Pr+ítica 2 Automa+º+úo Industrial

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ROTEIRO DE PRÁTICA LABORATORIAL Nº 
Componente curricular: Automação Industrial
Título do roteiro de aula prática: 
 PROGRAMAÇÃO DE CLP – DESENVOLVENDO PROJETOS EM LINGUAGEM LADDER UTILIZANDO O SOFTWARE RS LOGIX MICRO
Tempo previsto: 8 horas
Objetivos
		Capacitar o aluno a desenvolver lógicas de programação em linguagem Ladder, possibilitando ao estudante conhecer as ferramentas de programação e desenvolver lógicas em linguagem Ladder.
Referencial teórico
		A linguagem de programação de um CLP é mais parâmetro que o engenheiro projetista deve definir durante um projeto de automação industrial. A escolha da linguagem de programação irá depender de fatores como a aplicação do projeto, a complexidade da lógica, a familiaridade do programador com determinada linguagem, as definições de engenharia vindas do cliente, os recursos que o CLP oferece, entre outros.
		As linguagens de programação sofreram ao longo do tempo um processo de contínua evolução, atualmente oferecendo aos programadores inúmeros recursos e possibilidades de programação utilizando linguagens gráficas e interativas permitindo aos programadores realizar tarefas complexas.
		Comparando os recursos de programação atual de CLPs com a forma que se programava no passado, é muito notório a simplicidade e flexibilidade dos CLPs atuais. Foram desenvolvidas linguagens específicas e essas foram aperfeiçoadas. A grande dificuldade era a inexistência de normas em relação às linguagens de programação, surgindo, com o tempo, variantes dessas linguagens, todas diferentes entre si. Com isso, a comunidade industrial internacional reconheceu a necessidade de uma padronização, visando à uniformização de procedimentos dos diversos fabricantes.
		A grande maioria dos CLPs atuais oferecem recursos de programação através softwares com inúmeras ferramentas possibilitando ao programador manipular variáveis discretas e contínuas realizando inúmeras tipos de operações desde uma simples lógica AND até operações complexas como blocos PID e lógica difusa (Fuzzy).
		As linguagens mais utilizadas na programação de CLP podem ser divididas em linguagem de texto e linguagens gráficas. Dentre as inúmeras linguagens disponíveis o Ladder é sem dúvida a mais utilizada delas.
		Atualmente a grande maioria dos CLPs oferecem ferramentas de software para programação oferecendo ao programador possibilidade de utilizar muitas linguagens de programação.
Linguagens de Texto
		As linguagens de texto são divididas em Lista de Instruções (IL) e texto estruturado (ST):
▪Lista de Instruções (Instruction List – IL): é uma linguagem de baixo nível, similar ao Assembly, constituída de acrônimos e mnemônicos, ou seja, é uma linguagem que usa diretamente as instruções do microcomputador, e de característica puramente sequencial. Este tipo de linguagem pode ser utilizado no desenvolvimento de simples projetos até grandes aplicações com lógicas mais complexas. Normalmente programadores que se acostumam a programar em linguagem de baixo nível preferem trabalhar com este tipo de linguagem devido a sua simplicidade e por deixar o programa menor e mais leve. 
▪Texto estruturado (Structured Text – ST): é uma linguagem de programação de alto nível. Neste tipo de linguagem são utilizadas linguagens estruturadas já conhecidas como C e Pascal. Essa linguagem pode ser usada para expressar declarações complexas envolvendo variáveis que representem uma ampla faixa de dados de diferentes tipos, compreendendo valores analógicos e digitais. Há também como trabalhar com dados específicos de gerenciamento de horas, datas e duração de tempo.
Linguagens Gráficas
		As linguagens gráficas podem ser o Ladder (LD), diagramas de blocos de funções (FBD) e sequenciamento gráfico de funções:
▪Diagrama Ladder (Ladder Diagram – LD): é uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos elétricos para a realização de circuitos de comando de acionamentos, por isso é a forma de programação de CLPs mais utilizada. O nome Ladder deve-se à representação da linguagem parecer-se com uma escala, na qual duas barras verticais paralelas são interligadas pela lógica de controle, formando os degraus da escada. Esta linguagem tornou-se muito comum devido a facilidade que profissionais da área de elétrica possuem com diagramas elétricos.
▪Diagrama de Blocos Funcionais (Function Block Diagram – FBD): é uma linguagem gráfica de programação bastante popular na Europa, sendo os elementos expressos por blocos interligados, semelhantes aos utilizados em eletrônica digital. Essa linguagem é apropriada para aplicações que envolvam fluxo de informação entre os componentes de controle.
Sequenciamento Gráfico de Funções (Sequential Function Chart – SFC): é uma linguagem desenvolvida na França com o nome de linguagem Grafcet. É uma linguagem gráfica que permite a descrição das ações sequenciais, paralelas e alternativas existentes numa aplicação de controle. O SFC vem recebendo várias implementações nos CLPs de grande porte, afirmando-se como linguagem ideal para processos sequenciais.
Linguagem Ladder
		Dentre todas as linguagens utilizadas em programação de CLP sem dúvida a linguagem Ladder é a mais utilizada. Por apresentar uma grande simplicidade e utilizar a disposição gráfica dos componentes como a de um diagrama elétrico, esta linguagem foi adotada principalmente por profissionais da área de eletricidade.
		Devido a complexidade de algumas operações contidas em um programa de CLP, a linguagem Ladder utiliza inúmeros blocos capazes de realizar operações diversas como cálculos matemáticos, comparação de valores, movimentação de valores entre áreas de memória, entre muitos outros. Estes recursos possibilitam a criação de programas mais complexos utilizando recursos interativos ligados as linhas dos diagramas.
		Uma grande vantagem da utilização da linguagem Ladder é facilidade de encontrar problemas e diagnosticar avarias em sistemas automatizados. Principalmente em grandes plantas industriais, são inúmeros os elementos existentes em um sistema de automação (válvulas, sensores, transmissores, motores, inversores, controladores, medidores, entre muitos outros), desta forma muitos problemas como a falha de um sensor ou uma condição de intertravamento podem ser visualizados através da análise de um programa, onde a disposição gráfica dos elementos de programação favorece a análise e o entendimento do programa.
		
Elementos de programação do Ladder
		
		Existem inúmeros elementos disponíveis para criação de programas em Ladder. Alguns recursos estarão disponíveis em apenas alguns modelos de CLPs ou fabricantes, isto devido a complexidade de alguns blocos, muitas vezes não suportados pelas CPUs de alguns CLPs. Os elementos mais básicos parar desenvolver um programa em Ladder são:
Tabela 1 – Símbolos básicos da programação Ladder
		Dentre os inúmeros recursos existentes na programação Ladder podemos destacar os seguintes elementos que normalmente estão disponíveis em todos os CLPs:
Bobina Retentiva (Set, Reset ou Latch, Unlatch): ao ficar verdadeira (energizada) esta bobina mantem o sinal de 1 ou 0 de uma variável (Bit) mesmo após ter ficado falsa;
Temporizador (Timer): Realiza contagem de tempo para diversas lógicas de temporização. Existem inúmeros formatos destes tipos de timers, sendo os mais comum o TON (on delay) temporizando para energizar e TOFF (off delay) temporizando para desenergizar;
Contador: Realiza a contagem de pulsos (Bordas) que é gerada em sua entrada de clock e ao atingir o valor de preset o contador habilita um bit de controle. São classificados como como contadores de contagens crescente e decrescente;
Comparadores: Os comparadores são blocos capazes de comparar valores de variáveis inteiras, ponto flutuante e números literais. Os comparadores mais comuns são Maior ou igual, Maior que, Menor igual, Menor que, igual e diferente;
Blocos de operações matemáticas: São utilizados para realizar diversos tiposde operações matemáticas, sendo os mais comuns: soma, subtração, multiplicação, raiz quadrada e inversão de sinal. Alguns CLPs disponibilizam blocos matemáticas que conseguem processar uma equação por completa, sem a necessidade de realizar diversas operações individuais.
Blocos de movimentação e conversão de variáveis: Os blocos de movimentação são necessários para realizar operações de atribuição de valores, movimentando valores entre posições de memória diferentes. Os blocos de conversão são elementos capazes de converter um tipo de variável em outro. São necessários em muitas operações matemáticas dependendo do formato das variáveis envolvidas.
Blocos de operações lógicas: Realizam operações lógicas entre variável, normalmente entre words da memória ou bits (variável do tipo booleana). Os mais comuns são: AND, OR, NOT, XOR, XNOR E CLR;
Equipamentos necessários
Tabela 2 – Relação de equipamentos utilizados na aula prática (para cada grupo de até 6 alunos, segundo diretriz institucional)
	Item
	Quant.
	Descrição
	1
	1
	Microcomputador de uso geral – Desktop ou Notebook
	2
	1
	Software RS Logix Micro da Rockwell Automation
	3
	1
	Software RS Linx Classic da Rockwell Automation
	4
	1
	Equipamento didático de CLP – Maleta com Kit CLP da Uniube
	5
	1
	Sensor Indutivo de Pulso (Rotação)
	6
	2
	Sensor Fotoelétrico do tipo difuso
	7
	1
	Transmissor de temperatura TxBlock da Novus (TT)
	8
	1
	Termorresitência PT100
	9
	1
	Soprador térmico 127VAC
Figura 1 – Equipamentos utilizados na aula prática
 2
1
 5
4
3
 
9
8
7
6
Insumos necessários
	
	Não há necessidade de insumos para esta atividade prática.
Procedimentos experimentais
Para desenvolver os exercícios propostos será utilizado o kit didático de CLP para rodar os programas e alguns recursos adicionais como sensores, contatores, lâmpadas, buzzer, etc.). Os programas serão criados no Software RS Logix Micro que utiliza a linguagem de programação Ladder. 
Nesta etapa todas as atividades serão realizadas sobe supervisão do professor, que acompanhará cada montagem e teste, oferecendo suporte aos alunos no que for preciso para realizar as atividades e um forma produtiva e com segurança.
Sob a observação do professor, os alunos, distribuídos em grupos de até 6 alunos, devem seguir os seguintes procedimentos práticos:
a) Exercício 1: Desenvolver um programa em Ladder para realizar o acionamento de um motor de indução trifásico. Na sequencia segue as informações detalhadas para desenvolver o exercício:
Primeiramente será necessário parametrizar o inversor de frequência Power Flex 40 da Allen Bradley. Com auxílio do manual do inversor de frequência realize as configurações básicas do inversor: Tensão de operação (P031), Frequência de placa do motor (P032), Corrente máxima do motor (P033), Frequência Mínima (P034) e Frequência Máxima (P035);
Configure a fonte de acionamento selecionando a opção 2 no parâmetro (P036). Neste parâmetro é selecionado a opção de acionamento do inversor através de suas I/O’s;
No parâmetro (P038) selecione a opção 0 (zero). Desta forma a referencia de velocidade do motor será através do potenciômetro existente na IHM frontal do inversor;
	 Figura 2 – Inversor de frequência Power Flex 40 da Allen Bradley
Utilize a entrada digital I:0/1 do CLP para ligar o botão Liga (NA) no sentido Horário (Forward) e a entrada digital I:0/9 para ligar o botão Desliga (NF);
Utilize a saída digital O:0/0 do CLP para ligar inversor e partir o motor no sentido horário;
Realize as ligações físicas entre os botões e as entradas digitais do CLP;
Realize a conexão entre a saída digital do CLP e a entrada digital do inversor de frequência;
Desenvolva a lógica de programação da partida direta utilizando a linguagem Ladder;
Após certificar que todas as ligações físicas ficaram corretas, realize as ligações dos cabos da saída do inversor para o motor; 
Descarregue o programa através do download no CLP, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Com o programa do item (a) finalizado e funcionando corretamente, implemente na lógica o acionamento do motor no sentido anti-horário. Utilize a entrada digital I:0/2 para ligar o botão Liga (NA) no sentido Anti-horário (Backward) e a saída digital O:0/1 para ligar o inversor no sentido anti-horário. 
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Agora implemente no mesmo programa uma lógica para um sensor de rotação indutivo. Quando o motor rodar em um dos sentidos deve ser habilito uma contagem de tempo, e caso o sensor não envie um sinal para uma entrada digital, o motor deve ser parado e um Led de indicação de falha deve ser acesso. O motor só terá condição de partir novamente se a falha de rotação for reconhecida pelo botão de Reset. Utilize a entrada I:0/3 para o sensor de rotação, a entrada I:0/4 para o botão de Reset e a saída O:0/2 para o Led de indicação de falha. 
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Salve o projeto no computador com o nome de ‘Exercicio_1’.
b) Exercício 2: Criar um programa em linguagem Ladder que seja capaz de contar caixas grandes e pequenas. O programa deverá seguir as seguintes recomendações:
Utilizar os sensores ópticos do tipo difuso como elementos de detecção das caixas. Utilize as saídas PNP dos sensores conectados as entradas digitais I:0/0 (Sensor S1) e I:0/1 (Sensor S2). Considere o funcionamento da saída dos sensores do tipo Ligth on.
No programa será considerado a leitura de uma caixa pequena apenas quando o sensor S1 estiver atuado e a leitura de uma caixa grande apenas quando os dois sensores (S1 e S2) estiverem atuados ao mesmo tempo. As outras combinações lógicas das entradas devem ser desprezadas.
O valor da contagem deve ser armazenado em uma variável do tipo inteiro. Considere N7:0 para armazenar a contagem de caixas pequenas e N7:1 para armazenar a contagem de caixas grandes. Se qualquer um destes valores de contagem for superior a 50, uma lâmpada de sinalização deve ser acessa. Utilize a saída digital O:0/0 para ligar a lâmpada de sinalização.
Utilizar um botão de Reset (NA) para zerar a contagem através da entrada I:0/4 do CLP;
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Salve o projeto no computador com o nome de ‘Exercicio_2’.
c) Exercício 3: Criar uma lógica de programação para controlar um semáforo de 2 tempos. Utilize os blocos temporizadores para realizar esta atividade. Desenvolva o programa considerando as seguintes instruções:
No semáforo 1 utilize a saída O:0/0 para a lâmpada vermelha, O:0/1 para a lâmpada amarela e O:0/2 para a lâmpada verde;
 No semáforo 2 utilize a saída O:0/3 para a lâmpada vermelha, O:0/4 para a lâmpada amarela e O:0/5 para a lâmpada verde;
O semáforo deve ser ligado quando uma chave com retenção for acionada. Utilize a entrada I:0/5 para conectar a chave liga-desliga;
Para esta prática será utilizado um módulo contendo os bocais com as lâmpadas e também uma placa com relés acopladores. Será necessário apenas realizar as ligações das saídas digitais do CLP para a placa de relês de acoplamento;
Considere que as lâmpadas vermelhas e verdes devem ficar acessas durante 1 minuto e as lâmpadas amarelas 3 segundos;
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Salve o projeto no computador com o nome de ‘Exercicio_3’.
d) Exercício 4: Desenvolver um programa que seja capaz realizar uma rampa de aceleração de um motor, com os tempos de incremento de velocidade definidos na programação. Será utilizado uma saídaanalógica do CLP e a referencia de velocidade por uma entrada analógica no inversor de frequência. Segue abaixo os passos necessários para realizar o exercício:
Com o auxílio do manual de instruções do Inversor Power Flex 40 da Allen Bradley, configurar o inversor de frequência, com referência de velocidade através da entrada analógica, selecionando a opção 3 do parâmetro P038. Ajustar também os limites mínimo e máximo de velocidade através dos parâmetros P034 e P035, respectivamente. Considerar a velocidade mínima de 0 Hz e a máxima de 60 Hz.
Configure a fonte de acionamento selecionando a opção 2 no parâmetro (P036). Neste parâmetro é selecionado a opção de acionamento do inversor através de suas I/O’s;
Utilizando os cabos de conexão interligue a saída analógica de corrente (4 a 20mA) do CLP na entrada analógica do inversor de frequência;
Ligue a saída digital O:0/0 do CLP na entrada digital do inversor de frequência (Forward);
Conecte um botão B1 (NA) na entrada digital I:0/0 do CLP;
Desenvolva uma lógica para o CLP que seja capaz que realizar a seguinte operação: Ao pressionar uma vez o botão B1 o motor irá partir sentido horário na velocidade 1 (10Hz), depois de 3 segundos ele passará para velocidade 2 (20Hz), sendo que de 3 em 3 segundos ele incrementará 10Hz, até atingir a velocidade máxima de 60Hz. Quando atingir a velocidade máxima o motor deve permanecer ligado por 10 segundos e desligar. Ao pressionar o botão novamente o ciclo deve se repetir;
Utilize blocos de temporização para realizar a contagem dos tempos definidos pelo exercício.
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Salve o projeto no computador com o nome de ‘Exercicio_4’.
e) Exercício 5: Criar um projeto que seja capaz de realizar o controle de temperatura on-off de uma estufa utilizando o sinal de um transmissor de temperatura ligado a uma termorressitência PT100. Siga os passos abaixo para desenvolver a atividade prática:
Nesta atividade será utilizado um soprador térmico que será acionado pelo CLP e também uma termorressitência do tipo PT100 que receberá o fluxo de ar quente do soprador e enviar o sinal e temperatura para um TT ligado ao CLP. Para realizar o teste de funcionamento será necessário posicionar manualmente o soprador próximo ao PT100, fechando a malha entre o elemento final de controle e o sensor.
Considerando que o transmissor de temperatura TxBlock da Novus já esteja parametrizado para uma faixa de temperatura de 0 a 100 ºC e com o sinal de saída de 4 a 20mA, realize a ligação do PT100 no transmissor e do transmissor na entrada analógica de corrente do CLP de acordo com a imagem abaixo:
Figura 3 – Diagrama de ligação do transmissor TxBlock da Novus
Conecte o soprador térmico ligando o cabo de acionamento do relê de acoplamento a saída digital O:0/0. O cabo de alimentação do soprador deve ser ligado em uma tomada de 127VAC;
Desenvolva um programa na linguagem Ladder que seja capaz de controlar a temperatura através de um controle on-off (Liga-Desliga) com a temperatura desejada em 50ºC. Será necessário converter o valor lido pela entrada analógica para uma escala de engenharia;
Utilize comparadores para criar a lógica de acionamento e desligamento do soprador térmico e blocos de operações matemáticas para realizar a conversão do valor lido pela entrada analógica para uma escala de engenharia;
Após a lógica implementada, realize o download do programa, coloque a CPU em modo RUN e teste o programa em funcionamento;
Salve o projeto no computador com o nome de ‘Exercicio_5’.
Análises de resultados
Concluídos os procedimentos experimentais, o professor deve levantar junto ao grupo as seguintes questões, que devem ser respondidas individualmente pelos alunos:
 Considerando que a saída digital a relê do Micrologix 1100 libera um sinal de 24VDC quando atuada, como acionar um contator de 220VAC utilizando a saída de 24VDC do kit didático de CLP. Onde encontrar as especificações da saída digital (corrente máxima, máxima potência da carga chaveada, tempo de acionamento, ciclos de acionamento, etc.)?
 Explique qual é diferença de uma bobina (output) com as bobinas Latch e Unlatch? Cite um exemplo de utilização das bobinas Latch e Unlatch.
 Qual é área de memória destinada aos temporizadores (Timers) na memória de dados do Micrologix 1100. Explique qual é diferença da bobina de saída (EN) da bobina (DN). Se for necessário temporizar 5 segundos utilizando uma base de tempo de 0.01, qual valor que deve ser colocado no Preset do timer?
 Integrado na linguagem Ladder existem diversos blocos de funções que são responsáveis por inúmeras tarefas como, realizar cálculos matemáticos, comparar valores, movimentar valores de posições de memórias diferentes, entre muitos outros. O bloco LIM presente na aba ‘Compare’ contida na biblioteca de componentes programação, possui inúmeras aplicações quando queremos comparar valores de variáveis no CLP. Explique a função deste bloco e dê um exemplo de utilização deste componente.
 É possível realizar operações lógicas com componentes de programação? Quais os blocos disponíveis para o Micrologix 1100 que realizam estas operações? Como é realizado esta operação?
 É importante ter em mente que na biblioteca de componentes de programação está disponível inúmeras ferramentas, porém alguns delas não são suportadas para todos as CPUs da família Micrologix. Pesquise na biblioteca e liste pelo menos dois componentes que não são suportados pelo processador do CLP Micrologix 1100.
 A entrada analógica do cartão de entrada e saída analógica 1762-IF2OF2 ligado ao CLP possibilita trabalhar com um sinal de 0 a 10V ou 4 a 20mA. Este sinal que é aplicado a entrada analógica convertido para um valor binário e armazenado em uma área de memória de dados. Qual é faixa (range) de valores possíveis da variável que armazena o valor lido e convertido? Como converter o valor digital em uma escala de engenharia para ser mensurado e utilizado no programa?
O micrologix 1100 suporta até 144 pontos de I/Os considerando a expansão com até 4 módulos de entrada e saída. Este parâmetro é apenas um de diversos parâmetros que são importantes durante a especificação de um CLP. Cite alguns dos principais parâmetros que diz respeito a especificação de CLP durante um projeto de engenharia.
 Os programas em Ladder são criados dentro da pasta ‘Program Files’. O programador poderá dividir o programa em diversos arquivos (Files LAD) de acordo com sua necessidade. Cite um exemplo que justifique a organização do programa em diversos arquivos LAD. É possível criar um LAD genérico e utiliza-lo em diversas partes do programa, utilizando o RS Logix Micro?
Referências
RIBEIRO, M.A. Automação Industrial - 4ª Ed. 1999. Tek Treinamento & Consultoria – Salvador BA 
ROSÁRIO, J. M. Princípios de Mecatrônica – 1ª Ed. 2005. Pearson – São Paulo – SP – ISBN: 85-7605-010-2
ASTRONERD. O CLP e suas linguagens
Disponível em: < https://asttronerd.wordpress.com/2013/08/25/o-clp-e-suas-linguagens/> Acesso em: 08 de dez. 2017
Elaboração do roteiro: Prof. Lúcio Rogério Júnior Data: 04/12/2017
Revisão: Data: 
Organização: Prof. Me. Plauto Riccioppo Filho Data: