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sÉrIe eletroeletrÔnICa CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Robson Braga de Andrade Presidente DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional Robson Braga de Andrade Presidente SENAI – Departamento Nacional Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor Geral Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações Regina Maria de Fátima Torres Diretora Associada de Educação Profissional sÉrIe eletroeletrÔnICa CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Sede Setor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Edifício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001 Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br ©2013. SENAI Departamento Nacional ©2013. SENAI Departamento Regional de São Paulo A reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI. Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI-São Paulo, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância. SENAI Departamento Nacional Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP SENAI Departamento Regional de São Paulo Gerência de Educação – Núcleo de Educação a Distância FICHA CATALOGRÁFICA Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional. Controladores Lógicos Programáveis / Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de São Paulo. Brasília: SENAI/DN, 2013. 140 p. il. (Série Eletroeletrônica). ISBN 978-85-7519-783-7 1. Instalação de acionadores eletrônicos 2. Manutenção de sistemas com soft starter e inversores de frequência 3. Parametrização de acionadores eletrônicos I. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de São Paulo II. Título III. Série CDU: 005.95 Lista de ilustrações, quadros e tabelas Figura 1 - Estrutura curricular do curso de Eletricista Industrial .....................................................................13 Figura 2 - Instalação da UCP em trilho do próprio fabricante .........................................................................20 Figura 3 - Conjunto de módulos instalados de um CP modular .....................................................................21 Figura 4 - Conectores para comunicação na CPU ................................................................................................22 Figura 5 - CP monobloco com IHM e teclado ........................................................................................................24 Figura 6 - CP com IHM - detalhes de montagem na face do painel ..............................................................24 Figura 7 - Representação de um sinal em uma entrada digital CC de um CP ............................................26 Figura 8 - Entrada digital em um CP ..........................................................................................................................26 Figura 9 - Instalação elétrica de um botão em ponto de entrada de um CP ..............................................28 Figura 10 - Pontos de entradas digitais de um CP ...............................................................................................28 Figura 11 - Conector de encaixe tipo terminal block ..........................................................................................29 Figura 12 - Exemplo de instalação de dispositivos nos pontos de entrada digital PNP .........................29 Figura 13 - Exemplo de instalação de dispositivos nos pontos de entrada digital NPN ........................30 Figura 14 - Exemplo de sinal analógico ...................................................................................................................31 Figura 15 - Utilização de cabo blindado e malha de aterramento .................................................................32 Figura 16 - Sensor de pressão instalado em entrada analógica de tensão de um CP .............................32 Figura 17 - Identificação de uma saída digital em um CP .................................................................................34 Figura 18 - Instalação de dispositivos de tensão contínua na saída de um CP .........................................35 Figura 19 - Exemplo de instalação de módulo a contato seco ........................................................................35 Figura 20 - Saída analógica ligada ao inversor de frequência .........................................................................36 Figura 21 - Instalação de interface com relé nas entradas e saídas de um CP ...........................................37 Figura 22 - Cabo para comunicação do microcomputador com o CP ..........................................................38 Figura 23 - Vista traseira de uma IHM .......................................................................................................................39 Figura 24 - Exemplos de relés programáveis: Clic02 e Logo ............................................................................40 Figura 25 - Instalação do relé programável em trilho DIN ................................................................................40 Figura 26 - Relé programável com módulo de expansão acoplado ..............................................................41 Figura 27 - Instalação de relé programável ou CP em painel industrial .......................................................42 Figura 28 - Dispositivos ligados a um CP .................................................................................................................46 Figura 29 - Ciclo de processamento convencional do CP (scan) .....................................................................50 Figura 30 - Comparação do modelo de processamento do CP convencional e do modelo apresentado pela norma IEC 61131-3 .........................................................................51 Figura 31 - Acionamento de partida direta de motor trifásico ........................................................................52 Figura 32 - Substituição do circuito de comando pelo CP ................................................................................53 Figura 33 - Partida direta utilizando linguagem Ladder ....................................................................................54 Figura 34 - Endereçamento utilizando linguagem Ladder ...............................................................................55 Figura 35 - Diagrama de comando e potência para reversão de motor trifásico .....................................57 Figura 36 - Comando de reversão de motor utilizando um CP .......................................................................58 Figura 37 - Programação em Ladder para reversão de motor ..........................................................................59 Figura 38 - Sistema de secagem de peças com CP ..............................................................................................60 Figura 39 - Diagrama elétrico de instalação do CP ..............................................................................................61 Figura 40 - Diagrama Ladder do sistema de secagem de peças .....................................................................61 Figura 41 - Conexão de dispositivos distantes do CP com cabos convencionais .....................................65 Figura 42 - Conexão de dispositivos distantes do CP com cabo de rede industrial ................................66 Figura 43 - Medição de resistência de cabo de rede industrial.......................................................................68 Figura 44 - Instrumento para testes de barramento ...........................................................................................69 Figura 45 - Sistema de refrigeração atual da empresa Fortexi Metais ..........................................................70 Figura 46 - Sistema de refrigeração com as modificações propostas pelo mantenedor .......................71 Figura 47 - Exemplo de ocupação de dados na memória do CP ....................................................................77 Figura 48 - Diagrama Ladder com símbolos e comentários .............................................................................81 Figura 49 - Processamento das linhas de programação Ladder .....................................................................81 Figura 50 - Diagrama Ladder utilizando a instrução Set-Reset ........................................................................84 Figura 51 - Diagrama de tempos e eventos............................................................................................................84 Figura 52 - Exemplo de instrução de temporização com retardo na energização ...................................85 Figura 53 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização com retardo na energização ..................................................................................................................86 Figura 54 - Exemplo de instrução de temporização com retardo na desenergização ............................86 Figura 55 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização com retardo na desenergização ...........................................................................................................87 Figura 56 - Exemplo de instrução de temporização de pulso .........................................................................88 Figura 57 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização de pulso .........88 Figura 58 - Exemplo de programa que utiliza um contador crescente ........................................................90 Figura 59 - Gráfico de tempos e eventos do contador crescente ...................................................................90 Figura 60 - Exemplo de programa que utiliza um contador decrescente ...................................................91 Figura 61 - Gráfico de tempos e eventos do contador decrescente ..............................................................91 Figura 62 - Exemplo de programa que utiliza uma função de comparação ..............................................92 Figura 63 - Uso da função “Adição” para cálculo do peso total de uma mistura .......................................94 Figura 64 - Exemplo de utilização da função “Move” ..........................................................................................95 Figura 65 - Movimentação de bits com a instrução SHR ....................................................................................96 Figura 66 - Exemplo de programa que utiliza a instrução “SHR” .....................................................................97 Figura 67 - Degraus de resolução de um conversor analógico .................................................................... 100 Figura 68 - Exemplo de medição do volume de um tanque ........................................................................ 101 Figura 69 - Programa para transformar o valor do sinal analógico em litros .......................................... 102 Figura 70 - Configuração de uma entrada analógica de 0 a 10 V ................................................................ 103 Figura 71 - Exemplo de medição do volume de um tanque ......................................................................... 104 Figura 72 - Conversão da grandeza “litros” em sinal analógico de corrente ............................................ 104 Figura 73 - Configuração de uma entrada analógica de 4 a 20 mA ............................................................ 105 Figura 74 - Especificação do CP ............................................................................................................................... 106 Figura 75 - Esquema elétrico de partida direta .................................................................................................. 114 Figura 76 - Programa na linguagem FBD ............................................................................................................. 115 Figura 77 - Esquema elétrico para reversão de motor com intertravamento ......................................... 118 Figura 78 - Programa na linguagem Ladder ....................................................................................................... 119 Figura 79 - Esquema elétrico partida estrela triângulo ................................................................................... 123 Figura 80 - Programa em Ladder para partida estrela-triângulo .................................................................. 124 Figura 81 - Programa para o pisca-pisca ............................................................................................................... 127 Figura 82 - Programa para o semáforo .................................................................................................................. 128 Quadro 1 – Endereços para CP com 8 entradas .....................................................................................................27 Quadro 2 – Endereços para CP de 16 entradas ......................................................................................................27 Quadro 3 – Endereços para CP de 16 saídas ............................................................................................................34 Quadro 4 – Tipos de memórias do CP e características .......................................................................................47 Quadro 5 – Função das memórias do CP ..................................................................................................................48 Quadro 6 – Analogia entre o computador e o CP .................................................................................................49 Quadro 7 – Símbolos para contatos de acordo com norma IEC 61131-3 .....................................................56 Quadro 8 – Símbolos para saída digital de acordo com norma IEC 61131-3 ..............................................56 Quadro 9 – Exemplo de endereçamentos de entradas e saídas digitais ......................................................56 Quadro 10 – Possíveis falhas do sistema com CP e efeitos no circuito ..........................................................63 Quadro 11 – Procedimentos de teste para detectar falhas em sistemas com CP ......................................64 Quadro 12 – Características de cabos de redes industriais para rede Profibus e rede As-interface ......................................................................................................................................67 Quadro 13 – Identificação de acesso à área da memória do CP ......................................................................77 Quadro 14 – Linguagens-padrão de programação segundo a norma IEC 61131-3 .................................79 Quadro 15 – Algumas vantagens e desvantagens da linguagem Ladder ...................................................80 Quadro 16 – Exemplo de uso de símbolos e comentários em programação com linguagem Ladder .........................................................................................................................80 Quadro 17 – Simulação e monitoração de CP para partida direta de motor ..............................................82 Quadro 18 – Símbolo em forma de bobina da instrução Set-Reset ................................................................83 Quadro 19 – Símbolo genérico da instruçãode temporização ........................................................................85 Quadro 20 – Símbolo genérico da instrução de contagem crescente ...........................................................89 Quadro 21 – Símbolo genérico da instrução de contagem decrescente .....................................................90 Quadro 22 – Símbolos das funções de comparação ............................................................................................92 Quadro 23 – Funções aritméticas e respectivos símbolos e resultados ........................................................93 Quadro 24 – Símbolo da função de movimentação de dados .........................................................................94 Quadro 25 – Funções de operações com bits e respectivos símbolos e resultados..................................96 Quadro 26 – Exemplos de comparações de blocos funcionais com linguagem Ladder ........................98 Quadro 27 – Comparação de programa FBD/Ladder para partida direta de motor .................................98 Tabela 1 – Tabela de entradas e saídas digitais ................................................................................................... 114 Tabela 2 – Especificação de entradas e saídas ..................................................................................................... 115 Tabela 3 – Níveis lógicos iniciais ............................................................................................................................... 116 Tabela 4 – Níveis lógicos após pressionado S1 .................................................................................................... 116 Tabela 5 – Definição de entradas e saídas ............................................................................................................. 118 Tabela 6 – Especificação de entradas e saídas ..................................................................................................... 119 Tabela 7 – Níveis lógicos iniciais ............................................................................................................................... 120 Tabela 8 – Níveis lógicos após pressionar S1 ........................................................................................................ 121 Tabela 9 – Níveis lógicos após pressionar S2 ........................................................................................................ 121 Tabela 10 – Definição de entradas e saídas .......................................................................................................... 123 Tabela 11 – Especificação de entradas e saídas ................................................................................................... 124 Tabela 12 – Níveis lógicos iniciais ............................................................................................................................. 125 Tabela 13 – Níveis lógicos com motor em estrela .............................................................................................. 125 Tabela 14 – Níveis lógicos com motor em triângulo ......................................................................................... 126 Sumário 1 Introdução ........................................................................................................................................................................13 2 Instalação de Controladores Lógicos Programáveis .........................................................................................17 2.1 Controladores programáveis .................................................................................................................18 2.1.1 Estrutura dos controladores programáveis .....................................................................18 2.1.2 Instalação de CPs modulares ................................................................................................20 2.1.3 Instalação de CPs monoblocos ............................................................................................23 2.1.4 Conexões elétricas de entradas e saídas ..........................................................................25 2.1.5 Interfaces COM relé ..................................................................................................................36 2.1.6 Configuração do hardware do CP .......................................................................................37 2.2 IHM ...................................................................................................................................................................38 2.3 Relés Programáveis ....................................................................................................................................39 3 Manutenção de Sistemas com Controladores Lógico Programáveis ..........................................................45 3.1 Finalidade dos controladores programáveis (CPs) ..........................................................................46 3.2 Sistema de memórias do controlador programável (CP) .............................................................47 3.3 Funcionamento do controlador programável (CP).........................................................................48 3.3.1 Ciclo de processamento (scan).............................................................................................49 3.3.2 Sistema de comando elétrico X controlador programável (CP) ...............................52 3.4 Programação de entradas e saídas digitais .......................................................................................55 3.5 Manutenção de sistemas com controladores programáveis (CP) .............................................59 3.6 Testes de cabos para rede de comunicação industrial ..................................................................65 3.6.1 Utilização de multímetro na manutenção de rede industrial ...................................67 3.6.2 Instrumentos de teste em redes industriais ....................................................................69 4 Programação de Controladores Lógicos Programáveis (CPs) ........................................................................75 4.1 Linguagens de programação..................................................................................................................76 4.2 Áreas de memória do controlador lógico programável (CP) ......................................................76 4.3 Norma Regulamentadora IEC 61131-3 ...............................................................................................77 4.4 Linguagem Ladder (LD – Ladder Diagram).........................................................................................79 4.4.1 Identificador simbólico e comentários da linguagem Ladder .................................80 4.4.2 Execução de leitura do diagrama Ladder ........................................................................81 4.5 Simulação e monitoração em controladores lógicos programáveis (CPs) .............................82 4.6 Instrução Set-Reset .....................................................................................................................................83 4.7 Instruções de temporização ....................................................................................................................84 4.7.1 TON (Timer On Delay): temporizador com retardo na energização ........................85 4.7.2 TOF (Timer Off Delay): temporizador com retardo na desenergização ..................86 4.7.3 TP (Pulse Timer): temporizador de pulso ..........................................................................87 4.8 Instrução de contagem .............................................................................................................................89 4.8.1 CTU (Count Up): contador crescente ..................................................................................894.8.2 CTD (Count Down): contador decrescente .......................................................................90 4.9 Funções de comparação ..........................................................................................................................91 4.10 Funções aritméticas e movimentação de dados...........................................................................93 4.10 Funções de operações com bits ..........................................................................................................95 4.11 Diagrama de blocos funcionais (FBD – Function Block Diagram) ............................................97 4.12 Tratamento de sinais analógicos ........................................................................................................99 4.13 Especificação do controlador lógico programável (CP) ........................................................... 106 5 Programas de aplicações para Controladores Lógicos Programáveis (CLP) .......................................... 113 5.1 Programa para partida direta de um motor ................................................................................... 114 5.2 Programa para reversão de motor com intertravamento lógico e elétrico (físico) .......... 117 5.3 Programa para partida de motor estrela-triângulo .................................................................... 122 5.4 Programa para sinalização intermitente (pisca-pisca) ................................................................ 126 5.5 Programa de controle de tráfego (semáforo) ................................................................................ 128 Referências ........................................................................................................................................................................ 131 Anexos ................................................................................................................................................................................ 133 Anexo 1 ............................................................................................................................................................... 133 Anexo 2 ............................................................................................................................................................... 134 Minicurrículo dos autores ........................................................................................................................................... 135 Índice .................................................................................................................................................................................. 137 Introdução 1 Nesta unidade curricular de Controladores lógicos programáveis do curso Eletricista Industrial, abordaremos os conhecimentos necessários para o desenvolvimento das capaci- dades técnicas, sociais, organizativas e metodológicas relativas à instalação dos comandos e controles eletroeletrônicos das máquinas industriais. Esta unidade será desenvolvida em carga horária prevista de 60 horas. Observe o esquema ilustrado a seguir. QUADRO DE ORGANIZAÇÃO CURRICULAR • Eletricista Geral (80 h) • Instalações Elétricas (80 h) • Comandos Elétricos (120 h) • Controladores Lógicos Programáveis (60 h) • Conversores e Inversores (40 h) Eletricista Industrial (380 h) Figura 1 - Estrutura curricular do curso de Eletricista Industrial Fonte: SENAI-SP (2013) 14 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Esta unidade curricular fornecerá subsídios para o desenvolvimento das se- guintes capacidades técnicas: a) Configurar controladores lógicos programáveis em funções de suas carac- terísiticas e estrutura; b) Programar controladores lógicos programáveis para aplicação em proces- sos; c) Elaborar programas de aplicação em CLP; d) Diagnosticar erros de programação. Nesta unidade, serão abordadas capacidades sociais, organizativas e metodo- lógicas de: a) Ser organizado; b) Ter raciocínio lógico; c) Ter iniciativa; d) Ter responsabilidade; e) Ter atenção a detalhes; f ) Trabalhar em equipe; g) Manter-se atualizado tecnicamente; h) Ter visão sistêmica. Como eletricista industrial, você atuará na confecção ou montagem e na instalação de elementos, como: a) painéis ou quadros de comandos eletroeletrônicos para motores e gerado- res; b) sistemas de partida convencionais e eletrônicos de motores elétricos; e Para contribuir com os seus estudos, este livro está dividido em 5 capítulos. No capítulo 2, 3, 4 e 5 apresentaremos a instalação, manutenção, programação e aplicações de controlador lógicos programável. Agora que você viu o que irá estudar neste livro, pode estar pensando no quanto esses temas são desafiadores. Mas fique tranquilo, pois com estudo e de- dicação, ao fim desta unidade, você terá adquirido os conhecimentos necessários para desenvolver as capacidades técnicas para atuar como eletricista industrial. Vamos começar mais este desafio? 151 Introdução Anotações: Instalação de Controladores lógicos Programáveis 2 Tente imaginar uma indústria sem controles automatizados. Imagine, por exemplo, uma indústria de refrigerantes tendo que engarrafar seu produto manualmente. Quanto custaria uma única garrafa envasada1? Com certeza, teria um custo operacional muito alto e ainda esta- ria sujeita a atrasos nas entregas. A indústria moderna, principalmente a de bens de consumo, utiliza máquinas, controles e processos automatizados para a produção em larga escala. Neste capítulo, você vai conhecer dispositivos de controle importantes em ambientes in- dustriais por contribuírem para a tomada de decisão com base em modernos processadores, cuja velocidade de resposta vem aumentando dia a dia. Com os dispositivos de controle indus- trial, em especial os controladores programáveis, é possível aumentar a produção e a qualida- de do produto, além de diminuir o preço fi nal. Ficou curioso? Então, leia este capítulo com atenção. 18 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 2.1 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS Os Controladores Programáveis (CP), também conhecidos por Controladores Lógicos Programáveis (CLP), são equipamentos industriais que fazem o controle do funcionamento de máquinas e sistemas automatizados. Segundo a norma IEC 61131/2003, o controlador programável é um sistema eletrônico digital, desenvolvido para ambiente industrial e que usa uma memória programável para armazenamento interno de instruções do usuário, para imple- mentação de funções específicas (tais como lógica, sequenciamento, temporiza- ção, contagem e aritmética), no intuito de controlar, através de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos. O CP e seus periféricos são projetados de forma a serem integrados compondo um sistema de controle industrial. Assim como os computadores, possuem memória programável para armaze- namento e execução de instruções de um programa de modo sequencial con- forme a necessidade do processo produtivo. Para que o CP controle algo, necessita de informações do comportamento do processo. Para fazer a leitura dessas informações, ele depende de dispositivos como sensores, botões, chaves de fim de curso, entre outros. Já os atuadores são elementos que podem ser diretamente controlados pelo CP (tais como lâmpadas, pequenos motores e bobinas de relés) ou podem ain- da ser controlados indiretamente, através de contatores e válvulas como grandes motores e cilindros pneumáticos ou hidráulicos. Fazendo uma analogia com o corpo humano, podemos dizer que o CP é o cérebro que toma decisões e faz o controle do sistema, os sensores são os olhos do processo, pois fazem as leituras, e os atuadores, por realizarem tarefas, são as pernas e os braços do sistema. Na função de eletricista, você fará a instalação física do CP, incluindo as liga- ções dos dispositivos sensores e atuadores, além das configurações básicas de hardware. Portanto, acompanhe as explicaçõesa seguir. 2.1.1 ESTRUTURA DOS CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS Um CP é composto por uma estrutura básica formada por: fonte de alimen- tação, UCP2 e módulos de entradas e saídas, que podem ser digitais e analógicas. Veja a função de cada um desses componentes. 1 ENVASAR Colocar líquidos em vaso, vasilha ou qualquer embalagem; envasilhar. Fonte: <http:// houaiss.uol.com.br/ busca?palavra=envasar> 3 EMI Eletromagnetic Interference ou interferência eletromagnética é a interferência provocada por campos eletromagnéticos gerados por motores elétricos, transformadores ou até pela queda de relâmpagos na proximidade. 2 UCP Unidade Central de Processamento (ou CPU do inglês - Central Processing Unit) é a parte que controla todas as ações do CP. 192 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs • Fonte de alimentação: recebe tensão alternada (VCA) e fornece tensão con- tínua (VCC) estabilizada para alimentar o Controlador Programável. Além disso, as fontes proporcionam proteção contra curto-circuito e contra inter- ferências eletromagnéticas (EMI3). • UCP - Unidade Central de Processamento (ou CPU do inglês - Central Pro- cessing Unit): controla todas as ações do CP. Sua função é coletar os dados recebidos pelas entradas do controlador, executar o processamento dessas informações de acordo com o programa do usuário (aplicativo), definindo uma resposta para os pontos de saída. • Módulo de entrada digital (ou discreta): recebe sinais geralmente conhe- cidos como ON/OFF, ligado/desligado, ou níveis lógicos 0/1. Entre os disposi- tivos de entrada, é possível citar, por exemplo: botões, sensores, pressostato e chaves em geral (nível, posição etc.). • Módulo de saída digital: fornece sinais digitais do tipo ON/OFF, ligado/des- ligado, ou ainda níveis lógicos 0/1 às saídas do módulo. Essas saídas são uti- lizadas para ligação de lâmpadas, contatores, válvulas solenoides, relés etc. • Módulo de entrada analógica: recebe um sinal de entrada variável normal- mente entre 0 e 10 V ou 4 e 20 mA, provenientes de sensores que fornecem valores analógicos (ultrassônicos, sensores de vazão, termopares etc.). • Módulo de saída analógica: é usado, por exemplo, para movimentar, pro- porcionalmente a abertura de uma válvula de controle de vazão, fornecendo um sinal que varia normalmente de 0 a 10 V ou de 4 a 20 mA. O sinal é envia- do para a válvula controlando sua abertura, variando assim a vazão. Embora a estrutura básica seja a mesma para todos os CPs, em relação à sua estrutura, podemos dividi-los em dois grupos: os modulares e os monoblocos. Basicamente, ambos possuem a mesma finalidade, porém com algumas caracte- rísticas diferentes. Vamos ver: • CPs modulares: os componentes que formam esse tipo de CP são dispostos em módulos, conectados uns aos outros. A vantagem é que a quantidade de entradas e saídas pode ser expandida, atingindo um grande número de pontos. Além disso, alguns modelos permitem que esses módulos sejam in- seridos ou removidos sem a necessidade de desligar o CP, o que evita a pa- ralização da produção. Como desvantagem, são mais caros e a instalação é mais demorada, se comparados aos CPs monoblocos. Os CPs modulares são mais utilizados no controle de plantas de manufatura e processos industriais de grande porte; 20 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS • CPs monoblocos: todos os componentes estão inseridos em uma só caixa, ou seja, formam um bloco único como o próprio nome sugere. A vantagem desse tipo de CP está principalmente no custo mais baixo e na facilidade de instalação. Em contrapartida, possuem um número reduzido de entradas e saídas, mesmo em modelos que permitem expansão. Outra desvantagem é que precisa ser desligado em caso de manutenção, paralisando a produção. Os CPs monoblocos são muito utilizados para controle de sistemas simples de máquinas e de processos. Veja, nos tópicos a seguir, como são instalados os CPs modulares e os mono- blocos. 2.1.2 INSTALAÇÃO DE CPs MODULARES Já vimos que os CPs modulares são formados por módulos interligados que permitem expandir os seus pontos de entrada e saída. Os tipos de módulos va- riam conforme o fabricante, de modo que você deve consultar catálogos e manu- ais para conhecer as características de cada modelo. Na maioria dos casos, os módulos são fixados em trilho padrão DIN 35 ou DIN 35/15, mas podem usar trilhos desenvolvidos pelos próprios fabricantes. Normalmente, o módulo da fonte de alimentação é instalado inicialmente, se- guido da UCP e das entradas e saídas. Veja um exemplo de instalação de uma fonte e de uma UCP de um CP do tipo modular. encaixe do conector �xação no trilho de sustentação �xação do módulo Figura 2 - Instalação da UCP em trilho do próprio fabricante Fonte: SENAI-SP (2013) Para esse modelo de CP, existem posições e sequência correta de montagem. Para realizá-la, encaixe o conector no módulo, fixe-o no trilho de sustentação e, por fim, fixe o módulo ao trilho usando parafusos. 212 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Veja, a seguir, como fica a sequência com vários módulos instalados, ao final da montagem. fonte de alimentação UCP cartões de entrada/saída Figura 3 - Conjunto de módulos instalados de um CP modular Fonte: SENAI-SP (2013) FIQUE ALERTA Como forma de segurança, instale o aterramento no tri- lho de suporte do CP. Além da proteção, você obterá um bom funcionamento do conjunto no painel. Na fonte de alimentação, há uma chave seletora de voltagem (voltage selec- tor) para selecionar o valor de tensão. Normalmente ela vem de fábrica em 220 V. Caso precise ajustar a tensão, use uma chave de fenda. Algumas fontes são de chaveamento automático, dispensando o uso da chave seletora, outras possuem ligações (jumpers) integradas para a alimentação em tensão contínua para o mó- dulo da UCP. Há ainda aquelas em que é preciso fazer a conexão por meio de fios. Caso você precise fazer essa ligação, atente para a polaridade, pois a ligação invertida poderá danificar a UCP. Para que haja comunicação da UCP com o computador, usamos conectores. Na figura a seguir, você vê dois modelos: o DB9 fêmea e o RJ45. 22 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS DB9 fêmea RJ45 Figura 4 - Conectores para comunicação na CPU Fonte: SENAI-SP (2013) O módulo da UCP também pode ter conexão para comunicação de rede com outros equipamentos, além do computador. 232 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Casos e relatos Jorge recebeu uma ordem de serviço para instalar um controlador progra- mável em um painel elétrico de comando. Começou bem, consultou o ma- nual do fabricante para ver qual broca (medida do diâmetro) deveria utili- zar para fazer os furos de fixação, traçou e marcou a posição dos furos com um punção de bico, depois fez a furação com a furadeira e a broca e fixou o trilho. Após a instalação dos fios, conferiu as conexões, observando o es- quema do projeto e comparando-o com o material que já estava instalado. Achando que estava tudo certo, chamou o técnico para testar o equipa- mento. Para sua surpresa, os LEDs sinalizadores do módulo de entrada digi- tal piscavam desordenadamente. O que aconteceu? O técnico tentou solucionar o problema substituindo o módulo de entrada digital, mas não obteve sucesso. Um eletricista mais experiente percebeu o ocorrido e perguntou: você já conferiu o aterramento? O terra é a referência de retorno de energia de to- dos os módulos e da fonte de alimentação. O montador acompanhou todo caminho de retorno do fio terra e percebeu algo estranho na terminação do conector: o terminal estava oxidado e mal conectado, afetando o bom aterramento. Por isso, o sinal de retorno passa- va por outros caminhos forçando o acionamento dos circuitos no módulo de entrada digital. Após a desoxidação do terminal e seu devido reaperto, o controlador pro- gramável passou a funcionar corretamente. Agora que você já viu a instalação física dos CPs modulares, veja como se faz a instalação de CPsmonobloco. 2.1.3 INSTALAÇÃO DE CPs MONOBLOCOS Para apresentar o procedimento de instalação de um CP monobloco, vamos utilizar um modelo específico como exemplo, pois o procedimento é muito seme- lhante para todos os demais modelos. Além das funções básicas, o modelo que escolhemos possui uma Interface Homem-Máquina (IHM) e um teclado, como mostrado na Figura 5. 24 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS teclado IMH Figura 5 - CP monobloco com IHM e teclado Fonte: SENAI-SP (2013) Nesses controladores, a IHM e o teclado são instalados na parte frontal do pai- nel para que o operador da máquina, o instalador ou o mantenedor possam inse- rir ou ler informações no CP. Para instalar este CP no painel de controle, encaixe primeiramente sua parte superior e, em seguida, abra as presilhas, girando-as totalmente; por último, aper- te os parafusos de fixação utilizando ferramenta adequada, conforme mostra a figura a seguir. Figura 6 - CP com IHM - detalhes de montagem na face do painel Fonte: SENAI-SP (2013) 252 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Os fabricantes disponibilizam as dimensões e o formato correto, ou um gaba- rito para corte da chapa onde ficará instalado o CP. Embora o CP monobloco integre todos os componentes em uma única caixa, alguns modelos possuem fonte de alimentação externa. Assim, certifique-se de como é feita a alimentação elétrica do modelo que está instalando e se a tensão de entrada está em conformidade com a disponível. Por fim, assim como ocorre com os CPs modulares, os monoblocos também podem comunicar-se com outros equipamentos. Nesse caso, lembre-se de co- nectar o cabo de comunicação. Agora que você já viu a instalação física dos CPs nos painéis de comando, va- mos ver as conexões elétricas das entradas e saídas, as interfaces, o relé e as con- figurações de hardware. 2.1.4 CONEXÕES ELÉTRICAS DE ENTRADAS E SAÍDAS As conexões elétricas de entradas e saídas digitais ou analógicas têm seus pro- cedimentos de instalação aplicados tanto para CPs monoblocos como para mo- dulares. Acompanhe as explicações. Entradas digitais Nos pontos de entrada digitais você conecta os botões, as chaves e os sensores elétricos e eletrônicos de uma máquina ou processo a ser controlado. Encontramos CPs com entradas digitais de tensão alternada e tensão contínua, sendo mais comuns os valores: 120 VAC, 220 VAC ou 24 VDC, respectivamente. Na eletroeletrônica e na informática, quando uma variável assume apenas dois estados fixos e definidos, entendemos que se trata de um “bit”, pois o bit só pode assumir dois níveis lógicos “0” ou “1”. Ou seja, tem tensão 0 V ou tensão positiva (+VCC). No gráfico a seguir, você pode acompanhar um exemplo de sinal digital em uma entrada digital do CP. 26 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Figura 7 - Representação de um sinal em uma entrada digital CC de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) As entradas de um módulo são identificadas como I (INPUT). Nos CPs, os mó- dulos de entrada normalmente possuem um conjunto de oito entradas, ou múl- tiplos de oito. Exemplo: 8 entradas digitais, 16, 24, 32 entradas e assim por diante. Oito bits correspondem a um byte e nos CPs essas nomenclaturas identificam as entradas ou o endereço de cada entrada. O endereço indica a localização na me- mória do CP onde serão armazenados os bits de entradas e saídas, identificados por letras e números. Veja a seguir um exemplo de endereçamento que identifica a entrada digital de um CP. INPUT - Entrada № do byte № do bit % I 0.0 Figura 8 - Entrada digital em um CP Fonte: SENAI-SP (2013) O símbolo % significa endereço de memória utilizado na programação, a letra I o input (entrada), depois o byte e, por último, o bit. Portanto, um CP com oito pontos de entrada pode receber os seguintes endereços: 272 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Quadro 1 – Endereços para CP com 8 entradas PONTOS DE ENTRADA ENDEREÇO DA ENTRADA DESCRIÇÃO Primeira entrada %I 0.0 bit 0 (zero) do byte 0 Segunda entrada %I 0.1 bit 1 (um) do byte 0 Terceira entrada %I 0.2 bit 2 (dois) do byte 0 Quarta entrada %I 0.3 bit 3 (três) do byte 0 Quinta entrada %I 0.4 bit 4 (quatro) do byte 0 Sexta entrada %I 0.5 bit 5 (cinco) do byte 0 Sétima entrada %I 0.6 bit 6 (seis) do byte 0 Oitava entrada %I 0.7 bit 7 (sete) do byte 0 Se o CP tiver 16 pontos de entradas digitais, ou seja, dois bytes além dos ende- reços do byte “0” (zero) expostos no quadro 1, ainda teremos os endereços do byte “1” conforme segue. Quadro 2 – Endereços para CP de 16 entradas PONTOS DE ENTRADA ENDEREÇO DA ENTRADA DESCRIÇÃO Nona entrada %I 1.0 bit 0 (zero) do byte 1 Décima entrada %I 1.1 bit 1 (um) do byte 1 Décima primeira entrada %I 1.2 bit 2 (dois) do byte 1 Décima segunda entrada %I 1.3 bit 3 (três) do byte 1 Décima terceira entrada %I 1.4 bit 4 (quatro) do byte 1 Décima quarta entrada %I 1.5 bit 5 (cinco) do byte 1 Décima quinta entrada %I 1.6 bit 6 (seis) do byte 1 Décima sexta entrada %I 1.7 bit 7 (sete) do byte 1 Observe que a primeira entrada inicia pelo bit 0 e a última no bit 7. Sendo as- sim, temos 8 entradas no primeiro byte (byte 0) e mais 8 entradas no segundo byte (byte 1) totalizando 16 entradas, da primeira entrada até a décima sexta. Esses são apenas exemplos mais utilizados de endereços, pois podemos atri- buir outros endereços que não iniciem necessariamente com o byte em zero. 28 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Para que você saiba como conectar os dispositivos aos pontos de entrada de um CP, veja um exemplo de diagrama elétrico de instalação de um botão de co- mando conectado a um desses pontos de entrada digital. I0.0 I0.1 I0.2 13+ 24VCC 0V (zero volts) 14 mola de retorno botão sem acionamento (repouso) contato NA contato NF pontos de entradas do controlador programável 11 12 I0.0 I0.1 I0.2 13+ 24VCC + 24VCC 14 botão acionado manualmente pontos de entradas do controlador programável 11 12 Figura 9 - Instalação elétrica de um botão em ponto de entrada de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que o botão fornece 0 V, nível lógico “0” quando não está acionado porque está aberto. Ele fornece +24 VCC, nível lógico “1” quando estiver pressio- nado. Veja que a entrada do CP possui dois níveis lógicos 0 ou 1, portanto cada entrada é um bit que pode assumir dois estados lógicos, 0 ou 1. Vejamos agora um exemplo de pontos de entrada digital CC de um CP. Figura 10 - Pontos de entradas digitais de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) 292 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs A instalação física dos dispositivos de entrada nos pontos de entrada do CP, assim como nos pontos de saída, pode ser feita utilizando parafusos, terminal de pressão ou conector de encaixe. Observe uma instalação feita por terminal block. Figura 11 - Conector de encaixe tipo terminal block Fonte: SENAI-SP (2013) Encontramos dois tipos de entrada digital de tensão contínua de um CP, as entradas tipo PNP e tipo NPN. • Entrada PNP − nesse tipo de entrada, conectamos tensão positiva, por exem- plo, +24 VCC, nos botões, nas chaves e nos sensores, de modo que quando são acionados fornecem essa tensão positiva para o ponto digital de entrada do CP. O polo Negativo ou (0 V) é o ponto comum conectado ao GND ou o comum do CP. Observe, no diagrama a seguir, as ligações de alguns dispositivos conectados à entrada PNP de um CP. + S1 S0 S2 24 VCC fonte VCA/VCC 0 V +L (+VDC) %I0.0 %I0.1 %I0.2 %I0.3 %I0.4 %I0.5 %I0.6 %I0.7 DV - DC Com pontos de entrada (PNP) controlador programável Figura 12 - Exemplo de instalação de dispositivos nos pontos de entrada digital PNP Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que a alimentação positiva +24 VCC é conectada aos dispositivos de entrada, enquanto o 0 V ou DC Com está conectado diretamente ao ponto co- mum do CP. 30 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS • Entrada NPN: Nesse tipo de configuração, o 0 V da fonte é conectado aos dispositivos de entrada (tais como botões, chaves de fim de curso e sensoreseletrônicos) e o polo positivo é ligado ao ponto comum, o VDC ou VDC Com ou ainda + VDC, do CP. Veja, no diagrama a seguir, as ligações dos dispositivos nos pontos de entrada tipo NPN. + - 24 VCC VCA/VCC Fonte -L (-VDC) Pontos de Entrada (NPN) Controlador Programável % I 0.0 % I 0.1 % I 0.2 % I 0.3 % I 0.4 % I 0.5 % I 0.6 % I 0.7 VDC - DC Com S0 S1 S2 Figura 13 - Exemplo de instalação de dispositivos nos pontos de entrada digital NPN Fonte: SENAI-SP (2013) Existem CPs com entradas digitais que podem ser tanto PNP, que trabalham com o 0 V comum e recebem o positivo na entrada, quanto NPN, que recebem o negativo nas entradas e nos quais +VCC é comum, bastando conectar o polo que você deseja que seja o comum. Entradas Analógicas Para entender o que é uma entrada analógica, saiba o que é um sinal analógi- co. Para tanto, veja esse exemplo de sinal. 312 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Figura 14 - Exemplo de sinal analógico Fonte: SENAI-SP (2013) Observe no gráfico que a tensão varia ao longo do tempo. Sinais como esses são gerados por sensores de temperatura, de pressão, de vazão e tantos outros que medem grandezas analógicas. Existem dois tipos de entradas analógicas de um CP, as entradas de tensão e as de corrente. • Entrada analógica de tensão: essas entradas trabalham com faixas de valo- res e de tensão, e qualquer valor dentro da faixa de tensão é lido e interpre- tado pelo Controlador Programável. Os padrões de leitura de tensão mais co- muns são: de 0 a 10 V, de 1 a 5 V, de 1 a 10 V e de -10 a +10 V. O tipo de padrão de tensão a ser usado depende do tipo de sensor utilizado e da aplicação. Esses sensores que trabalham com padrões de leitura de tensão devem ser ins- talados com cabos dotados de malha, ou cabos shield, com as duas extremidades conectadas ao ponto de aterramento, para proteger o sinal e a medição contra as interferências. Veja a ilustração a seguir. 32 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS malha de blindagem conexão com o aterramento conexão do sensor conexão com módulo de entrada analógica blindagem do cabo Figura 15 - Utilização de cabo blindado e malha de aterramento Fonte: SENAI-SP (2013) Nos sistemas que trabalham por tensão, os sensores devem ser instalados próxi- mos do controlador para evitar perdas por quedas de tensão no percurso até o CP. Veja, a seguir, um exemplo de sensor de pressão do lado esquerdo de um ma- nômetro (medidor de pressão) instalado em um ponto de entrada analógica, que trabalha por leitura de tensão de 0 a 10 V em um CP. O sensor de pressão PT está instalado na entrada EA0 do módulo de entrada do CP. Figura 16 - Sensor de pressão instalado em entrada analógica de tensão de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) 332 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Observe a ampliação à direita da imagem central. Cada entrada analógica está devidamente identificada pelas anilhas EA0, EA1 e EA2. • Entrada analógica de corrente: esses módulos trabalham com faixas de va- lores de corrente, e qualquer valor dentro da faixa é lido e interpretado pelo CP. Os padrões de leitura de corrente mais comuns são: de 0 a 20 mA e de 4 a 20 mA. Por uma questão de segurança, alguns processos não devem trabalhar com o padrão de 0 a 20 mA, pois caso o cabo do sensor seja rompido entre o ponto de origem e a entrada do CP, um erro no controle certamente seria ocasionado. Ima- gine um sistema cuja variação de temperatura seja de 0 a 600ºC e corresponda, respectivamente, à variação de entrada 0 e 20 mA. Caso o cabo do sensor se rom- pa, a informação que chegará ao CP será de 0 mA, o que pode não corresponder à medida real. Os padrões de leitura de corrente são mais indicados para os casos em que sensores estão instalados distantes do controlador, porque o padrão de corrente sofre menos perdas e interferências eletromagnéticas do que o de tensão. Saídas Digitais Nas saídas digitais de tensão contínua, você conecta lâmpadas, bobinas de contatores, solenoides de válvulas, atuadores eletropneumáticos e eletro-hidráu- licos, pequenos motores, entre outros dispositivos da máquina ou do processo a ser controlado. Os pontos de saída digitais podem ser: • digitais PNP − nessa configuração, os pontos de saída do CP fornecem o positivo para as cargas conectadas à saída do módulo, sendo o negativo o ponto comum para ligação das cargas; • digitais NPN − fornecem o negativo para as cargas conectadas aos pontos de saída, sendo o positivo o ponto comum de ligação de todos dispositivos; e • relé de contato seco − cada ponto de saída possui um contato NA que pode ser alimentado tanto por tensão positiva, quanto pelo negativo, dependen- do da configuração escolhida. Cada ponto de saída é identificado pela letra Q (OUTPUT) e geralmente os CPs possuem um conjunto de pontos de saída múltiplo de oito. Oito (8) bits correspondem a 1 (um) byte e nos CPs são aplicadas essas nomen- claturas para identificar cada saída do CP ou o endereço de cada saída. Veja, no esquema a seguir, a forma utilizada para identificar as saídas digitais de um CP. 34 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS OUTPUT - Saída № do byte № do bit % Q 0.0 Figura 17 - Identificação de uma saída digital em um CP Fonte: SENAI-SP (2013) Toda saída tem no início a letra “Q“, depois o byte e por último o bit, portanto, um CP com dezesseis saídas pode ter os seguintes endereços. Quadro 3 – Endereços para CP de 16 saídas PONTOS DE SAÍDA ENDEREÇO DA SAÍDA DESCRIÇÃO Primeira saída %Q 0.0 bit 0 (zero) do byte 0 Segunda saída %Q 0.1 bit 1 (um) do byte 0 Terceira saída %Q 0.2 bit 2 (dois) do byte 0 Quarta saída %Q 0.3 bit 3 (três) do byte 0 Quinta saída %Q 0.4 bit 4 (quatro) do byte 0 Sexta saída %Q 0.5 bit 5 (cinco) do byte 0 Sétima saída %Q 0.6 bit 6 (seis) do byte 0 Oitava saída %Q 0.7 bit 7 (sete) do byte 0 Nona saída %Q 1.0 bit 0 (zero) do byte 1 Décima saída %Q 1.1 bit 1 (um) do byte 1 Décima primeira saída %Q 1.2 bit 2 (dois) do byte 1 Décima segunda saída %Q 1.3 bit 3 (três) do byte 1 Décima terceira saída %Q 1.4 bit 4 (quatro) do byte 1 Décima quarta saída %Q 1.5 bit 5 (cinco) do byte 1 Décima quinta saída %Q 1.6 bit 6 (seis) do byte 1 Décima sexta saída %Q 1.7 bit 7 (sete) do byte 1 Observe que temos 16 saídas, de %Q 0.0 até %Q 1.7, e para cada saída indica- mos um endereço correspondente. No entanto, poderíamos adotar outros ende- reços, conforme conveniência. 352 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Para entender melhor, veja exemplos de algumas cargas e a forma de ligação de saída digital de um CP. Pontos de Saída (PNP) % Q 0.0 % Q 0.1 % Q 0.2 % Q 0.3 % Q 0.4 % Q 0.5 % Q 0.6 % Q 0.7 GND Controlador Programável + 24 V GND Fonte VCC +VCC H1 K1 V1 Figura 18 - Instalação de dispositivos de tensão contínua na saída de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) As ligações em relação às cargas na configuração NPN ou PNP possuem ape- nas uma diferença: a inversão na polaridade da alimentação. A instalação dos pontos de saída com CP que utiliza contato seco pode for- necer um sinal positivo ou negativo, dependendo da especificação. A Figura 19 ilustra a parte interna de um CP com os pontos de saída ao relé de contato seco. Figura 19 - Exemplo de instalação de módulo a contato seco Fonte: SENAI-SP (2013) Saídas Analógicas Nas saídas analógicas, você instala os dispositivos que funcionam com varia- ção de tensão ou de corrente, dependendo da necessidade e da aplicação. Como exemplos, podemos citar o controle de velocidade de um motor de uma esteira de peças através da variação da tensão enviada ao inversor de frequência do mo- tor, e o controle de vazão de um líquido através do controle da corrente que passa em uma válvula, conhecida por válvula proporcional. 36 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS SA0 -saída analógica zero entrada analógica do inversor de frequência motor trifásico sob controle de velocidade Figura 20 - Saída analógica ligada ao inversor de frequência Fonte: SENAI-SP(2013) Nesse exemplo, o ponto de saída analógico de controle de tensão fornece uma variação de 0 a 10 VCC para o inversor de frequência e com essa variação o dis- positivo alterna proporcionalmente a rotação do motor de 0 a 3500 rotações por minuto. 2.1.5 INTERFACES COM RELÉ A interface com relé, ou interface de acoplamento, é um importante recurso empregado na proteção dos módulos de entrada e saída digital de um CP, sendo sua utilização mais comum na saída, cuja função é isolar o módulo digital do CP e os elementos externos, como por exemplo, uma bobina de um contator ou uma solenoide. Caso ocorra algum curto-circuito, por exemplo, na bobina de um contator que está ligada à saída da interface ao relé, ele poderá ser danificado, porém a saída do CP será preservada. 372 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Veja um exemplo de um diagrama de instalação desse tipo. módulo de entrada controlador programável interface com relé GND %I0.0 %I0.1 %I0.2 %I0.3 220 VAC 220 VAC +24 V S1 S2 S3 S4 sensores e chaves módulo de saída controlador programável interface com relé GND GND %Q0.0 %Q0.1 %Q0.2 %Q0.3 220 VCA 24 VCC 220 VCA K1 E1 Y1 Figura 21 - Instalação de interface com relé nas entradas e saídas de um CP Fonte: SENAI-SP (2013) 2.1.6 CONFIGURAÇÃO DO HARDWARE DO CP Para configurarmos o hardware do CP, inserimos no seu software de programa- ção as características de todos os seus módulos e acessórios instalados. Essa con- figuração deve corresponder exatamente aos dispositivos instalados fisicamente no trilho do CP. Se o CP utilizado for, por exemplo, um equipamento modular, você deve es- pecificar o rack, que é o bastidor onde ficam os slots para encaixe dos módulos, a fonte de alimentação do CP, a UCP e os módulos de entrada e saída analógicos e digitais. Ao terminar a configuração do hardware, clique em Salvar e o software com- pilará os dados, realizando uma espécie de “verificação” das informações. Em se- guida, é necessário enviar a configuração para a memória do CP através da opção Download. Caso exista alguma inconsistência, ele emitirá um aviso de erro. Se isso ocorrer, você deve identificar a divergência e corrigi-la. A conexão do computador com o CP é feita por cabos e conectores específicos de cada fabricante. Veja um exemplo. 38 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS conectores DB9 Figura 22 - Cabo para comunicação do microcomputador com o CP Fonte: SENAI-SP (2013) Existem cabos com um adaptador eletrônico entre os conectores existentes entre suas extremidades. Esse adaptador converte o sinal que sai do microcom- putador do padrão serial para outro padrão, que pode ser o RS-232, o RS-485, USB ou outro conforme especificações do fabricante. De acordo com a norma IEC 61131/2003, em seu item 3, o procedimento de configurar o hardware do CP é semelhante, independentemente da marca ou do modelo, mas devemos sempre consultar os manuais ou tutorial do CP utilizado. 2.2 IHM A Interface Homem-Máquina, mais conhecida como IHM ou em inglês HMI (Human Machine Interface), é um equipamento eletrônico acoplado a uma tela de LCD (display de cristal líquido). Sua função é monitorar e, em alguns modelos, até interferir em uma planta de processo industrial. É importante que a IHM seja instalada em local protegido de raios solares, de calor e de umidade. FIQUE ALERTA Observe o tipo de alimentação utilizada para não dani- ficar (queimar) o dispositivo, pois existem modelos que utilizam uma fonte externa de alimentação de 12 ou 24 V, enquanto outros modelos já possuem a fonte integra- da, necessitando, portanto, a conexão de uma tensão de rede para alimentação (90 a 240 V). Na figura a seguir, temos as vistas com as indicações das conexões de alimen- tação e comunicação de um tipo de IHM. 392 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs veri�car fusível comunicação RS 232 Figura 23 - Vista traseira de uma IHM Fonte: SENAI-SP (2013) Como procedimento de segurança, a conexão da alimentação da IHM deve ser efetuada com a fonte desligada. Nesse exemplo, é possível observar que o fio de cor vermelha representa o positivo da alimentação (+24 V), o fio cinza é o negati- vo (comum) e o verde/amarelo é o fio terra. A comunicação utilizada pelo modelo apresentado é do tipo serial RS 232. Uma única IHM pode se comunicar simultaneamente, através de uma rede de dados, com diversos Controladores Programáveis. 2.3 RELÉS PROGRAMÁVEIS Os relés programáveis, também conhecidos como micro CLPs, minicontro- ladores programáveis e mini CLP, são dispositivos de controle destinados a pe- quenas aplicações por possuírem recursos de programação limitados: possuem somente funções básicas, têm pouca capacidade de memória e linguagens de programação limitadas. Porém, possuem algumas vantagens: integram fonte, UCP, módulos de entrada e saída, IHM e teclado em um único módulo, sendo compactos e de baixo custo. SAIBA MAIS Devido à variedade de modelos de IHMs existentes no mercado, você deve consultar os manuais e catálogos do fabricante para obter os dados de instalação. Para conhecer alguns modelos e saber mais sobre sua instalação, consulte fabricantes como: Mitsubishi Eletric, Atos, Schneider, Sie- mens, WEG, entre outros. 40 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Veja alguns exemplos de relés programáveis. Figura 24 - Exemplos de relés programáveis: Clic02 e Logo Fonte: SENAI-SP (2013) A fixação de relés programáveis é muito simples porque é feita sobre trilhos tipo DIN para painel. Veja a seguir como é feita essa instalação: Figura 25 - Instalação do relé programável em trilho DIN Fonte: WEG (2013) Observe que o encaixe do relé programável no trilho se faz de cima para baixo, forçando levemente o módulo até que ocorra o encaixe da trava plástica. Caso seja necessário retirar o módulo do trilho, basta realizar a operação inver- sa, lembrando-se de destravar o relé antes de retirá-lo do trilho. Para destravá-lo, basta puxar a trava para baixo com uma chave de fenda de tamanho adequado. 412 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs Caso seja necessário, é possível aumentar o número de saídas para controlar novas cargas que, por ventura, sejam adicionadas ao processo produtivo. Veja, a seguir, um módulo de expansão sendo acoplado eletricamente por um conector de encaixe. As duas peças ocuparão o mesmo trilho DIN, sendo necessá- rio deslizar o módulo de expansão para plugá-lo ao módulo principal já instalado. SG2-8ER-A Output 4 x Relay / 8A Q1 Q2 Q3 Q4 DC 24V Input 8 x DC(A1,A2 0~10V) SG2-12HR-D + - I1 I2 I4I3 I5 A1I6 A2 Input 4×AC L N Run AC 100~240V X4X1 X2 X3 Output 4 x Relay / 8A Y1 Y2 Y3 Y4 conector trilho DIN grampo trilho DIN Figura 26 - Relé programável com módulo de expansão acoplado Fonte: WEG (2013) Após o encaixe dos módulos, é recomendável aplicar o grampo para segurar o relé programável na posição, conforme demonstra a Figura 26. A posição e o local da instalação de um relé programável dentro de um painel são importantes para facilitar a dissipação de calor, evitando superaquecimentos e interferências, bem como situações de manutenção. Veja, na figura a seguir, al- gumas indicações quanto à posição de instalação do relé programável ou do CP dentro de um painel. 42 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Figura 27 - Instalação de relé programável ou CP em painel industrial Fonte: WEG (2013) Na instalação, também é importante considerar as condições externas ao pai- nel, garantindo proteção contra: a) exposição direta a raios solares e fontes de calor; b) chuva, umidade excessiva e maresia; c) líquidos, gases e vapores inflamáveis, explosivos e/ou corrosivos; e d) vibração excessiva, poeira ou partículas metálicas ou oleosas em suspen- são. 432 Instalação de Controladores lógICos ProgramáveIs reCaPItulando Neste capítulo, você estudou um dos mais importantes equipamentos utili- zados em ambientes industriais: os controladores programáveis. Viu adiferença entre os controladores monobloco e modular e como fazer a instalação desses dispositivos e seus respectivos periféricos, tais como: fon- te de alimentação VCA/VCC, unidade central de processamento, entradas digitais, entradas analógicas, saídas digitais, saídas analógicas, entre outros. Estudou, também, o método de configuração do hardware do controlador programável e como enviar essa configuração ao CP. Viu as interfaces ao relé e interface homem-máquina (IHM), assim como as ligações e os relés programáveis. A essa altura, você já se certificou que esses dispositivos, especialmente os controladores programáveis, as IHMs e os relés programáveis são de grande importância para as máquinas e sistemas automatizados, pois controlam grande parte das decisões do funcionamento de um sistema industrial. manutenção de sistemas com Controladores lógico Programáveis 3 Você se lembra do controlador programável (CP) ou controlador lógico programável, como também é conhecido? Vimos esse dispositivo no capítulo 2 - Instalação de Controladores Lógi- co Programáveis. Resumidamente, são equipamentos industriais que fazem o controle do funcionamento de máquinas e sistemas automatizados. Agora, imagine os circuitos de comandos elétricos que vimos na Unidade de Comandos Elétricos, montados com uma quantidade reduzida de contatores, temporizador e cabos. Você imagina se é possível reduzir esses componentes? Sim, isso é possível, pois esses circuitos são elaborados virtualmente, em um programa do fabricante do CP, por meio de uma linguagem de programação padronizada que iremos co- nhecer melhor no decorrer deste capítulo. Lembre-se de que este capítulo trata da manutenção dos sistemas que utilizam CPs e, para que você tenha um bom aproveitamento, vale a pena relembrar os assuntos relacionados a esse dispositivo no capítulo sobre instalação. Dessa forma, ao fi nal deste capítulo aprenderemos: a) a fi nalidade e o funcionamento dos controladores programáveis; b) a programação de entradas e de saídas digitais; c) o monitoramento e a interpretação de programas de aplicações industriais; d) a identifi cação de possíveis falhas do CP e de seus periféricos; e) os procedimentos de teste para confi rmação de falhas em sistemas com CP; f ) os testes em cabos de redes industriais. 46 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 3.1 FINALIDADE DOS CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS (CPS) Como o próprio nome sugere, os controladores programáveis, ou CPs, têm por objetivo controlar máquinas ou processos por meio da leitura de sinais de entrada (como chaves ou sensores) e decidir, por meio de instruções pré-programadas, as ações a serem realizadas no controle de relés, válvulas, motores e demais cargas. Vejamos um CP monobloco conectado a esses dispositivos na figura a seguir. Sensor de temperatura Sensor indutivo Chave fim de curso Botoeira Inversor de frequência Válvula Contator Lâmpada de sinalização CP Figura 28 - Dispositivos ligados a um CP Fonte: SENAI-SP (2013) Para entender melhor a finalidade do CP, vamos pensar um pouco sobre as montadoras de automóveis que a cada ano lançam novos modelos. Imagine ter que alterar todo o projeto dos movimentos das máquinas que executam a montagem dos carros em pouco tempo, com baixo custo e pouca modificação de cabeamento e componentes. Podemos traduzir tudo isso em flexibilidade. Foi justamente esse o grande motivo da criação do CP em 1968 para uma montadora que tinha como objetivo dar maior flexibilidade a esse processo, além de reduzir custos de projeto e manutenção. 473 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Assim, o CP, além de ser fundamental para o controle industrial, é muito impor- tante para a manutenção, pois facilita e agiliza a detecção de falhas em determi- nados processos. São inúmeras as finalidades do controlador programável, mas, para tirarmos um bom proveito delas, precisamos estudar com muita atenção os assuntos organizados nos itens a seguir. 3.2 SISTEMA DE MEMÓRIAS DO CONTROLADOR PROGRAMÁVEL (CP) Vimos no capítulo 2, de Instalação de Controladores Lógico Programáveis, que a estrutura básica de um CP é composta por fonte, CPU e módulos de entradas e saída de sinais. Assim, como já estudamos a estrutura do CP anteriormente, o que veremos a seguir é o conceito sobre memórias de um CP. O controlador programável possui em sua estrutura alguns tipos de memórias que têm a função de armazenar todas as instruções e todos os dados necessários para executá-los. Porém, para cada tipo de informação, existe uma memória es- pecífica. Inicialmente, vamos comparar os diversos tipos de memória para em seguida vermos a utilização no CP. Observe o quadro a seguir. Quadro 4 – Tipos de memórias do CP e características TIPO DE MEMÓRIA DESCRIÇÃO CARACTERÍSTICAS ROM Memória somente de leitura. • Não volátil (mantém os dados). • Gravada pelo fabricante. • Não permite apagamento. PROM Memória programável somente de leitura. • Não volátil. • Gravada uma vez pelo usuário. • Não permite apagamento após a primeira gravação. EPROM Memória programável/ apagável somente de leitura. • Não volátil. • Gravada pelo usuário. • Permite apagamento por exposição à luz ultravioleta. EEPROM EPROM EAROM Memória programável/ apagável somente de leitura. • Não volátil. • Gravada pelo usuário. • Apagável eletricamente. FLASH Memória reprogramável compacta, de baixo consu- mo, durável e segura. • Não volátil. • Gravada pelo usuário. • Apagável eletricamente. RAM Memória de acesso alea- tório. • Volátil (apaga na falta de energia). • Gravável e regravável pelo usuário. 48 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Vejamos agora a função de algumas das memórias do controlador programá- vel. Quadro 5 – Função das memórias do CP UTILIZAÇÃO DA MEMÓRIA TIPO FUNÇÃO NO CP Memória do programa monitor (firmware1) EEPROM Responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CP e não pode ser alterada pelo usuário. Entre essas atividades, está a transferência de programas entre microcomputador e CP. Memória do usuário EEPROM/Flash, EEPROM ou RAM (mantida por bateria ou capacitor) O programa da aplicação desenvolvido pelo usuário é armazenado nessa memória, que pode ser alterada pelo mesmo programa. Memória de dados RAM É a região de memória destinada ao armaze- namento temporário dos dados gerados pelo programa do usuário, tais como valores de tempo- rizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso etc. Memória imagem das entradas/ saídas RAM Sempre que a CPU executa o ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas, ela armazena os estados da cada uma das entra- das ou das saídas nessa região de memória. A seguir vamos aprender um pouco sobre o funcionamento do CP. 3.3 FUNCIONAMENTO DO CONTROLADOR PROGRAMÁVEL (CP) Para entendermos melhor como funciona um controlador programável, va- mos fazer uma analogia com um computador convencional, pois os dois possuem características de arquitetura interna semelhantes (como fonte de alimentação, CPU, memórias e sistema de entrada e saída de dados), mas com estrutura física diferente, visto que as aplicações também são distintas. No quadro a seguir, ilustramos dois exemplos: um de aplicação do computa- dor e outro do CP. Acompanhe. 1 FIRMWARE É um conjunto de instruções programadas diretamente no hardware de um equipamento eletrônico. Esse conjunto é armazenado permanentemente em um circuito integrado de memória de hardware, como uma memória ROM, PROM, EPROM ou ainda EEPROM, no momento da fabricação do componente. 493 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Quadro 6 – Analogia entre o computador e o CP LIGAR O ÁUDIO DO COMPUTADOR PISCAR UMA LÂMPADA ATRAVÉS DO CP Quando o botão do teclado é pressionado, é enviado um sinal em forma de dados para o sistema de entrada do computador, no caso uma porta USB.A memória armazena esses dados, a CPU os processa e envia a um sistema de saída de dados, nesse caso de áudio, e finalmente a caixa de som liga, produzindo, por exemplo, uma música. Veja a figura a seguir. Quando um botão é pressionado, este envia um sinal para o módulo de entrada. A memória armazena esse sinal em forma de dados, a CPU os processa de acordo com um programa específico e os envia para o módulo de saída, que nessa situação liga a lâmpada e a faz piscar. Veja a figura a seguir. Você pode perceber que, na analogia feita, seguimos uma lógica de trabalho com base em um ciclo de leituras de entradas e atualizações de saídas. Vamos ver a seguir como isso ocorre com um pouco mais de detalhes. 3.3.1 CICLO DE PROCESSAMENTO (SCAN) Existem diversas formas para se referir ao ciclo de processamento do CP, como scan ou varredura, que nada mais é do que um ciclo completo de operação do controlador. É a forma mais antiga de execução de um programa dentro da estru- tura do CP, ou seja, as instruções de programa contidas na memória são lidas, uma após a outra, do início até a última e, daí, retorna ao início ciclicamente. Como veremos na figura a seguir, logo que ligamos o CP, ocorrem o reset auto- mático e os testes internos de hardware. Se todos os testes forem bem-sucedidos, o CP estará liberado para executar a varredura com a execução do programa do usuário. Caso os testes sejam reprovados, alguns sons, LEDs sinalizadores ou men- sagens serão gerados, alertando sobre as falhas. Podemos resumir esse modo de funcionamento em leitura de entrada, proces- samento do programa do usuário e atualização das saídas. 50 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS O fluxograma a seguir ilustra bem como funciona o ciclo de processamento do CP. Tabela imagem da entrada Tabela imagem da saída Programa do usuário Reset automático Limpeza de memória Teste de memória RAM Teste de execução Teste OK Início Não Sim Leitura das entradas Atualização da tabela de imagem das entradas Execução do programa do usuário Atualização da tabela de imagens das saídas Transferência da tabela de imagens para as saídas Sim Não Falha Tempo de varredura OK Dispositivo de entrada Dispositivo de saída Módulo de entrada Módulo de saída Botoeira Figura 29 - Ciclo de processamento convencional do CP (scan) Fonte: SENAI-SP (2013) Para detecção de erros, é determinado um tempo de processamento (ou tem- po de varredura) e, caso esse tempo seja ultrapassado, um circuito chamado de watchdog timer faz com que a execução do programa seja interrompida, gerando um alerta de falha na CPU. Os modelos atuais de controladores trabalham com processamento paralelo, fugindo da execução sequencial e atendendo a várias rotinas quase que ao mes- mo tempo. 513 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs A desvantagem do processamento sequencial utilizado pelos CPs convencio- nais é o fato de não poder atender a uma emergência na sequência do programa. Por exemplo, se um sinal de emergência ocorrer, o sistema deveria interromper o ciclo normal e atendê-la prioritariamente até chegar à linha de programa relativa a essa emergência. Nessa forma de processamento, isso não é possível. Agora, se for utilizar o outro modelo de processamento, que segue a norma IEC 61131-3, isso já é possível, pois, entre outras funções, esse modelo permite que partes do programa sejam divididas e executadas em diferentes tarefas. Assim, a interrupção de emergência pode ser imediatamente atendida. A cada tarefa, po- demos atribuir um período de execução e uma prioridade. Essa técnica permite estruturar a programação em elementos funcionais ou program organization units (POUs). Observe na figura a seguir que o CP convencional está preso à sequência de execução. Loop infinito: Lê entradas Executa lógica Atualiza saídas Tarefa 1 Tarefa 2 Tarefa 3 Tarefa 4 PLC convencional x IEC 61131 - 3 Recurso Tarefa Programa Figura 30 - Comparação do modelo de processamento do CP convencional e do modelo apresentado pela norma IEC 61131-3 Fonte: SENAI-SP (2013) Veremos mais detalhes sobre o modo de programação estruturada no capítulo sobre programação do Controlador Lógico Programável. Mas para entendermos ainda um pouco mais sobre o funcionamento do CP, faremos uma comparação entre ele e o sistema de comandos elétricos. Veja a seguir. VOCÊ SABIA? Se houver falta de energia no CP, o programa que estava sendo executado é perdido. Isso acontece porque esse programa normalmente é armazenado na memória do usuário, que é do tipo RAM (volátil). Para que isso seja evitado, devemos utilizar um modelo de CP que disponi- bilize o uso de memória RAM com bateria. Outra alterna- tiva é utilizar uma memória do tipo flash EEPROM, assim os dados são mantidos no caso de queda de energia. 52 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 3.3.2 SISTEMA DE COMANDO ELÉTRICO X CONTROLADOR PROGRAMÁVEL (CP) Para esclarecer melhor como é o funcionamento do controlador programável, tomaremos como base os conceitos sobre comandos elétricos. Para isso, vamos relembrar o sistema de partida direta de motores elétricos, estudado na Unidade de Comandos Elétricos, analisando a figura a seguir. M M1 3 F7 K1 3 60 Hz/220 V L3 L2 L1 2 4 6 1 3 5 ~ ~ L1 F21 2 ~ 60 Hz/220 V Circuito controlado ppotênciaêCircuito de controle pcomandoê 95 96 1 2 S0 S1 3 4 K1 13 14 K1 A1 A2 L2 F22 F1, 2, 3 PEF7 Figura 31 - Acionamento de partida direta de motor trifásico Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que, ao pressionar S1, a bobina de K1 é energizada, fechando o con- tato auxiliar 13-14 (selo) e os contatos de potência que, por consequência, ener- gizam o motor. Para desligar o motor, basta pressionar o botão S0. Se ocorrer alguma sobre- carga, o motor também é desligado pelo contato 95-96 do relé térmico. Agora você deve estar se perguntando: o que um sistema de acionamento de partida direta tem a ver com o controlador programável? Claro que é uma aplicação simples para a grande funcionalidade do CP. Nes- se caso, o intuito é substituir o circuito de comando elétrico por um controlador programável, fazendo com que todas as interligações físicas de cabos entre os componentes não sejam mais necessárias com a utilização do CP. 533 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Para melhor entendimento, note na figura a seguir que os dispositivos de en- trada, S0, S1 e F7, são conectados diretamente ao módulo de entrada de um CP monobloco, assim como os dispositivos de saída, como no caso do contator K1, que está conectado ao módulo de saída digital. Perceba também que o circuito de potência deve ser mantido. M M1 3 F7 K1 K1 A1 A2 3 ~ 6, Hz)22, V E24 Vcc , V F7 L3 L2 L1 2 4 6 1 3 5 ~ S, S1 Controlador programável Dispositivo de saída Dispositivos de entrada Circuito de comando Circuito de potência Elemento de controle ímini-CPu PE F1( 2( 3 Figura 32 - Substituição do circuito de comando pelo CP Fonte: SENAI-SP (2013) Vimos na figura anterior que os dispositivos foram conectados ao CP, mas como será que o CP “sabe” que deve acionar o contator K1 quando S1 for pressionado? Para isso, é necessário elaborar um diagrama elétrico dentro do CP, utilizando uma linguagem de programação. Existem algumas linguagens padronizadas, po- rém nesse caso será abordada apenas a linguagem Ladder, pois esta se assemelha bastante com o diagrama de comandos elétricos. Falaremos mais sobre esse as- sunto mais adiante. Agora, observe na figura a seguir que existe uma relação de correspondên- cia entre os elementos do comando, que já vimos, e os elementos do programa Ladder. 54 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS L1 F21 Circuito de comando Programa Ladder F7 95 96 1 2 S0 S1 3 4 K1 13 14 K1 A1 A2 L2 F22 Linha 001 002 % I0.3 % I0.2 % I0.1 % Q0.1 % Q0.1 Figura 33 - Partida direta utilizando linguagem Ladder Fonte: SENAI-SP (2013) As entradas de sinaisdo circuito de comando são os botões S1 e S0 e o relé tér- mico F7, que correspondem na programação Ladder aos contatos lógicos %I0.1, %I0.2 e %I0.3. A saída K1, bobina do comando, é representada pelo bit Q0.1 da linha 001 de programação no diagrama Ladder. Já o contato K1 13-14, contato de selo, é representado pelo contato lógico %Q0.1 na linha 002 de programação. Ao longo deste capítulo, estudaremos com mais detalhes essas nomenclatu- ras. O programa Ladder é normalmente feito em computador convencional, cha- mado terminal de programação, no qual se utiliza um software específico do fa- bricante do CP. Depois de elaborado, o programa é enviado (via download) para o CP, que o salva em sua memória e executa o ciclo de processamento. Perceba na figura a seguir que os contatos dos dispositivos F7, S0 e S1 são conectados às entradas digitais (I1, I2, I3) do CP e que estas possuem endereços específicos (%I0.1, %I0.2 e %I0.3). Essa situação também serve para o dispositivo de saída. 553 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs K1 A1 A2 +24 Vcc 0 V F7 S0 S1 Controlador programável Circuito de controle Terminal de programaçãoCorrespondência % I0.3 % I0.2 % I0.1 % Q0.1 % Q0.1 Download Correspondência Figura 34 - Endereçamento utilizando linguagem Ladder Fonte: SENAI-SP (2013) Além disso, esse tipo de programação também pode ser monitorado, por exemplo: se o botão S1 for pressionado, o endereço %I0.3 muda de cor, demons- trando em tempo real (online) que o contato foi acionado. Até o momento, aprendemos como interpretar um diagrama Ladder. Veremos agora como é feita a programação, mais especificamente como elaborar o progra- ma para receber entradas e acionar saídas digitais. 3.4 PROGRAMAÇÃO DE ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS Como vimos, existe uma norma que padroniza as linguagens de programação, que é a IEC 61131-3. As linguagens indicadas por essa norma são: a) Diagrama Ladder (LD - Ladder Diagram); b) Diagrama de Blocos Funcionais (FBD - Function Block Diagram); c) Texto Estruturado (ST - Structured Text); d) Lista de Instruções (IL - Instruction List); e) Diagrama Funcional de Sequências (SFC - Sequential Function Chart). VOCÊ SABIA? Grande parte dos CPs disponibilizam uma função cha- mada Upload, que tem como objetivo recuperar o pro- grama gravado na memória do CP, seja para verificar alterações, seja para fazer uma cópia de segurança. 56 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Neste capítulo, vamos trabalhar com a linguagem Ladder pela grande utiliza- ção no País, além da facilidade de adaptação, já que ela se assemelha aos diagra- mas de comandos elétricos. O nome Ladder foi dado pela semelhança com a estrutura de uma escada (ladder significa “escada” em inglês). O Diagrama Ladder (LD) também é uma lin- guagem de programação orientada a elementos gráficos que se aproximam da estrutura de um circuito elétrico, só que na horizontal. Nos quadros a seguir, demonstramos os símbolos referentes a alguns dispositi- vos de entradas e saídas digitais do CP, conforme a norma IEC 61131-3. Quadro 7 – Símbolos para contatos de acordo com norma IEC 61131-3 DISPOSITIVO DE ENTRADA DIGITAL CONTATO NORMALMENTE ABERTO - NA (OU NORMALLY OPEN - NO, EM INGLÊS) CONTATO NORMALMENTE FECHADO - NF (OU NORMALLY CLOSED - NC, EM INGLÊS) Sensor Chave fim de curso Botão Pressostato Quadro 8 – Símbolos para saída digital de acordo com norma IEC 61131-3 DISPOSITIVO DE SAÍDA DIGITAL BOBINA BOBINA NEGADA Contator Sinalizador Bobina solenoide Você deve ter percebido que tanto para entrada como para saída digital, os símbolos dos dispositivos são os mesmos, ou seja, para entrada digital tanto faz ser um botão ou sensor, pois o símbolo será igual. Na saída digital temos a mesma situação: seja o acionamento de um solenoide, seja de uma lâmpada, o símbolo também é igual. Outro detalhe importante é que cada dispositivo conectado no CP é associado a um endereço, o qual indica a localização de memória do CP e é identificado por letras e números, cuja nomeclatura depende de cada fabricante. Veja o quadro a seguir. Quadro 9 – Exemplo de endereçamentos de entradas e saídas digitais FABRICANTE ENDEREÇAMENTO DE ENTRADAS ENDEREÇAMENTO DE SAÍDAS Siemens I0.0, I0.1 . . . I0.7 Q0.0, Q0.1 . . . Q0.7 Altus %I0.0, %I0.1 . . . %I0.7 %Q0.0, %Q0.1 . . . %Q0.7 Allen Bradley I:0/0, I:0/1 . . . I:0/7 O:0/0, O:0/1. . . O:0/7 573 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Para entendermos melhor esse exemplo, vamos ver como ficaria a programa- ção aplicada ao acionamento de um motor com reversão de rotação. Esse tipo de acionamento foi visto na unidade de comandos elétricos. Relembremos o diagrama. M M1 3 F7 K1 3 ~ 60 Hz/220 V L3 L2 L1 2 4 6 U V W 1 3 5 ~ K2 2 4 6 1 3 5 L1 F21 2 ~ 60 Hz/220 V 95 96 1 2 S0 S1 3 4 K2 31 32 S2 3 4 K2 13 14 K1 13 14 K1 A1 A2 L2 F22 K1 31 32 K2 A1 A2 F1, 2, 3 F7 PE Figura 35 - Diagrama de comando e potência para reversão de motor trifásico Fonte: SENAI-SP (2013) Observe o diagrama de comando e identifique quais são os dispositivos de entrada e saída digital a serem conectados no CP. Identificou? Agora, confira: a) entradas digitais: F7, S0, S1 e S2; b) saídas digitais: K1 e K2. Substituindo o diagrama de comando por um controlador programável mo- nobloco, os circuitos ficam assim: 58 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS M M1 3 F7 K1 K1 K2 K2 K1 31 32 31 32 F1, 2, 3 ~ 60 Hz/220 V L3 L2 L1 2 4 6 U V W 1 3 5 ~ K2 2 4 6 1 3 5 Controlador programável Circuito de comando Circuito de potência F7 S0 S1 S2 3 4 3 4 95 96 1 2 3 PE Figura 36 - Comando de reversão de motor utilizando um CP Fonte: SENAI-SP (2013) Na figura a seguir é demonstrada uma tela de elaboração de programa Ladder. Observe o programa e perceba que ele ficou muito semelhante ao diagrama de comando elétrico tradicional. É importante destacar que a identificação das entradas, no programa, costuma ser diferente da indicação impressa próxima aos bornes, no CP. Isso ocorre porque a identificação das entradas no programa é feita por meio de endereços, que podem variar de acordo com o fabricante do CP ou com o ambiente de programa- ção. No exemplo da figura 37, os endereços são indicados por meio do símbolo %, seguido pelo número que representa cada endereço. Na mesma figura há uma legenda com a relação entre entradas indicadas nos bornes do CP com os ende- reços utilizados no programa. A principal diferença que se pode notar entre o esquema do comando apre- sentado na figura 36 e o programa da figura 37 é a utilização de contatos NA para as entradas %I0.1 (ligada ao relé térmico F7) e %I0.2 (ligada ao botão S0). Note que, no comando, o relé térmico F7 e o botão S0 possuem contatos NF. Qual a ra- zão para representá-los, no programa, como contatos do tipo NA? Para entender melhor como isso funciona, vamos imaginar que desejamos ligar o contator K1, 593 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs representado por %Q0.1. Para isso, as entradas %I0.1, %I0.2 e %I0.3 precisam ser acionadas. Como as entradas %I0.1 e %I0.2 estão conectadas a dispositivos com contatos NF, as duas já dão condições para o acionamento. Portanto, para ligar %Q0.1, basta acionar %I0.3, o que é feito quando pressionamos botão S1, já que ele possui contatos físicos do tipo NA. Contatos de selo virtual % I0.3% I0.2% I0.1 % Q0.1 % Q0.1 % Q0.2 % Q0.1 % Q0.2 % Q0.2 % 0.4I Contatos de intertravamento 1 % 0.1 2 % 0.2 3 % 0.3 4 % 0.4 Identificação das entradas no CP no Programa I I I I I I I I Figura 37 - Programação em Ladder para reversão de motor Fonte: SENAI-SP (2013) Outro detalhe que precisamos observar refere-se aos contatos auxiliares rela- cionados a %Q0.1 e %Q0.2 (selos), assim como a %Q0.1 e %Q0.2 (intertravamen- tos). Esses contatos não existem fisicamente, ou seja, são apenas contatos virtuais. A partir do itema seguir, estudaremos a ocorrência de possíveis falhas em sis- temas que utilizam controladores programáveis, além de verificarmos alguns pro- cedimentos de teste para correção de tais falhas. 3.5 MANUTENÇÃO DE SISTEMAS COM CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS (CP) Da mesma forma que fizemos anteriormente, utilizaremos uma aplicação como base para o nosso estudo. Vamos lá! A figura a seguir demonstra um processo de secagem de peças que funciona da seguinte forma: a) o sistema é ligado por um botão S3 (NA). O motor M1 é acionado, movi- mentando a esteira; b) o sensor ótico S1 (NF) detecta a peça e desliga M1, parando a esteira; c) a resistência R1 e o motor M2 resfriador são ligados, iniciando a secagem da peça; d) após um tempo de 10 segundos, desligam R1 e M2 e liga novamente M1; e) o sensor ótico S2 (NF) detecta a peça e desliga M1, e a peça pode ser retira- da da esteira pelo operador. 60 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS O botão S4 (NF) desliga a máquina, caso necessário; e o botão S5 (NF) faz o desligamento se acontecer alguma emergência. S1 S2 R1 M1 M2 CP IHM S3S4S5 S1 S2 MI 3~ M2 3~ S1 S2 R1 Figura 38 - Sistema de secagem de peças com CP Fonte: SENAI-SP (2013) Note que esse processo possui uma interface homem-máquina (IHM) conec- tada ao CP. A IHM, nesse caso, tem a função básica de receber sinais provenientes de sensores e botões e demonstrar de forma gráfica ao operador tudo o que está acontecendo com a produção. Esse tipo de IHM se torna também uma ferramenta para o diagnóstico de fa- lhas, pois, além de monitorar, é capaz de armazenar em um banco de dados os alarmes e eventos gerados no instante em que ocorrerem. Vejamos agora o diagrama elétrico de instalação do controlador programável. 613 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Pg XX Pg XX 1 2 1 2 A1 A2 A1 A2 A1 A2 14 15 1 2 3 4 Q03 L1A L1 L2 L1 L2 L2A Fonte 24 Vcc FT01 F02 F03 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 Q1 Q2 Q3 K3 K2 K1 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 +V 0V PE P2 P N 28 29L1A L2A S5 PE 16 16 12 18 S4 S3 S2 S1 Pg XX Figura 39 - Diagrama elétrico de instalação do CP Fonte: SENAI-SP (2013) Perceba no diagrama elétrico que as saídas digitais estão ligadas a contatores (K1, K2 e K3) que por sua vez acionam as respectivas cargas motor (M1), motor M2 e resistência (R1), funcionado como uma interface de potência. A seguir, podemos acompanhar o diagrama Ladder do sistema de secagem de peças. A novidade desse sistema está na inserção de um temporizador com retardo na energização, cujo princípio de funcionamento vimos na unidade de comandos elétricos. A diferença é que agora o temporizador (T1) usado no con- trolador é apenas um elemento virtual, e não mais físico. Veja. Contato de selo virtual S4 (desliga) S5 (emergência) Temporizador %I0.3%I0.5%I0.4 %Q0.1 %Q0.1 %I0.2%I0.1 %I0.1 T1 %Q0.2 % Q0.3 T1 T1 T1 S3 (liga) S1 (sensor 1) S1 (sensor 1) S2 (sensor 2) Resistência Motor 2 Motor 1 Figura 40 - Diagrama Ladder do sistema de secagem de peças Fonte: SENAI-SP (2013) 62 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Vamos analisar agora a descrição de funcionamento do Ladder visto no diagra- ma anterior. Ao pressionar o botão S3, o contato Ladder %I0.3 fecha e aciona a saída digital %Q0.1, ligando o motor M1 da esteira. Essa saída permanece ligada por um con- tato de selo virtual %Q0.1. A peça é movimentada pela esteira e, quando chega em frente ao sensor S1, este envia um sinal à entrada digital %I0.1, que abre o contato NF Ladder, desli- gando %Q0.1 e consequentemente o motor da esteira. Além disso, o contato NA de %I0.1 se fecha e liga %Q0.2, %Q0.3 e T1, que li- gam, respectivamente, o motor M2, a resistência e o temporizador. Este último tem como função manter o sistema de secagem ligado por um tempo predeter- minado. Assim, após um minuto, abre os contatos NF, desligando %Q0.2 e %Q0.3. Ao mesmo tempo, fecha o contato NA e liga K1, acionando novamente o motor da esteira. O sensor S2 detecta a peça e envia um sinal para a entrada digital %I0.2, que abre o contato NF, desligando %Q0.1, que para o motor e deixa a peça disponível para o operador retirá-la da esteira. Como faltou explicarmos sobre o desligamento do sistema, faremos isso a se- guir. Acompanhe. Você deve ter percebido que os contatos Ladder %I0.4 e %I0.5 correspondem, respectivamente, aos botões S4 e S5. Até aqui tudo bem, mas você saberia res- ponder por que esses contatos Ladder foram inseridos como abertos, já que os botões S4 e S5 são NF? Lembre-se que vimos uma situação semelhante nesse capítulo no programa em Ladder para reversão do motor. Isso acontece porque, como os botões S4 e S5 são NF, e assim estão constan- temente enviando alimentação à entrada do CP, fazendo com que os contatos Ladder correspondentes, %I0.4 e %I0.5 (NA), se fechem. Com isso, temos “sinal” para o restante do circuito Ladder. Dessa forma, caso pressionemos qualquer um dos botões S4 ou S5, estes abrem os contatos e interrompem a alimentação para o CP, o que faz com que os contatos Ladder %I0.4 e %I0.5 se abram, interrompendo o sinal para o restante do Ladder e desligando as saídas. Para darmos continuidade aos nossos estudos, vejamos no item a seguir as possíveis falhas e os procedimentos de teste que poderemos realizar em um sis- tema com CP. 633 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Possíveis falhas e procedimento de testes do controlador programável (CP) No caso da manutenção do sistema com CP, será que ele dificulta ou facilita a detecção de falhas? Vejamos. Sabendo manipular, o CP facilita o diagnóstico de falhas, principalmente por- que temos a possibilidade de monitorar à distância todo o processo, como sinais de entradas e saídas. A seguir, observe algumas possíveis falhas e o efeito no circuito. Quadro 10 – Possíveis falhas do sistema com CP e efeitos no circuito PARTE OU COMPONENTE DO CIRCUITO POSSÍVEL FALHA EFEITO NO CIRCUITO 1 Sensor óptico 1 Desalinhamento entre emissor e receptor. O sistema irá detectar que há uma peça no setor de secagem, permanecendo ligados a resistência e o motor resfriador.Receptor com falha interna. 2 Entrada digital do CP (I3) Entrada digital (I3) “queimada”. O sistema não inicia. 3 Fonte de alimentação Fonte queimada. CPU “apagada” e nada do sistema funciona. 4 IHM Mau contato do cabo de comunicação. Não recebe sinais do processo. Vejamos agora alguns procedimentos de teste para as falhas citadas no qua- dro anterior. Acompanhe. 64 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Quadro 11 – Procedimentos de teste para detectar falhas em sistemas com CP PARTE OU COMPONENTE DO SISTEMA FALHA OCORRIDA PROCEDIMENTO DE TESTE 1 Sensor óptico 1 Desalinhamento entre emissor e receptor. Muitos sensores possuem LED indicativo de ali- nhamento. Caso não possuam, deve-se retirar qualquer peça que esteja em frente ao sensor e medir tensão na entrada digital em relação ao negativo da fonte. Caso o receptor não esteja regulado ou com falha, não irá indicar tensão. Receptor com falha interna. 2 Entrada digital do CP (I3) Entrada digital (I3) “queimada”. Medir tensão na entrada digital (I1) em relação ao negativo da fonte. Caso haja tensão, mo- nitorar programa e verificar se, ao pressionar o botão (S1), o contato Ladder fecha. Caso não se altere, é provável que a entrada esteja “queimada”. 3 Fonte de alimentação Fonte danificada. Medir tensão na entrada e saída da fonte. Se há tensão apenas na entrada, então a fonte está com algum problema. 4 IHM Mau contato do cabo de comunicação. Movimentar plugue e verificar se não está solto ou desparafusado. FIQUE ALERTA Caso seja necessário efetuar a troca a quente de um módulo de entrada/saída do CP, o que significa realizar a substituição do módulo com a fonte de alimentação ligada, tenha cautela, pois corremos o risco de queima de componentes ou algum acidente no processo.Essa tarefa pode ser executada em alguns CPs, porém é ne- cessário consultar a especificação do CP para saber se este possui essa característica. De qualquer forma, por questões de segurança, sempre que possível evite o tipo de troca a quente. A seguir, vamos tratar um pouco da manutenção de cabos de redes industriais. Veremos detalhes sobre essas redes no próximo capítulo desta unidade.. Mas você sabe qual a função de uma rede de comunicação industrial? Acom- panhe o próximo item para entender. 653 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs 3.6 TESTES DE CABOS PARA REDE DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL Até há algum tempo, as redes de comunicação restringiam-se aos escritórios, que compartilhavam informações entre si. Atualmente, é quase que fundamen- tal na automação de um processo ter equipamentos industriais que se utilizam de controladores programáveis capazes de trocar dados entre si ou com outros dispositivos. Assim como o seu computador está conectado a outros computadores do mundo via internet, os controladores programáveis também necessitam estar interligados via redes industriais para obter um maior controle de processos pro- dutivos. Dessa forma, a função de uma rede é aumentar a integração das infor- mações geradas, desde o setor de produção até os setores administrativos, o que contribui para um aumento na automação de processos. Para compreender melhor a utilização das redes industriais, apresentamos a seguir um contexto que demonstra uma de suas aplicações. Imagine um processo industrial automatizado através do qual foi criado um novo setor que exigiu a instalação de uma grande quantidade de sensores e atu- adores. Estando o CP localizado a uma longa distância desse novo setor, torna-se ne- cessária a instalação de muitos cabos para a ligação dos sensores e atuadores até o controlador programável, além da instalação de uma maior quantidade de aces- sórios (como bandejamento, eletrodutos, painéis, entre outros) para comportar esses cabos. Veja a simulação a seguir. Figura 41 - Conexão de dispositivos distantes do CP com cabos convencionais Fonte: SENAI-SP (2013) E se pudéssemos substituir todos esses cabos por apenas um? Não seria inte- ressante? 66 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS É nesse contexto que podemos enxergar as aplicações da rede industrial, pois com apenas um cabo é possível transmitir e receber todos os sinais provenientes dos sensores e atuadores. Outra vantagem acontece na manutenção, pois o siste- ma recebe mais informações de status e diagnósticos, o que torna possível até a redução do tempo gasto em paradas para reparos. Veja na figura a seguir como ficou a substituição dos cabos convencionais pelo cabo de rede industrial. Figura 42 - Conexão de dispositivos distantes do CP com cabo de rede industrial Fonte: SENAI-SP (2013) Como vimos, a estrutura das redes industriais é caracterizada por interligar os diversos setores da empresa, mas para que isso aconteça temos um tipo de rede específico e um cabo correspondente. As redes industriais são diversas. Como exemplo, temos: Ethernet, Profibus, Modbus e As-interface. A seguir, apresentamos um quadro que demonstra dois exemplos de cabos de redes industriais: a rede Profibus-DP, cuja característica é se comunicar com dispo- sitivos de campo, como CP e inversores de frequência; e a rede As-interface, que executa a comunicação de dispositivos mais simples, como sensores e atuadores. Vejamos. 673 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Quadro 12 – Características de cabos de redes industriais para rede Profi bus e rede As-interface TIPO DE CABO CARACTERÍSTICAS Pr ofi b us D P São cabos de par trançado, que podem ser de dois ou quatro fi os. Os cabos a 2 fi os (fi gura ao lado), são os mais comuns, nos quais os sinais de comunicação e alimentação estão no mesmo par de cabos, de cores verde e vermelha. Com relação aos cabos a 4 fi os, dois são para alimenta- ção (marrom e branco) e dois para sinais de dados de comunicação (amarelo e verde). Os pares são torcidos e envolvidos por uma fi ta metálica. O conjunto possui uma malha de blindagem e um condutor não isolado de dreno para conexões de aterramento dos equipamentos. AS -in te rfa ce Pode ser redondo ou fl at. Possui um par de fi os que serve tanto para alimentação como para sinais de comunicação. Agora que vimos os exemplos e um breve resumo sobre cabos de redes indus- triais, vamos tratar da manutenção. 3.6.1 UTILIZAÇÃO DE MULTÍMETRO NA MANUTENÇÃO DE REDE INDUSTRIAL Quando falamos que há algum problema em uma rede industrial qualquer, logo imaginamos que é algo complexo de resolver. Mas a maioria desses proble- mas nada mais é do que alguma falha no cabeamento da rede. Para esse caso, o uso do multímetro é uma forma simples de detecção de tais falhas. Com o multímetro, é possível verifi car, por exemplo: a) inversão das linhas de dados; b) interrupção de uma das linhas de dados; c) interrupção na blindagem do cabo; d) curto-circuito entre as linhas de dados; e) curto-circuito entre as linhas de dados e a blindagem do cabo. 68 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Para tais detecções, basta utilizar o multímetro na função de continuidade ou resistência, adotando os mesmos conceitos que aprendemos com os cabos elé- tricos convencionais. Vejamos um exemplo de teste para detecção do rompimento de uma linha de dados de rede Profibus. a) Desenergizar cabo de rede, fazendo a desconexão do dispositivo instalado. b) Desconectar qualquer dispositivo que esteja no trecho de rede a ser medido. c) Desconectar terminações de rede. d) Curto-circuitar linhas de dados A e B em uma das extremidades do cabo Profibus. e) Inserir, na outra extremidade do cabo, um multímetro na escala de resistên- cia entre esses mesmos condutores. Veja uma imagem desse procedimento na figura a seguir. Figura 43 - Medição de resistência de cabo de rede industrial Fonte: SENAI-SP (2013) 693 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Se o valor indicado no multímetro for infinito ou apresentar valores na faixa de quilo-ohms, o trecho de cabo está interrompido e deve ser trocado ou efetuada a manutenção. O multímetro também poderá ser utilizado em outros tipos de redes indus- triais, desde que sejam respeitadas as características específicas de cada rede. Conheça no item a seguir exemplos de instrumentos com os quais podemos contar para realizar testes em redes industriais. 3.6.2 INSTRUMENTOS DE TESTE EM REDES INDUSTRIAIS Além da medição com o tradicional multímetro, há no mercado alguns instru- mentos específicos que são utilizados para testes do meio físico de diversos tipos de redes. É o caso do exemplo da rede Profibus-DP, que utiliza um instrumento conhecido como bus tester ou net tester, que, traduzindo, significa “testador de barramento” (veja próxima figura). Esse tipo de instrumento basicamente tem a função de diagnosticar defeitos como: a) interrupção de uma das linhas de dados A e B; b) interrupção na blindagem do cabo; c) perda de terminação ou terminação excessiva; d) curto-circuito entre as linhas de dados A e B. Figura 44 - Instrumento para testes de barramento Fonte: SENAI-SP (2013) Existem outras formas de detecção de falhas em redes industriais, como indi- cação de LEDs por meio dos dispositivos específicos de rede, uso de osciloscópio, softwares de CP, entre outras. 70 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Casos e relatos O caso a seguir apresenta o sistema de uma empresa metalúrgica que está com algumas falhas em uma parte do processo e necessita de solução para elas. Vejamos. O nome da empresa é Fortexi Metais. Essa organização está passando por uma grande reforma no processo de produção. O sistema de refrigeração de placas também necessita ser reformado devido à ocorrência de falhas constantes, que geram paradas para manutenção. Atualmente, esse siste- ma possui uma bomba que envia água para umtanque superior, contro- lado por chaves-boia. A saída do tanque é liberada por uma eletroválvula que alimenta bicos injetores que despejam água em placas. Todo o con- trole desses dispositivos é feito por um controlador programável. Veja na figura a seguir. Nível máximo Bicos injetores Nível mínimo Bomba Eletroválvula CP Figura 45 - Sistema de refrigeração atual da empresa Fortexi Metais Fonte: SENAI-SP (2013) SAIBA MAIS Para ter mais informações sobre redes industriais, consulte os sites: <http://www.smar.com/brasil/artigostecnicos> <http://www.profibus.org.br> Você ainda pode acessar sites de busca e digitar a expressão “redes industriais”. 2 SENSOR PICK-UP São sensores geradores de tensão que funcionam com base no princípio da autoindução. Eles podem ser incorporados a contadores, tacômetros, velocímetros e controladores de velocidade para informar os sinais necessários. 713 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Os maiores problemas desse sistema estão no desgaste físico das chaves- -boia e no entupimento dos bicos injetores, pois neste último o operador acaba demorando a perceber que está ocorrendo tal entupimento e isso causa problema na qualidade das placas. Para solução desses problemas, Marcelo, mantenedor da empresa, propôs as seguintes melhorias: • substituir as chaves-boia por um sensor ultrassom, pois este não tem contato físico com o processo e, assim, tende a minimizar as paradas; • instalar um medidor de vazão por turbina, cujo funcionamento interno se dá por um sensor pick-up2. Esse medidor terá como função indicar para o operador se a vazão está diminuindo com o passar dos dias, o que caracteriza que os bicos estão entupidos. Veja a simulação do sistema com as modificações. Bomba Eletroválvula Medidor de vazão Sensor ultrassom CP Figura 46 - Sistema de refrigeração com as modificações propostas pelo mantenedor Fonte: SENAI-SP (2013) Após o acompanhamento de operação do sistema, foi verificado que as mo- dificações realizadas por Marcelo obtiveram êxito, pois minimizaram consi- deravelmente as paradas não programadas para manutenção corretiva. 72 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS reCaPItulando Neste capítulo, vimos que o controlador programável (CP) possui uma fi- losofia de funcionamento parecida com a de um computador tradicional, porém com características de aplicação bem distintas. Relembramos como é composta a estrutura de um CP modular. Tratamos do terminal de programação e da IHM, que, entre outras funções específi- cas, são ferramentas importantes para os diagnósticos de manutenção. Demonstramos ainda uma aplicação industrial e abordamos as possíveis falhas em redes industriais e os procedimentos de testes para detecção. Vimos como pode ser feito de forma simples o teste de cabos em uma rede industrial com o uso do multímetro. Enfim, estudamos diversos conceitos sobre o controlador programável e seus componentes, sempre envolvendo a manutenção de sistemas auto- matizados. Percebemos o quanto o CP é importante para o controle de pro- cessos industriais, além de funcionar como uma grande ferramenta para o diagnóstico de manutenção. 733 manutenção de sIstemas Com Controladores lógICo ProgramáveIs Anotações: Programação de Controladores lógicos Programáveis (CPs) 4 Neste capítulo, iremos retomar e ampliar o que estudamos sobre controlador lógico pro- gramável (CP). Anteriormente, tivemos a oportunidade de aprender como instalar e realizar manutenção de sistemas eletroeletrônicos industriais que se utilizam de CP. Você já conheceu alguns conceitos básicos sobre linguagem de programação Ladder. Mas o que você acha de criar, também, programas em linguagem de bloco? Interessante, não é? Pois bem, teremos a oportunidade de estudar o assunto neste capítulo, tomando como base a Norma Regulamentadora IEC 61131-3. Além disso, aprenderemos como especifi car o hardware de um CP para determinadas apli- cações. Devemos escolher um CP modular ou monobloco? Tiraremos essas e outras dúvidas no decorrer deste capítulo. Bons estudos! 76 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 4.1 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO De forma ampla, podemos dizer que linguagem é comunicação. Esta pode se dar por meio de diálogos, textos, placas de trânsito, semáforos etc., ou seja, são inúmeras as formas de que o homem dispõe para se comunicar. Ocorre que a linguagem não é utilizada exclusivamente por seres humanos, mas também por máquinas. É nesse contexto que entra a linguagem de programação. Na área computacional, quando um computador precisa executar uma opera- ção, devemos determinar uma instrução de comando para ele. Assim, é possível dizer que linguagem de programação é uma forma de comu- nicação entre computadores e humanos por meio de conjuntos padronizados de instruções. Lembre-se de que começamos a estudar linguagem de programação aplicada a CP nos capítulos anteriores. Agora, iremos entendê-la um pouco mais. Antes, vejamos a seguir mais alguns conceitos importantes sobre memória de CP. 4.2 ÁREAS DE MEMÓRIA DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CP) No capítulo sobre manutenção de sistemas com controladores lógicos pro- gramáveis (CPs) aprendemos que as entradas e as saídas de um CP devem ser identificadas basicamente com as letras “I” e “Q”, respectivamente, e que, quando utilizadas, armazenam seus dados em áreas específicas de memórias. O CP também disponibiliza áreas de memória para a realização de lógicas de programação que não estão associadas a nenhuma entrada ou saída física do CP, essas áreas normalmente são identificadas como memória interna e representa- das pela letra “M”. Em conjunto com as letras “I”, “Q” ou “M” são utilizados dígitos que representam o número da entrada ou da saída que também está alocada em áreas de memória dentro do CP. Quando houver necessidade de usar mais que um bit de memória, devemos informar o tamanho da área requerida por meio de letras que indicam o tipo de dado utilizado. Veja a seguir um quadro que demonstra como é identificado o acesso à área de memória e a alguns tipos de dados disponíveis no CP. 774 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Quadro 13 – Identificação de acesso à área da memória do CP CARACTERE INICIAL (NORMA IEC) IDENTIFICAÇÃO DE MEMÓRIA TIPO DE DADO DESCRIÇÃO % I (entrada física do CP) Q (saída física do CP) M (memória) X Bit B Byte (8 bits) W Word (16 bits) D Double Word (32 bits) L Long Word (64 bits) Fonte: SENAI-SP (2013) Note que a norma IEC correspondente define o caractere “%” para ser utilizado antes da identificação do acesso à área de memória. Vejamos alguns exemplos. a) Entrada: %IX0.0 – acesso ao bit 0 do byte 0. b) Entrada: %IW0 – acesso a Word 0. c) Saída: %QB4 – acesso ao byte 4. d) Memória: %MD0 – acesso ao Double Word 100. A seguir, veremos uma figura que ilustra o tamanho da ocupação na memória de cada tipo de dado visto anteriormente. Figura 47 - Exemplo de ocupação de dados na memória do CP Fonte: SENAI-SP (2013) No próximo item, entenderemos o que é a norma IEC 61131-3. 4.3 NORMA REGULAMENTADORA IEC 61131-3 A Norma Regulamentadora IEC 61131-3 se refere basicamente à execução de programa, à estrutura de software e às linguagens de programação para CPs. An- tes de essa norma existir, cada fabricante de CPs adotava a sua, ou seja, não havia um padrão comum, o que gerava grandes dificuldades para as empresas que uti- lizavam CPs. 78 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Para entender melhor essa norma, veremos, a seguir, uma situação que de- monstra um dos problemas que ocorria antes de sua elaboração. Imagine um processo industrial totalmente automatizado (o que significa que há programação de CP envolvida para que as máquinas funcionem da maneira esperada). Essa programação é elaborada, normalmente, por um programador. Se, após alguns anos de operação, esse processo industrial necessitasse de al- guma alteração em seu funcionamento,por motivos como o aumento de produ- ção e a melhoria da segurança, poderia ser necessário modificar a programação dos CPs. Antes da criação da norma, somente o programador que criou o progra- ma teria condições de alterá-lo, pois cada CP possuía características únicas devido à falta de padronização da linguagem. Então, restava solicitar ao programador que executasse a alteração necessá- ria. Simples, não é? Bem, não é tão simples assim: imagine que o programador estivesse impossibilitado de realizar a alteração esperada por algum motivo qual- quer. Como esta seria feita? Seria um grande risco outro profissional fazer ajustes na programação do CP, pois outro programador encontraria muita dificuldade em entender a linguagem e o método utilizados pelo programador original. Logo, apenas este último enten- deria a programação por ele criada. Para resolver o problema da padronização da linguagem, entre outras situa- ções, em 1992 a International Electrotechnical Commission (IEC) publicou a pri- meira edição da Norma Regulamentadora IEC 61131-3. A partir daí, foi definido um padrão para linguagens de programação, o qual deveria ser adotado para os CPs e seguido pelos fabricantes. Outro importante benefício da norma está relacionado ao desenvolvimento de programas fundamentados nos seguintes princípios: a) modularização: torna possível decompor um programa simples ou com- plexo em partes menores, possibilitando maior entendimento e controle sobre ele; b) estruturação: possibilita elaborar um programa de forma hierárquica, ou seja, em níveis, o que também proporciona a reutilização de blocos funcio- nais; c) tarefas (tasks): controla a execução de programas ou blocos funcionais de forma periódica ou mesmo por eventos. A criação de tarefas é neces- sária em programas mais complexos e, principalmente, em situações de emergência. Por exemplo, no caso de defeito em um equipamento e ne- 794 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) cessidade de sua parada imediata, o sistema interrompe o ciclo normal de processamento e atende prioritariamente à linha de programa específica para essa emergência. Para cada tarefa é possível determinar uma série de programas que serão iniciados por ela, atribuindo um período de execução e uma prioridade específica. A norma IEC 61131-3 tem cinco linguagens-padrão de programação, das quais duas são consideradas linguagens textuais e três, linguagens gráficas. Vejamos o quadro a seguir. Quadro 14 – Linguagens-padrão de programação segundo a norma IEC 61131-3 LINGUAGENS TEXTUAIS LINGUAGENS GRÁFICAS Lista de Instruções (IL – Instruction List) Ladder (LD – Ladder Diagram) Diagrama de Blocos Funcionais (FBD – Function Block Diagram) Texto Estruturado (ST – Structured Text) Diagrama Funcional de Sequências (SFC – Sequential Function Chart) Fonte: SENAI-SP (2013) (2013) Iniciamos nosso aprendizado sobre linguagem Ladder no capítulo sobre ma- nutenção de sistemas com controladores lógicos programáveis (CPs). Vejamos, a seguir, mais alguns detalhes sobre esse tipo de linguagem. 4.4 LINGUAGEM LADDER (LD – LADDER DIAGRAM) A linguagem Ladder é considerada a primeira linguagem de programação feita para os controladores lógicos programáveis (CPs). Foi criada com o intuito de se aproximar o máximo possível dos diagramas de comandos elétricos, para facilitar a aceitação e o entendimento por parte de engenheiros e de técnicos na indús- tria. Essa ideia funcionou tanto que essa linguagem é uma das mais populares e mais utilizadas nos dias atuais. Vejamos algumas vantagens e desvantagens da linguagem Ladder. VOCÊ SABIA? Existe uma associação internacional independente que tem o objetivo de promover e dar suporte ao uso da norma IEC 61131-3: é a PLCopen. Para saber mais, aces- se o site da instituição: <http://www.plcopen.org> (em inglês). 80 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Quadro 15 – Algumas vantagens e desvantagens da linguagem Ladder VANTAGENS DESVANTAGENS Facilidade de identificação de defeitos. Difícil entendimento em programas extensos. Rápido entendimento pela equipe técnica. Elaboração mais lenta do programa. Simbologia padronizada de fácil compreensão. Dificuldade de aprendizado por programadores de linguagens textuais. Fonte: SENAI-SP (2013) No próximo item, veremos como identificar, de forma mais fácil, os endereça- mentos utilizados na linguagem Ladder. 4.4.1 IDENTIFICADOR SIMBÓLICO E COMENTÁRIOS DA LINGUAGEM LADDER Ao programar um CP, tanto em linguagem Ladder como em outra linguagem, é importante identificarmos os endereços que serão utilizados por meio de sím- bolos, os quais darão nomes a esses endereços. Além disso, precisamos inserir um comentário que descreva de forma sucinta a função desse endereçamento. Vejamos um exemplo: em vez de programar o endereço “%I0.1” como tal, é possível escrever o símbolo “Botao_1” ou outro texto que o identifique melhor. Também pode-se comentar o objetivo desse botão. Normalmente, utilizamos a identificação simbólica e o comentário quando o programa é considerado complexo, pois isso facilitará a compreensão em situa- ções futuras. Os softwares de CP normalmente disponibilizam uma área específica para que sejam inseridos os dados relacionados a endereços, ou seja, símbolo e comen- tários. Para entendermos melhor, vejamos um exemplo de programa de aciona- mento de partida direta de um motor. Quadro 16 – Exemplo de uso de símbolos e comentários em programação com linguagem Ladder ENDEREÇO SÍMBOLO COMENTÁRIO %I0.1 Botao_1 Liga motor. %I0.2 Botao_2 Desliga motor. %I0.3 Rele_term Proteção do motor. %Q0.0 Motor Partida do motor. Fonte: SENAI-SP (2013) 814 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Agora, vejamos o diagrama Ladder da partida direta com símbolos e comen- tários inseridos. Figura 48 - Diagrama Ladder com símbolos e comentários Fonte: SENAI-SP (2013) Note que, mesmo sendo um circuito simples, a inserção de símbolos e comen- tários faz com que a compreensão do sistema seja muito mais rápida. No próximo item, aprenderemos como o processador executa a leitura do dia- grama Ladder. 4.4.2 EXECUÇÃO DE LEITURA DO DIAGRAMA LADDER Para elaboração do programa Ladder, é conveniente saber como ocorre a exe- cução de leitura do processador nas linhas de programa. Inicialmente, o processador executa a leitura das entradas e as armazena na tabela “Imagem de entradas”. Depois de fazer isso, examina a primeira linha de instrução de programa da esquerda para a direita e de cima para baixo, na forma conhecida como “degraus”. Assim, cada endereço é analisado, resolvendo a lógica programada e armazenando o resultado na tabela “Imagem de saída”. Em segui- da, o processador vai para a próxima linha e executa a mesma análise em forma sequencial. Veja figura a seguir. Figura 49 - Processamento das linhas de programação Ladder Fonte: SENAI-SP (2013) 82 Controladores lógICos ProgramáveIs Na fi gura anterior, perceba que temos duas bobinas de saída. Imagine que elas tenham endereços diferentes e que a função do programa seja ligar cada bobina a um motor. Nesse caso, será que os motores seriam ligados ao mesmo tempo? Observando o diagrama da fi gura anterior, poderíamos afi rmar que a saída 1 seria ligada primeiramente e depois a saída 2. Porém, não é isso que acontece, pois as duas saídas são ligadas simultaneamente. Isso ocorre porque o processador efetua de uma só vez a atualização das saí- das com base na tabela “Imagem de saída”, ao fi nal do ciclo de varredura. Portan- to, nesse caso, os dois motores seriam acionados simultaneamente. A seguir, veremos alguns recursos importantes disponibilizados pelos fabri- cantes de CP, que são a simulação e a monitoração. 4.5 SIMULAÇÃO E MONITORAÇÃO EM CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CPS) Imagine que um programa em Ladder tenha sido desenvolvido para determi- nada aplicação industrial e que chegou o momento de verifi car se tudo o que foi programado está funcionandocomo deve acontecer na prática. Pense bem: você não acha que seria um pouco arriscado ir direto aos testes com dispositivos de potência, como os motores? Sim, isso seria muito arriscado, pois algo no programa pode funcionar de for- ma diferente do que foi previsto, provocando algum tipo de acidente. Para que esse risco seja evitado, grande parte dos softwares de CP disponibiliza um modo de simulação. Assim, o programador pode simular e monitorar o pro- grama durante e após a elaboração, analisando se o que foi criado está de acordo com a ação pretendida. A seguir, veremos a simulação e monitoração de um programa para partida direta de um motor. Quadro 17 – Simulação e monitoração de CP para partida direta de motor Fonte: SENAI-SP (2013) 834 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) O programa demonstrado no quadro anterior não está conectado fisicamente a nenhum CP, mas faz a simulação como se estivesse. Vejamos a interpretação a seguir. No programa em Ladder, a linha azul indica que ela está energizada. É o que chamamos de monitoração online. Dessa forma, fica fácil, por exemplo, perceber o que necessita ser acionado para que uma determinada saída seja ligada. Observe que, para a saída “Motor” ser acionada, simula-se que o botão “Liga” esteja sendo pressionado, o que faz o sistema passar do estado de nível 0 (False) para nível 1 (True). Cada software determina uma forma de simular. No nosso exemplo, usam-se as teclas CTRL e F7, pressionadas ao mesmo tempo, para simular a alteração de estado de False para True. Após a simulação ter sido realizada com sucesso, o programa pode ser enviado ao CP para que, então, execute o controle de uma aplicação real. Percebeu o quanto podem ser úteis a simulação e a monitoração na criação de um programa? FIQUE ALERTA Para evitar acidentes, testes com elementos de potên- cia, como motores e atuadores hidráulicos, devem ser realizados após a conclusão das simulações no software e dos testes de acionamento do circuito de comando. Na sequência, apresentaremos instruções e funções muito utilizadas em lin- guagens de programação para CP: a Set-Reset, a temporização, os contadores, os comparadores, as funções aritméticas e as funções de operações com bits. 4.6 INSTRUÇÃO SET-RESET A instrução Set-Reset possui uma bobina chamada de “Set” e outra de “Reset”. Quando a bobina “Set” recebe apenas um pulso, ela é ligada e se mantém dessa forma até que a bobina “Reset” receba também um pulso. Veja os símbolos dessa instrução no quadro a seguir. Quadro 18 – Símbolo em forma de bobina da instrução Set-Reset BOBINA SET BOBINA RESET –(S)– –(R)– Fonte: SENAI-SP (2013) A instrução Set-Reset também pode ser representada em forma de bloco. 84 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS A seguir, veremos um exemplo de aplicação da instrução Set-Reset para acio- namento de um motor. Figura 50 - Diagrama Ladder utilizando a instrução Set-Reset Fonte: SENAI-SP (2013) Para entendermos melhor o exemplo da figura anterior, vamos analisar o dia- grama de tempos e eventos, cuja função é demonstrar graficamente a transição de entradas e de saídas do estado Ligado para Desligado e vice-versa, no instante em que eles ocorrem no circuito. Figura 51 - Diagrama de tempos e eventos Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que a saída “Motor” está inicialmente desligada. Quando “Botao_lig” é pressionado com um pulso, a bobina “Set” o recebe, ligando a saída “Motor”. Essa bobina ficará mantida assim até o instante em que “Botao_des” seja pressionado também por um pulso, acionando a bobina “Reset”, o que desliga a saída “Motor”. A seguir, veremos algumas instruções de temporização muito importantes na construção de programas. 4.7 INSTRUÇÕES DE TEMPORIZAÇÃO Você se lembra do dispositivo temporizador visto na unidade curricular de comandos elétricos? Pois bem, o CP possui instruções de temporização com a mesma função desse dispositivo, mas com a vantagem de não precisarmos dele fisicamente. Além disso, temos uma grande variedade de temporizadores dispo- níveis na biblioteca do CP. 854 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Basicamente, a norma IEC defi ne três instruções de temporização. São elas: a) TON (Timer On Delay): retardo para ligar; b) TOF (Timer Off Delay): retardo para desligar.; c) TP (Pulse Timer): temporizador de pulso. Veja o símbolo genérico do temporizador segundo a norma IEC 61131-3. Quadro 19 – Símbolo genérico da instrução de temporização SÍMBOLO LEGENDA Txx Txx: número do temporizador inserido pelo programador. Tx: tipo de instrução de temporização utilizada. IN: entrada do sinal para ligar o temporizador. PT: parametrização do tempo pelo programador. Q: sinal de saída (ligado ou desligado). ET: valor de tempo decorrido. Fonte: SENAI-SP (2013) Saiba que uma grande parte dos fabricantes também disponibiliza instruções de temporização em forma de bobina. A seguir, veremos alguns exemplos de funcionamento de instruções de tem- porização. 4.7.1 TON (TIMER ON DELAY): TEMPORIZADOR COM RETARDO NA ENERGIZAÇÃO Esse tipo de temporizador é o mais comum tanto em comandos elétricos como em formas de instrução utilizadas no CP. Veja o exemplo a seguir para entender como esse temporizador é utilizado em uma programação Ladder. Em uma aplicação que necessite ligar um motor após quatro segundos da atu- ação de um determinado sensor, teríamos o seguinte programa: Figura 52 - Exemplo de instrução de temporização com retardo na energização Fonte: SENAI-SP (2013) 86 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Vejamos o funcionamento desse programa por meio do gráfico de tempos e eventos. Figura 53 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização com retardo na energização Fonte: SENAI-SP (2013) No instante em que o sensor é atuado, este liga o temporizador, o qual inicia a contagem de tempo pré-configurada de quatro segundos. Após decorrido esse tempo, a saída “Motor” é ligada. O temporizador TON possui a característica de manter a contagem de tempo apenas se a sua entrada (IN) estiver ligada, o que, no exemplo visto, significa estar com o sensor ligado. 4.7.2 TOF (TIMER OFF DELAY): TEMPORIZADOR COM RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO Como o próprio nome sugere, esse tipo de instrução realiza a temporização no instante em que sua entrada (IN) é desenergizada. Vamos entender melhor o seu funcionamento por meio de outro exemplo. Um determinado sistema necessita que um motor seja desligado depois de três segundos que um sensor for desligado. O programa ficaria assim: Figura 54 - Exemplo de instrução de temporização com retardo na desenergização Fonte: SENAI-SP (2013) 874 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Vejamos o funcionamento desse programa por meio do gráfico de tempos e eventos. Figura 55 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização com retardo na desenergização Fonte: SENAI-SP (2013) Acompanhe o gráfico anterior e note que no instante em que o sensor é ati- vado o temporizador T2 liga, imediatamente, a sua saída e, dessa forma, aciona, também, a saída “Motor”. Apenas no momento em que o sensor é desativado o temporizador inicia a contagem de tempo para a qual foi programado. Terminado esse tempo, o tem- porizador desliga a sua saída e também a saída “Motor”. 4.7.3 TP (PULSE TIMER): TEMPORIZADOR DE PULSO Esse tipo de temporizador inicia a contagem do tempo quando um pulso é inse- rido na sua entrada IN, diferentemente do temporizador TON, que, como vimos ante- riormente, necessita manter o sinal na entrada IN para ocorrer temporização. Vamos entender melhor o funcionamento do temporizador TP com o exemplo a seguir. Uma máquina deve ligar o seu motor quando um operador pressionar um bo- tão com um pulso. Após cinco segundos, esse motor deve ser desligado automa- ticamente. O programa ficaria assim: 88 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Figura 56 - Exemplo de instrução de temporização de pulso Fonte:SENAI-SP (2013) Vejamos o funcionamento desse programa por meio do gráfico de tempos e eventos. Figura 57 - Gráfico de tempos e eventos do exemplo de instrução de temporização de pulso Fonte: SENAI-SP (2013) Acompanhe o diagrama acima e veja que é dado apenas um pulso pelo botão na entrada IN do temporizador T3. Isso faz com que o temporizador inicie a con- tagem de tempo programada. Nesse mesmo momento, a saída do temporizador T3 é ligada, acionando a saída “Motor”. Na figura anterior, note ainda que demonstramos mais dois exemplos de acio- namentos pelo botão. No primeiro caso, vemos que, mesmo quando são dados dois pulsos em sequência na entrada IN do temporizador, o segundo pulso não interfere na temporização programada. Isso também acontece no segundo caso, quando mantemos o botão pressionado por um longo período. A seguir, vamos aprender sobre a instrução de contagem. VOCÊ SABIA? A International Electrotechnical Commission (IEC), ou Comissão Internacional de Eletrotécnica, em tradução livre, verificou a necessidade de se ter uma norma que padronizasse os blocos funcionais. Para isso, a Comissão criou a Norma Regulamentadora IEC 61499. 894 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) 4.8 INSTRUÇÃO DE CONTAGEM O CP possui instruções de contagem virtuais, as quais mantém a mesma van- tagem do temporizador, isto é, não requerer um contador fi sicamente presente. Basicamente, a norma IEC defi ne duas instruções de contagem. São elas: a) CTU (Count Up): contador crescente; b) CTD (Count Down): contador decrescente. A maioria dos fabricantes de CP disponibiliza uma combinação desses dois tipos de instrução, o qual recebe o nome de CTUD (Count Up & Down). Consulte o manual do fabricante quando você necessitar de um contador com essas carac- terísticas. Veja a seguir alguns exemplos de funcionamento de instruções de contagem. O primeiro tipo o qual estudaremos é o contador crescente. 4.8.1 CTU (COUNT UP): CONTADOR CRESCENTE Esse tipo de contador é útil quando desejamos incrementar a contagem de um determinado evento e acionar uma saída após atingir esse número. Vejamos o símbolo do contador crescente segundo a norma IEC 61131-3. Quadro 20 – Símbolo genérico da instrução de contagem crescente SÍMBOLO LEGENDA CTxx CTxx: designação do contador inserido pelo programador. CTU: tipo de instrução de contagem utilizada. CU: entrada do sinal para sinalizar o evento ocorrido. R: zera contagem atual. PV: valor pré-fi xado da contagem pelo programador. Q: sinal de saída (ligado ou desligado). CV: valor de eventos ocorridos. Veja como usar a contagem crescente em uma programação Ladder. Uma determinada aplicação necessita que um alarme seja ligado após quatro acionamentos do sensor “S1”. Nesse caso, a programação fi caria assim: 90 Controladores lógICos ProgramáveIs Figura 58 - Exemplo de programa que utiliza um contador crescente Fonte: SENAI-SP (2013) Observe agora o funcionamento desse programa por meio do gráfi co de tem- pos e eventos. Figura 59 - Gráfi co de tempos e eventos do contador crescente Fonte: SENAI-SP (2013) Perceba que,somente no instante em que “S1” é atuado pela quarta vez, a sa- ída “Q” aciona o alarme, pois a contagem pré-confi gurada é “4”. Observe que a saída “Q” só será desligada quando houver um pulso por meio do contato “Zera”. O próximo contador a vermos é do tipo decrescente. 4.8.2 CTD (COUNT DOWN): CONTADOR DECRESCENTE Como o próprio nome sugere, esse tipo de instrução realiza a contagem de eventos ocorridos em sua entrada de modo decrescente, até atingir o valor zero, momento em que a saída é desligada. Veja o símbolo do contador decrescente segundo a norma IEC 61131-3. Quadro 21 – Símbolo genérico da instrução de contagem decrescente SÍMBOLO LEGENDA CTxx CTxx: designação do contador inserido pelo programador. CTD: tipo de instrução de contagem utilizada. CD: entrada do sinal para sinalizar o evento ocorrido. LD: quando ligado, carrega o PV. PV: valor pré-fi xado da contagem pelo programador. Q: sinal de saída (ligado quando CV = 0). CV: valor de eventos ocorridos. 1 BOOLIANO OU BOOL: Tipo de dado que possui dois valores. As formas mais comuns de representa-los são: nível 1/nível 0, alto/ baixo, ligado/desligado e verdadeiro/falso. É chamado dessa forma em homenagem a George Boole, quem defi niu um sistema de lógica algébrica pela primeira vez na metade do século XIX. 914 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Veja este outro exemplo para entender melhor o funcionamento da contagem decrescente. Um determinado sistema necessita que um motor seja ligado quando ocorrer a passagem de três peças no sensor “S1” e que esteja habilitada a contagem por meio da variável “CarregaValor”. Nesse caso, o programa ficaria assim: Figura 60 - Exemplo de programa que utiliza um contador decrescente Fonte: SENAI-SP (2013) Acompanhe o funcionamento desse programa por meio do gráfico de tempos e eventos. Figura 61 - Gráfico de tempos e eventos do contador decrescente Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que o valor de contagem é carregado somente após ter sido dado o primeiro pulso em “CarregaValor”, e que o decremento da contagem é executado após cada pulso em “S1”, até ser ligada a saída “Motor”. Enquanto “LD (CarregaVa- lor)” estiver com estado booliano1 nível 1, a contagem não é iniciada. A seguir, aprenderemos as funções de comparação. 4.9 FUNÇÕES DE COMPARAÇÃO O CP possui diversas instruções que comparam dois valores. Se a condição considerada verdadeira for atendida, uma resposta booliana de nível 1 é sinaliza- da, o que torna possível a tomada de decisões com base nesse princípio. 92 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS As funções de comparação definidas pela norma IEC 61131-3 são: a) EQ (Equal): “igual a”; b) NE (Not Equal): “diferente de”; c) GT (Greater than): “maior que”; d) LT (Less than): “menor que”; e) GE (Greater equal): “maior ou igual a”; f ) LE (Less than equal): “menor ou igual a”. Veja os símbolos dos comparadores segundo a norma em estudo. Quadro 22 – Símbolos das funções de comparação Fonte: SENAI-SP (2013) Acompanhe, a seguir, o exemplo de utilização da função “Menor ou igual a”. A resistência de um sistema de aquecimento deve ser ligada quando a tem- peratura ambiente for menor ou igual à temperatura de referência ajustada pelo operador. Figura 62 - Exemplo de programa que utiliza uma função de comparação Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que as temperaturas são valores analógicos, e que a saída do bloco vai para o nível 1, ligando a resistência, sempre que a temperatura ambiente for menor ou igual a 20 ºC. A seguir, veremos as funções aritméticas e a movimentação de dados. 934 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) 4.10 FUNÇÕES ARITMÉTICAS E MOVIMENTAÇÃO DE DADOS Note que, com a versatilidade do CP, podemos também realizar funções arit- méticas. As funções aritméticas básicas definidas pela norma IEC 61131-3 são: a) ADD (Addition): Adição; b) SUB (Subtraction): Subtração; c) MUL (Multiplication): Multiplicação; d) DIV (Division): Divisão; e) MOD (Remainder (modulo)): Módulo. A seguir, veja um quadro com as funções aritméticos e respectivos símbolos e resultados que produzem. Quadro 23 – Funções aritméticas e respectivos símbolos e resultados Fonte: SENAI-SP (2013) Vamos usar a função “Adição” para entender melhor o conceito. As demais fun- ções aritméticas seguem a mesma linha de raciocínio. 94 Controladores lógICos ProgramáveIs Em um sistema de mistura composto de areia e cimento, é necessário saber o peso total após o término da operação. Nesse caso, o programa fi caria da seguinte forma: PesoTotalQ FimMistura ADD EN IN1 IN2PesoCimento PesoAreia Figura 63 - Uso da função “Adição” para cálculo do peso total de uma mistura Fonte: SENAI-SP (2013) Quando o contato “FimMistura” estiver fechado, sinalizando que mistura foi terminada, a entrada “EN” estará em nível lógico 1, a instrução“ADD” será habi- litada e ocorrerá a soma do valor da variável “PesoAreia” com o da variável “Pe- soCimento”. O resultado será armazenado na variável “PesoTotal”. Outro detalhe importante que você deve lembrar é que os valores contidos nas variáveis podem ser inteiros ou reais e, por isso, as variáveis devem ter tipos compatíveis. Agora, você deve estar se perguntando: Mas como esses valores aparecerão nas variáveis e como elas podem ser valores inteiros ou reais? Nós só teremos as respostas para essa pergunta quando estudarmos o trata- mento de sinais analógicos. Já tivemos contato com esse assunto quando vimos entradas e saídas analógicas, lembra? Há outra função que pode ser considerada aritmética, mas que tem uma par- ticularidade. É esta: MOV (Move): Move As funções aritméticas que já estudamos realizam a operação entre dois va- lores, ou seja, duas variáveis. Já a função “Move” movimenta apenas um dado de uma variável para outra. Inicialmente isso parece não ter muito sentido, porém essa função é útil quando desejamos, por exemplo, armazenar um valor em uma variável temporária. Veja o símbolo da função de movimentação de dados. Quadro 24 – Símbolo da função de movimentação de dados SÍMBOLO LEGENDA Valor2Valor2VQ MOV EN INValor1 MOV: função de movimentação de dados. EN: entrada de habilitação; quando ativada o valor de entrada é transferido para saída. IN: valor que será recebido da variável de entrada. Q: saída para a qual será transferido o valor de entrada. Fonte: SENAI-SP (2013) 954 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Vejamos a utilização dessa função com um exemplo. Quando um motor é acionado, o valor da temperatura medida na sua carcaça deve ser armazenado em uma variável, para comparação posterior. Nesse caso, o programa ficaria assim: TempGuardaQ Motor MOV EN INTempInicio Figura 64 - Exemplo de utilização da função “Move” Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que, quando o contato “Motor” estiver fechado, a entrada “EN” estará em nível lógico 1, a instrução “MOVE” será habilitada e ocorrerá a transferência do valor contido na variável “TempInicio” para a variável “TempGuarda”. Outro de- talhe importante que você deve lembrar é que os valores contidos nas variáveis podem ser inteiros ou reais e, por isso, as variáveis devem ter tipos compatíveis. 4.10 FUNÇÕES DE OPERAÇÕES COM BITS O CP pode executar também funções de deslocamento ou rotação com bits dentro do byte ou da Word, o que permite, por exemplo, alternar o acionamento de saídas. As funções ou instruções de operações com bits definidas pela norma IEC 61131-3 basicamente são: a) SHL (Shift to the left): deslocar bits para a esquerda, preencher com zeros à direita; b) SHR (Shift to the right): deslocar bits para a direita, preencher com zeros a partir da esquerda; c) ROR (Rotate to the right): deslocar bits para a direita, na forma de um cír- culo; d) ROL (Rotate to the left): deslocar bits para a esquerda, na forma de um cír- culo. Veja um quadro com as funções anteriores e respectivos símbolos e resultados que produzem. 96 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Quadro 25 – Funções de operações com bits e respectivos símbolos e resultados Fonte: SENAI-SP (2013) Com um exemplo, vamos entender como é feita a movimentação de bits. Nes- se caso, usaremos a instrução SHR com apenas quatro bits e deslocamento de um bit por vez, com base no esquema a seguir. 1 0 1 0Inicio 0 0 1 02ª 0 1 0 1 0 0 0 13ª 1ª Figura 65 - Movimentação de bits com a instrução SHR Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que da posição “Início” para o primeiro deslocamento todos os bits foram movidos para a direita e houve o preenchimento da primeira posição do bit com “0”. Se partíssemos agora do conjunto de bits do primeiro deslocamento e aplicás- semos mais uma instrução “SHR”, veríamos que novamente todos os bits foram movidos e, nesse caso, houve a perda do último “1” da primeira posição. 974 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Você, como programador, consegue montar o programa que executa a se- quência do exemplo? Uma solução será apresentada a seguir. Vejamos. Desliga_1 InicioDesloca Q 1010 SHR EN IN IN1 Desliga_2 Desliga_1 Desliga_2 Q SHR EN IN IN1 Desliga_3Q SHR EN IN IN1 Figura 66 - Exemplo de programa que utiliza a instrução “SHR” Fonte: SENAI-SP (2013) No próximo item, aprenderemos outra linguagem de programação de CP. 4.11 DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS (FBD – FUNCTION BLOCK DIAGRAM) Assim como a linguagem Ladder, a linguagem de diagrama de blocos funcio- nais (FDB) é gráfica e de grande utilização na programação de CPs. Essa grande utilização se dá principalmente pelo fato de seus elementos se fa- miliarizarem com os que são utilizados em eletrônica digital, como, por exemplo, as portas lógicas “E” e “OU”. Essa linguagem também permite construir blocos de funções para aplicações específicas, conforme veremos no decorrer deste capítulo. A norma IEC 61131-3 define alguns blocos funcionais padronizados, que são utilizados para a elaboração de blocos mais complexos. Vejamos, a seguir, al- guns exemplos desses blocos (alguns deles tivemos a oportunidade de conhe- cer anteriormente): a) elementos biestáveis Set-Reset; b) temporizador; 98 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS c) contador; d) detectores de borda de subida e descida. Saiba que os blocos funcionais podem ser utilizados normalmente em conjun- to com elementos de linguagem Ladder. No quadro a seguir, apresentaremos alguns exemplos de blocos funcionais bá- sicos, comparados com seus programas correspondentes em linguagem Ladder. Quadro 26 – Exemplos de comparações de blocos funcionais com linguagem Ladder Fonte: SENAI-SP (2013) Veja também a comparação de uma aplicação de programa em FBD com um programa em linguagem Ladder, para partida direta de um motor. Quadro 27 – Comparação de programa FBD/Ladder para partida direta de motor Fonte: SENAI-SP (2013) 994 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) No diagrama FBD, você pode notar que, para acionar a saída “Motor”, o bloco “E” deve estar com nível 1 nas suas três entradas: “Botao_des”, “Rele_term” e saída do bloco “OU”. Esta última depende do acionamento de “Botao_lig” ou do selo virtual. 4.12 TRATAMENTO DE SINAIS ANALÓGICOS O tratamento do sinal analógico é caracterizado por traduzir ao CP o sinal elé- trico proporcional às grandezas físicas utilizadas em controle de processos, como nível, vazão e temperatura. Essa “tradução” é realizada por meio dos módulos de entrada e de saída analógica. Vejamos. Os módulos de entrada analógica recebem sinais de tensão ou corrente pro- venientes dos dispositivos instalados no campo, como sensores, transmissores ou potenciômetros e, por meio de um circuito conversor analógico-digital A/D localizado internamente ao módulo, transformam o sinal analógico em digital. Isso acontece porque o CP necessita processar digitalmente os dados recebidos. Já os módulos de saída analógica fazem o inverso. Estes utilizam um conver- sor digital-analógico D/A, que envia um sinal de tensão ou corrente proporcional aos dados digitais processados internamente para dispositivos, como inversores, válvulas ou displays. Outro conceito importante é a resolução dos módulos analógicos, que é o número de bits destinados a representar um valor analógico. Por exemplo, um CP que possui um módulo de entrada com resolução de 12 bits possibilita represen- tar valores numéricos de 0 a 4.095. Mas como será que chegamos a esses valores? Vamos utilizar a seguinte equação: C = 2N Em que: C = quantidade de valores numéricos; N = número de bits. Então, com 12 bits, temos: C = 212 Portanto, chegamos a: C = 4.096 valores ou degraus. Logo, com 12 bits poderemos representar os valores numéricos de 0 a 4.095. 100 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Com isso, podemos encontrar a resolução do conversor dos módulos analó- gicos, a qual, no caso de um módulo de entrada,é a menor variação de sinal que o CP consegue interpretar ou, se for um módulo de uma saída, é o menor valor de sinal que consegue fornecer. Vejamos como calcular a resolução. Resolução = Faixa de tensão do sinal analógico Faixa de valores do CP Então, para um módulo de 12 bits, temos: Resolução = 10− 0 4095−0 ⇒Q=2, 44 mV Isso quer dizer que o CP, ao fornecer um sinal de 0 a 10 V, muda de valor nu- mérico em intervalos (degraus) de 2,44 mV, ou seja, para que o CP incremente o valor de um degrau, por exemplo, de 4.094 para 4.095, a tensão deverá ter um acréscimo de 2,44 mV. Acompanhe essa situação por meio do exemplo a seguir. 4096 valores numéricos (degraus) resolução do conversor 10 V 0 V 4,88 mV 2,44 mV Figura 67 - Degraus de resolução de um conversor analógico Fonte: SENAI-SP (2013) Portanto, é possível perceber que quanto maior a quantidade de bits dos mó- dulos analógicos, menor será o valor de tensão de cada degrau e mais sensíveis os conversores serão quanto às variações de tensão, caracterizando uma maior reso- lução. É isso que possibilita manipular de forma mais precisa os sinais do processo. Entendido o conceito de resolução, vamos aprender por meio de um exemplo o que o CP faz quando recebe um sinal analógico de 0 a 10 V. 1014 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Vamos considerar que um equipamento precisa ser configurado para medir o nível de um tanque com os seguintes dados: a) variação de volume do tanque de 0 a 10.000 L; b) sensor de nível com variação de tensão de 0 a 10 V; c) CP com um módulo de entrada analógica de 12 bits. Na figura a seguir, veja um esquema de como é essa situação. 10.000 litros tanque sensor de nível 0 a 10 V sinal analógico CLP Al 1 0 V Figura 68 - Exemplo de medição do volume de um tanque Fonte: SENAI-SP (2013) Observe, na figura anterior, que o sensor deve fornecer um sinal de tensão (de 0 a 10 V) proporcional ao volume em litros (de 0 a 10.000 L). Assim, podemos as- sociar a cada valor em litros uma tensão correspondente por meio de uma regra de três simples. Para compreender melhor como isso pode ser feito, vamos calcular a tensão que o sensor fornecerá quando o tanque estiver com 5.000 L. Com a regra de três, temos: NÍVEL VOLUME (L) SINAL ANALÓGICO (V) Máximo 10.000 10 A saber 5.000 X Então, obtemos: X= 5.000 x10 10.000 ⇒ X=5 V Como você observou, o sensor de nível converterá o patamar de 5.000 L que está no tanque em um sinal de 5 V. Esse sinal de tensão será convertido pelo mó- dulo de entrada, proporcionalmente, em um valor binário que depende de cada CP e que é correspondente à resolução do próprio CP. 102 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS No exemplo que acabamos de ver, o CP utilizado possui um módulo de entra- da analógica com resolução de 12 bits, que, como vimos, terá uma variação de 0 a 4.095. Como esses valores são proporcionais, podemos também calcular o valor numérico a ser convertido por meio de outra regra de três. Veja: SINAL ANALÓGICO (V) VALOR A SER CONVERTIDO Máximo 10 4.095 A saber 5 N Logo, temos: N= 4.095 x 5 10 ⇒N=2047,5 O CP recebeu sinal analógico com valor de tensão de 5 V, logo converterá essa tensão para um valor numérico inteiro de 2.047, de acordo com a sua resolução. Podemos também elaborar um programa inserindo funções aritméticas, cál- culos que transformarão esse valor numérico, vindo do conversor interno ao CP, para o valor de grandeza física que está sendo manipulado. Dessa forma, considerando ainda o nosso exemplo, seria útil transformar o va- lor numérico em litros, de modo que possamos ver isso diretamente no CP. Por- tanto, vejamos mais uma vez a proporcionalidade: VALOR A SER CONVERTIDO VOLUME (L) Máximo 4.095 10.000 A saber 2.047 L L = 2.047 x10.000 4.095 ⇒L = 4998,8 litros O programa ficaria assim: Figura 69 - Programa para transformar o valor do sinal analógico em litros Fonte: SENAI-SP (2013) 1034 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Observe que, para efetuarmos a conversão em litros, usamos duas funções aritméticas já conhecidas, a multiplicação e a divisão. Na multiplicação, a entrada analógica “AI1” recebe o valor a ser convertido em litros, o qual é multiplicado pelo valor máximo de volume (10.000). Sua saída é armazenada em uma variável que recebe o nome de “Multiplicado”. Em seguida, o resultado da multiplicação, que está armazenado em “Multiplicado”, é dividido pelo valor máximo a ser convertido (4.095). Agora, sua saída é armazenada na va- riável “Litros”, a qual mostrará a quantidade de líquido existente no tanque. Alguns fabricantes disponibilizam recursos que transformam diretamente os valores numéricos em unidades representativas das grandezas físicas que estão sendo manipuladas sem a necessidade de utilizar funções aritméticas. O exemplo a seguir, demonstra a tela de configuração de fundo de escala de uma entrada analógica que utiliza esse recurso, observe. Figura 70 - Configuração de uma entrada analógica de 0 a 10 V Fonte: Fonte: SENAI-SP (2013) Na figura anterior, podemos notar que a entrada analógica “AI0” foi configura- da para leitura de 0 a 10 V e fundo de escala 10.000 L. Então, temos: 0 V = 0 10 V = 10.000 (fundo de escala) Podemos perceber que esse recurso facilita a elaboração e a compreensão de um programa. Mas saiba que o recurso demonstrado foi de um modelo específico de CP e que cada fabricante define uma forma particular de transformar o sinal analógico em valores compreensíveis de grandezas físicas utilizadas pelo progra- mador. Um recurso bastante utilizado nesses casos é o bloco funcional. 104 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Exemplo para sinal de corrente de 4 a 20 mA Como você já viu, as entradas e as saídas analógicas podem trabalhar basica- mente com tensão ou corrente. Lembre-se, ainda, de que já montamos também um caso da medição de nível por tensão. Mas como será que funciona um sistema que utiliza um sinal de corrente de 4 a 20 mA? Vamos entender um pouco mais relembrando o exemplo visto anteriormente, só que agora em vez de utilizar um sensor que fornece tensão, vamos usar um que fornece sinal de corrente. Vejamos: 10.000 litros tanque sensor de nível 4 a 20 mA sinal analógico CLP Al 1 0 V Figura 71 - Exemplo de medição do volume de um tanque Fonte: SENAI-SP (2013) A conversão dos valores de litros para corrente deve ocorrer de forma propor- cional. Acompanhe análise gráfica dessas grandezas. Volume (litros) 10.000 5.000 0 Faixa de escala do sinal (mA) 20 12 4 Amplitude do sinal (variação) (mA) 16 8 8 16 0 Figura 72 - Conversão da grandeza “litros” em sinal analógico de corrente Fonte: SENAI-SP (2013) Observe a relação proporcional que existe entre as grandezas “volume“ e “am- plitude do sinal“. VOLUME (L) AMPLITUDE DO SINAL MA ) Máximo 10.000 16 A saber 5.000 X 1054 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Por meio da regra de três, temos: X= 5.000 x16 10.000 ⇒ X=8mA Não se esqueça de que o valor de amplitude deve ser somado ao valor inicial da escala, que é 4 mA, para que se obtenha o valor do sinal analógico que será enviado ao CP. Assim, 8 mA, na escala da amplitude, serão equivalentes a 12 mA (8 mA + 4 mA) na escala do sinal analógico. Resumindo, um nível de 5.000 litros no tanque será convertido em um sinal de 12 mA pelo sensor de nível e enviado ao CP. Como o CP do nosso exemplo possui 12 bits, ele poderá representar do nú- mero 0 até o número 4.095. O número 0 será interpretado pelo CP quando este receber um sinal analógico de 4 mA; e o número 4.095, quando o CP estiver rece- bendo 20 mA. Caso o CP utilizado possua o recurso de configuração de fundo de escala, não é necessário se preocupar com a conversão, pois é possível determinar os valores de corrente proporcionais à grandeza que se está manipulando, conforme de- monstrado na figura a seguir. Figura 73 - Configuração de uma entrada analógica de 4 a 20 mA Fonte: SENAI-SP (2013) Noteque a tela é a mesma utilizada anteriormente. No entanto, nesse caso, apenas foi alterado o sinal para o intervalo de 4 a 20mA. Assim, temos: 4 mA = 0 20 mA = 10.000 (fundo de escala) VOCÊ SABIA? Além dos módulos analógicos que estudamos, os fabri- cantes também disponibilizam diversos módulos espe- cíficos para conectar dispositivos como termopar, PT100 encoder e motores de passo. 106 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Enfim, estudamos bastante até aqui sobre programação de CP. Mas e se tivés- semos que selecionar um CP para alguma aplicação? O que deveríamos levar em consideração? É o que vamos ver a seguir. 4.13 ESPECIFICAÇÃO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CP) Para que possamos fazer a escolha mais adequada de um CP, ou seja, a seleção correta de hardware e software, o eletricista deve conhecer as diversas opções exis- tentes no mercado e sempre levar em consideração as necessidades da aplicação. Vamos considerar que você quer fazer o controle do fluxo da caixa-d’água de um prédio, o que podemos tomar como um controle simples. Nesse caso, devemos selecionar um CP de alta capacidade do tipo modular ou um CP de pequeno porte, como vemos na figura a seguir. Figura 74 - Especificação do CP Fonte: SENAI-SP (2013) Percebemos, de uma forma geral, que a escolha mais adequada à aplicação é o CP de pequeno porte, indicado para aplicações simples. Isso se deve às caracte- rísticas de hardware e software. Podemos dizer que as características de hardware são aquelas ligadas à cons- trução, por exemplo, de modularidade, interface homem-máquina (IHM), tipos de módulo, quantidade de entradas e saídas. Já as características de software estão relacionadas aos recursos de programa- ção, como, por exemplo, o fato de o software obedecer às linguagens-padrão da norma IEC 61131-3 ou mesmo de o software ser de fácil programação. Vejamos a seguir algumas recomendações que devem ser observadas para a seleção de hardware e software do CP de acordo com a aplicação. Para começar, vamos conhecer as características a serem avaliadas quanto ao hardware. 1074 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Características de hardware do CP 1. Tipo de CP: • modular; • monobloco; • com ou sem IHM; • facilidade de manutenção (itens de estoque). 2. Rack: • a seleção deve ser feita de acordo com número de slots. 3. Fontes de alimentação: • valor da tensão de entrada/saída; • valor da corrente máxima de saída. 4. CPU: • tensão de alimentação; • capacidade de memória; • capacidade de processamento; • tipo de comunicação com terminal de programação; • autodiagnose (capacidade de sinalizar falhas e indicar possível solução); • possibilidade de comunicação de rede industrial. 5. Módulos de entradas e de saídas: • tipo de entrada e saída (exemplo: analógica ou digital); • tensão auxiliar de alimentação; • quantidade de entradas e saídas; • tipo de entrada e saída digital (P ou N ); • tipo de entrada e saída analógica (exemplos: de 4 a 20 mA ou de 0 a 10 V); • resolução de módulo analógico (exemplos: 8, 12 ou 16 bits); • “troca a quente” dos cartões (fácil inserção/extração dos módulos do CLP com o equipamento ligado e operando); 108 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS • isolação óptica de entradas e saídas (proteção da eletrônica fina do CLP em relação aos circuitos exteriores). 6. Módulo de comunicação de rede industrial Para que os CPs se comuniquem em um ambiente industrial, a CPU desse dispositivo pode vir de fábrica com uma conexão para uma rede industrial es- pecífica. No entanto, quando tal conexão não vem de fábrica, é comum adi- cionarmos módulos especiais de rede industrial. Para isso, devemos verificar: • a rede de comunicação mais recomendada para a aplicação; • a possibilidade de expansões futuras da aplicação do CP, podendo ser re- comendável incluir uma rede industrial futuramente. Vejamos agora algumas características a serem avaliadas quanto ao software do CP. Características de software do CP • Software compatível com o sistema operacional do computador em que será instalado. • Facilidade de programação e de criação de programação (interface de pro- gramação amigável). • Programação conforme a norma IEC 61131-3. • Interface de comunicação com outros equipamentos. • Recursos online de monitoração do programa. • Possibilidade de simulação. SAIBA MAIS As informações necessárias para a especificação de um CP podem ser obtidas por meio de catálogos e manuais dispo- níveis nos sites de fabricantes. Alguns deles são: Altus, Sie- mens, WEG, Rockwell, entre outros. 1094 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Casos e relatos Adequação de sistemas à norma IEC 61131-3 O caso a seguir apresenta a modernização dos equipamentos de uma em- presa portuária, com o propósito de melhorar a produção logística. Essa empresa funcionava com os mesmos equipamentos desde a fundação em 1984. Por conta do longo tempo de uso, o sistema ficou ultrapassado, ocasionando diversos problemas, entre eles a dificuldade de interpretar o programa do CP. Quando ocorria alguma falha na automação dos equipamentos, o CP, que também deveria auxiliar na manutenção, acabava, muitas vezes, dificultan- do a detecção dos possíveis problemas, pois o programa havia sido criado em uma linguagem desconhecida, em uma época na qual não havia ainda a padronização sugerida pela norma IEC 61131-3. A elaboração de um novo programa seguindo os padrões da norma IEC 61131-3 é parte fundamental da modernização do sistema da empresa por- tuária. Para a criação do novo sistema, o eletricista Paulino foi contratado. Foi solicitado a Paulino que elaborasse um programa na forma mais com- preensível possível aos eletricistas da empresa, pois seriam eles que iriam executar futuras manutenções. Atendendo ao pedido da empresa, Paulino escolheu a linguagem de progra- mação Ladder devido à proximidade com diagramas de comandos elétricos. Além disso, ele dividiu o controle dos vários equipamentos do sistema portuá- rio em programas independentes, estruturando, assim, a programação. Após a modernização, Paulino realizou os testes de comissionamento e, em seguida, acompanhou a primeira partida dos equipamentos, conhecida como start-up. Tudo aconteceu com grande sucesso, deixando boas pers- pectivas de melhora na produção da empresa. 110 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS reCaPItulando Neste capítulo, estudamos a Norma Regulamentadora IEC 61131-3 e vimos que ela teve grande importância na padronização de linguagens de pro- gramação. Aprendemos que são cinco as linguagens-padrão segundo tal norma: lista de instruções, texto estruturado, Ladder, sequenciamento gráfico de fun- ções e diagrama de blocos funcionais. Vimos, ainda, que é possível simular e monitorar um programa antes de utilizá-lo em situações práticas. Estudamos as instruções de temporização, de Set-Reset e de contagem, muito utilizadas em conjunto com a linguagem Ladder, além das funções de comparação e aritméticas. Vimos, também, que a norma IEC 61131-3 possibilitou estruturar e modu- larizar a programação dos CPs, definindo unidades organizacionais de pro- gramas (POUs), que são: Programa, Bloco funcional e Função. Aprendemos um pouco mais sobre sinais analógicos, estudando como eles são tratados dentro de um CP. Vimos que, para a especificação de um CP, devemos observar diversos itens de hardware e software em catálogos e manuais de fabricantes. Enfim, chegamos ao final dos estudos sobre controladores lógicos progra- máveis (CPs). Você deve ter percebido que o assunto é bastante extenso e, portanto, o seu aprendizado não deve se limitar apenas aos conceitos aprendidos aqui. Continue sempre buscando aprender mais! 1114 Programação de Controladores lógICos ProgramáveIs (CPs) Anotações: Programas de aplicações para Controladores lógicos Programáveis (ClP) 5 Utilizar o CLP para acionar máquinas que possuem motores elétricos é uma opçãovantajo- sa em relação aos circuitos de acionamento compostos por componentes puramente elétricos. Entre as diversas vantagens, podemos citar: a) economia de espaço no painel: o CLP ocupa menos espaço em relação a um sistema de acionamento que necessita de diversos contatores para o circuito lógico; b) não atrapalha o processo produtivo: em um CLP a mudança de uma lógica de acio- namento é realizada em alguns segundos descarregando um novo programa (anterior- mente testado no simulador), sem a necessidade de desparafusar os bornes e mexer na fi ação; c) diminuição na manutenção: em um circuito que possui um CLP para realizar o aciona- mento lógico, o abrir e fechar dos contatos ocorre virtualmente. Em circuitos que se uti- lizam de contatores para o acionamento lógico, a comutação dos contatos gera faíscas, que, por sua vez, desgastam os contatos que terão que ser substituídos. Observando todas essas vantagens, é possível dizer que os CLPs substituem totalmente os circuitos de comandos elétricos? Não! Pois as informações necessitam chegar ao CLP por meio de chaves, botoeiras, sensores etc., para que o CLP interprete os sinais recebidos e tome a decisão de como os dispositivos (contatores, válvulas, lâmpadas etc.) serão acionados. Portanto, os circuitos de comandos elétricos não deixarão de existir com a utilização do CLP. A seguir, serão apresentados alguns programas de aplicação para o acionamento de mo- tores e lâmpadas. Esses programas podem ser feitos em qualquer linguagem, mas em nossos exemplos vamos focar nas linguagens Ladder e FBD, que são as mais utilizadas. 114 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 5.1 PROGRAMA PARA PARTIDA DIRETA DE UM MOTOR O primeiro programa a ser elaborado será para uma partida direta de um mo- tor de indução trifásico. A linguagem escolhida foi o FBD. Por meio do circuito de controle e o circuito controlado, é possível determinar as entradas e saídas a serem conectadas ao CLP. Observe o esquema elétrico a seguir: M M1 3 F7 K1 3 60 Hz/220 V L3 L2 L1 2 4 6 1 3 5 ~ ~ L1 F21 2 ~ 60 Hz/220 V Circuito controlado ppotênciaêCircuito de controle pcomandoê 95 96 1 2 S0 S1 3 4 K1 13 14 K1 A1 A2 L2 F22 F1, 2, 3 PEF7 Figura 75 - Esquema elétrico de partida direta Fonte: SENAI-SP (2013) O esquema elétrico nos mostra que temos três elementos a serem conectados nas entradas digitais e um elemento a ser conectado na saída digital. A tabela a seguir demonstra quais elementos serão conectados nas entradas e saídas digitais do CLP. No caso das entradas, é demonstrado se o contato é normal fechado (NF) ou normal aberto (NA). Tabela 1 – Tabela de entradas e saídas digitais ENTRADAS DIGITAIS SAÍDA DIGITAL F7 – Relé térmico (NF) K1 – Bobina do contatorS0 – Botão Desliga (NF) S1 – Botão Liga (NA) Fonte: SENAI-SP (2013) 1155 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Agora é só determinar o endereçamento absoluto, o endereçamento simbóli- co e comentar as funções dos endereços. Tabela 2 – Especificação de entradas e saídas ENDEREÇO SÍMBOLO COMENTÁRIO %I0.0 botao_Desliga Desliga o motor %I0.1 botao_Liga Liga o motor %I0.2 rele_Termico Proteção do motor %Q0.0 contator_K1 Alimenta a bobina do contator K1 Fonte: SENAI-SP (2013) Vamos analisar o programa, a partir do exemplo a seguir, realizado na lingua- gem FBD. Observe que para facilitar a visualização só foram exibidos os endereços simbólicos. Figura 76 - Programa na linguagem FBD Fonte: SENAI-SP (2013) Para facilitar o entendimento do programa, vamos dividir os acionamentos em três instantes. 1) Instante inicial. 2) Após pressionar S1. 3) Após pressionar S0. Instante inicial Ao ligar o CLP sem que nenhum dispositivo conectado às entradas digitais es- teja acionado, a entrada %I0.0 (botao_Liga) estará em nível lógico 0, pois S1 é um contato normal aberto e as entradas %I0.1 (botão_Desliga) e %I0.2 (rele_Termico) estarão em nível lógico 1, pois S0 e F7 são contatos normalmente fechados. Os contatos de S0 e F7 estarão fornecendo o sinal de alimentação continuamente para as entradas digitais. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais: 116 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Tabela 3 – Níveis lógicos iniciais ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Liga 0 %I0.2 rele_Termico 1 %Q0.0 contator_K1 0 Fonte: SENAI-SP (2013) Após pressionar S1 Ao pressionar o botão S1, a entrada %I0.1 (botao_Liga), que anteriormente estava em nível lógico 0, será modificada para nível lógico 1. Essa entrada está conectada a um bloco de lógica “OU”. Nesse bloco é necessário que a primeira ou a segunda ou ambas as entradas estejam em nível lógico 1, para que a saída do bloco seja acionada. O segundo bloco do circuito é um bloco de lógica “E” de três entradas. Nesse bloco é necessário que a primeira, a segunda e a terceira entrada estejam em nível lógico 1 para que a saída do bloco seja acionada. A primeira entrada do bloco E é a saída do bloco OU. Essa entrada estará em nível 1 graças a %I0.1. As demais entradas (%I0.0 e %I0.2) também estarão em nível 1, pois F7 e S0 são contatos NF. Considerando que todas as entradas do bloco E estão em nível 1, a saída %Q0.0 será acionada e a bobina do contator será energizada. Observe que %Q0.0 (contator_K1) estará em nível lógico 1 na saída do bloco E e na entrada do bloco OU. Mesmo que %I0.1 passe para nível lógico 0, a saída do bloco OU continuará em nível 1. Portanto, não será mais necessário que S1 esteja pressionado para manter o contator K1 energizado. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas após o botão S1 ter sido desacionado: Tabela 4 – Níveis lógicos após pressionado S1 ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Liga 0 %I0.2 rele_Termico 1 %Q0.0 contator_K1 1 Fonte: SENAI-SP (2013) 1175 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Após pressionar S0 Ao pressionar o botão S0 o sinal que estava na entrada digital do CLP será desligado. A entrada %I0.0 (botao_Desliga), que anteriormente estava em nível lógico, 1 será modificada para nível lógico 0. Observe que a lógica do bloco E não será mais verdadeira, pois não temos todas as entradas em nível 1. Então, a saída do bloco será modificada para o nível 0 e a bobina do contator K1 será desligada. FIQUE ALERTA O relé térmico protege o motor de sobreaquecimento nos seus enrolamentos. Portanto, quando for desenvol- ver um programa de CLP para acionamento de motores, jamais se esqueça de incluir o contato NF do relé térmi- co na lógica de desligamento do motor. 5.2 PROGRAMA PARA REVERSÃO DE MOTOR COM INTERTRAVAMENTO LÓGICO E ELÉTRICO (FÍSICO) Agora, vamos elaborar um programa para reversão de um motor trifásico utili- zando a linguagem Ladder. Como visto anteriormente em comandos elétricos, para mudar o sentido de rotação em um motor de indução trifásico, é necessário utilizar dois contatores. Cada contator será acionado pelo seu respectivo botão. Um contator terá a se- quência direta das fases e o outro terá duas fases invertidas. Para não ocorrer um curto-circuito, os dois contatores jamais poderão ser acionados simultaneamente. Em máquinas com motores elétricos que controlam o movimento de avanço e recuo de ferramentas, são utilizados chaves do tipo fim de curso. Essas chaves são responsáveis pelo desligamento do motor, para que não seja ultrapassado o ponto de parada estabelecido. A próxima etapa é determinar as entradas e saídas a serem conectadas ao CLP, observando o esquema elétrico a seguir: 118 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Circuito de comando Circuito de potência M M1 3 F7 K1 3 ~ 60 Hz/220 V L3 L2 L1 2 4 6 U V W 1 3 5 ~ K2 2 4 6 1 3 5 L1 F21 2 ~ 60 Hz/220 V 95 96 1 2 S0 S1 3 4 K2 31 32 S2 3 4 K2 13 14 K1 13 14 K1 A1 A2 L2 F22 K1 31 32 K2 A1 A2 F1, 2, 3 F7 PE Figura 77 - Esquema elétrico para reversãode motor com intertravamento Fonte: SENAI-SP (2013) O esquema elétrico nos mostra que temos seis elementos a serem conectados nas entradas digitais e dois elementos a serem conectados nas saídas digitais. A tabela a seguir demonstra quais elementos serão conectados nas entradas e saídas digitais do CLP: Tabela 5 – Definição de entradas e saídas ENTRADAS DIGITAIS SAÍDAS DIGITAIS F7 – Relé Térmico (NF) K1 – Bobina do contator S0 – Botão Desliga (NF) S1 – Botão Liga (NA) S2 – Botão Liga (NA) K2 – Bobina do contator S3 – Chave fim de curso (NF) S4 – Chave fim de curso (NF) Fonte: SENAI-SP (2013) Agora é só determinar o endereçamento absoluto, o endereçamento simbóli- co e comentar as funções dos endereços. 1195 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Tabela 6 – Especificação de entradas e saídas ENDEREÇO SÍMBOLO COMENTÁRIO %I0.0 botao_Desliga Desliga o motor %I0.1 botao_Direto Liga o motor no sentido direto %I0.2 botao_Reverso Liga o motor no sentido reverso %I0.3 rele_Termico Proteção do motor %I0.4 fim_Curso1 Desliga o motor no final de curso %I0.5 fim_Curso2 Desliga o motor no final de curso %Q0.0 contator_K1 Alimenta a bobina do contator K1 %Q0.1 contator_K2 Alimenta a bobina do contator K2 Observe o circuito a seguir na linguagem Ladder e perceba a semelhança na disposição dos contatos quando comparados com o circuito de comando apre- sentado anteriormente. Figura 78 - Programa na linguagem Ladder Fonte: SENAI-SP (2013) Para facilitar o entendimento do programa, vamos dividir os acionamentos em três instantes. 1) Instante Inicial. 2) Após pressionar S1. 3) Após pressionar S2. Instante inicial Ao ligar o CLP sem que nenhum dispositivo conectado às entradas digitais esteja acionado, as entradas conectadas aos contatos do tipo normal aberto (S1 e S2) estarão em nível lógico 0 e as entradas conectadas aos contatos do tipo nor- mal fechado (F7, S0, S3, S4) estarão em nível lógico 1. 120 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Observe que os contatos (físicos) de entrada do tipo normal fechado foram representados no programa em Ladder como contatos do tipo normal aberto. Isso para que o motor seja imediatamente desligado em uma eventual falha ou defeito nesses circuitos que enviam o sinal elétrico ao CLP (desliga motor ou mo- tor em sobrecarga). As saídas %Q0.0 e %Q0.1 estarão em nível 0, pois elas dependem do aciona- mento dos botões S1 e S2. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais: Tabela 7 – Níveis lógicos iniciais ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Direto 0 %I0.2 botao_Reverso 0 %I0.3 rele_Termico 1 %I0.4 fim_Curso1 1 %I0.5 fim_Curso2 1 %Q0.0 contator_K1 0 %Q0.1 contator_K2 0 Fonte: SENAI-SP (2013) Após pressionar S1 Ao pressionar o botão S1, a entrada %I0.1 (botao_Direto) será modificada para nível lógico 1 e o contato normal aberto de %I0.1 no programa em Ladder irá se fechar. A saída %Q0.0 (contator_K1) irá para nível lógico 1 e, consequentemente, o contato de retenção, que está em paralelo com %I0.1, irá fechar. Esse contato tem como objetivo manter o contator K1 acionado mesmo após a interrupção do sinal fornecido por S1. Para impedir o acionamento do contator K2, o contato normal fechado de %Q0.0 (intertravamento lógico), que está localizado na network 0002, irá se abrir. O motor será desligado quando a chave fim de curso for acionada ou quando for pressionando o botão desliga (S0). Caso ocorra uma sobrecarga, o relé térmico também irá desligar o motor. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais, conside- rando que o motor esteja em funcionamento no sentido direto. 1215 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Tabela 8 – Níveis lógicos após pressionar S1 ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Direto 0 %I0.2 botao_Reverso 0 %I0.3 rele Térmico 1 %I0.4 fim_Curso1 1 %I0.5 fim_Curso2 1 %Q0.0 contator_K1 1 %Q0.1 contator_K2 0 Fonte: SENAI-SP (2013) Após pressionar S2 Considerando que o motor esteja girando no sentido direto, ao pressionar o botão S2 a entrada %I0.2 (botão reverso) será modificada para nível lógico 1. O contato normal fechado de %I0.2 (botão reverso), localizado na network 0001, irá se abrir, desligando a saída %Q0.0. O contato normal aberto de %I0.2, localizado na network 0002, irá se fechar. Sendo que a saída %Q0.0 está desligada, o contato de %Q0.0 (intertravamento lógico), localizado na network 2, voltará a se fechar, permitindo que %Q0.1 seja acionada. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais, conside- rando que o motor esteja em funcionamento no sentido reverso. Tabela 9 – Níveis lógicos após pressionar S2 ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Direto 0 %I0.2 botao_Reverso 0 %I0.3 rele_Termico 1 %I0.4 fim_Curso1 1 %I0.5 fim_Curso2 1 %Q0.0 contator_K1 0 %Q0.1 contator_K2 1F Fonte: SENAI-SP (2013) 122 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS FIQUE ALERTA Mesmo utilizando o intertravamento lógico, pode ocor- rer um curto-circuito entre as fases dos contatores no circuito de potência. No instante em que o CLP desliga uma saída, existe uma demora para ocorrer a desenergi- zação da bobina e a ação da mola no contator. No caso do circuito de reversão, pode acorrer que, antes de um contator desligar, o outro seja acionado. A fração de segundo em que ambos estão acionados é o suficiente para que haja um curto-circuito. Portanto, quando for desenvolver um circuito em CLP para reversão de moto- res, jamais se esqueça de incluir os contatos (físicos) auxiliares de intertravamento em série com as bobinas dos contatores. 5.3 PROGRAMA PARA PARTIDA DE MOTOR ESTRELA-TRIÂNGULO Como visto em comandos elétricos, em uma partida estrela-triângulo são ne- cessários três contatores. Ao partir o motor, um contator será responsável pelo fechamento em estrela, outro será responsável pelo fechamento em triângulo e outro estará sempre acionado. Para não haver curto-circuito, o contator com o fechamento estrela e o contator com o fechamento em triângulo jamais poderão ser acionados ao mesmo tempo. Primeiro, será acionado o contator com o fecha- mento em estrela. O motor deverá permanecer com o fechamento em estrela até chegar a 90% do RPM nominal para, depois, ser acionado o contator com o fecha- mento em triângulo. Agora, vamos elaborar um programa para partida estrela-triângulo de um mo- tor de indução trifásico, utilizando a linguagem Ladder. Vamos determinar as entradas e saídas a serem conectadas ao CLP, observan- do o esquema elétrico a seguir: 1235 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Circuito de potência Circuito de comando F 1,2,3 PE Figura 79 - Esquema elétrico partida estrela triângulo Fonte: SENAI-SP (2013) O esquema elétrico nos mostra que temos três elementos a serem conectados nas entradas digitais e três elementos a serem conectados nas saídas digitais. A tabela a seguir demonstra quais elementos serão conectados nas entradas e saídas digitais do CLP. Tabela 10 – Definição de entradas e saídas ENTRADAS DIGITAIS SAÍDAS DIGITAIS F7 – Relé Térmico (NF) K1 – Bobina do contator S0 – Botão Desliga (NF) K2 – Bobina do contator S1 – Botão Liga (NA) K3 – Bobina do contator Fonte: SENAI-SP (2013) Agora é só determinar o endereçamento absoluto, o endereçamento simbóli- co e comentar as funções dos endereços. 124 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Tabela 11 – Especificação de entradas e saídas ENDEREÇO SÍMBOLO COMENTÁRIO %I0.0 botao_Desliga Desliga o motor %I0.1 botao_Liga Liga o motor %I0.2 rele_Termico Proteção do motor %Q0.0 K1 Alimenta a bobina do contator K1 %Q0.1 K2_estrela Alimenta a bobina do contator K2 %Q0.2 K3_triangulo Alimenta a bobina do contator K3 Fonte: SENAI-SP (2013) Observe que não foram utilizados os contatos e a bobina do temporizador, poisiremos trabalhar com o temporizador do próprio CLP. A seguir, um exemplo de programa em Ladder que pode ser utilizado para uma partida estrela-triângulo. Figura 80 - Programa em Ladder para partida estrela-triângulo Fonte: SENAI-SP (2013) Para facilitar o entendimento do programa, vamos dividir os acionamentos em três instantes. 1) Instante inicial. 2) Motor funcionando em estrela. 3) Motor funcionando em triângulo. Instante inicial Ao ligar o CLP sem que nenhum dispositivo conectado às entradas digitais esteja acionado, as entradas conectadas aos contatos do tipo normal aberto es- 1255 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) tarão em nível lógico 0 e as entradas conectadas aos contatos do tipo normal fechado estarão em nível lógico 1. Todas as saídas estarão em nível lógico 0. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais: Tabela 12 – Níveis lógicos iniciais ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Direto 0 %I0.2 botao_Reverso 0 %I0.3 rele_Termico 1 %I0.4 fim_Curso1 1 %I0.5 fim_Curso2 1 Fonte: SENAI-SP (2013) Motor funcionando em estrela Ao pressionar o botão S1, o contato aberto de %I0.1(botao_Liga) irá se fechar, acionando a saída %Q0.0 (K1). Observe que a lógica da network 0001 é idêntica à lógica utilizada no circuito para partida direta de um motor. Com a saída %Q0.0 (K1) acionada, os contatos abertos de %Q0.0 (K1) nas de- mais networks irão fechar. A saída %Q0.1 (K2_estrela) irá ser acionada e o motor irá partir em estrela. Com a saída %Q0.1 (K2_estrela) acionada, o contato K2_estrela (intertrava- mento lógico) irá se abrir, impedindo que %Q0.2 (K3_triangulo) seja acionado. Na network 0004, o temporizador iniciará a contar o tempo, porém sem acio- nar a saída Temp. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais enquan- to o motor estiver funcionando com o fechamento estrela: Tabela 13 – Níveis lógicos com motor em estrela ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Liga 0 %I0.2 rele_Termico 1 %Q0.0 K1 1 %Q0.1 K2_estrela 1 %Q0.2 K3_triangulo 0 Fonte: SENAI-SP (2013) 126 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Motor funcionando em triângulo O temporizador utilizado nesse programa é um TON. Conforme visto no capí- tulo sobre a programação de controladores lógicos programáveis, esse tempori- zador só aciona a sua saída “Q” após o término da contagem de tempo e perma- nece acionada enquanto estiver nível lógico 1 na entrada “IN”. Terminado a contagem de tempo, a saída Temp será acionada e o contato Temp normal fechado da network 0002 irá se abrir, desligando a saída %Q0.1 (K2_estrela). Na network 0003, o contato Temp normal aberto irá se fechar, e com a saída %Q0.1 (K2_estrela) desligada, o contato de intertravamento K2_estrela volta a se fechar e a saída %Q0.2 (K3_triangulo) será acionada. O motor irá funcionar agora com a ligação em triângulo. A tabela a seguir exibe os níveis lógicos das entradas e saídas digitais enquan- to o motor estiver funcionando com o fechamento triângulo: Tabela 14 – Níveis lógicos com motor em triângulo ENDEREÇO SÍMBOLO NÍVEL LÓGICO %I0.0 botao_Desliga 1 %I0.1 botao_Liga 0 %I0.2 rele_Termico 1 %Q0.0 K1 1 %Q0.1 K2_estrela 0 %Q0.2 K3_triangulo 1 Fonte: SENAI-SP (2013) Agora, vamos elaborar alguns programas para acionamento de lâmpadas com o CLP. A linguagem utilizada será a FBD. 5.4 PROGRAMA PARA SINALIZAÇÃO INTERMITENTE (PISCA-PISCA) Em uma sinalização luminosa, a iluminação intermitente (pisca-pisca) chama mais atenção do que a iluminação contínua. Nesse programa, serão utilizados dois temporizadores: um temporizador irá controlar o tempo em que a lâmpada fica desligada (off) e o outro o tempo em que ela fica ligada (on). Observe o exemplo de circuito a seguir: 1275 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Figura 81 - Programa para o pisca-pisca Fonte: SENAI-SP (2013) Fisicamente, esse circuito terá apenas uma entrada digital %I0.0 (chave1) e uma saída digital %Q0.0 (lamp1). A chave que será conectada à entrada digital do CLP terá retenção mecânica e sua função será ligar e desligar o circuito. Na network 0001, o bloco de lógica E possui uma inversora na segunda entrada (off). Portanto, a lógica E é verdadeira quando a entrada %I0.0 (chave1) estiver em nível lógico 1 e a entrada off estiver em nível 0. Ao acionar a chave na entrada digital do CLP, %I0.0 (chave1) irá para nível ló- gico 1, a lógica E se torna verdadeira e o temporizador T0 inicia a contagem de tempo. Após o término da contagem, a saída on, que estava em nível lógica 0, irá para nível 1. Nesse instante as entradas on e chave1 estarão em nível lógico 1, e as lógicas E das networks 0002 e 0003 serão verdadeiras. A saída lamp1 será acionada e o temporizador T1 inicia a contagem de tempo. Após o término da contagem de tempo, a saída off será acionada. A entrada off da network 0001 estará em nível lógico 1, e a lógica E não será mais verdadeira. Considerando que a lógica E não é mais verdadeira, a entrada IN estará em nível 0. A saída on passará para nível lógico 0. A saída da network 0003 será desacionada e a lâmpada será desligada. Na ne- twork 0002, a saída off voltará a ter nível lógico 0. Essa é a condição inicial do programa e o ciclo será reiniciado automaticamen- te. 128 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 5.5 PROGRAMA DE CONTROLE DE TRÁFEGO (SEMÁFORO) Fisicamente esse circuito terá apenas uma entrada digital %I0.0 (chave1) e três saídas digitais: %Q0.0 (vermelho), %Q0.1 (amarelo) e %Q0.2 (verde). A seguir, um exemplo de programa para essa lógica: Figura 82 - Programa para o semáforo Fonte: SENAI-SP (2013) No capítulo sobre a programação de controladores lógicos programáveis, você já estudou a característica do temporizador escolhido para esse programa (TP – Timer Pulse). Ao receber um pulso na entrada “IN” do temporizador, a saída “Q” é acionada e a contagem é iniciada. Ao término da contagem, a saída “Q” será desacionada. No instante inicial, todas as saídas estarão em nível lógico 0. Ao acionar a cha- ve, a entrada %I0.0 (chave1) passa para nível 1 e a lógica E da network 0001 se torna verdadeira. O temporizador T0 aciona %Q0.0 (vermelho). Observe que as saídas das networks 0002 e 0003 não serão acionadas, pois a entrada %Q0.0 (ver- melho) está em nível lógico 1. Após o término da contagem de tempo por T0, a saída %Q0.0 (vermelho) será desligada, a lógica E da network 0002 será verdadeira e o temporizador T1 aciona- rá a saída %Q0.1 (amarelo). Enquanto %Q0.1 (amarelo) estiver em nível 1, as demais saídas não serão acio- nadas. Por fim, ao desligar %Q0.1 (amarelo), a saída %Q0.2 (verde) será acionada. Esse programa funcionará ciclicamente e só será interrompido quando %I0.0 (chave1) for para nível lógico 0. 1295 Programas de aPlICações Para Controladores lógICos ProgramáveIs (ClP) Anotações: reFerÊnCIas ASSOCIACAO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 5410: instalações elétricas de baixa tensão. 2. ed. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. BRASIL. Ministério do Trabalho e Emprego. NR 10: segurança em instalações e serviços de eletricidade. Disponível em: <http://portal.mte.gov.br/portal-mte>. Acesso em: 9 abr. 2013. FRANCHI, Claiton Moro; CAMARGO, Valter Luís Arlindo de. Controladores lógicos programáveis: sistemas discretos. 2. ed. São Paulo: Érica, 2009. INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. Database IEC 60617: graphical symbols for diagrams. Switzerland: IEC, 2013. Database IEC 81346-2: industrial systems, installations and equipment and industrial products: structuring principles and reference designations: classification of objects and codes for classes. Switzerland: IEC, 2009. PARKER. Tecnologia eletroidráulica industrial. Disponível em: <http://www.parkerstoretaubate. com.br/catalogos/Treinamento/M1003-1%20BR.pdf>. Acesso em: 6 jun. 2013. Tecnologia eletromecânica. Disponível em: <http://www.tecnobi.com.br/catalogo/eletromecanica.pdf>. Acesso em: 6 jun. 2013. PROFIBUS. Artigos técnicos Profibus. Disponível em: <http://www.profibus.org.br/artigos.php>. Acesso em: 11 abr. 2013. SCHNEIDER ELETRIC. Esquemateca: tecnologia do controle e automação industrial. São Paulo: MM,2000. SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO. Apostila de administração da manutenção. São Paulo: SENAI/SP, 2006. . Apostila de automação industrial. 2. ed. São Paulo: SENAI/SP, 2008. . Apostila de eletrotécnica: teoria. São Paulo: SENAI/SP, 1993. . Apostila de técnicas de manutenção. São Paulo: SENAI/SP, 2010. SILVA, Clodoaldo. O controlador lógico programável. Disponível em: <http://www. clubedaeletronica.com.br>. Acesso em: 10 abr. 2013. SMAR. Redes industriais. Disponível em: <http://www.smar.com/brasil/artigostecnicos/artigo. asp?id=48>. Acesso em: 11 abr. 2013. CAMARGO, Valter Luís Arlindo de; FRANCHI, Claiton Moro. Controladores Lógicos Programáveis – sistemas discretos. 2ª ed. São Paulo: Editora Érica, 2012. aneXos ANEXO 1 Operadores-padrão para linguagem de texto estruturado segundo a norma IEC 61131-3. OPERADOR DESCRIÇÃO (...) Expressão com parêntesis Função (...) Lista de parâmetros de uma função ** Exponenciação - Negação NOT Complemento booleano * Multiplicação / Divisão MOD Operador de módulo + Soma - Subtração <,>,<=,>= Comparação = Igualdade <> Desigualdade AND, & E booleano XOR OU Exclusivo booleano OR OU booleano ANEXO 2 Operadores-padrão para linguagem de lista de instruções segundo a norma IEC 61131-3. OPERADOR DESCRIÇÃO LD Mnemônico da palavra inglesa “Load” – carrega o operando para o acumulador. ST Mnemônico da palavra inglesa “Store” – envia o conteúdo do acumulador para um local definido pelo operando. AND Função “E”. OR Função “OU”. XOR Função “OU EXCLUSIVO”. S Mnemônico da palavra inglesa “Set”. R Mnemônico da palavra inglesa “Reset”. GT Comparação “maior que”. GE Comparação “maior ou igual a”. EQ Comparação “igual a”. NE Comparação “diferente de”. LE Comparação “menor ou igual a”. LT Comparação “menor que”. JMP Salto. CAL Chamada. RET Retorno de função ou bloco funcional. ) Executa o último operador adiado. mInICurrÍCulo dos autores Anderson Galdino Leite é eletricista de manutenção, Técnico em eletrônica e Tecnólogo em Au- tomação Industrial. Licenciado em Matemática e em Pedagogia. Cursando pós-graduação (espe- cialização) em educação a distancia. Atuou na modernização (retrofit) e manutenção eletroele- trônica industrial de maquinas com Controladores Programáveis (CP), inversores de frequência, equipamentos automatizados e robôs industriais em empresas multinacionais entre 1990 e 1999. No SENAI desde 1999, atuou como docente em cursos de aprendizagem Industrial e cursos téc- nicos na área da Eletrônica/Automação Industrial. Atuou como especialista em educação, entre 2003 e 2005, coordenando processos seletivos de candidatos a cursos. Atualmente como Técnico de ensino, integra a equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a dis- tancia (PN-EAD SENAI). Claudio Luís Magalhaes Fernandes é técnico em Eletrônica e Engenheiro Elétrico na moda- lidade Eletrônica/Computação. Especialista em Automação Industrial e Mestre em Engenharia Mecânica – Automação Industrial. Atuou em empresa prestadora de serviços da área industrial como engenheiro projetista e coordenador de equipes de manutenção de sistemas industriais entre 1990 e 2007. No SENAI-SP (2013) e técnico de ensino desde 2007. Na Faculdade de Tecno- logia de São Vicente, e coordenador e professor adjunto do curso de Tecnologia em Automação Industrial. Recebeu o premio CREA-SP de Formação Profissional em 2007. Atualmente, participa da equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica a distancia do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a distancia (PN-EAD SENAI). Rodrigo Silvério da Silveira é tecnólogo em automação industrial e técnico em eletrotécnica, com especialização em engenharia de manutenção industrial. Atuou em empresa siderúrgica como inspetor elétrico, quando foi responsável pela manutenção e modernização de equipa- mentos automatizados com controladores programáveis, robôs industriais e inversores de fre- quência. No SENAI SP, atua como técnico de ensino desde 2009, ministrando aulas na área de Eletroeletrônica. Atualmente, participa da equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a distancia (PN-EAD SENAI). Clodoaldo Roberto Callogero é técnico em Eletrônica e Engenheiro Eletricista com ênfase na modalidade Eletrônica. Cursando pós-graduação em projetos de máquinas e equipamentos. Atuou nas Áreas de Telecomunicações e Eletroeletrônica na modernização (retrofit) e manuten- ção industrial de maquinas com Controladores Programáveis (CP), inversores de frequência, equi- pamentos automatizados em empresas entre 1986 e 2001. No SENAI desde 2002, como Técnico de Ensino atuou como docente em cursos de aprendizagem Industrial e cursos técnicos na área da Eletrônica/Eletroeletrônica e Telecomunicações. Atualmente, participa da equipe de elabora- ção de materiais didáticos para os cursos Técnicos em Eletroeletrônica, Eletromecânica, Eletrônica e de Formação Continuada junto ao setor de Meios Educacionais da Gerência de Educação. Gustavo Ernesto Martin Arais é eletricista de manutenção e Engenheiro eletricista na modali- dade eletrônica. Atuou na área industrial de manutenção de painéis e máquinas eletroeletrônicas e análises laboratoriais de componentes utilizados em sistemas de refrigeração. Atuou na área de telecomunicação na implementação de sistemas de radiocomunicação digitais encriptados para comunicação de informações sigilosas referentes à segurança pública. No SENAI, atua como técnico de ensino desde 2009, ministrando aulas na área de Eletrônica e Mecatrônica, participa da elaboração de materiais didáticos para o curso Técnico em Eletrônica (SENAI - SP). ÍndICe B Booliano 91 C Curto-circuito 19, 36, 67, 69, 117, 122 D Diagrama 28, 29, 30, 37 E EMI 19 Envasada 17 Envasar 18 F Firmware 48 I Interface Homem-Máquina 23, 38, 43, 60, 106 L LED 64 LEDs 23, 49, 69 P Punção de bico 23 S Sensor pick-up 71 U UCP 18, 19, 20, 21, 22, 37, 39 V Valor 48, 69 SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL UNIDADE DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA – UNIEP Rolando Vargas Vallejos Gerente Executivo Felipe Esteves Morgado Gerente Executivo Adjunto Diana Neri Coordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros SENAI – DEPARTAMENTO REGIONAL DE SÃO PAULO Walter Vicioni Gonçalves Diretor Regional Ricardo Figueiredo Terra Diretor Técnico João Ricardo Santa Rosa Gerente de Educação Airton Almeida de Moraes Supervisão de Educação a Distância Marta Dias Teixeira Supervisão de Meios Educacionais Henrique Tavares de Oliveira Filho Márcia Sarraf Mercadante Silvio Geraldo Furlani Audi Coordenação do Desenvolvimento dos Livros Anderson Galdino Leite Claudio Luiz Magalhães Fernandes Clodoaldo Roberto Callogero Fabio Rosan Gustavo Ernesto Martin Arais Rodrigo Silvério da Silveira Elaboração Henrique Tavares de Oliveira Filho Revisão Técnica Margarida Maria Scavone Ferrari Regina Célia Roland Novaes Design Educacional Alexandre Suga Benites Juliana Rumi Fujishima Leury Giacometi Ilustrações Marcos Antônio Oldigueri Tratamento de Imagem Margarida Maria Scavone Ferrari Revisão Ortográfica e Gramatical I2 Designer Cassiana Mendonça Pottmaier Diagramação i-Comunicação Projeto Gráfico Observação: Este livro contém conteúdos extraídos e adaptados de: SENAI-DN e SENAI-SP. Instalação de Sistemas Eletroeletrônicos Industriais. SENAI-DN: Brasília, 2013 (Série Eletroeletrônica). SENAI-DNe SENAI-SP. Manutenção de Sistemas Eletroeletrônicos Industriais. SENAI-DN: Brasí- lia, 2013 (Série Eletroeletrônica). SENAI-DN e SENAI-SP. Projetos de Sistemas Eletroeletrônicos Industriais. SENAI-DN: Brasília, 2013 (Série Eletroeletrônica).