefinidamente.
Fim de curso 2
Configuração:
Entradas Discretas
X0= Botoeira (NA)
X1= Fim de curso 1 (NA)
X2= Fim de curso 2 (NA)
Fim de curso 1
Saídas Discretas
Y0= Acionamento abertura
Y1= Acionamento fechamento
Solução: Utilizando um controle simples
SFC para o portão automático:
99
0
“Verificação Botoeira”
Botoeira Acionada
Acionamento motor
(abertura portão)
1
Botoeira Acionada ou
Fim de curso acionado
2
“Verificação Botoeira”
Botoeira Acionada
Acionamento motor
(fechamento portão)
3
LADDER:
100
4.5 Instrução “Positive Differential” (PD)
É conhecida como “one shot output”.
Quando o contato que controla a instrução produz uma transição de 0 para 1 (Off ->
On), o operando associado à instrução será acionado durante um scan da CPU apenas,
permanecendo desligado uma nova transição de 0 para 1 do contato.
Não é uma instrução padrão (disponível nas CPU's Automationdirect).
Pode ser usado como uma instrução de saída ou como uma instrução booleana de
entrada.
Exemplo:
Y0
X0
S
C0
X1
Y0
PD
Y0
C0
Y0
R
POSITIVE
DIFFERENTIAL
NEGATIVE
DIFFERENTIAL
4.6 Registrador de deslocamento (Shift Register – SR)
O termo registrador é usado em dispositivos eletrônicos capazes de armazenarem
dados. O registrador de deslocamento é constituído por um número (normalmente 8, 16 ou
32) determinado de dispositivos como relés internos agrupados, os quais permitem que bits
armazenados possam ser deslocados de um para outro relé.
É um recurso simples muito usado em aplicações que necessitem acompanhar a
movimentação (ou deslocamento) de determinado produto ao longo de uma linha de
produção ou realizar um sequenciamento de operações.
Simbologia:
DATA
CLOCK
RESET
Entradas de Controle:
SR
C0
C0 – Inicio do bloco (origem)
C7
C7 – Fim do bloco (destino)
Data - Dado;
Clock - Relógio/Sincronismo;
Reset - Reinicialização.
101
Funcionamento: a cada transição de 0 para 1 da entrada clock, e estando a entrada reset
desligada, o bloco de relés de controle definido na instrução é deslocado em uma posição
(um bit) e a condição de entrada data (0 ou 1) é colocada na posição onde se tornou livre.
Direção de deslocamento (shift): depende da definição do bloco de relés de controle
(início/origem e fim/destino).
Exemplo:
C7
C6
C5
C4
C3
C2
C1
C0
<- Bloco
C0-C7 -> Deslocamento à esquerda;
C7-C0 -> Deslocamento à direita.
O tamanho máximo do bloco depende da quantidade de relés de controle
disponíveis na CPU.
O bloco de relés de controle deve ser composto por bytes completos e contínuos
(C0-C7, C10-C47, por exemplos) mesmo que nem todos os bits sejam utilizados no
programa de aplicação.
Exemplos de aplicação:
1) Um objeto deve ser posicionado sob um bico de pintura fixo para ser pintado. No
início da esteira transportadora existe um sensor para detecção do objeto. A esteira é
acionada por um motor de passo e após 6 giros do eixo da esteira o produto estará na
posição do bico para pintura. A figura abaixo apresenta um croqui do processo.
Sensor
p/detecção
de produtos
X1
Bico
p/pintura
Y0
Motor da esteira
(passo)
X2
Solução:
102
Quando a palavra C0-C7 possuir um bit “1” na entrada X1 e este for deslocado seis
posições até chegar na posição C5, então a saída Y0 será energizada e o SR será resetado
por sua entrada “reset” estar condicionada a Y0.
X1
X2
Y0
DATA
SR
CLOCK
C0
RESET
C7
Y0
C5
2) Realizar o comando de um conjunto composto por dois cilindros pneumáticos de
duplos solenóides, aplicando a seqüência: A+, B+,A-, B-.
Solução:
103
4.7 Instruções Aritméticas
Os modernos CLP's possuem várias instruções para cálculos aritméticos.
As principais são:
• ADD (adição);
• SUB (subtração);
• MUL (multiplicação);
• DIV (divisão);
• SQR (raiz quadrada).
Exemplo: Adição
ADD
ADD
SOURCE A
5
SOURCE B
C5:10Acc
DEST
N7:0
A cada ciclo de scan, a adição opera os dados contidos na SOURCE A (neste caso,
o valor “5”) com os da SOURCE B (neste caso, C5:10 ACC) e coloca o resultado da
operação no campo de dados destino, DEST (neste caso, N7:0).
4.8 Outras instruções em linguagem Ladder
a) Manipulação de dados
MOV (mover), MVM (mover com máscara) e FFL (primeiro a entrar primeiro a sair).
Exemplo:
MOV
MOV
Source
Dest
5
N7:0
b) Controle de fluxo
JSR (pule para subrotina), RET (retorno) e FOR NEXT (de para).
Exemplo:
104
JSR
JUMP TO SUBROUTINE
Prog File Number
c) Transferência de dados
MSG (mensagem), BRW (block transfer write) e BTR (block transfer read)
d) Avançadas
Funções do tipo Exponencial, logarítmica e trigonométricas, para serem aplicadas
em programas com estruturação matemática.
Bibliografia do Capítulo
WEG Indústrias, “Automação de Processos Industriais”. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Natale, Ferdinando, “Automação Industrial”. Livro, Ed. Érica, São Paulo, 2003.
DEXTER, “Curso de Automação Industrial”. Apostila do Curso, 2001.
Carrilho, Eduardo, “Material de aula da disciplina Automação de Sistemas e
Instrumentação Industrial”, Curso de engenharia elétrica no IME, São Paulo. Web:
http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
Vianna, William S., “Controlador Lógico Programável”. Apostila, CEFET-PR, 2000.
105
UNIDADE V – Entradas e Saídas Analógicas
5.1 Introdução
Um valor analógico é continuo, não discreto, como visto na figura 1. Estes sistemas
são menos comuns que os sistemas controlados logicamente, mas são muito importantes.
Vo ltage
logical
continuous
t
Figura 5.1 – Valores Lógicos e Contínuos
Entradas e saídas analógicas típicas para CLPs são apresentadas abaixo.
Entradas:
temperatura de fornos
pressão de fluidos
taxa de fluxo de fluidos
Saídas:
válvulas de posição de fluidos
posição de motor
velocidade de motor
5.2 Entradas Analógicas
Para entrar com uma tensão analógica (em um CLP ou qualquer outro computador)
o valor da tensão continua precisa ser amostrado e então convertido para um valor
numérico por meio de um conversor A/D. Afigura 2 mostra uma tensão contínua variando
no tempo. São feitas três amostras exibidas na figura. O processo de amostragem de dados
não é instantâneo, pois cada amostra possui um tempo de partida e parada. O tempo
desejado para adquirir a amostra é chamado tempo de amostragem. Conversores A/D
podem somente adquirir um limitado número de amostras por Segundo. O tempo entre as
amostras é chamado período de amostragem, T, e o seu inverso é a freqüência de
amostragem (também chamada taxa de amostragem). O tempo de amostragem é
frequentemente muito menor do que o período de amostragem. A frequência de
amostragem é especificada quando da aquisição do hardware, mas para um CLP pode
chegar a um máximo de 20 Hz, por exemplo.
106
Vo ltage is sampled during these time periods
voltage
time
T = (Sampling Frequency)-1
Sampling time
(a)
(b)
Figura 5.2 – Amostragem de uma tensão analógica.
A figura 5.3 apresenta um gráfico mais realista de dado amostrado. Este dado é
ruidoso, e mesmo entre o inicio e término da amostra existe uma alteração significativa no
valor da tensão. O dado amostrado terá algum valor entre amplitude de tensão no inicio e
107
final da amostra. As tensões máximas (Vmax) e mínimas (Vmin) são uma função do controle
implementado e são especificadas quando se adquire o hardware. Faixas razoáveis são:
0V a 5V
0V a 10V
-5V a 5V
-10V a 10V
Erro de Quantização:
O número de bits do conversor A/D é definido como sendo o número de bits
existente na palavra resultante. Se o conversor A/D possui 8 bits então o resultado pode
chegar a 256 níveis diferentes de tensão. A maior parte dos conversores A/D de 12 bits e 16
bits são usados em medições de precisão.
V (t )
V ma x
V ( t2 )
V ( t1 )
Vmin
t
τ
t 1 t2
Figura 5.3 - Parâmetros para uma conversão A/D
onde,
V(t) = tensão real
τ = intervalo de amostra para o conversor A/D
t = tempo
t1, t2 = tempo no inicio e final da amostra
V(t1), V(t2) = tensão no inicio e final da amostra
Vmin, Vmax = faixa de tensão de entrada do conversor A/D
N = numero de bits do conversor A/D
Os parâmetros definidos na figura 5.3 podem ser usados para calcular os valores
para os conversores A/D.
108
onde,
R, Rmin, Rmax = resolução absoluta e relativa do conversor A/D
VI = valor inteiro representando a tensão de entrada
VC = tensão calculada a partir do valor inteiro
Verror = erro máximo de quantização
A equação (1) relaciona o número de bits do conversor A/D com a resolução. Em
uma conversão normal, o valor mínimo, Rmin, é zero, entretanto alguns dispositivos irão
fornecer números negativos em complemento de 2 para tensões negativas. A equação (2)
fornece o erro que se pode esperar com um conversor A/D dada faixa entre as tensões
mínima e máxima, e a resolução (que é chamado de erro de quantização). A equação (3)
relaciona a faixa de tensão e a resolução para a tensão de entrada para estimar o inteiro que
o conversor A/D irá registrar. Finalmente, a equação (4) aloca uma conversão entre o valor
inteiro do conversor A/D, e a tensão no computador.
Exemplo: Considere que um conversor A/D de 10 bits pode ler tensões entre -10V e +10V.
A sua tensão de entrada é Vin = 4,564 V. Calcular R, Verror, VI e VC.
Solução:
Erro “Aliasing”:
Se a tensão que está sendo amostrada varia muito rapidamente, podem-se obter
leituras errôneas, como mostrado na figura abaixo. No gráfico superior, a forma de onda
completa 7 ciclos, e 9 amostras são tomadas neste intervalo. O gráfico inferior plota os
109
valores lidos. A freqüência de amostragem é muito baixa, assim o sinal lido parece ser
diferente que realmente é. Isto é chamado “aliasing”.
Figura 5.4 – Baixas frequências de amostragem causam “Aliasing”.
O critério de Nyquist especifica que as frequências de amostragem deveriam ser
pelo menos duas vezes a frequência do sinal a ser medido, caso contrario, ocorrerá
“aliasing”. Na prática, a frequência de amostra deveria ser de quatro a dez vezes mais
rápida que a maior frequência do sistema.
fAD > 2.fsinal
onde,
fAD - freqüência de amostragem
fsinal - máxima freqüência de entrada
T eorema da Amos tragem de
Nyquis t
O bs : E m geral utiliza-s e
frequências
de
amos tragens pelo menos 10 vezes maior do que a
frequência de Nyquis t.
Existem outros detalhes práticos que devem ser considerados no projeto de
aplicações com entradas analógicas:
110
• Ruído – mesmo que a janela de amostragem de um sinal seja curta, o ruído terá um efeito
adicional ao sinal lido. Por exemplo, um pico de tensão momentâneo pode resultar em uma
leitura maior do que a normal. Cabos blindados são comumente usados para reduzir os
níveis de ruído.
• Retardo (Delay) – Quando a amostra é solicitada, passa-se um período curto de tempo
antes do valor final amostrado ser obtido.
• Multiplexação – a maior parte dos cartões A/D alocam múltiplas entradas. Estes podem
compartilhar um único conversor A/D usando a técnica de multiplexação. Se existem 4
canais usando um conversor A/D com uma taxa maxima de amostragem de 100 Hz, a taxa
maxima de amostra por canal será de 25 Hz.
• Condicionadores de sinal – Estes são usados para amplificar ou filtrar sinais
provenientes de transdutores, antes de serem lidos pelo conversor A/D.
• Resistência – conversores A/D normalmente possuem uma alta impedância de entrada
(resistência), de forma que afetam os circuitos que estão sendo medidos.
• Entradas “Single Ended” – as tensões de entrada de um CLP podem usar um único
ponto comum para múltiplas entradas, sendo chamadas entradas de um único terminal ou
“single ended”. Estas entradas tendem a ser mais suceptíveis ao ruído.
• Entradas “Double Ended” - cada entrada com dois terminais ou “double ended” tem seu
próprio ponto comum. Isto reduz os problemas com ruído elétrico, mas também tende a
reduzir o número de entradas pela metade.
5.2.1 TIPOS DE CONVERSORES A/D
Os conversores A/D podem podem ser classificados em 04 diferentes categorias:
1) aproximações sucessivas
2) flash
3) rampa
4) dupla rampa
1 – CONVERSOR DE APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS
É o tipo mais utilizado. Possui tempo de conversor menor e fixo, sendo mais
complexo que o conversor em rampa.
A figura 5.5 mostra um conversor de 8 bits baseado no conceito da lógica por
aproximações sucessivas.
111
Figura 5.5 – Conversor A/D por aproximações sucessivas
O conversor é formado por um contador digital, um comparador analógico e um
conversor D/A. Quando o pino de reset é comutado o conversor irá iniciar a contagem em
direção ao bit mais significativo, do conjunto de 8 bits. Este valor é convertido em uma
tensão Ve, que é uma função dos valores +/- Vref . O valor de Ve é comparado com o de
Vin e uma simples verificação lógica determina qual é o maior valor. Se o valor de Ve é
maior, o bit de controle do contador é desligado. Um bit de validação da conversão é setado
indicando seu término.
Freqüentemente, o conversor A/D é usado com a multiplexação de várias entradas.
Quando ocorre a comutação da entrada, a tensão que foi amostrada em um circuito tipo
“sample and hold”, é então convertida em um valor digital.
Conversor tipo Rampa em Escada: Semelhante ao anterior, porém com um contador de
décadas no lugar do registro de aproximações sucessivas.
112
Ve
2 – CONVERSOR PARALELO OU TIPO “FLASH”
O conversor A/D do tipo flash é utilizado para conversões muito rápidas.
Realiza comparações simultâneas entre o sinal analógico e o sinal de referência.
Para uma conversão de N bits se utilizam 2N-1 comparadores, sendo um para cada
dígito.
A taxa de conversão é da ordem dos nanosegundos.e o custo é dos mais caros.
113
C onvers or A/D F las h
R ede de C odificação
J ohns on
BC D
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
D0 = E 1
D 1=E 0+E 1’
E2
C ódigo C ódigo
J ohns on B C D
Tensão de Entrada Vs(1/4Vref) Vs(2/4Vref) Vs(3/4Vref)
(Vê)
0 a Vref/4
0
0
0
Vref a 2/4Vref
1
0
0
2/4Vref a 3/4Vref
1
1
0
3/4Vref a Vref
1
1
1
3 – CONVERSOR TIPO RAMPA
É o mais simples e mais barato, por não possuir um conversor D/A interno.
O fato de não eliminar ruídos, a precisão está, normalmente, limitada a ±0,05%.
A frequência de amostragem pode chegar a 1.000 vezes por segundo.
No princípio da medição o integrado começa a gerar uma rampa e o contador a
contar. Quando o nível da rampa supera o sinal de entrada o comparador báscula e o
contador detém-se, dando o valor digital do sinal de entrada. O inconveniente é que sua
saída depende da freqüência de relógio, que pode variar com a temperatura.
4 – CONVERSOR TIPO RAMPA DUPLA
Neste sistema, o integrado gera duas rampas: uma positiva e outra negativa, de
modo a compensar as variações de frequência e capacidade no resultado final. A rampa
negativa é gerada pela tensão análoga de entrada, alcançando um certo nível V, durante um
certo tempo T. No final do tempo gera-se uma segunda rampa positiva, partindo do valor
114
anterior. Quando a rampa passa por zero, o contador detém-se e o código de saída é
proporcional à tensão analógica de entrada. (Fialho, 2006)
COMPARARAÇÃO ENTRE OS TIPOS DE CONVERSORES A/D
5.2.2 CRITÉRIOS PARA A ESCOLHA DE UM CONVERSOR A/D
Na prática, deve-se observar:
a) Números de saídas ou bits.
• Determina a resolução do conversor A/D.
• 4 a 24 bits.
• 32 e 64 bits.
• 8 bits são os mais usados por causa das características da porta paralela.
b) Velocidade.
• Importante para sinais de alta frequência.
• Duas amostragens por ciclo.
• Frequência de amostragem duas vezes maior que o sinal de entrada.
• Conversão de áudio, Osciloscópio.
c) Compatibilidade lógica.
• Compatível com Microcontrolador, Computadores ou outros dispositivos.
• Conexão Direta.
d) Linearidade
5.2.3 APLICAÇÃO: USO DO MÓDULO TP02-4AD
O módulo TP02-4AD, possui 4 conversores A/D com as seguintes características:
115
•Resolução de 11 ou 12 bits, com 2048 ou 4096 passos;
•Corrente ou Tensão;
–0-20mA – 0000 a 2000H no modo corrente;
–0-10 V – 0000 a 4000H modo tensão;
–1-5 V – 0000 a 2000H modo tensão;
•Resolução:
–10 µA;
–2.5 mV;
•Tempo de Conversão:
–1 temp scan;
•Canais do A/D e seus respectivos endereços de memória:
–CH1 – V961;
–CH1 – V962;
–CH1 – V963;
–CH1 – V964;
•O módulo conecta-se no conector de laço de retorno;
•A configuração máxima ocorre quando temos o TP02 + 2 Unidades Digitais + 4/D + 2DA,
conforme a figura 5.6.
Figura 5.6 – Configuração de expansões do TP02.
OPERAÇÃO DO MÓDULO TP02-4AD COM O CLP TP02
• Abrir o programa do TP02;
• Novo Arquivo;
• Inserir uma FUNÇÃO;
• Usando a função f-15w, que faz uma comparação:
No primeiro campo coloca-se v0961 que é o endereço de memória onde o 4AD coloca o
valor convertido;
No segundo campo coloca-se o valor 2400H que em nos testes mostrou ser 36.5 ºC.
5.3 Saídas Analógicas
Saídas analógicas são mais simples do que entradas analógicas.
Para obter uma saída analógica um inteiro é convertido em uma tensão. Este
processo é muito rápido, e não apresenta os problemas de temporização existente com as
entradas analógicas. Porém, saídas analógicas estão sujeitas aos erros de quantização.
116
A seguir descreve-se um sumário das relações mais importantes. Estas são idênticas
as do conversor A/D.
Onde,
R, Rmin, Rmax - são as resoluções absoluta e relativas do conversor A/D
VERRO - erro máximo de quantização
VI - Valor inteiro representando a tensão desejada
Voutput - tensão de saída usando o valor inteiro
Vdesired - o valor de saída analógica desejada.
Exemplo: Considere o uso de um conversor D/A de 8 bits cujos valores de saída estão
entre 0 e 10V. Para um valor desejado de 6,234 V, calcular R, Verro, VI e VC.
117
A corrente de saída de um conversor D/A está normalmente limitada a um pequeno
valor, tipicamente menor que 20mA. Este é suficiente para a instrumentação, mas para
cargas com altas correntes, tais como motores, se torna necessário um amplificador de
corrente. Se o limite de corrente é ultrapassado para 5 V na saída, a tensão irá cair (tal que
não exceda a tensão nominal). Se a corrente limite é ultrapassada por longos períodos de
tempo pode-se danificar a saida D/A.
Exemplo 2: Para o conversor D/A da figura 5.7, as saídas do computador estão em nível
lógico TTL (de 5 V). Qual é a tensão resultante, Vo, para uma palavra binária dada por
1110?
Figura 5.7 – Exemplo de aplicação de um Conversor D/A de 4 bits.
118
5.4 Sensores e Atuadores
Os dispositivos de entrada realizam o interfaceamento entre o sistema físico e o sistema
de controle eletrônico, levando informações do processo para o controlador.
Podem ser classificados em:
- Sensores
- Transdutores:
* Direto
* Indireto
• Sensores: dispositivos projetados para detectarem algum evento no processo e
emitirem um sinal de resposta a este evento.
Ex.: sensor de proximidade – ativa um sinal em resposta à presença de um
objeto em seu campo de visualização.
•
Transdutores: dispositivos que convertem uma grandeza física em outra.
Foco: transdutores elétricos: convertem grandeza física (temperatura, pressão, etc.)
em sinal elétrico (normalmente em tensão).
* tipo direto – convertem a grandeza fisica em sinal elétrico diretamente.
Ex.: termopares (convertem temperatura em tensão)
* tipo indireto – modificam algum parâmetro interno (p. ex., resistência) de forma
proporcional à grandeza física.
Ex.: termoresistências. Deve-se inserí-las em num divisor resistivo e medir a
tensão sobre a termoresistência.
•
Limitações dos sensores e transdutores: alcance limitado a poucas dezenas de
metros.
•
Transmissor:
dispositivo que recebe o sinal de um transdutor ou sensor e envia a distâncias
maiores, modulando este sinal sobre outro de referência (4-20 mA, 0-5V, etc.) de forma
proporcional ao sinal do sensor ou transdutor
Transdutor
Sinal Modulado
Referência (4-20 mA)
Bloco Transmissor
PARÂMETROS FUN DAMENTAIS DOS SENSORES
•
Distância Sensora (Sn): distância perpendicular da face sensora até o ponto onde o
sensor atua.
119
•
Histerese: diferença entre a distância onde o sensor é ativado quando o objeto se
aproxima dele e a distância na qual o sensor é desativado quando o objeto se afasta
dele. Normalmente dado na forma percentual.
Ativado
Desativado
Sensor
Distância Sensora
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Histerese
Repetibilidade (em %): pequena variação na distância sensora quando se procede
duas ou mais tentativas de detecção. Não confundir com histerese.
Frequência de operação (Hz): n. máx. de comutações por segundo que um sensor
consegue realizar.
Corrente de consumo: valor da corrente necessária ao funcionamento do sensor;
Corrente de carga: é a máx. corrente possível na saída do sensor;
Corrente de Pico: é o máx. valor de corrente consumido pelo sensor no momento da
ativação;
Tensão de Ripple: máx. oscilação da tensão CC de alimentação permitida;
Tempo de estabilização: tempo que se deve aguardar logo após a energização do
sensor, para que as leituras sejam confiáveis;
Proteção Intrínseca ou IP: Grau de proteção à penetração de sólidos e líquidos. 2
dígitos (sólidos-líquidos). Ex. IP66.
Versão de Montagem: refere-se a forma como o sensor deve ser montado e as
distâncias que devem ser respeitadas para assegurar o bom funcionamento do
sensor.
Metal
D1
Metal
D2
D1
D2
Metal
Sensor 1
Sensor 2
Metal
Sensor 1
Sensor 2
•
Linearidade: parâmetro de grande importância. Normalmente os transdutores são
lineares em certas faixas de operação. Em caso contrário, aplica-se técnicas de
linearização. Ex.: transdutores de temperatura do tipo NTC (exponenciais) com
auxílio de amplificadores logarítmicos são linearizados.
•
Região de Atuação: Faixa de valores da grandeza que se deseja converter onde o
dispositivo efetivamente deve trabalhar. Normalmente relacionada com a região
120
linear do transdutor, porém, deve-se considerar outros limitantes como integridade
física do material, detalhes construtivos, entre outros.
•
Fator de Proporcionalidade: relaciona a grandeza elétrica com a grandeza física.
Ex.: transdutor com 1mV/Oc.
•
Precisão e Exatidão: parâmetros relacionados ao erro de conversão de uma
grandeza.
Influenciados por vários fatores como condições ambientais, posicionamento,
presença de ruído elétrico, e outros.
Tensão(mV)
100
Fator de Proporc. = 2mV/oC
50
Temperatura(oC)
TRANSDUTORES e SENSORES
Transdutores variam conforme:
a grandeza que medem,
a classe de precisão;
e a região de operação.
•
•
•
•
•
•
Conforme o tipo de grandeza medida, classificam-se em:
Transdutores de temperatura;
Transdutores fotoelétricos;
Transdutores de posição (Servomecanismos);
Transdutores de tensão mecânica ou Extensômetros;
Transdutores de pressão;
Transdutores de vazão;
Transdutores convertem uma grandeza física em outra.
Transdutores possuem resposta contínua.
Sensores apenas “sentem” a ocorrência de um evento e reagem à ele enviando um
sinal ao controle do processo.
Sensores possuem resposta discreta.
•
•
Principais tipos de sensores usados na indústria:
Sensores de Nível;
Sensores de Pressão;
121
•
•
Sensores de Posição;
Sensores de Presença;
Os principais sensores industriais são:
1) SENSORES DE POSIÇÃO
2) SENSORES DE VELOCIDADE
3) SENSORES DE PRESENÇA
4) SENSORES DE CARGA
5) SENSORES DE PRESSÃO
6) SENSORES DE TEMPERATURA
7) SENSORES DE VAZÃO
8) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Bibliografia do Capítulo
Fialho, Arivelto Bustamante, Instrumentação Industral: Conceitos, Aplicações e Análises.
Livro. Editora Erica, 6ª. Edição, São Paulo, 2006.
Hugh Jack, “Automating Manufacturing Systems with PLC”, apostila, Grand Valley State
University, Michigan, Estados Unidos, 2007.
WEG Indústrias, “Automação de Processos Industriais”. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Kilian, Christopher T. Modern Control Technology: Components and Sistems, 2nd edition,
Delmar Thomson Learning, USA, 2000.
122
UNIDADE VI – Controle Contínuo
6.1 Introdução
Processos contínuos requerem sensores e/ou atuadores contínuos. Ex.: a temperatura
de um forno pode ser medida com um termoacoplador. Esquemas de controle baseados em
decisões simples podem usar valores contínuos para controlar saídas lógicas, tais como um
elemento de aquecimento.
Equações lineares de controle podem ser usadas para examinar valores de sensores
contínuos e determinar as saídas para os atuadores contínuos, tais como uma válvula de gás
de posição variável.
6.2 Controle de Sistemas com Atuadores Lógicos
Muitos sistemas contínuos podem ser controlados com atuadores lógicos. Exemplos
mais comuns incluem sistemas de climatização (aquecimento, ventilação e
condicionamento de ar).
O “setpoint” do sistema é realizado por um termostato. O controlador mantém a
temperatura dentro de uma faixa de poucos graus. Se a temperatura cair abaixo do limite
mínimo, o aquecedor é ligado. Se subir acima do limite máximo, deve desligar. A técnica
não é exata e o sistema irá chavear continuamente.
upper
temp.
limit
room
temp.
overshoot
set temp.
(nominal)
lower
temp.
limit
time
heater on
heater off
heater on
heater off
heater on
Figura 6.1 – Sistema de climatização com Controle tipo On-OFF
Controlador em Lógica Ladder para um Atuador Lógico
123
No exemplo mostrado na figura 6.2, a temperatura é lida e armazenada em N7:0 e a
saída que aciona o aquecimento é conectada em O:000/0. O controlador irá manter a
temperatura entre 72 e 74 graus.
GRT
SourceA N7:0
SourceB 74
U
O:000/0
LES
SourceA N7:0
SourceB 72
L
O:000/0
Figura 6.2 – Lógica ladder para o atuador lógico.
6.3 Controle de Sistemas com Atuadores Contínuos
A figura 6.3b apresenta um sistema de controle com realimentação, que compara a
saída real com aquela desejada obtendo um erro. Um controlador pode usar o erro para
acionar um atuador com vistas a minimizar este erro.
Quando um sistema usa o valor de saída para controle, é chamado de sistema de
controle com realimentação. Quando a saída é subtraída da entrada, o sistema tem uma
realimentação negativa. Um sistema com realimentação negativa é desejável porque
geralmente é mais estável, e irá reduzir os erros do sistema. Sistemas sem realimentação
são menos precisos e podem se tornar instáveis.
INPUT
(e.g. θ gas)
Control
variable
SYSTEM
(e.g. a car)
vdesire d
verror
+
_
Driver or
cruise control
θgas
OUTPUT
(e.g. velocity)
car
vac tual
Figura 6.3 – Sistema de controle de velocidade para um automóvel
124
A figura 6.3a mostra um carro sem um sistema de controle de velocidade. Neste
caso, a variável de controle é o pedal que atua no ângulo de gasolina (θgas). A saída é a
velocidade do carro. Na figura 6.3b, o controlador com realimentação negativa é mostrado
dentro das linhas tracejadas. O acionador (driver) irá observar a velocidade, determinar o
erro de velocidade em relação a uma velocidade desejada, e então ajustar o ângulo do pedal
de gasolina para aumentar ou diminuar a velocidade.
O projeto do controlador poderá seguir diferentes métodos, como os discutidos a
seguir.
6.3.1 – CONTROLADOR PROPORCIONAL
O erro do sinal, obtido na comparação entre o sinal fornecido pelo condicionador de
sinal do transdutor e a referência, é multiplicado por um fator Kp, ou seja, a saída é
proporcional à entrada.
Neste caso, tem-se apenas um ganho no erro, dado por: θgas = Kp . verr
o.
erro
O termo proporcional Kp levará o sistema para a direção correta, porém, nota-se
que quando o controlador opera no centro da banda proporcional, o erro não é zero (tem-se
um erro de regime), mas depende do coeficiente Kp, e portanto, do valor da mesma banda
proporcional.
Figura 6.4 – (a) Controlador Proporcional aplicado. (b) Resposta do controle.
Na figura 6.4(a), tem-se um sinal de erro obtido na comparação do sinal de
referência com o sinal lido pelo transdutor. O resultado é multiplicado pelo fator Kp. Fora
da faixa proporcional, o controlador determina uma potência ON-OFF ao atuador, e no seu
interior, a potência resulta modulada. Conforme o ganho Kp escolhido, resultam os
diferentes comportamentos para saída, vistos na figura 6.4(b). A banda correta seria aquela
do sinal “b”, sendo muito estreita a “c” e muito larga a “a”.
6.3.2 – CONTROLADOR INTEGRAL
O termo integral, Ki, responde aos erros de regime permanente e atua no controle
enquanto houver algum erro atuante. A resposta do sistema controlado é mais rápida.
125
A ação integral é particularmente eficaz para compensar variações bruscas (em
degrau por exemplo) da variável de controle.
θ gas = ki ∫ verro .dt
6.3.3 – CONTROLADOR DERIVATIVO
O termo derivativo, Kd, irá responder rapidamente às variações, ampliando as
alterações de erro no tempo e acelerando as ações de controle.
θ gas = kd
(
vERRO
dt
)
Os valores de Kp, Ki e Kd podem ser selecionados ou sintonizados por diversas
técnicas, de forma que se obtenha a resposta desejada para o sistema. Entre as principais:
• Ziegler−Nichols Oscillation Method;
• Ziegler−Nichols Reaction Curve Method;
• Cohen−Coon Reaction Curve Method.
Figura 6.5 – Exemplo do Método Curva de Reação de Ziegler-Nichols.
126
6.3.4 – SISTEMAS COM CONTROLADOR PID DISCRETIZADO
Os sistemas baseados em um controladores PID são uma das escolhas mais comuns.
A equação básica é dada por:
u = k p e + ki ∫ e.dt + kd ( de
dt )
A equação usa o erro “e” do sistema, para calcular uma variável de controle “u”.
Para implementar esta equação em um programa computacional, deve-se discretizála, sendo reescrita para:
k

un = un −1 + en  k p + kiT + d
T

kd


 + en −1  − k p − 2 T


kd

 + en − 2 T

onde, deve-se conhecer o erro nos instantes anteriores, en-1 , en-2 , os valores anteriores da
saída Un-1 e o tempo de atualização entre duas varreduras, T.
Figura 6.6 – Composição dos diferentes tipos de controle.
6.4 Aplicação da Função PID em Lógica Ladder
Alguns softwares disponibilizam um bloco de controle, como o mostrado abaixo:
PID
Control Block: PD12:0
Proc Variable: N7:0
Tieback: N7:1
Control Output: N7:2
Figura 6.7 – Bloco PID em lógica Ladder.
127
Onde,
Proc Variable – armazena a variável realimentada, U, como lida da entrada analógica.
Control Output – armazena o resultado (no ex.: na posição de memória N7:2)
Control Block – armazena os parâmetros de controle
Bibliografia do Capítulo
Hugh Jack, “Automating Manufacturing Systems with PLC”, apostila, Grand Valley State
University, Michigan, Estados Unidos, 2007.
Natale, F, Automação Industrial, livro. Editora Érica, 5ª. Edição, São Paulo, 2003.
Bolton, W, Engenharia de Controle, livro. Editora Makron Books, 1ª. Edição, 1995.
128
UNIDADE VII – Interface Homem Máquina (IHM)
7.1 Introdução
A Interface Homem Máquina (IHM) é basicamente todo e qualquer sistema
utilizado como sinalizador de eventos ou status de uma máquina. Ainda, segundo [Moraes,
2001] IHMs são sistemas supervisórios que surgiram da necessidade de uma interface
amigável, eficiente e ergonômica entre sistemas de automação complexos e a equipe
encarregada da sua operação. Portanto, devem ser construídas tendo os operadores como
usuário final e representar o processo real.
As interfaces permitiram que os sistemas de controle de processos se tornassem
muito mais interativos do que antes. Também possibilitaram que um operador pudesse usar
“displays” simples para determinar as condições de uma máquina e realizar simples
configurações.
O propósito básico de uma IHM é disponibilizar uma interface gráfica de fácil uso
com o processo. Dispositivos que apresentam interfaces difíceis não são utilizados como
deveriam e incorrem em desperdício de tempo e aumento da necessidade de treinamento,
interferindo diretamente nos lucros da empresa.
No CLP, as IHMs podem ser configuradas para enviarem sinais de atuação ou
simplesmente monitora-lo e operam de dois modos distintos:
a) Modo de desenvolvimento: criação de telas gráficas e animações representativas
do processo;
b) Modo run time: janela animada que mostra o andamento do processo. Deve ser
capaz de tomar dados, armazena-los, gerar gráficos de tendências, alarmes e terem telas
desenhadas hierarquicamente e compatíveis com a operação do processo.
As formas mais comuns de IHMs são:
- Frontais de teclado e display de 7 segmentos;
- Frontais de LCD ou vácuo fluorescente (VFD);
- Terminal de vídeo;
- Softwares de supervisão e gerenciamento de processos;
- Touch Screens;
- Man Machine Interfaces;
Os usos mais comuns para as IHM são:
- Amostrar faltas em máquinas;
- Amostrar status em máquinas;
- Permitir ao operador iniciar e interromper ciclos;
- Monitorar contagens de componentes.
As demandas atuais para as interfaces de usuário são:
- Ajuda on-line;
- Dialogo/resposta adaptativa;
129
-
“Feedback” ao usuário;
Habilidade para interromper processos;
Compatibilidade de módulos;
Um layout de display lógico;
Compartilhamento com vários processos simultaneamente.
As interfaces ainda podem ser divididas em duas categorias: as ativas e passivas.
• Interfaces Passivas
– Monitoram eventos ou status da máquina
– Não interferem no processo
– Geralmente não possuem processadores internos
- Exemplos: lâmpadas e buzinas
• Interfaces Ativas
–São partes integrantes do processo
–Além de ter um processador interno, algumas possuem parte do software aplicativo
–Geralmente utiliza-se vários CLPs em rede para IHM
- Exemplos: Telas sensíveis (touch screen), monitores de plasma, etc.
Outro ponto que evoluiu muito foi a assistência técnica em relação às máquinas.
Com essa evolução o técnico consegue saber detalhes mais precisos do problema que está
ocorrendo, e existem casos de máquinas que indicam também, onde o problema está
ocorrendo.
A máquina pode oferecer um status, que indique onde os reparos devem ser feitos,
onde ocorreram mais desgastes e detalhes técnicos adicionais.
Exemplos de IHM ativas:
Interface ativa, com botões
Interface ativa de tela sensível (touch screen)
130
Exemplos de supervisórios:
Telas avançadas de IHM:
131
A tecnologia de construção de interfaces tem sido Influenciada principalmente pelos
seguintes fatores:
• Disseminação do uso de sistemas e equipamentos microprocessados;
• Aumento da complexidade dos sistemas;
• Preocupação com a qualidade do software dentro da característica de usabilidade
(conforme as definições da Norma ISO/IEC 9126-1).
Existem IHMs que utilizam PCs, 386, 486, Pentium II, IV, por exemplo. As IHMs
também possuem interfaces de redes, que facilitam a comunicação com os PCs.
7.2 - IHM via www com CLP
Os CLPs evoluíram e hoje estão integrados aos demais equipamentos da fábrica na
hierarquia de controle e podem ser facilmente configurados através de programação remota
em redes industriais proprietárias. O surgimento da internet e de redes corporativas
semelhantes (intranet) tornou possível o acesso remoto aos equipamentos de controle dos
processos usando uma arquitetura aberta. Neste contexto, a Web, com sua interface gráfica
intuitiva e universal, é muito indicada para a supervisão remota de processos tipo “chão de
fábrica”. Como equipamentos importantes em automação industrial, os CLPs seguem essa
tendência adquirindo acessibilidade pela Web.
132
7.3 - Especificação da interface homem-máquina
Para determinar o projeto de uma interface IHM, o primeiro passo é identificar:
1. Quem necessita de qual informação?
2. Como o usuário espera que as informações sejam apresentadas?
3. Quando a informação precisa ser apresentada?
4. Os operadores possuem alguma necessidade especial?
5. A utilização de som é importante?
6. Quais as escolhas que o operador deveria ter?
A tendência mais comum é adotar uma interface de usuário que freqüentemente
tenha:
-
Ícones;
Um dispositivo apontador (tal como um mouse);
Totalmente colorida;
Suporte para múltiplas janelas, as quais rodam programas simultaneamente;
Menus do tipo “popup”;
Janelas que possam ser movidas, re-escalonadas, movidas para frente/trás, etc.
Os passos de implementação geral de uma IHM são:
1. Criar as telas em um software para PCs;
2. Carregar as telas na unidade IHM;
3. Conectar a unidade ao CLP;
4. Ler e escrever na IHM usando as locações de memória para obter a entrada e a
atualização das telas.
Para controlar a IHM a partir de um CLP as entradas do usuário ligam bits na
memória do CLP, e outros bits na memória do CLP podem ser levados par nível lógico
unitário para ligar/desligar itens na tela da IHM.
7.4 – Aplicação da Interface Homem-Máquina OP05/06
As interfaces homem-máquina OP-05 e OP-06 são periféricos que permitem ao
usuário efetuar alteração/visualização de valores de registradores, apresentação de textos e
mensagens, comandos simples, em função do modo de operação definido.
Bomba 1: Ligada
Tempo: 240 seg
Linha 1
Linha 2
F1
F5
F9
7
8
9
F2
F6
F10
4
5
6
F3
F7
F11
1
2
3
F4
F8
F12
MOD 1
MOD 2
0
ESC
TMR
133
CNT
ENT
Existe, na memória de dados do TP-02, um total de 130 bytes que servirão para o
armazenamento dos arquivos de texto.
Memória de Dados - Arquivos de texto
Data Memory - Files
FL001
1
Byte 1
FL002
2
Byte 2
FL003
3
Byte 3
FL004
4
Byte 4
FL005
5
Byte 5
FL006
6
Byte 6
...
...
...
FL130
130
Byte 130
Os comandos podem ser realizados através de teclas de funções, que obedecem a
um endereçamento pré-definido, conforme mostrado abaixo:
F1
F5
F9
7
8
9
F2
F6
F10
4
5
6
F3
F7
F11
1
2
3
F4
F8
F12
MOD 1
MOD 2
0
X361 X365 X369
-
-
-
X362 X366 X370
-
-
-
X363 X367 X371
-
-
-
-
-
X377 X378 X379
X364 X368 X372
X380 X381
ESC
TMR
CNT
ENT
-
X382
-
A programação do TP-02 para utilização das interfaces homem-máquina está
relacionada com o ajuste de determinados registradores. Para a configuração do display é
necessário definir inicialmente o modo de operação desejado, e depois proceder os ajustes
dos registradores. O roteiro de aula prática n. 06 descreve as formas de efetuar estes ajustes.
134
Bibliografia do Capítulo
André Schneider Mariano Alberto Hexsel, Interface Homem Máquina (IHM), Univale,
Centro São José, SC – Brasil.
WEG Industrias Ltda., Curso Módulo 3: Automação de Processos Industriais, Apostila,
Centro de Treinamento de Clientes, Jaraguá do Sul, Brasil, 2006.
IHM – Interface Homem Máquina. Saber Eletrônica Especial nº 4 – 2001. Disponível em
http://www.anacom.com.br. Acesso em 15/05/2004.
Hugh Jack, “Automating Manufacturing Systems with PLC”, apostila, Grand Valley State
University, Michigan, Estados Unidos, 2007.
135
UNIDADE VIII – Noções de Sistemas Supervisórios
8.1 Introdução
Os sistemas supervisórios podem ser considerados como o nível mais alto de IHM,
pois mostram o que está acontecendo no processo e permitem ainda que se atue neste. A
evolução dos equipamentos industriais, com a introdução crescente de sistemas de
automação industrial, tornou complexa a tarefa de monitorar, controlar e gerenciar esses
sistemas. Diferentes arquiteturas de sistemas computacionais têm sido desenvolvidas e
propostas para esse gerenciamento.
Um sistema supervisório é um programa que tem por objetivo ilustrar o
comportamento de um processo através de figuras e gráficos, tornando-se assim, uma
interface objetiva entre um operador e o processo, desviando dos algoritmos de controle
(JESUS, 2002). A figura 8.1 ilustra um exemplo de software supervisório.
Figura 8.1 - Exemplo de software supervisório
Ao invés de um simples piscar de lâmpadas (como ocorriam nos painéis de
comandos e quadros sinóticos), o operador tem uma melhor interface quando efetivamente
visualiza o abrir de uma válvula, o ligamento de um motor, ou outra informação do
processo de maneira visual.
Nesse tipo de visualização, faz-se uso extensivo de informações por cores e textos,
podendo-se também dispor de elementos animados graficamente, conforme demonstrado na
figura 1. De mesmo modo, para a demonstração do sistema supervisório, também são
utilizados gráficos, sinalizando quando uma lâmpada está ligada ou desligada.
136
8.2 Características do Software Supervisório
O software de supervisão, localizado no nível de controle do processo das redes de
comunicação, é o responsável pela aquisição de dados diretamente dos CLP’s para o
computador, pela sua organização e gerenciamento dos dados. Poderá ser configurado para
taxas de varredura diferentes entre CLP’s e inclusive entre pontos de um mesmo CLP.
O software deve permitir que estratégias de controle possam ser desenvolvidas
utilizando-se de funções avançadas, através de módulos dedicados para implementação de
funções matemáticas e lógicas, por exemplo. Através destes módulos, poderão ser feitos no
software aplicativo de supervisão, o controle das funções do processo.
Os dados adquiridos podem ser manipulados de modo a gerar valores para
parâmetros de controle como “set-points”. Os dados são armazenados em arquivos de
dados padronizados, ou apenas utilizados para realização de uma tarefa. Esses dados que
foram armazenados em arquivos poderão ser acessados por programas de usuários para
realização de cálculos, alteração de parâmetros e de seus próprios valores.
Segundo Ogata (1993), o software supervisório é visto como o conjunto de
programas gerados e configurado no software básico de supervisão, implementando as
estratégias de controle e supervisão com telas gráficas de interfaceamento homem-máquina
que facilitam a visualização do contexto atual, a aquisição e tratamento de dados do
processo e a gerência de relatório e alarmes. Este software deve ter entrada de dados
manual, através de teclado. Os dados serão requisitados através de telas com campos préformatados que o operador deverá preencher. Estes dados deverão ser auto-explicativos e
possuírem limites para as faixas válidas. A entrada dos dados deve ser realizada por telas
individuais, seqüencialmente, com seleção automática da próxima entrada. Após todos os
dados de um grupo serem inseridos, esses poderão ser alterados ou adicionados pelo
operador, que será o responsável pela validação das alterações.
Para a criação de aplicativos de supervisão e controle de processos nas mais
diversas áreas, necessita-se de:
Hardware: é utilizada uma via de comunicação, que pode ser uma porta serial, uma placa
de rede, etc;
Software: para comunicação é necessário que o driver do equipamento esteja sendo
executado simultaneamente com o software de desenvolvimento.
O driver é um software responsável pela comunicação, ele possui o protocolo de
comunicação do equipamento.
Um exemplo de software utilizado para análise de funcionamento de um sistema
supervisório é o Elipse Windows (ELIPSE, 2003).
Dentre os muitos sistemas utilizados, os que mais tem se difundido são os PCS
(Sistemas de Controle de Processos ou Process Control Systems), os SCADA (Sistemas de
Controle Supervisório e Aquisição de Dados ou Supervisory Control & Data Aquisition
Systems) e os DCS (Sistemas de Controle Distribuído ou Distributed Control Systems).
137
8.3 Sistemas SCADA
O Controle Supervisório e Aquisição de Dados (Supervisory Control and Data
Acquisition) ou SCADA é uma tecnologia que se destina a cumprir tarefas de
gerenciamento e controle para unidades industriais cujos elementos estejam distribuídos ao
longo de grandes distâncias.
Ele permite que sejam monitoradas e rastreadas informações do processo. Tais
informações são inicialmente coletadas através de equipamentos de aquisição de dados,
seguido da manipulação e analise destes dados e posteriormente são apresentadas ao
usuário. Estas informações podem ser visualizadas por intermédio de quadros sinóticos
animados, com indicações instantâneas das variáveis de processo do cliente. As analises
dos dados podem ser feitas dentro do supervisório através de tabelas e gráficos de tendência
ou fora dele pelos softwares comerciais comuns como Acess, Excell, etc.
Outra função importante é a possibilidade do sistema supervisório executar ações
baseadas em parâmetros antecipadamente informados, fazendo que o usuário participe do
processo de controle apenas quando as ações exijam intervenção humana.
Podem ser aplicados em:
• Oleodutos (produtos líquidos e gasosos)
• Distribuição e tratamento de água;
• Sistemas de esgoto;
• Linhas de processamento de minério;
• Sistemas de transporte como ferrovias, metrô, trânsito em cidades, etc
Os sistemas SCADA caracterizam-se por um processador central que reúne os
dados coletados pelas unidades remotas (RTU) e os processa, sempre separados por
grandes distâncias.
Segundo [Da Rocha, 1989], a utilização de CLP como RTU traz robustez,
confiabilidade, padronização, flexibilidade e facilidade na configuração, levando
inteligência aos pontos remotos.
A figura 8.2 mostra uma tela típica de um sistema supervisorio. Até
aproximadamente 1998, os principais fornecedores de softwares de supervisão eram
empresas de software, como é o caso da Wonderware, Iconics, Intellution, etc. Atualmente
alguns fabricantes de hardware entraram no mercado, como é o caso da GE Fanuc, AllenBradley, Siemens e etc.
138
Figura 8.2 – Tela típica de um sistema supervisório SCADA
Os primeiros sistemas SCADA, basicamente telemétricos, permitiam informar
periodicamente o estado corrente do processo industrial, monitorando sinais representativos
de medidas e estados de dispositivos, através de um painel de lâmpadas e indicadores, sem
que houvesse qualquer interface aplicacional com o operador.
Atualmente, os sistemas de automação industrial utilizam tecnologias de
computação e comunicação para automatizar a monitoração e controle dos processos
industriais, efetuando coleta de dados em ambientes complexos, eventualmente dispersos
geograficamente, e a respectiva apesentação de modo amigável para o operador, com
recursos gráficos elaborados (interfaces homem-máquina) e conteúdo multimídia.
Para permitir isso, os sistemas SCADA identificam os tags, que são todas as
variáveis numéricas ou alfanuméricas envolvidas na aplicação, podendo executar funções
computacionais (operações matemáticas, lógicas, com vetores ou strings, etc) ou
representar pontos de entrada/saída de dados do processo que está sendo controlado. Neste
caso, correspondem às variáveis do processo real (ex: temperatura, nível, vazão etc), se
comportando como a ligação entre o controlador e o sistema. É com base nos valores das
tags que os dados coletados são apresentados ao usuário.
Os sistemas SCADA podem também verificar condições de alarmes, identificadas
quando o valor da tag ultrapassa uma faixa ou condição pré-estabelecida, sendo possível
programar a gravação de registros em Bancos de Dados, ativação de som, mensagem,
mudança de cores, envio de mensagens por pager, e-mail, celular, etc.
8.4 Componentes físicos de um sistema de supervisão
Os componentes físicos de um sistema de supervisão podem ser resumidos, de forma
simplificada, em:
• sensores e atuadores,
• rede de comunicação,
• estações remotas (aquisição/controle) e
139
•
estações de monitoração central (sistema computacional SCADA).
a) Sensores e atuadores: Os sensores são dispositivos conectados aos equipamentos
controlados e monitorados pelos sistemas SCADA, que convertem parâmetros físicos tais
como velocidade, nível de água e temperatura, para sinais analógicos e digitais legíveis pela
estação remota. Os atuadores são utilizados para atuar sobre o sistema, ligando e desligando
determinados equipamentos.
b) Estações remotas: O processo de controle e aquisição de dados se inicia nas estações
remotas, PLCs (Programmable Logic Controllers) e RTUs (Remote Terminal Units), com a
leitura dos valores atuais dos dispositivos que a ele estão associados e seu respectivo
controle. Os PLCs e RTUs são unidades computacionais específicas, utilizadas nas
instalações fabris (ou qualquer outro tipo de instalação que se deseje monitorar) para a
funcionalidade de ler entradas, realizar cálculos ou controles, e atualizar saídas. A diferença
entre os PLCs e as RTUs é que os primeiros possuem mais flexibilidade na linguagem de
programação e controle de entradas e saídas, enquanto as RTUs possuem uma arquitetura
mais distribuída entre sua unidade de processamento central e os cartões de entradas e
saídas, com maior precisão e seqüenciamento de eventos.
c) Rede de comunicação: é a plataforma por onde as informações fluem dos PLCs/RTUs
para o sistema SCADA e, levando em consideração os requisitos do sistema e a distância a
cobrir, pode ser implementada através de cabos Ethernet, fibras ópticas, linhas dial-up,
linhas dedicadas, rádio modems, etc.
d) Estações de monitoração central: são as unidades principais dos sistemas SCADA,
sendo responsáveis por recolher a informação gerada pelas estações remotas e agir em
conformidade com os eventos detectados, podendo ser centralizadas num único computador
ou distribuídas por uma rede de computadores, de modo a permitir o compartilhamento das
informações coletadas.
Figura 8.3: Sistema de supervisão e controle
140
8.5 Componentes lógicos de um sistema SCADA
Internamente, os sistemas SCADA geralmente dividem suas principais tarefas em
blocos ou módulos, que vão permitir maior ou menor flexibilidade e robustez, de acordo
com a solução desejada.
Em linhas gerais, podemos dividir essas tarefas em:
• Núcleo de processamento;
• Comunicação com PLCs/RTUs;
• Gerenciamento de Alarmes;
• Históricos e Banco de Dados;
• Lógicas de programação interna (Scripts) ou controle;
• Interface gráfica;
• Relatórios;
• Comunicação com outras estações SCADA;
• Comunicação com Sistemas Externos / Corporativos;
• Outros.
A regra geral para o funcionamento de um sistema SCADA parte dos processos de
comunicação com os equipamentos de campo, cujas informações são enviadas para o
núcleo principal do software. O núcleo é responsável por distribuir e coordenar o fluxo
dessas informações para os demais módulos, até chegarem na forma esperada para o
operador do sistema, na interface gráfica ou console de operação com o processo,
geralmente acompanhadas de gráficos, animações, relatórios, etc, de modo a exibir a
evolução do estado dos dispositivos e do processo controlado, permitindo informar
anomalias, sugerir medidas a serem tomadas ou reagir automaticamente.
As tecnologias computacionais utilizadas para o desenvolvimento dos sistemas
SCADA têm evoluído bastante nos últimos anos, de forma a permitir que, cada vez mais,
aumente sua confiabilidade, flexibilidade e conectividade, além de incluir novas
ferramentas que permitem diminuir cada vez mais o tempo gasto na configuração e
adaptação do sistema às necessidades de cada instalação.
8.6 Camadas físicas de um sistema de supervisão
Geralmente a estrutura física que cerca um sistema supervisório apresenta três
camadas, conforme pode ser observado na figura 8.4.
141
Figura 8.4 – Estrutura física de um sistema de automação
Primeira Camada: onde situam-se os equipamentos industriais (motores, sensores, leitores
de código de barra, etc.), os quais geralmente estão conectados a um Controlador Lógico
Programável (CLP), que é um equipamento microprocessado capaz de gerenciar o
acionamento destes componentes, que são ligados em placas de entrada e saídas,
executando um software de controle armazenado em memória. Esta comunicação é feita
através de protocolos de comunicação de baixo nível e exige o cumprimento de certos
requisitos para ser efetivada com sucesso. Temos como exemplo nesta camada, a
comunicação usando protocolos Modebus, Fieldbus Fundation, Profibus, entre outros.
Segunda camada: onde ocorre a comunicação entre o(s) CLP(s) (ou somente os sensores e
atuadores, como no caso do Fieldbus, por exemplo) e o microcomputador, no qual o
sistema supervisório está sendo executado. Neste ponto, os dados são agrupados por
equipamentos pelo CLP, havendo identificação inequívoca destes e de seus dados. O CLP
possui memória para armazenamento intermediário de um certo número de operação
realizadas pelo equipamento, o que permite que a comunicação com o microcomputador
possa ser e tomada após uma parada momentânea. A comunicação entre ambos
normalmente é feita de forma serial ou, mais recentemente, através da placa Ethernet.
Existe nesta camada, uma relação direta do tipo de CLP com o sistema supervisório e a
comunicação perfeita entre ambos vai depender da utilização do driver específico para o
CLP pelo sistema supervisório. Serão necessárias configurações adequadas em ambos para
que os dados recebidos pelo CLP e transmitidos para o supervisório, possam ser
corretamente interpretados. Endereçamento de posição de memória, tamanho dos bytes,
modo de leitura e escrita, comunicação com outras aplicações entre outras configurações,
são necessárias para que o CLP e o microcomputador funcionem corretamente.
Terceira camada: onde situam-se o microcomputador com o sistema supervisório, os
demais sistemas da industria (administrativos, de fornecedores, de parceiros, etc.) e o
142
acesso externo à organização. A interconexão do sistema supervisório com outros sistemas,
nesta camada, é possível através do uso de redes Ethernet e do protocolo TCP/IP. O
supervisório deve estar preparado para a comunicação com outros sistemas supervisórios,
quer sejam locais ou remotos, permitindo assim a visualização de dados ou atuação de
usuários sobre a linha de produção mesmo que este não esteja fisicamente localmente
presente.
A partir da estrutura física é possível definir pontos de conexão entre os dispositivos
e o sistema supervisório, as Tags, que são as variáveis definidas na aplicação supervisória e
possuem ligação com os pontos de entrada e saída do CLP que está monitorando o processo
controlado.
As Tags são todas as variáveis numéricas ou alfanuméricas envolvidas na aplicação,
podendo executar funções computacionais (operações matemáticas, lógicas, com vetores ou
strings, etc.) ou representar pontos de entrada e saída de dados do processo que está sendo
controlado. Neste caso, correspondem às variáveis do processo real (com temperatura,
vazão, nível, etc.), se comportando como a ligação entre o controlador e o sistema. Seus
tipos variam dependendo do CLP e do sistema supervisório que estão sendo utilizados. As
Tags mais freqüentes são aquelas usadas para a comunicação entre CLP e o sistema e as
que permitem realizar operações aritméticas, manipular matrizes e textos. É com base nos
valores das Tags que os dados coletados são apresentados para o usuário.
Um sistema supervisório deve apresentar os dados coletados pelo CLP para o
usuário de uma forma simples e significativa. Isto é possível através da utilização de
gráficos, botões, e ícones coloridos. A apresentação destes gráficos é alterada de acordo
com a variação dos valores das Tags. Como algumas sofrem mudanças freqüentes, é
possível criar animações de figuras com a alternância dos valores. Em contrapartida,
elementos gráficos associados a uma Tags podem ser usados como ponto de entrada de
dados a serem enviados para o CLP, alterando sua configuração.
A simples possibilidade de associação de Tags com portas de I/O do CLP não é
suficiente para suportar a complexidade das aplicações dos sistemas supervisórios. Há
necessidade de programar ações para as situações ocorridas no processo que podem ser
realizadas pelo sistema supervisório, através da execução de uma linguagem de
programação, embutida no próprio programa, conhecida como Scripts. Esta linguagem
geralmente é proprietária, mas segue um conjunto de comandos de uma linguagem de
programação conhecida, como o Basic ou o C.
Os Scripts permitem uma flexibilidade muito grande aos supervisórios, pois
possibilitam maior proximidade com operações de baixo nível e acesso a dispositivos e
sistema operacional. Geralmente estão associadas às variações das Tags, podendo ser
executadas quando o seu valor mudar ou estiver em situações de alarme.
Uma situação de alarme é identificada quando o valor da Tag ultrapassa uma faixa
pré-estabelecida. Esta faixa possui dois valores para limite superior e dois valores para
limite inferior, sendo denominados: altíssimo, alto, baixo e baixíssimo (High-High, High,
Low, Low-Low). Algumas ações automáticas podem estar previstas quando da ocorrência
destes alarmes, como por exemplo, se o limite High-High de temperatura para uma caldeira
é atingido, o sistema supervisório pode acionar um sistema de intertravamento de segurança
e sinalizar ao usuário.
As variações dos valores das Tags, inicialmente visualizadas, podem também ser
arquivados em disco, formando um histórico das atividades do sistema.
143
Possuir um histórico do sistema é útil por permitir uma análise temporal dos dados
na procura de eventuais problemas ou possibilidades de melhoria. A manipulação do
arquivo de histórico possibilita a geração de relatórios pré-definidos, consultas de períodos
específicos em arquivo e a utilização comparativa destes valores com valores atuais em
gráficos de tendência, por exemplo.
Muito próximo da criação de históricos do sistema está a conexão com banco de
dados. Conectar o sistema supervisório a um banco de dados permite a recuperação de
informações do sistema de forma mais rápida e segura, alem de permitir a utilização de
informações corporativas no processo que está sendo monitorado.
Figura 8.5 – Tela do supervisório PGR – DEXTER.
A figura 8.5 apresenta a tela de um software supervisório (PGR da empresa Dexter)
com alguns nodos e variáveis sendo monitorados. No caso de variáveis (grandezas
analógicas), além do nome atribuído à variável, é visualizado seu valor (já convertido para
a unidade correta, segundo fórmula programada no PGR), tanto numérico quanto por
representação em gráfico de barra (bargraph).
As Interfaces dos sistemas supervisórios devem ser desenvolvidas de acordo com as
atividades dos operadores, podendo considerar dois modos principais de operação:
a) Operação Normal
- vigilância, detectar defeitos ou falhas possíveis
144
- observação
sistemática dos indicadores essenciais a uma visualização sobre o estado geral
do processo. Nem todos os parâmetros são observados com a mesma freqüência, pois:
• alguns parâmetros fornecem mais informações;
•alguns aparelhos são mais estáveis;
•algumas desregulagens são mais graves;
•alguma unidade específica está em uma fase de operação particular.
b) Operação sob Contingência
- simultaneidade de vários eventos simples causadores de perturbações no processo.
8.7 Planejamento do sistema supervisório
[Moraes e Castrucci] recomendam nove etapas no desenvolvimento dos sistemas
supervisórios:
1) Entendimento do processo a ser automatizado
2) Tomada de dados (variáveis)
3) Planejamento do banco de dados
4) Planejamento dos alarmes
5) Planejamento do hierarquia de navegação entre telas
6) Desenho de telas
7) Gráfico de tendências dentro das telas
8) Planejamento de um sistema de segurança
9) Padrão Industrial de Desenvolvimento
Nestas etapas cabe destacar:
Planejamento de alarmes:
a) sob quais condições os alarmes serão acionados
b) quais operadores serão notificados por esses alarmes
c) quais mensagens deverão ser enviadas
d) quais ações deverão ser tomadas na ocorrência desses alarmes
e) chamar a atenção do operador sobre uma modificação do estado do processo
f) sinalizar um objeto antigo
g) fornecer indicação global sobre o estado do processo.
Planejamento de uma hierarquia de navegação entre telas:
O sistema supervisório do processo deve possuir um menu que possibilita a navegação
entre telas.
8.8 Modos de comunicação
A principal funcionalidade de qualquer sistema SCADA está ligada à troca de
informações, que podem ser, basicamente:
• Comunicação com os PLCs/RTUs;
• Comunicação com outras estações SCADA;
145
•
Comunicação com outros sistemas.
a) Comunicação com os PLCs/RTUs: a comunicação com os equipamentos de campo,
realizada através de um protocolo em comum, cuja metodologia pode ser tanto de domínio
público ou de acesso restrito, geralmente pode ocorrer por polling ou por interrupção,
normalmente designada por Report by Exception.
A comunicação por polling (ou Master/Slave) faz com que a estação central
(Master) tenha controle absoluto das comunicações, efetuando seqüencialmente o polling
aos dados de cada estação remota (Slave), que apenas responde à estação central após a
recepção de um pedido, ou seja, em half-duplex. Isto traz simplicidade no processo de
coleta de dados, inexistência de colisões no tráfego da rede, facilidade na detecção de falhas
de ligação e uso de estações remotas não inteligentes. No entanto, traz incapacidade de
comunicar situações à estação central por iniciativa das estações remotas.
Já a comunicação por interrupção ocorre quando o PLC ou o RTU monitora os seus
valores de entrada e, ao detectar alterações significativas ou valores que ultrapassem os
limites definidos, envia as informações para a estação central. Isto evita a transferência de
informação desnecessária, diminuindo o tráfego na rede, além de permitir uma rápida
detecção de informação urgente e a comunicação entre estações remotas (slave-to-slave).
As desvantagens desta comunicação são que a estação central consegue detectar as
falhas na ligação apenas depois de um determinado período (ou seja, quando efetua polling
ao sistema) e são necessários outros métodos (ou mesmo ação por parte do operador) para
obter os valores atualizados.
b) Comunicação com outras estações SCADA: pode ocorrer através de um protocolo
desenvolvido pelo próprio fabricante do sistema SCADA, ou através de um protocolo
conhecido via rede Ethernet TCP/IP, linhas privativas ou discadas.
A Internet é cada vez mais utilizada como meio de comunicação para os sistemas
SCADA. Através do uso de tecnologias relacionadas com a Internet, e padrões como
Ethernet, TCP/IP, HTTP e HTML, é possível acessar e compartilhar dados entre áreas de
produção e áreas de supervisão e controle de várias estações fabris. Através do uso de um
browser de Internet, é possível controlar em tempo real, uma máquina localizada em
qualquer parte do mundo. O browser comunica com o servidor web através do protocolo
http, e após o envio do pedido referente à operação pretendida, recebe a resposta na forma
de uma página HTML.
Algumas das vantagens da utilização da Internet e do browser como interface de
visualização SCADA são o modo simples de interação, ao qual a maioria das pessoas já
está habituada, e a facilidade de manutenção do sistema, que precisa ocorrer somente no
servidor.
c) Comunicação com outros sistemas: como os de ordem corporativa, ou simplesmente
outros coletores ou fornecedores de dados, pode se dar através da implementação de
módulos específicos, via Bancos de Dados, ou outras tecnologias como o XML e o OPC.
146
8.9 – Aplicação do Supervisório Elipse E3
8.9.1 - Introdução
Ao criar uma aplicação no E3 deve-se lembrar sempre dos recursos que cada
módulo irá utilizar. Para entender melhor este conceito, precisa-se entender antes como o
E3 trabalha.
No E3, cada recurso utiliza um módulo exclusivo. Por exemplo, há um módulo para
a criação de histórico, para a criação de tela, e assim por diante. Cada módulo é iniciado
individualmente e na seqüência em aparecem no Organizer, quando o domínio é
executado.Vamos pegar como exemplo o histórico.
Ao criarmos um histórico devemos nos lembrar de quais recursos ele precisará.
Sabemos que o histórico precisará ler valores de tags. Assim, o módulo dos tags deverá
aparecer acima do módulo do histórico na lista de itens do Organizer. Sabemos também que
o histórico irá gravar estes dados numa tabela de um bando de dados. Assim, o módulo de
conexão com o banco de dados deverá aparecer acima do módulo do histórico também.
Entendendo como cada item trabalha podemos ordená-los de maneira correta.
Devemos lembrar que, na criação de um novo projeto através do assistente de criação todos
os itens selecionados são adicionados na ordem correta de execução. Isso faz com que a
execução do domínio seja mais rápida e não ocorram problemas para os módulos
encontrarem os recursos necessários para o seu funcionamento.
8.9.2 - Criando o projeto
Entretanto, sabemos que ao criar cada módulo no E3 ele vai para último da lista e
precisamos mover um por um para ordenar corretamente. Por isso, uma maneira bastante
prática de criar aplicações no E3 é criando pastas para os módulos. Abaixo está uma relação
de uma das maneiras corretas de ordenação dos módulos na aplicação de um modo geral.
Figura 8.6 – Ordenando módulos na aplicação
147
Agora, vejamos como ficaria a ordem caso utilizássemos a configuração por pastas.
Figura 8.7 – Usando configuração por pastas
Neste segundo exemplo, são criadas pastas para os itens que podem ter vários
módulos criados. A utilização de pastas facilita também para ordenar os módulos após a
criação de mais itens, pois uma vez ordenado o usuário poderia criar os itens direto dentro
da respectiva pasta. Isto é possível devido ao E3 entrar na pasta e iniciar todos os itens e só
depois ir para o próximo módulo fora da pasta.
Bibliografia do Capítulo
Mauricio Puppo, Interface Homem-Máquina para Supervisão de um CLP em Controle de
Processos Através da WWW, Tese de Mestrado em Enga. Elétrica, USP-São Carlos, 2002.
Cícero C. Moraes e Plínio L. Castrucci , Engenharia de Automação Industrial, livro. Editora
LTC, 2ª. Edição, Rio de Janeiro, 2007.
Daneels, Alex; Salter, Wayne. What is SCADA?
http://ref.web.cern.ch/ref/CERN/CNL/2000/003/scada/
Dayton-Knight Ltd. SCADA Explained.
http://www.dayton-knight.com/Projects/SCADA/scada_explained.htm
The Free Internet Media. What is SCADA? http://www.tech-faq.com/scada.shtml
The OPC Foundation Web Site http://www.opcfoundation.org
148
Samir Pereira Lima, Passos para criar uma aplicação no E3. Artigo, Elipse Software, Porto
Alegre, 2007. Sítio visitado em 31/10/2007:
http://www.elipse.com.br/download/download/artigos/RT018.04.PDF
Vianna, William S., Controlador Lógico Programável, Apostila. CEFET-PR, 2000.
Marcelo Esteves, João Aurélio V. Rodrigues, Marcos Maciel, Sistema de Intertravamento
de Segurança, Monografia, Curso de Engenharia Elétrica-Eletrônica, Associação
Educacional Dom Bosco, Resende, RJ, 2003.
Ana Paula Gonçalves da Silva e Marcelo Salvador, O que são sistemas supervisórios?
Artigo. Elipse Software. Porto Alegre, RS.
http://www.elipse.com.br/download/download/artigos/rt025.04.pdf, acessado em
29/05/2007.
WEG Indústrias, Automação de Processos Industriais. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Natale, Ferdinando, “Automação Industrial”. Livro, Ed. Érica, São Paulo, 2003.
DEXTER, “Curso de Automação Industrial”. Apostila do Curso, 2001.
Carrilho, Eduardo, “Material de aula da disciplina Automação de Sistemas e
Instrumentação Industrial”, Curso de engenharia elétrica, IME, São Paulo. Web:
http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
149
UNIDADE IX – Noções de Redes Locais
9.1 Introdução
As redes de computadores (ou redes locais) surgiram da necessidade de interligação
de vários equipamentos inteligentes.
Atualmente as redes de comunicação de CLPs existentes no mercado caraterizam-se
pela diversidade das técnicas adotadas: topologias, métodos de acesso, protocolos,
capacidades de transmissão (de 15,2 kbauds até 2 Mbauds), e etc.
Este texto tem por objetivo apresentar uma visão geral sobre assunto, devendo ser
complementado pela bibliografia específica.
a) Função – integração de todo o conjunto de informações contido na indústria.
b) Composição – Unidade de processamento: executa o software de usuário.
Sistema gerenciador composto por equipamento, placa que contém
interface elétrica de comunicação + software.
Meio Físico – Linha transmissora de dados: par trançado, coaxial,
fibra ótica.
Radio Freqüência, microondas, satélites, etc.
c) Interfaceamento de Periféricos.
d)
•
•
•
•
•
Características exigidas de uma rede local.
Capacidade para suportar controle em tempo real;
Alta integridade de dados através da detecção de erro;
Alta imunidade ao ruído;
Alta confiabilidade em ambiente desfavorável, e
Adequação à grandes instalações.
9.2 Meio Físico
Comunicação Serial : é a mais utilizada. Emprega par trançado.
Padrões mais utilizados: RS-232C, Loop de corrente 20 mA e
RS-422/RS-485
RS-232C – possui velocidades de até 20 kbauds, em distâncias máximas de 15 metros.
RS-422/RS-485 – versão melhorada do RS-232C, com velocidades de transmissão de até
1200 metros.
Loop de Corrente 20 mA – Idêntica à RS-232C, porém baseada em níveis de corrente em
vez de tensão, para distâncias maiores.
Muitos CLPs oferecem ambos os padrões: RS-232C e Loop de Corrente.
150
9.3 Protocolos de Comunicação
Conjunto de regras, procedimentos e leis que governam a troca de informação entre
dois ou mais processos.
Os protocolos industriais mais conhecidos são: Interbus, Modbus, Devicebus,
Fielbus, Profibus, entre outros. Todos destinados à comunicação entre sistemas de
automação por meio de barramento de campo serial.
Cada fabricante de CLP possui o seu protocolo de comunicação, o que tem
dificultado a interconexão de equipamentos de diferentes tecnologias nos projetos de
automação integrada de uma industria. No quadro abaixo, apresenta-se o protocolo de
comunicação do TP02 da WEG.
Protocolo WEG - TP
Este protocolo atende os CLPs WEG TP02
Exemplo :
Endereço
01
Complemento 0 (não relevante)
Nome da TAG nomes das TAGs válidos
Campo
endereço do parâmetro a ser lido/escrito composto de :
Endereço
Leitura :
MCRXXXXX - Monitora o estado da bobina (XXXXX)
MVRXXXXX[:N] - Monitora o valor do registrador (XXXXX) a opção
[:N] fará a leitura de N registradores consecutivos. a TAG neste caso
deverá ter um tamanho de N ou mais.
Escrita:
SCSXXXXX - Seta estado da bobina (XXXXX)
WRVXXXXX[:N] - Escreve o valor do registrador (XXXXX) a opção
[:N] fará a escrita de N registradores consecutivos. a TAG neste caso
deverá ter um tamanho de N ou mais.
STP - Para a operação do CLP
RUN - Inicia a operação do CLP
vazio, com um valor numérico diferente de 0 ou uma equação
Divisor
matemática.
Somador
vazio, com um valor numérico ou uma equação matemática.
O protocolo Modbus é apresentado a seguir.
Protocolo MODBUS – RTU
Este protocolo atende as especificações padrões do mercado.
151
Exemplo :
Endereço
1
Complemento
XXxN, onde XX corresponde a função desejada, ou seja :
Leitura 01 - Read Coil Status
02 - Read Input Status
03 - Read Holding Register
04 - Read Input Register
Escrita 05 - Force Single Coil
06 - Preset Single Register
15 - Write Multiple Coils
16 - Write Multiple Registers
e N corresponde ao offset de endereçamento, 0 = 0, 1 = 10000, 2 =
20000 etc..
Nome da TAG com os nomes das TAGs válidos
Endereço
endereço do parâmetro a ser lido/escrito.
vazio, com um valor numérico diferente de 0 ou uma equação
Divisor
matemática.
Somador
vazio, com um valor numérico ou uma equação matemática.
Dentre os protocolos existentes, o Profibus é o mais usado, sendo adotado pelos
grandes fabricantes europeus e o Modbus é considerado o mais simples.
9.4 Estruturas das Redes de Comunicação
Duas estruturas são encontradas:
a) Estrutura Hierárquica – caracteriza-se pela existência de um computador central que
gerencia todo o conjunto de informações de comunicação.
b) Estrutura Distribuída – Não existe a figura de um computador central. Assim, todos
os integrantes da rede devem ser capazes de receber e encaminhar as mensagens.
Topologias de Rede
As topologias definem como os nós (CLPs, computadores, terminais, etc) estão
conectados à mesma. Caracteriza-se pelo modo de distribuição dos nós interconectados.
Existem 04 tipos:
• Topologia em Anel
• Topologia em Barramento
• Topologia em Estrela
• Topologia Irregular
a) Topologia em Anel
152
A conexão entre equipamentos é feita um a um. O anel pode ser fechado ou aberto,
sendo muito usada em redes locais.
Os nós atuam como estações repetidoras do fluxo de informação.
É adaptada para um fluxo descentralizado de informações.
Possui uma complexidade simples de roteamento, com baixa confiabilidade.
b) Topologia em Barramento
É muito utilizada no meio industrial.
Possui como vantagens: uma complexidade simples de roteamento (como a do tipo
anel) e as mensagens trafegam na rede sem a participação de nós intermediários, sendo
considerada de boa confiabilidade.
153
c) Topologia em Estrela
Apresenta o conceito de nó secundário e nó principal.
É usada em rede de telefonia privada (PBX).
d) Topologia Irregular
Permite a interconexão de diversos nós dispostos irregularmente.
É característica de redes decomputadores de longa distância. Ex.: www – rede mundial
internet.
A escolha da rede depende:
1) dos custos de implementação e confiabilidade e
2) dos fatores de desempenho dos fluxos de dados.
9.5 Métodos de Acesso ao Meio
Definem como os nós acessam o meio físico de transmissão, isto é, a maneira pela
qual o participante vai consultar a rede.
O acesso pode ser de forma:
a) Centralizada – onde os mecanismos criados para o gerenciamento e controle de
acesso ao meio são implementados em um único nó.
b) Distribuída – onde os critérios de acesso ao meio estão presentes em todos os
participantes de rede.
Os principais métodos são:
a) Token Ring (acesso a um anel, 1972)
154
Controle por ficha (bastão, marca), cuja posse implica na autorização de acesso ao
meio.
b) Detecção de colisão (CSMA-CD: carrier sense multiple access – colision detection,
1976)
É típica para as topologias em barramento.
Um participante entra no barramento a cada vez. Se dois deles tentam entrar
simultaneamente, é ativada uma função que detecta a colisão de mensagens, e é enviado a
todos os participantes um código de colisão para que os remetentes aguardem um
determinado tempo, até retransmitir a mensagem.
Bibliografia do Capítulo
Moraes, C e Castrucci, P, Engenharia de Automação Industrial, Livro. Editora LTC, 2ª.
Edição, São Paulo, 2007.
WEG Indústrias, Automação de Processos Industriais. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
155
1) Confirmação de raciocínios adotados e expressões obtidas em aulas teóricas;
2) Desenvolver a capacidade do aluno na elaboração de tarefas de automação
industrial;
3) Possibilitar ao aluno o manuseio de equipamentos e aparelhos de diversas
procedências;
4) Familiarizar o aluno com as grandezas típicas de automação, pela constante
utilização destas.
Como proceder no laboratório:
Para a utilização dos cartões de A/D e das portas I/O, escolher aqueles mais adequados,
atendendo os seguintes quesitos:
1) Verificar se a escala dos cartões comporta a grandeza a ser medida;
2) Verificar o tipo de corrente: se for continua ou alternada;
3) Verificar a freqüência de trabalho;
4) Verificar se a precisão do equipamento é suficiente;
Projeto Temático
Os trabalhos práticos de laboratório versarão sobre a elaboração de um projeto
temático que será composto de diversas etapas (módulos) a serem vencidas em cada aula
prática, tendo-se ao final dos trabalhos um projeto completo de Automação Industrial.
Como aplicação, propõe-se elaboração de um projeto para a Automatização
Industrial da Produção de Tijolos Ecológicos. No decorrer do texto serão apresentados os
pontos fundamentais da produção. O processo será composto, simplificadamente, de 03
etapas: Prensagem, Banho e Secagem, descritas a seguir.
Prensagem
A matéria prima para fabricação dos tijolos é colocada no Silo por um operador
que pressiona o botão L1 para iniciar o processo.
Ao pressionar o botão, o motor do Silo, utilizado para manter a mistura da matéria
prima uniforme, e o motor da esteira são ativados, sendo que o motor da esteira para
freqüentemente para que a forma possa ser preenchida com a matéria prima.
157
Estas formas com o formato dos tijolos, ao passarem por baixo do silo, ativam o
sensor S1 que desliga o motor da esteira e abre a válvula do silo por cinco segundos assim
preenchendo as formas com a matéria prima. Após o fechamento da válvula a esteira liga
novamente. Esse processo repete-se com todas as formas.
Chegando uma caixa ao sensor S3 (na prensa) a esteira para novamente e um
cilindro pneumático levanta a caixa prensando-a contra uma parte fixa. Após cinco
segundos e se estiver tudo ocorrendo de forma correta com o preenchimento das formas
no estágio anterior, a esteira é ligada novamente. Esse processo repete-se para todas as
formas.
Após esse processo as formas são transportadas para uma segunda esteira
(independente da primeira), e quando nesta segunda esteira os sensores S9, S10, S11, S12
estiverem ativados a esteira irá parar e os quatro cilindros hidráulicos serão ativados
separando os tijolos das formas. Após 7s a esteira liga e mais quatro tijolos podem ser
separados das formas.
No final do curso desta segunda esteira (esteira de separação), os tijolos são
contados e colocados manualmente em prateleiras quem tem capacidade de 40 tijolos.
Estas prateleiras, por sua vez, são postas em gaiolas com capacidade para 10 prateleiras e
passa-se a segunda parte do processo.
158
Banho
O operador prende gaiola em uma talha e aciona o botão L1. A talha conduz a
gaiola até um tanque e a deixa imersa em água por vinte minutos. Logo após, a talha
conduz a gaiola ao ponto inicial.
Secagem
Na terceira etapa, o operador encaminha a gaiola, com os tijolos ainda úmidos, até
a estufa. Essa tem sua temperatura controlada e mantida entre 70°C e 90°C por um
Controlador de Temperatura que possui como carga um banco de resistências. Os tijolos
ficarão nesta estufa secando pelo período de 01 hora.
159
PRÁTICA1 - INTRODUÇÃO AOS CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS
- Objetivo: Conhecer a operação básica dos controladores programáveis de baixo custo.
- Recursos: Equipamento Controlador Programável TP02, software PC12 Design Center
versão 2.0 e manuais (www.weg.com.br).
Procedimentos:
- A) Instalar e abrir o software;
- B) Selecionar “New”
C) Observar a tela principal do sotware.
1.1 – Conhecendo os recursos do software PC12 Design Center
Tela Principal
160
A figura 1 mostra a tela principal do PC12 Design Center. Os detalhes referentes a
cada uma das partes da interface é feita em seguida.
(3)
(1)
(2)
(4)
(6)
(5)
(7)
(8)
(9)
( 10 )
Figura 1 - Tela Principal
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
– Menu Principal
– Barra de Botões
– Tela de edição do programa
– Barra de Ferramentas do editor Ladder
– Barra de Ferramentas do editor Boolean
– Nome do arquivo ativo para edição
– Indicação do módulo básico
– Porta de comunicação serial selecionada
– Status de operação do TP02
(10) – Display do Relógio de Tempo Real ( Real Time Clock), disponível so
mente para os módulos de 40 e 60 pontos.
Opções do Menu Principal :
File Menu (Menu Arquivo)
161
Figura 2 - File Menu (Menu Arquivo)
-
-
New ( Novo ) : Para criar um novo arquivo de programa;
Open ( Abrir ) : Para abrir um arquivo de programa previamente criado;
Load ( Carregar ) : Para carregar um outro programa no aplicativo ativo;
Save ( Salvar ) : Para salvar o programa que está sendo editado (*);
Save As ( Salvar Como ) : Para salvar o programa ativo com um outro nome;
Print ( Imprimir ) : Para imprimir o aplicativo ou seus parâmetros;
Print Preview ( Visualizar Impressão ) : Permite uma visualização antecipada do aplicativo ou seus
parâmetros;
Print Setup ( Ajuste de Impressão ) : Para selecionar e configurar a impressora;
Exit ( Sair ) : Para encerrar a edição e fechar o PC12 Design Center;
Barra de Botões (**) :
New
Print Preview
Open
Print
Save
(*) Quando um aplicativo é salvo são gerados os seguintes arquivos :
-
-
nomearquivo.PLC : define o programa do usuário (aplicativo);
nomearquivo.sys1 : arquivo de dados para a memória de sistema (WSxxx);
nomearquivo.sys2 : arquivo de dados para os marcadores especiais (SCxxx);
nomearquivo.cnt : salva a posição (endereço) do final do programa Ladder;
nomearquivo.reg1 : arquivo de dados para os registradores Vxxxx;
nomearquivo.reg2 : arquivo de dados para os registradores Dxxxx;
nomearquivo.reg3 : arquivo de dados para os registradores WCxxxx;
nomearquivo.sym : arquivo de dados para o rótulos (symbols);
nomearquivo.file : arquivo de dados para os registradores de texto;
nomearquivo.cmt : arquivo de dados para os comentários do aplicativo;
nomearquivo.typ : registra o tipo de módulo básico;
(**) A Barra de Botões permite um acesso mais rápido e direto ao menu desejado.
162
Edit Menu ( Menu Editar )
Figura 3 - Edit Menu (Menu Editar)
-
PLC Type (Tipo de PLC) : Define o tipo de unidade básica para o qual será criado o aplicativo;
Figura 4 - Caixa de diálogo CLP Type
Capacidade de memória disponível
TP02 - 20/28 pontos
1,5 kwords
TP02 – 40/60 pontos
4,0 kwords
- Clear Memory (Limpar Memória) : Para limpar o aplicativo e/ou ajustes do PC12 conforme as seguintes
opções :
Figura 5 - Caixa de diálogo Clear Memory
163
Clear Program – Apaga todas as instruções do aplicativo;
Clear Symbol – Apaga todos os rótulos atribuidos aos contatos e registradores;
Clear System – Reseta todos os ajustes da System Memory (WSxxx) e marcadores especiais
(SCxxx) para seus valores default;
Clear Register/Data/Text – Limpa todos os valores dos registradores (Vxxx, Dxxx, WCxxx) e
arquivos de texto (FL001~130);
-
Boolean (Lista de Instruções) : Ativa o modo de edição em Booleano (lista de instruções);
Barra de Botões :
Modo de edição em Boolean
Esta função converterá o programa editado em linguagem Ladder (diagrama de contatos) para
a codificação em Boolean (lista de instruções) automaticamente.
-
Ladder (Diagrama de Contatos) : Ativa o modo de edição em Ladder (diagrama de contatos);
Modo de edição em Ladder
Esta função converterá o programa editado em Boolean (lista de instruções) para Ladder
(diagrama de contatos) automaticamente.
- Data Memory (Memória de Dados) : Para editar valores de dados ou conteúdo de registradores Vxxx,
Dxxx, WCxxx, e arquivos de texto (FL001~130);
Para que os registradores entre V001~V256 recebam o valor atribuido pela caixa de diálogo
mostrada na Figura 6, o endereço WS022 deve ser ajustado com o valor igual a 1.
164
Figura 6 - Caixa de diálogo para edição dos registradores
Barra de Botões :
Ativa a caixa de diálogo para edição da memória de dados (opção Vxxx) []
- System Memory (Memória de Sistema) : Para ajustar os parâmetros do TP02, incluindo a memória de
sistema (WSxxx) e marcadores especiais (SCxxx);
[]
Ver a Figura - 5
165
Figura 7 - Caixa de diálogo para edição dos registradores
Ativa a caixa de diálogo para edição da memória de dados (opções WS e SC) []
- Symbol (Rótulos) : Para atribuir rótulos aos endereços de entradas, saídas, acumuladores,
sequenciadores, marcadores simples e especiais;
Ativa a caixa de diálogo para edição de rótulos (Endereços : Xxxx, Yxxx, Dxxx, Vxxx, Sxxx,
Cxxx, SCxxx )
Exemplo : Suponhamos que no diagrama elétrico haja um botão designado como SH1 (tag ou rótulo) e que
no endereçamento do software tenhamos definido esta entrada como X010. Poderemos associar ao endereço
X010 o rótulo/símbolo SH1, de maneira que quando lermos o aplicativo ficará fácil identificarmos o que
aquele endereço representa no diagrama elétrico.
O controlador reconhece somente o endereçamento
Figura 8 - Caixa de diálogo para definição de rótulos
Barra de Botões :
Ativa a caixa de diálogo da tabela de utilização
166
- Check Logic (Compilador) : Verifica se existem erros de sintaxe no aplicativo e gera o arquivo
executável que será escrito na memória do controlador;
Efetua a compilação e gera o programa executável do software aplicativo
Quando o compilador encontra algum erro é emitido uma mensagem especificando o tipo de
problema encontrado. Cada erro possui uma mensagem específica e esta codificação é
apresentada detalhadamente no tópico “Mensagens de Erro”..
- Sort Right (Alinhamento a direita) : Alinha a última célula de cada linha de programa com o lado direito
da tela de edição;
Para alinhar últimas células a direita da tela de edição
Exemplo :
Figura 9 - Tela antes do comando Sort Right
167
Figura 10 - Tela depois do comando Sort Right
PLC Menu ( Menu PLC )
Figura 11 - PLC Menu
Você poderá utilizar todas as funções deste menu quando o PC12 estiver comunicando com
o TP02
- Write ( Escrever ) : Para definir o que será transferido para a memória do controlador conforme as
seguintes opções :
168
Figura 2 - Caixa de diálogo Write
Write Program Data – Transfere o programa executável para a memória do controlador;
Write System Data – Transfere os valores ajustados na memória de sistema ( WSxxx );
Write Vxxx Data – Transfere os valores ajustados para os registradores Vxxx;
Write Dxxx Data – Transfere os valores ajustados para os registradores Dxxx;
Write WCxxx Data – Transfere os valores ajustados para os registradores WCxxx;
Write FLxxx Data – Transfere os arquivos de texto editados nos registradores FL001~130;
-
Read ( Ler ) : Para carregar no PC12 os dados armazenados na memória do controlador conforme as
seguintes opções :
Figura 13 -Caixa de diálogo Read
-
Stop ( Parar ) : Para encerrar o ciclo de varredura do controlador;
Após este comando o led indicativo RUN começará a piscar avisando que o controlador não
está executando a varredura.
- Clear System ( Limpa memória de sistema ) : Limpa os valores ajustados na memória de sistema
fazendo com que a configuração do controlador volte ao default;
- Clear Data ( Limpa dados ) : Limpa o conteúdo da memória de dados ( registradores Vxxx, Dxxx,
WCxxx, FLxxx );
-
Clear Program ( Limpa Programa ) : Limpa o aplicativo armazenado no controlador;
169
- Clear All Memory (Limpa toda memória ) : Limpa os valores armazenados em todas as áreas de
memória do controlador;
- Com Port (Porta de comunicação ) : Define através de qual canal serial será
estabelecida a comunicação entre o microcomputador e o controlador;
Quando escolhida esta opção surgirá na tela a seguinte caixa de diálogo :
Figura 14 - Caixa de diálogo Communication Port
Monitor Menu (Menu Monitor)
-
Ladder ( diagrama Ladder ) : Para ter a monitoração on-line do aplicativo em diagrama de contatos;
170
Figura 15 - Tela Monitor Ladder
Onde os contatos na cor “magenta” representam o estado “ON” e os valores atuais do registradores, em “azul”
aparecem os contatos em estado “OFF”;
Para esta opção ser escolhida o editor deverá estar no modo Ladder. Caso contrário ela se
apresentará desativada no menu.
Ltools Menu (Menu de Ferramentas Ladder)
Figura 16 - Menu Ladder Tools
171
-
Comment : Insere um bloco de comentário no programa;
Para inserir um comentário no aplicativo.
É possível editar até quatro linhas com 60 caracteres de texto no aplicativo;
-
STR (ou S no teclado) : Insere um contato normalmente aberto na posição do cursor;
Para inserir um contato NA.
-
STR NOT (ou N no teclado) : Insere um contato normalmente fechado na posição do cursor;
Para inserir um contato NF.
-
OUT (ou O no teclado) : Insere uma bobina de saída na posição do cursor;
Para inserir uma bobina.
-
TMR (ou T no teclado): Insere um bloco TMR (temporizador) na posição do cursor;
Para inserir um bloco TMR.
-
CNT (ou C no teclado) : Insere um bloco CNT (contador) na posição do cursor;
Para inserir um bloco CNT.
-
FUN (ou F no teclado) : Insere um bloco FUN (função) na posição do cursor;
Para inserir um bloco FUN.
-
AND (ou A no teclado) : Insere uma linha horizontal na posição do cursor;
Para inserir uma linha horizontal.
-
OR (ou R no teclado) : Insere uma linha vertical na posição do cursor;
Para inserir uma linha vertical.
-
Delete Line (ou D no teclado) : Apaga uma linha vertical na posição do cursor;
172
Para apagar uma linha vertical.
-
AND Extension Line (ou shift + A no teclado) : Estende um ramo em série;
Para inserir uma lógica em série.
-
OR Extension Line (ou shift + R no teclado) : Estende um ramo em paralelo;
Para inserir uma lógica em paralelo
-
F-00 END (ou E no teclado) : Insere um bloco de fim de programa;
Para inserir um comando de fim de programa.
Para maiores detalhes ler o Manual de Programação do TP-02.
Ctools Menu (Menu de Ferramentas de Edição)
Figura 17 - Tela CTools
-
Insert! : Insere um bloco de comentário no programa;
Barra de Botões :
Insere um espaço em branco no local onde está posicionado o cursor.
-
Delete! : Apaga um elemento, um bloco ou comentário na área de edição do aplicativo;
Apaga o que estiver na posição atual do cursor.
173
-
Cut : Retira um elemento ou bloco selecionado e o armazena na área de transferência.
Comando de edição “cortar”
-
Copy : Copia a área selecionada e a armazena na área de transferência;
Comando de edição “copiar”
-
Paste : Insere o conteúdo da área de transferência na posição atual do cursor;
Comando de edição “colar”
- Search : Busca registrador de dados (V???, WC???, D???), endereço de entrada (X???), endereço de
saída (Y???), marcador interno (C???) ou marcador especial (SC???) especificado;
Comando de “busca”
-
Replace : Busca e substitui o endereço especificado conforme os parâmetros ajustados;
Figura 18 - Caixa de diálogo Replace.
-
-
Coil to find : Escrever aqui o endereço que se deseja encontrar;
New Coil : Definir o novo endereçamento;
Direction (direção) : define o sentido de busca (Up: acima do cursor, Down: abaixo do
cursor, All Range: em todo o aplicativo)
Next / Ok : Busca e substitui endereços um a um;
Change All : Busca e substitui tudo automaticamente (antes de executar irá pedir uma
confirmação);
Quit (Sair) : Fecha a caixa de diálogo;
Barra de Botões :
Comando “Replace”
174
-
Goto? : Leva o cursor até a linha de programa especificada;
Figura 19 - Caixa de diálogo "Goto"
-
Goto Where (Vai Onde): digitar aqui para qual linha deseja-se levar o cursor;
CLR : Limpa o valor da caixa de texto;
Pode-se usar as teclas numéricas para definir a linha de programa;
Barra de Botões :
Comando “vai para”
1.2 – Desenvolvimento de Aplicativos Utilizando o PC12 Design Center
Antes de iniciar a edição do aplicativo, o usuário deverá conectar o cabo de comunicação
do controlador programável
à uma das portas de comunicação serial disponíveis do
microcomputador (normalmente designadas como COM1 e COM 2).
Partindo da tela inicial do PC12, crie um novo projeto.
File
Edit
Plc
Monitor
New
PLC Type
Write
Boolean
Open
Clear Memory
Read
Ladder
Load
Save
Boolean
Ladder
Run !
Stop !
Register I/O Coils Data
Modify Register Value
Save as
Data memory
Password
Scan Time
Print
Print Preview
System memory
Symbol
EEPROM
Set RTC
RTC
Print Setup
Used Table
Clear System
Exit
Check Logic
Clear Data
Sort Right
Clear Program
Clear All Memory
Compare Program
Com Port
Set timeOut Value
Aparecerá uma tela como mostrada na Fig. 10 (Tela Principal)
175
Depois de certificada a conexão física do cabo, o usuário poderá estabelecer a
comunicação entre o PC12 e o TP-02.
File
Edit
Plc
Monitor
New
PLC Type
Write
Boolean
Open
Load
Save
Clear Memory
Boolean
Ladder
Read
Run !
Stop !
Ladder
Register I/O Coils Data
Modify Register Value
Save as
Print
Data memory
System memory
Password
EEPROM
Scan Time
RTC
Print Preview
Print Setup
Exit
Symbol
Used Table
Check Logic
Set RTC
Clear System
Clear Data
Sort Right
Clear Program
Clear All Memory
Compare Program
Com Port
Set timeOut Value
Aparecerá a caixa de diálogo “communication Port” (Fig. 27). Escolha a porta
serial onde foi conectado o cabo e pressione o botão “Link”.
Após alguns instantes surgirá uma caixa de mensagem informando o resultado desta
operação. Se não ocorrer nenhum problema, pressione o botão “OK”.
Defina então, qual será o modelo de módulo básico para o qual será desenvolvido o
aplicativo.
File
Edit
Plc
Monitor
New
PLC Type
Write
Boolean
Open
Clear Memory
Read
Ladder
Load
Save
Boolean
Ladder
Run !
Stop !
Register I/O Coils Data
Modify Register Value
Save as
Data memory
Password
Scan Time
Print
System memory
EEPROM
RTC
Print Preview
Symbol
Set RTC
Print Setup
Used Table
Clear System
Exit
Check Logic
Clear Data
Sort Right
Clear Program
Clear All Memory
Compare Program
Com Port
Set timeOut Value
Aparecerá a caixa de diálogo “Module Type Select Dialog” (Fig. 13).
Escolha o tipo de módulo básico e pressione o botão “OK “.
Aparecerá uma caixa de mensagem informando a capacidade de memória disponível
para o projeto. Para continuar pressione o botão “OK”.
176
A partir deste ponto, o estudante pode iniciar a elaboração de aplicativos,
desenhando o diagrama de contatos ou montando a lista de instruções (Boolean).
1.3 – Realizando Aplicações
Chave de partida direta para o motor da esteira de
Exercício no. 1 tijolos.
Descritivo :
-
Ao ser pressionado o botão pulsador liga “I”; ativa a bobina do contator K1;
O motor é então acionado;
Ficando nesta condição até que seja pressionado o botão pulsador desliga “O” ou,
ocorra a atuação do relé de sobrecarga;
Após o rearme do relé térmico a chave volta a condição inicial.
Condição inicial : botão pulsador I aberto; botão pulsador O fechado; FT1[97-98]
aberto; FT1[95-96] fechado; bobina de K1 inativa (motor desligado).
177
Exercício no. 2
Relacionar Contatos de Entrada com as variáveis em
Ladder.
Descritivo :
-
Completar a tabela abaixo, considerando o acionamento de entradas digitais no
CLP e a programação dos respectivos contatos em Ladder.
Explique qual é a importância de se utilizar lógica inversa em determinadas
situações.
Condição inicial : chaves externas nas respectivas condições iniciais NA ou NF.
Para ligar
Para desligar
Se a chave externa for
NA
NF
NA
NF
178
o contato no ladder deve ser
PRÁTICA2 – APLICAÇÕES USANDO LÓGICA COMBINACIONAL
- Objetivo: Desenvolver aplicações simples utilizando lógica booleana.
- Recursos: Equipamento Mini CLP TP02, software PC12 Design Center versão 2.0 e
manuais (www.weg.com.br).
Procedimentos:
- A) Desenvolver as tabelas da verdade para as tarefas solicitadas abaixo;
- B) Abrir o software PC12 Design Center;
- C) Selecionar “New”
D) Escrever as rotinas e simular o seu funcionamento através das chaves
e leds existentes no módulo didático. Observar os resultados obtidos.
Tarefa 1 - Selecionadora de caixas
Descritivo :
-
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 definido 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.
H1
SZ1
SZ2
SZ3
-S1
179
2
3
TAREFA 2
Descritivo :
-
Controle de nível (ON/FF)
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 TP02 ® 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.
S1
S2
Bomba
Fonte dos exercícios: Apostila Curso “Automação de Processos Industriais”–
WEG S/A
TAREFA 3
Coordenação da Esteira de Tijolos
180
Descritivo :
Observando o processo de fabricação de tijolos, faça uma lógica combinacional
dos sensores para coordenarem o acionamento e parada da esteira, sendo que
esta, após ser acionada (exercício 2 – Aula Prática 1), pára quando a forma
estiver abaixo do silo (para carregamento de matéria prima), e pára também
quando a mesma estiver em cima da prensa hidráulica, ou seja, as formas
estão igualmente espaçadas para que no momento que parar a esteira no
abastecimento da forma de matéria prima, mais a frente, esta mesma parada
seja aproveitada para prensar. Na figura 1, a separação está mostrada na
mesma esteira em que é feita a colocação da matéria prima e da prensa, mas
deve-se considerar que a separação é feita em uma segunda esteira.
PRÁTICA3 – USO DOS CONTADORES NO TP02
- Objetivo: Conhecer a operação básica dos contadores disponíveis no controlador
programável TP02.
- Recursos: Equipamento Controlador Programável TP02, software PC12 Design Center, v.
2.0 e manuais (www.weg.com.br).
Procedimentos:
- A) Abrir o software PC12;
- B) Selecionar “New File”
- C) Comunicar com o CLP existente na bancada, através da porta serial de
comunicação.
D) Observar na tela principal do software, na barra de ferramentas do
editor Ladder, a existência do botão de atalho para o contador. Ao colocar o
componente no ladder, surge uma caixa de configuração, onde podem ser
programados: a variável de uso (v0001~v0256), no primeiro campo, o valor de
ajuste do contador (0~65535), no segundo campo, as duas entradas, usadas
para contagem e Reset e a saída, que será ligada a uma bobina (a ser
energizada quando o valor da contagem igualar valor de ajuste do contador).
Na figura 3.1 são vistos os parâmetros de configuração.
A função especial F16w trata-se do contador Up/Down de 16 bits. Sua
programação é realizada conforme a figura 3.2.
181
CONTADOR
182
Figura 3.1 – Programação do Contador
183
Figura 3.2 – Programação do Contador UP/Down de 16 bits
184
TAREFA 1
Contador para máquinas de embalagens
Descritivo : Desenvolver uma rotina em ladder para realizar a tarefa de automatização
de uma máquina de embalagens de acordo com os seguintes requisitos:
1) O ciclo de empacotamento inicia com a contagem dos produtos no final da linha de
produção. Quando o valor da contagem atingir 06 unidades, a máquina procede a operação de
empacotamento que é feita manualmente pelo operador. Após finalizada, inicia-se um novo
ciclo quando o operador deve pressiona um botão para partida (que ao mesmo tempo reseta o
contador);
2) Deve-se simultaneamente contar a quantidade final de pacotes de produto.
3) No caso de falta de energia, o contador permanece inalterado.
TAREFA 2
Descritivo :
-
Contador Up-Down
Desenvolver uma rotina em ladder para realizar a tarefa de automatização de uma
máquina “perfuratriz linear” de acordo com os seguintes requisitos:
Deseja-se que a máquina desloque-se por 15 posições, realize um furo em um
objeto e a seguir retorne à posição inicial. Uma fita com leitura óptica é utilizada
juntamente com um sensor (que gera um pulso a cada posição
incrementada/decrementada) para identificar o deslocamento da máquina ao longo
de seu eixo.
TAREFA 3
Descritivo :
Contagem de tijolos
Utilize contadores no final da esteira da figura 3, após a separação do tijolo da
forma, para que, quando essa contagem chegue a 40 (número de tijolos que
cabem em uma prateleira), o motor da esteira de separação pare, e o operador
troque de prateleira, levando a cheia para uma gaiola. Esta será conduzida ao
banho.
PRÁTICA 4 – USO DOS TEMPORIZADORES NO TP2
185
- Objetivo: Conhecer a operação básica dos temporizadores e do relógio em tempo real
disponíveis no Controlador programável TP02.
.
- Recursos: Equipamento Controlador Programável TP02, software PC12 Design Center, v.
2.0 e manuais (www.weg.com.br).
Procedimentos:
- A) Abrir o software PC12;
- B) Selecionar “New File”
- C) Comunicar com o CLP existente na bancada, através da porta serial de comunicação.
- D) Observar na tela principal do software, na barra de ferramentas do editor Ladder, a
existência do botão de atalho para o temporizador. Ao colocar o componente no ladder,
surge uma caixa de configuração, onde podem ser programados: a variável de uso
(v0001~v0256), no primeiro campo, o valor de ajuste do temporizador (0~65535), no
segundo campo, as duas entradas, usadas para entrada do sinal e Reset e a saída, que será
ligada a uma bobina (a ser energizada quando o valor de tempo igualar valor de ajuste do
temporizador). Nas figuras 4.1 a 4.3 são vistos os parâmetros de configuração dos dois
tipos de temporizadores existentes no TP02.
Observar na tela principal do software que os temporizadores aparecem
apenas como bobinas do tipo T que podem ser inseridas na última coluna do
diagrama ladder. Ao colocar o componente no ladder, surge uma caixa de
configuração, onde podem ser programados: o modo de seleção (1 a 7), a
unidade de temporizador (1 a 4), a variável de reajuste do temporizador (ON:
valor reajustado a zero e OFF: modo continuo), valor atual do temporizador e
o valor de ajuste, ou meta, do temporizador. Na figura abaixo são vistos os
parâmetros de configuração. Os diagramas de tempo dos modos de
temporização, num total de 7, podem ser vistos no manual do equipamento.
TEMPORIZADOR (1)
A Unidade de temporização do registrador do temporizador
V0001~V0250 é de 0.1 s. A unidade de temporização do registrador do
temporizador V0251~V0256 é de 0.01 s. Quando o sinal estiver ON, o valor
do registrador do temporizador será aumentado em 1 unidade a cada 0.1/0.01
s. Quando o sinal está OFF, o valor no registrador do temporizador permanece
inalterado até que o sinal de entrada seja comutado de volta para ON. O valor
no registrador irá resumir a operação de temporização. Quando o sinal reset
está ON, o valor no registrador do temporizador será resetado para zero. A
faixa de temporização do temporizador é de 0.1 s a 6553.5 s.
186
Figura 4.1 – Programação do Temporizador (1)
187
TEMPORIZADOR (2)
A Unidade de tempo do registrador do temporizador V0001~V0250 é
de 0.1 s. A unidade de temporização do registrador do temporizador
V0251~V0256 é de 0.01 s. Quando o sinal estiver ON, o valor do registrador
do temporizador será aumentado em 1 unidade a cada 0.1/0.01 s. Quando o
sinal de entrada está OFF, o valor do registrador do temporizador será
resetado para 0. A faixa de temporização do temporizador é de 0.1 s a 6553.5
188
F50w - TEMPORIZADOR ESPECIAL
Define 4 contatos a partir de “D” (D, D+1, D+2, D+3 e D+4) a serem
usados como temporizadores para as funções: Retardo na Desenergização,
Pulso habilitado de ON-> OFF, Pulso habilitado de OFF - > ON e Retardo na
Desenergização.
189
TAREFA 1
Chave de partida estrela-triângulo automática
190
Descritivo :
Desenvolver uma rotina em ladder para realizar a tarefa de automatização de
uma chave de partida de motores com os seguintes requisitos:
- Ao ser pressionado o botão pulsador liga “I”;
- Ativa a bobina do relé temporizador1 Y-, fechando o contato KT1[15-18];
- Ativando a bobina do contator K3;
- O contato K3[13-14] é então acionado, ativando a bobina do contator K1; (o
contato K3[21-22] impede a possibilidade de ativação da bobina de K2 e o contato
K1[43-44] permite ativação de K2 só depois que o contator K1 estiver ligado);
- Ficando nesta condição até que seja alcançado o tempo ajustado no relé
temporizador Y- (ajuste típico de 10 s);
- Quando então, o contato KT1[15-18] é novamente aberto; desativando a
bobina do contator K3;
- 100 ms depois da abertura de KT1[15-18], o contato KT1[25-28] é fechado;
- Deste modo, caso o contato K3[21-22] esteja fechado e o contato K1[43-44]
esteja fechado, a bobina do contator K2 é ativada;
- Ficando o motor ligado pelos contatores K1 e K2;
- Ficando nesta situação até que seja pressionado o botão pulsador desliga “O”
ou seja atuado o relé de sobrecarga;
Após o rearme do relé térmico a chave voltará à sua condição inicial.
191
Condição inicial : botão pulsador I aberto; botão pulsador O fechado; FT1[97-98] aberto;
bobina de K1 inativa, bobina de K2 inativa, bobina de K3 inativa, bobina do relé Y- inativa
(contatos KT1[15-18] e KT1[25-28] abertos).
TAREFA 2
Descritivo :
Temporização das paradas da esteira de tijolos
Temporizar as paradas da esteira que coloca a matéria prima na forma e
prensa os tijolos. Depois, temporizar a segunda esteira na separação do tijolo
da forma. (utilize o tipo de temporizador que lhe convém).
192
PRÁTICA 5 – PROGRAMAÇÃO DA INTERFACE HOMEM-MÁQUINA OP05
- Objetivo: Conhecer a operação básica da IHM OP05 e sua programação através do TP02.
- Recursos: Equipamento Controlador Lógico Programável TP02, software PC12 Design
Center, v. 2.0, Interface OP05, cabos de conexão e manuais (www.weg.com.br).
- Introdução:
A interface homem-máquina OP-05 é um periférico que permite ao usuário efetuar
alteração/visualização de valores de registradores, apresentação de textos e mensagens,
comandos simples, em função do modo de operação definido.
Procedimentos:
- A) Abrir o software PC12;
- B) Selecionar “New File”
- C) Comunicar com o CLP existente na bancada, através da porta serial de
comunicação.
- D) Para que o TP-02 reconheça a interface homem-máquina é necessário ajustar o
registrador de sistema WS012 em 1 (OP-05). Caso isto não seja feito, ao se conectar
a OP-05/06 no TP-02, será apresentado no display uma mensagem “PLC Time Out
!”. É importante não esquecer de marcar a opção “System Memory Data” na caixa
de diálogo “write”. Nas figuras 1 a 3 são vistos os parâmetros de configuração dos
dois tipos de temporizadores existentes no TP02.
Composição da IHM:
Bomba 1: Ligada
Tempo: 240 seg
Linha 1
Linha 2
F1
F5
F9
7
8
9
F2
F6
F10
4
5
6
F3
F7
F11
1
2
3
F4
F8
F12
MOD 1
MOD 2
0
ESC
TMR
193
CNT
ENT
T
e
c
Existem na memória de dados do TP-02 um total de 130 bytes que servirão para o armazenamento
dos arquivos de texto.
Memória de Dados - Arquivos de texto
Data Memory - Files
FL001
1
Byte 1
FL002
2
Byte 2
FL003
3
Byte 3
FL004
4
Byte 4
FL005
5
Byte 5
FL006
6
Byte 6
...
...
...
FL130
130
Byte 130
Os comandos podem ser realizados através de teclas de funções, que obedecem a um
endereçamento pré-definido, conforme mostrado abaixo:
F1
F5
F9
7
8
9
F2
F6
F10
4
5
6
F3
F7
F11
1
2
3
F4
F8
F12
MOD 1
MOD 2
0
X361 X365 X369
-
-
-
X362 X366 X370
-
-
-
X363 X367 X371
-
-
-
-
-
X377 X378 X379
X364 X368 X372
X380 X381
ESC
TMR
CNT
ENT
-
X382
-
A programação do TP-02 para utilização das interfaces homem-máquina está relacionada com o
ajuste de determinados registradores. Para a configuração do display é necessário definir
194
inicialmente o modo de operação desejado, e depois proceder os ajustes dos registradores. A
seguir apresentaremos como efetuar estes ajustes.
1) Modo Inicial
Utilização: Este modo pode ser aplicado para mostrar no display uma mensagem de
apresentação, estado inicial da máquina ou processo, uma possível orientação ao operador,
etc.
Programação: É feita diretamente no aplicativo ou através da edição dos registradores
específicos.
Parâmetros:
-
Registrador V0604 – define o modo de operação do display da interface;
Registrador V0602 – define qual das mensagens será apresentada na Linha 1 do
display sob modo inicial de display;
Registrador V0603 – define qual das mensagens será apresentada na Linha 2 do
display sob modo inicial de display;
Seqüência de Programação:
-
Ajustar o registrador V0604;
Ajustar o registrador V0602;
Ajustar o registrador V0603;
Exemplo de Programação:
Opção 1 - Através do aplicativo
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON
no marcador auxiliar C0001, a função 11 irá transferir o valor 1
para dentro do registrador V0604 configurando o display para
operação em “modo inicial”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 12 para
o registrador V0602, indicando que a mensagem 12 será enviada
para a primeira linha do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 4 para o
registrador V0603, indicando que a mensagem 4 será enviada
para a segunda linha do display da OP05/OP06;
195
Opção 2 – Através da edição dos registradores1
-
No menu “Edit “, selecione a opção “Data Memory”;
Vá até os registradores especificados e faça a edição dos valores;
No mesmo menu “Edit” opção “Data Memory”, clique no botão “FILE”, escolha os
arquivos e edite as mensagens desejadas;
- Não esqueça de configurar WS012 para indicar o tipo de
interface com a qual irá trabalhar !
- Não esqueça de gravar as áreas de memória relacionadas a
esta programação !
- Quando for salvar o projeto, não esqueça de selecionar além
da opção “Save Symbol Data”, também as opções “Save
System Data” e “Save Register/FILE Data” .
2) Modo de Display F-33
Utilização: Este modo pode ser aplicado para apresentar no display mensagens de estado
da máquina e/ou processo, mensagens de alarme, telas de ajuste ou visualização de
parâmetros, etc.
Programação: É feita diretamente no aplicativo.
Parâmetros:
-
Registrador V0604 – define o modo de operação do display da interface;
Registrador V0600 – define qual das mensagens será apresentada na Linha 1 (linha
superior) do display sob modo de display F-33;
Registrador V0601 – define qual das mensagens será apresentada na Linha 2 (linha
inferior) do display sob modo de display F-33;
Função 33 ou função 33w;
Obs: Via de regra, os registradores V0605, V0615 e V0616 não precisam ser utilizados.
Seqüência de Programação:
Caso 1: Forma normal
-
Ajustar o registrador V0604;
Ajustar o registrador V0600;
1
Para este caso é necessário fazer a configuração da memória de sistema do TP-02,
ajustando o registrador WS024 em 1.
196
-
Ajustar o registrador V0601;
Ajustar a função 33 da Linha 1;
Ajustar a função 33 da Linha 2;
Caso 2: Forma compacta
-
Ajustar o registrador V0604;
Ajustar o registrador V0600;
Ajustar a função 33w;
NOTAS:
1) O display da IHM OP-05 / OP-06 é composto por duas linhas, denominadas de linha 1 e
linha 2 (superior e inferior, respectivamente), com limite de 20 caracteres por linha em
código ASCII, não sendo possível a acentuação ortográfica.
2) Função F33:
Quando deseja-se enviar uma mensagem para a IHM OP-05/OP-06, deve-se verificar qual o tipo
de texto envolvido. A classificação do tipo de texto faz-se observando a existência ou não de
caracteres classificados como especiais. São eles:
? Caractere para escrita na memória do CLP
# Caractere para leitura da memória do CLP
Desta forma o texto pode ser classificado em um dos tipos abaixo:
a) Texto simples: texto sem caractere especial;
b) Texto de escrita de dados: texto com caractere especial “?”;
c) Texto de leitura de dados: texto com caractere especial “#”.
Uma vez classificado o tipo de texto que se deseja enviar para o display, é possível configurar a
função F33, procedendo da seguinte maneira:
F33 Text
D
S
Para o parâmetro “S” considerar os seguintes casos:
•
•
•
Texto simples repetir o endereço de D [S = D]
Escrita de dados o dado será armazenado na posição de memória apontada por
[S+1];
Leitura de dados o dado será resgatado da posição de memória apontada por [S];
197
Exemplos de Programação:
Caso 1 - Forma normal
1.1 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
2
6
Texto
No. da Linha do display
WEG Industrias S/A
Texto de Exemplo
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação em
“modo de display F-33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 2 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 2 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 6 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 6 será enviada para a
linha 2 do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do display, e que
não haverá nem escrita e nem leitura na memória do CLP;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0601 seja enviada para a Linha 2 do display, e que
não haverá nem escrita e nem leitura na memória do CLP;
1.2 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
7
1
Texto
No. da Linha do display
Escrita no Registro
V0004 = ?????
1
2
198
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON
no marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13
para dentro do registrador V0604 configurando o display para
operação em “modo de display F-33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 7 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 7 será enviada
para a linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 1 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 1 será enviada
para a linha 2 do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a
mensagem especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do
display, e que não haverá nem escrita e nem leitura na memória
do CLP;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a
mensagem especificada em V0601 seja enviada para a Linha 2 do
display, e que o valor digitado na OP05/OP06 será armazenado
no registrador V0004;
1.3 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
10
5
Texto
No. da Linha do display
Leitura do Registro
V0009 = #####
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação em
“modo de display F33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 10 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 10 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 5 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 5 será enviada para a
linha 2 do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do display, e que não
haverá nem escrita e nem leitura na memória do CLP;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0601 seja enviada para a Linha 2 do display, e que o
conteúdo do registrador V0009 será lido no display da OP05/06.
199
1.4 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
3
8
Texto
No. da Linha do display
V0002 = ????
V0007 = ????
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação
em “modo de display F33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 3 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 3 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 8 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 8 será enviada para a
linha 2 do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do display, e que
o valor digitado na OP05/OP06 será armazenado no registrador
V0002;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 2 do display, e que
o valor digitado na OP05/OP06 será armazenado no registrador
V0007;
1.5 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
9
4
Texto
No. da Linha do display
V0002 = #####
V0007 = #####
1
2
200
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação em
“modo de display F33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 9 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 9 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 4 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 4 será enviada para a 2
linha do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do display, e que
o conteúdo do registrador V0002 será lido no display da OP-05/OP06;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0601 seja enviada para a Linha 2 do display, e que
o conteúdo do registrador V0007 será lido no display da OP-05/OP06;
1.6 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
6
5
Texto
No. da Linha do display
V0008 = ?????
V0008 = #####
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação em
“modo de display F33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 6 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 6 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06;
- Linha 0003: Esta função 11 irá transferir o valor 5 para o
registrador V0601, indicando que a mensagem 5 será enviada para a
linha 2 do display da OP05/OP06;
- Linha 0004: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 seja enviada para a Linha 1 do display, e que o
valor digitado na OP05/OP06 será armazenado no registrador V0008;
- Linha 0005: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0601 seja enviada para a Linha 2 do display, e que o
conteúdo do registrador V0008 será lido no display da OP-05/OP-06;
201
Caso 2 – Forma compacta
A parametrização da função F33w é realizada da mesma forma que na função F33
completa, observando apenas que devem ser analisadas as duas linhas como sendo um texto
apenas, podendo desta forma ser “texto simples”, “escrita de dados” ou “leitura de dados” e
aplicar as regras conforme caso 1 – Forma normal.
OBS: As mensagens (FLxxx) que se deseja enviar para o display, devem obrigatoriamente
estar em seqüência (Ex.: FL006/FL007 ou FL011/FL012).
1.7 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
4
5
Texto
No. da Linha do display
Tela de exemplo
Forma compacta
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação
em “modo de display F-33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 4 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 4 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06. Automaticamente será transferido
para dentro de V0601 o valor 5, indicando que a mensagem 5 será
enviada para a linha 2 do diplay da OP-05/OP-06;
- Linha 0003: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 e V601 sejam enviadas para a Linha 1 e
Linha 2 do display, respectivamente e que não haverá nem escrita e
nem leitura na memória do CLP;
1.8 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
9
10
Texto
No. da Linha do display
Escrita no registro
V0008=????
1
2
202
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação
em “modo de display F-33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 9 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 9 será enviada para a
linha 1 do display da OP05/OP06. Automaticamente será transferido
para dentro de V0601 o valor 11, indicando que a mensagem 11 será
enviada para a linha 2 do diplay da OP-05/OP-06;
- Linha 0003: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 e V601 sejam enviada para a Linha 1 e Linha
2 do display, respectivamente e que o valor digitado na OP-05/OP-06
será armazenado no registrador V0008.
1.9 - Considere as seguintes condições:
Mensagem
( FLxxx )
12
13
Texto
No. da Linha do display
Leitura do registro
V0008=####
1
2
- Linha 0001: Quando ocorrer uma transição OFF para ON no
marcador auxiliar C0002, a função 11 irá transferir o valor 13 para
dentro do registrador V0604 configurando o display para operação
em “modo de display F-33”;
- Linha 0002: Esta função 11 irá transferir o valor 12 para o
registrador V0600, indicando que a mensagem 12 será enviada para
a linha 1 do display da OP05/OP06. Automaticamente será
transferido para dentro de V0601 o valor 13, indicando que a
mensagem 13 será enviada para a linha 2 do diplay da OP-05/OP-06;
- Linha 0003: Esta função de texto faz com que a mensagem
especificada em V0600 e V601 sejam enviada para a Linha 1 e
Linha 2 do display, respectivamente e que o conteúdo do registrador
V0008 será lido no display da OP-05/OP-06;.
203
TAREFA 1
Chave de partida Compensadora automática
Descritivo :
Desenvolver uma rotina em ladder para realizar a tarefa de automatização de
uma chave de partida de motores com os seguintes requisitos:
- Ao ser pressionado o botão pulsador liga “I”;
- Ativa a bobina do contator K3;
- O contato K3[13-14] é então acionado, ativando a bobina do contator K2; (o
contato K3[21-22] impede a possibilidade de ativação da bobina de K1;
- O contato K2[43-44] ativa a bobina do relé temporizador KT1);
- Ficando nesta condição até que seja alcançado o tempo ajustado no relé
temporizador (ajuste típico de 15 s);
- Quando então, o contato KT1[15-16] é aberto; desativando a bobina do contator
K3;
- Desta maneira, o contato K3[21-22] fecha, ativando a bobina do contator K1;
- O contato K1[21-22] abre, desativando a bobina do contator K2;
- O contato K1[43-44] ativa o sinaleiro SH1, indicando que o motor está ligado à
rede;
- Ficando o motor ligado pelo contator K1;
- Ficando nesta situação até que seja pressionado o botão pulsador desliga “O” ou
seja atuado o relé de sobrecarga;
- Após o rearme do relé térmico a chave voltará à sua condição inicial.
Considerações : Indicar no display da OP05, o Tap de tensão do autotransformador e a
atuação do relé de sobrecarga (através de mensagens de texto); Permitir o ajuste do
temporizador através da tecla F1 e a visualização do ajuste pela tecla F2; Quando ocorrer o
rearme do relé de sobrecarga ou o desligamento da chave, o display do IHM deverá ser
limpo (tela inicial);
Condição inicial : nenhum botão pressionado;
desativadas; tela do IHM limpa;
204
todas as bobinas dos contatores
(Ver pág. 225 do manual de programação e instalação do TP-02)
TAREFA 2
Exibição das etapas do processo de fabricação de
tijolos na IHM.
Descritivo :
Indicar no display da OP05, os estágios de atuação da talha, esteira e prensa
no processo de produção de tijolos, considerando:
1) Acionamento da Esteira;
2) Colocação da Massa na Forma;
3) Prensagem;
4) Separação do Tijolo do Interior da Forma;
5) Colocação na Prateleira e na Gaiola.
205
PRÁTICA 6 – UTILIZAÇÃO DO MÓDULO CONVERSOR TP02-4AD
- Objetivo: Conhecer a operação básica do módulo conversor A/D e sua programação
através do TP02.
- Recursos: Equipamento Controlador Lógico Programável TP02, software PC12 Design
Center, v. 2.0, Módulo TP02-4AD, cabos de conexão e manuais (www.weg.com.br).
- Introdução:
A interface de entrada analógica TP02-4AD é uma unidade especial de expansão da
série TP02 que permite ao usuário efetuar aquisição/medição de grandezas analógicas para
uso no controle de processos automatizados. A aparência, fiação, pinagem e especificação
desta interface são vistas nas figuras 6.1 a 6.4 abaixo:
Figura 6.1
Figura 6.2
206
Figura 6.3
Figura 6.4
Procedimentos:
- A) Abrir o software PC12;
- B) Selecionar “New File”
- C) Comunicar com o CLP existente na bancada, através da porta serial de
comunicação.
- D) Para que o TP-02 reconheça a interface de entrada analógica é necessário ajustar
o registrador de sistema WS061, visto na figura 6.5, em 01, (para operar no modo
de entrada de tensão).
207
Figura 6.5 – Registrador de configuração do módulo A/D
O valor de tensão convertido pelo módulo A/D é passado para a memória de dados do
TP02, conforme o canal desejado. A tabela abaixo apresenta os endereços usados.
TAREFA 1
Chave de partida Compensadora automática
Descritivo :
Agregar à rotina desenvolvida na experiência no. 5, de automatização de uma
chave de partida de motores, a leitura de um sensor de temperatura instalado para
acompanhar o aquecimento do enrolamento estatórico durante o seu funcionamento. A
rotina deve apresentar os seguintes requisitos:
-
-
Ao pressionar a tecla de Função F3 da IHM, apresentar no display o valor de
temperatura lido no sensor e a condição (status) de funcionamento do motor;
Dividir as condições de funcionamento em 03 regiões de temperatura:
(1) Motor Frio – temperatura de 0 graus C até 65 graus C
(2) Motor Normal - temperatura de 65 até 80 graus C
(3) Motor em sobrecarga – temperatura acima de 80 graus C
Se a temperatura atingir 150 graus Celsius, então o CLP deve desligar o motor e
apresentar mensagem de sobrecarga destrutiva.
Considerações :
Para implementar a comparação de valores, deve-se usar a função especial F15
existente no Set de Instruções do TP02, conforme apresentada na tabela abaixo.
(ver pág. 100 do manual de programação e instalação do TP-02)
208
F15 (a)
F15w (b)
e F15d (c)
COMPARAÇÃO DO VALOR DO REGISTRANDO usando:
(a) 8 bits
(b) 16 bits e (c) 32 bits
209
TAREFA 2
Descritivo :
Controle da temperatura de secagem dos tijolos
Faça o controle da temperatura da estufa onde secarão os tijolos.
Os tijolos devem ficar em uma temperatura entre 70°C e 90°C. Quando a
temperatura do termômetro atingir 70°C liga-se o atuador para aquecer a
estufa, e quando atingir 90°C desliga-se o atuador para que a temperatura vá
diminuindo gradativamente.
210
PRÁTICA 7 – REDE DE COMUNICAÇÃO ENTRE CLPs
- Objetivos: Desenvolver uma rede de comunicação local entre CLP’s WEG TP02 usando
interface RS485.
Explorar esta configuração do CPL WEG TP02 para que se ter uma melhor comunicação
entre os controladores.
Observar a configurar a memória do CLP para que a comunicação seja otimizada,
demonstrando ainda algumas configurações físicas através de imagens.
- Recursos: Equipamento Controlador Lógico Programável TP02, software PC12 Design
Center, v. 2.0, cabo de comunicação serial, cabos de conexão e manuais
(www.weg.com.br).
- Introdução:
Método de Fiação
Abaixo está representado como foi realizada a ligação física dos dois
CLP’s.
1. Configuração da Comunicação
Para realizar a comunicação através da porta RS485 do CLP deve-se setar a função WS043
com o número do modo desejado (ver tabela 1). Para fazer as configurações da memória do
sistema e inserir as instruções (Ladder) no CLP é necessário ter o programa PC12 Design
Center instalado no computador, este último fornecido pela Weg Automação.
211
Tabela 1 - Modo de Comunicação
Utilizaremos o modo de conexão dos dados (WS0001), que possibilita a
comunicação de linha de dados do TP02 (estação mestre) com o TP02 (estação escrava).
Mesmo quando uma das estações escravas do TP02 não estiver conectada ou estiver
presente um estado de erro, o TP02 (estação mestre) ainda pode comunicar-se com as
outras estações escravas.
No modo conexão de dados, a estação mestre do TP02 pode ser conectada e se
comunicar, no máximo, com 7 estações escravas do TP02.
Memória do Sistema da Estação Mestre
Tabela 2 – Configuração da Estação Mestre
WS043
Modo de Comunicação
0001: Modo Conexão de dados
WS044
Velocidade – Transmissão
0000: 76600bit/s,
WS045
Configuração da Estação
0000
WS046
Número de Estações Escravas
0001 ~ 0007
0001: 38400 bit/s
Memória do Sistema da Estação Escrava
Tabela 3 – Configuração da Estação Escrava
WS043
Modo de Comunicação
0001: Modo Conexão de dados
WS044
Velocidade – Transmissão
0000: 76600bit/s,
WS045
Configuração da Estação
0001 ~ 0007 (ID da Escrava)
WS046
Número de Estações Escravas
0000
0001: 38400 bit/s
2. Configuração das Estações
Após configurar WS0001 (modo comunicação de dados), deve-se
configurar as estações.
2.1 Mestre
Na tabela 2, temos o esquema para a configuração da estação mestre, basta apenas
setar a memória do sistema com a configuração desejada.
212
Configuração da Estação Mestre
2.2 Escrava
A configuração das estações escravas é muito similar com a configuração da estação
mestre, somente alteramos os valores de WS045 e Ws046, onde WS 045 será a
identificação de cada estação e, WS046 sempre será zero para todas as estações. Na tabela
3, temos o esquema da configuração que basta setar à memória do sistema com a
configuração desejada.
Configuração da Estação Escrava
3. Conexão de Dados para a Estação Mestre e Escravo
A estação mestre envia e recebe dados das estações escravas, tendo uma
comunicação direta com todas as estações escravas. No entanto, as estações escravas não
podem trocar informações entre si apenas com a estação mestre.
Para esta comunicação de envio e recebimento de dados são reservados, tanto
pontos auxiliares como registradores. Estes podem ser observados na figura 1.
213
Figura 1 – Configuração da Área de Conexão de Dados
4. Método de Fiação
Na figura 2 podemos observar a régua de bornes de um CLP e ainda a indicação dos
terminais para a ligação entre os CLP’s. Para colocar um segundo CLP em rede devem-se
ligar os bornes T/R+ de um CLP ao T/R+ o outro e o T/R – ao T/R –, fazendo com que os
CLPs se comuniquem ntre si através do protocolo RS485.
Cada CLP é adicionado em paralelo com a outra estação, podendo ligar no máximo
8 estações, sendo uma estação mestre e 7 estações escravas, como mostra a figura 3.
214
Figura 2 – Régua de bornes TP02
Figura 3 – Esquema de ligação
TAREFA 1
Descritivo :
Comunicação entre 02 CLPs via RS-485
Realizar a comunicação entre 02 CLPs TP-02 utlizando os recursos descritos
anteriormente.
Observação: No experimento prático, conecta-se os dois CLP’s, sendo um mestre e o outro
escravo de acordo com a tabela abaixo:
WS043
Modo de Comunicação
Modo Conexão de dados
WS044
Velocidade – Transmissão
0000: 76600bit/s
WS045
Configuração da Estação
0000 (mestre)
WS046
Número de Estações
Escravas
0001
215