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Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL Curso: Tecnólogo em Eletroeletrônica Disciplina: Instrumentação Industrial Semestre curricular: 2004/A Professor: Edcarlo da Conceição Apostila de Automação e Controle Tubarão, fevereiro de 2004. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 2 1 - INTRODUÇÃO DA AUTOMAÇÃO Você já reparou que a automação faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manhã, o rádio-relógio automaticamente dispara o alarme para acordá-lo e começa a dar as notícias do dia. Nessa mesma hora, alguém esquenta o pão para o café da manhã numa torradeira elétrica, ajustando o tempo de aquecimento. Na sala, uma criança liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior. Quando a casa esquenta pela incidência dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agradável. Esses simples fatos evidenciam como a automação faz parte da vida cotidiana. 1.1 - CONCEITO Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que Controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervenção do homem. Automação é diferente de mecanização. A mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem. Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas. 1.2 - DESENVOLVIMENTO DA AUTOMAÇÃO As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na pré-história. Invenções como a roda, o moinho movido por vento ou força animal e as rodas d’água demonstram a criatividade do homem para poupar esforço. Porém, a automação só ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produção agrário e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 3 metade do século XVIII, inicialmente na Inglaterra. Os sistemas inteiramente automáticos surgiram no início do século XX. Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples e semi-automáticos. 1.3 - COMPONENTES DA AUTOMAÇÃO A maioria dos sistemas modernos de automação, como os utilizados nas indústrias automobilística e petroquímica e nos supermercados, é extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimentação. Cada sistema de automação compõe-se de cinco elementos: · acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É o caso dos motores elétricos, pistões hidráulicos etc.; · sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade; · controle: utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Por exemplo, para manter o nível de água num reservatório, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma válvula, de acordo com o consumo. Mesmo um robô requer um controlador, para acionar o motor elétrico que o movimenta; · comparador ou elemento de decisão: compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores; · programas: contêm informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 4 1.4 - CLASSIFICAÇÃO A automação pode ser classificada de acordo com suas diversas áreas de aplicação. Por exemplo: automações bancárias, comerciais, industriais, agrícolas, de comunicações, transportes. A automação industrial pode ser desdobrada em automação de planejamento, de projeto, de produção. Essa automação pode ser classificada também quanto ao grau de flexibilidade. A flexibilidade de um sistema de automação depende do tipo e da quantidade do produto desejado. Isto significa que quanto mais variados forem os produtos e menor a sua quantidade, mais flexível será o sistema de automação. O quadro a seguir apresenta uma classificação de tipos de processo e de produção e respectivos sistemas de produção. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 5 1.5 - APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO Para fixar os conceitos até aqui explicados, damos a seguir o exemplo de um sistema automático de controle de fluxo de pessoas em academias de ginástica. Este sistema tem um leitor óptico laser e um computador digital de alto desempenho. Quando um associado quer utilizar a academia, passa um cartão pessoal, com um código de barras, pelo leitor óptico (elemento sensor). O dado de entrada é convertido em sinais elétricos e enviado ao computador. O cliente é identificado (programa). Caso sua situação esteja em ordem (pagamento de mensalidades, exame médico etc.), o computador envia um sinal para liberação da catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorrência num banco de dados, para consultas posteriores. 1.5.1 - OUTRAS APLICAÇÕES O desenvolvimento de elementos sensores cada vez mais poderosos e o baixo custo do hardware computacional vêm possibilitando aplicar a automação numa vasta gama de equipamentos e sistemas. Por exemplo: 1.6 - PRODUTOS DE CONSUMO · Eletroeletrônicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores. · Carros com sistemas de injeção microprocessada, que aumentam o desempenho e reduzem o consumo de combustível. Indústrias mecânicas · Robôs controlados por computador. · CAD/CAM, que integra ambientes de projeto e manufatura. · CNC. Bancos · Caixas automáticos. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 6 Comunicações · Chaveamento de chamadas telefônicas. · Comunicações via satélite. · Telefonia celular. · Correios. Transportes · Controle de tráfego de veículos. · Sistemas de radar. · Pilotos automáticos. · Sistemas automáticos de segurança. Medicina · Diagnóstico e exames. 1.7 - O IMPACTO DA AUTOMAÇÃO NA SOCIEDADE O processo de automação em diversos setores da atividade humana trouxe uma série de benefícios à sociedade. A automação geralmente reduz custos e aumenta a produtividade do trabalho. Este aumento possibilita mais tempo livre e melhor salário para a maioria dos trabalhadores. Além disso, a automação pode livrar os trabalhadores de atividades monótonas, repetitivas ou mesmo perigosas. O esquadrão antibomba da polícia americana, por exemplo, dispõe de robôs para detectar e desarmar bombas e reduzir riscos de acidentes com explosões inesperadas. Apesar dos benefícios, o aumento da automação vem causando também sérios problemas para os trabalhadores: · aumento do nível de desemprego, principalmente nas áreas em que atuam profissionais de baixo nível de qualificação; · a experiência de um trabalhador se torna rapidamente obsoleta; · muitos empregos que eram importantes estão se extinguindo: é o que vem ocorrendo com as telefonistas, perfeitamente substituível por centrais de telefonia automáticas; Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________7 · aumento das ausências no trabalho, falta de coleguismo, alcoolismo ou consumo de drogas, que alteram o comportamento dos indivíduos no ambiente de trabalho. De certa forma, esse processo de alienação deriva do sentimento de submissão do trabalhador à máquina, da falta de desafios. Esses problemas, no entanto, podem ser solucionados com programas contínuos de aprendizagem e reciclagem de trabalhadores para novas funções. Além disso, as indústrias de computadores, máquinas automatizadas e serviços vêm criando um número de empregos igual ou superior àqueles que foram eliminados no setor produtivo. 1.8 - NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO Introdução O controle automático tem representado um papel vital no avanço da engenharia e da ciência, além de sua estrema importância em sistemas de veículos espaciais, mísseis guiados. Pilotagem de aviões, robóticos e outros mais. o controle automático tornou-se uma parte importante e integral dos modernos processos industriais e de fabricação. Ele é também essencial em operações industriais tais como controle de posição, velocidade, pressão, temperatura, umidade, viscosidade e fluxo em processos industriais. 1.8.1 - CONCEITOS UTILIZADOS EM CONTROLE •Sistemas: Um sistema é uma combinação de componentes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo. •Perturbações (ou distúrbios): Uma perturbação é um sinal que tende a afetar adversamente o valor da saída do sistema. •Sistemas de controle realimentados: Um sistema que mantém uma relação prescrita entre a saída e alguma entrada de referência comparando-as e utilizando a diferença como um meio de controle. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 8 Exemplo: Conceitos utilizados em controle •Servossistemas: Um servossistema (ou servomecanismo) é um sistema de controle realimentado que controla, alguma posição mecânica, velocidade ou aceleração. Portanto, os termos servossistema e sistema de controle de posição (ou de velocidade, ou de aceleração) são sinônimos. •Sistemas de controle em malha fechada: Em um sistema de controle em malha fechada, o sinal de erro atuante, que é a diferença entre o sinal de entrada e o sinal realimentado (saída). É introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e trazer a saída do sistema a um valor desejado. O termo controle de malha fechada sempre implica o uso de ação de controle realimentado a fim de reduzir o erro do sistema. Exemplo Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 9 •Sistemas de controle em malha aberta: Aqueles sistemas em que a saída não tem nenhum efeito sobre a ação de controle são chamados sistemas de controle em malha aberta. Em outras palavras, em um sistema de controle em malha aberta à saída não é medida nem realimentada para comparação com a entrada. Ex: Máquina de Lavar Roupa 1.8.2 - MALHA FECHADA X MALHA ABERTA •Nos sistemas em malha fechada, o fato de que o uso da realimentação torna a resposta do sistema relativamente insensível a distúrbios externos; •Deve ser enfatizado que. para sistemas nos quais as entradas são conhecidas antecipadamente e nas quais não há distúrbios. é aconselhável usar controle em malha aberta •Os sistemas de controle em malha fechada possuem vantagens somente quando distúrbios imprevisíveis e/ou variações imprevisíveis nos componentes do sistema estão presentes •O número de componentes usados em um sistema de controle em malha fechada é maior do que o de um correspondente sistema de controle em malha aberta. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 10 •O sistema de controle em malha fechada é geralmente de custo e potência mais altos. Regulador de WATT O Sistema Controlado é o motor e a variável controlada é a velocidade do motor. A diferença entre a velocidade desejada e a velocidade real é o sinal de erro. O sinal de controle (a quantidade de combustível) a ser aplicado ao motor é o sinal atuante. A entrada externa para perturbar a variável controlada é a perturbação (distúrbio). Uma mudança inesperada na carga é uma perturbação. MALHA ABERTA Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 11 MALHA FECHADA 1.9 - AÇÕES BÁSICAS DE CONTROLE •Controladores de duas Posições ou Liga-Desliga (ON-OFF) Controladores Proporcionais; Utilizam o valor de erro e tentam compensar este valor com um valor proporcional ao mesmo; •Controladores Proporcional, Integral e Derivativo; Ação Integral: A ação integral resumidamente atua no sistema de forma a anular o erro em regime permanente. Ação Derivativa: A ação derivativa atua no sistema de forma a obter um controlador com alta sensibilidade. Este controle antecipa o erro atuante e inicia uma ação corretiva. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 12 2 – HISTÓRICO DO PLC Em 1968 cientes das dificuldades encontradas na época para se implementar controles lógicos industriais. David Emmett e William Stone da General Motors Corporation solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintes características: •Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que a seqüência de operação por ele executada pudesse ser alterada, mesmo depois de sua instalação; •Ser de fácil manutenção, preferencialmente constituído de módulos interconectáveis; •Ter condições de operarem ambientes industriais com maior confiabilidade que os painéis de relês; •Ser fisicamente menor que os sistemas de relês; •Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados; •Ter um preço competitivo com os sistemas de relês e de estado-sólido usados até então. Esse equipamento recebeu o nome de "Controlador Lógico Programável” CLP ou PLC. O primeiro protótipo desenvolvido dentro da General Motors funcionava satisfatoriamente, porém foi utilizado somente dentro da empresa. A primeira empresa que o desenvolveu, iniciando sua comercialização foi a MODICON (Indústria Norte-Americana). Os primeiros Controladores Programáveis eram grandes e caros. Só se tornando competitivos para aplicações que equivalessem a peio menos 150 relês. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 13 2.1 - PRINCIPAIS FABRICANTES: Klocner Moeller Altus Atos Allen Bradley WEG Aromat Siemens 2.2 - CONCEITOS BÁSICOS 2.2.1 - CARACTERÍSTICAS DAS ENTRADAS E SAÍDAS - E/S Para que as CPU's dos PLC's possam realizar as suas funções de controle, elas precisam receber informações do campo. Para que estas informações cheguem até a CPU, existem módulos de entrada e saída, ou seja, módulos que servirão de interface entre a CPU e os sinais provenientes do processo a ser controlado. Estes módulos servem para tornar compatíveis os níveis de sinais de tensão e corrente que são provenientes dos sensores de campo, com o nível de sinal com o qual a CPU pode receber suas informações. A saída digital basicamente pode ser de quatro tipos: transistor, triac, contato seco e TTL podendo ser escolhido um ou mais tipos. A entrada digital pode se apresentar de várias formas, dependendo da especificaçãodo cliente, contato seco, 24 VCC, 110 VCA, 220 VCA, etc. A saída e a entrada analógicas podem se apresentar em forma de corrente (4 a 20 mA, 0 a 10 mA, 0 a 50 mA), ou tensão (1 a 5 Vcc, 0 a 10 VCC, -10 a 10 VCC etc). Em alguns casos é possível alterar o ranger da através de software. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 14 2.2.2 - MÓDULOS DE ENTRADA Os módulos de entrada são interfaces entre os sensores localizados no campo e a lógica de controle de um controlador programável. Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componente externos como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botões, termopares, relés etc. Estes módulos são constituídos de cartões eletrônicos, cada qual com capacidade para receber em certo número de variáveis. Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartões, para atender as mais variadas aplicações nos ambientes industriais. Mas apesar desta grande variedade, os elementos que informam a condição de grandeza aos cartões, são do tipo: ELEMENTO DISCRETO: As grandezas físicas, as quais são atribuídos unicamente dois valores ou níveis chamamos de grandezas binárias. Trabalha com dois níveis definidos. Por exemplo: Contato aberto-contato fechado / nível baixo-nível alto. ELEMENTO ANALÓGICO: Um sinal analógico é a representação de uma grandeza que pode assumir no decorrer do tempo, qualquer valor entre dois limites determinados. Trabalha dentro de uma faixa de valores. Por exemplo: A tensão proporcional à temperatura entregue por um termoelemento. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 15 2.2.2.1 - ELEMENTOS DISCRETOS Entradas Digitais: Somente possuem dois estados A entrada digital com fonte externa é o tipo mais utilizado, também neste caso a característica da fonte de alimentação externa dependerá da especificação do módulo de entrada. Observe que as chaves que acionam as entradas situam- se no campo. BOTÃO CHAVE PRESSOSTATO FLUXOSTATO TERMOSTATO FIM DE CURSO TECLADO CHAVE BCD FOTOCÉLULA OUTROS CARTÕES DISCRETOS UCP font ENTRADA 1 ENTRADA 2 COMUM PS CAMP Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 16 As entradas dos CLPs têm alta impedância e por isso não podem ser acionadas diretamente por um triac, como é o caso do acionamento por sensores a dois fios para CA, em razão disso é necessário, quando da utilização deste tipo de dispositivo de campo, o acréscimo de uma derivação para a corrente de manutenção do tiristor. Essa derivação consta de um circuito resistivo-capacitivo em paralelo com a entrada acionada pelo triac, cujos valores podem ser encontrados nos manuais do CLP, como visto abaixo. Se for ser utilizado um sensor capacitivo, indutivo, óptico ou indutivo magnético, saída à transistor com alimentação de 8 a 30 VCC, basta especificar um cartão de entrada 24 VCC comum negativo ou positivo dependendo do tipo de sensor, e a saída do sensor será ligada diretamente na entrada digital do CLP. A entrada digital do tipo contato seco fica limitada aos dispositivos que apresentam como saída a abertura ou fechamento de um contato. É bom lembrar que em alguns casos uma saída do sensor do tipo transistor também pode ser usada, esta informação consta no manual de ligação dos módulos de entrada. 2.2.2.2 - ELEMENTOS ANALÓGICOS Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA) . FONTE ENTRADA 1 COMUM CAMP sensor indutivo 2 fios Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 17 A entrada analógica em corrente é implementada diretamente no transmissor como mostra o diagrama. A entrada analógica em tensão necessita de um shunt para a conversão do valor de corrente em tensão, como mostra o diagrama O valor do resistor shunt dependerá da faixa de saída do transmissor e da faixa de entrada do ponto analógico. Para tal cálculo utiliza-se a lei de ohm ( R = V / I). font ENTRAD ENTRAD COMUM P CAMP T fonte ENTRADA ENTRADA 2 COMUM P CAMPO T TRANSMISSORES UCP C.A. C.A. C.A. C.A. C.A. C.A. TACO GERADOR TERMOPAR TERMO SENSOR DE POSIÇÃO OUTROS Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 18 2.2.3 - MÓDULOS DE SAÍDA Os módulos de saída são elementos que fazem a interface entre o processador e os elementos atuadores. Estes módulos são constituídos de cartões eletrônicos, com capacidade de enviar sinal para os atuadores, resultante do processamento da lógica de controle. Os cartões de saída irão atuar basicamente dois tipos: ATUADORES DISCRETOS: Pode assumir dois estados definidos. ATUADORES ANALÓGICOS: Trabalha dentro de uma faixa de valores. 2.2.3.1 - ATUADORES DISCRETOS VÁLVULA SOLENÓIDE CONTATOR SINALIZADOR RELÉ SIRENE DISPLAY OUTROS UCP CARTÕES DISCRETOS Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 19 Ponto de Saída: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de saída. Ex: Lâmpadas, Solenóides, Motores. De acordo com o tipo de elemento de comando da corrente das saídas, estas apresentam características que as diferem como as seguintes: - saída a TRANSÍSTOR promove comutações mais velozes, mas só comporta cargas de tensão contínua; - saída a TRIAC tem maior vida útil que o tipo a contato seco, mas só pode acionar cargas de tensão alternada; - saída a CONTATO SECO pode acionar cargas alimentadas por tensão tanto contínua quanto alternada. A ligação dos circuitos de entrada e ou saída é relativamente simples, dependendo apenas do tipo em questão. A seguir vêm-se os diagramas de ligação dos vários tipos. As saídas digitais independentes possuem a vantagem de poder acionar no mesmo módulo cargas de diferentes fontes sem o risco de interligá-las. Apresentam a desvantagem de consumir mais cabos. As saídas digitais com ponto comum possuem a vantagem de economia de cabo. Se neste tipo de saída for necessário acionar cargas com fontes incompatíveis entre si, será necessária a utilização de relés cujas bobinas se energizem com as saídas do CLP e cujos contatos comandem tais cargas. carga carga fonte fonte saída 1 saída 2 SAÍDAS DIGITAIS INDEPENDENTES CAMP Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 20 Saídas Digitais: Somente possuem dois estados 2.2.3.2 - ATUADORES ANALÓGICOS Saídas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA) POSICIONADOR CONVERSOR INDICADOR VÁLVULA PROPORCIONALATUADOR ELÉTRICO OUTROS UCP CARTÕES ANALÓGIC OS Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 21 2.2.4 - Bus BUS é o elemento de interligação entre a CPU, memória e módulos de interface que nada mais é do que um sistema de condutores. 2.2.5 - Flags Nem sempre a utilização dos sinais provenientes dos módulos de entradas e saídas (digitais ou analógicas), são suficientes para a elaboração de programas. Para estes casos, os PLC's da Siemens possuem àreas de memória que podem ser utilizadas como elementos auxiliares, assim como os contatos auxiliares comumente encontrados em contatores e relés. Estes elementos auxiliares foram denominados " FLAGS ". Os flags podem ser utilizados na forma de bit, byte ou word. 2.2.6 - Programa É a Lógica existente entre os pontos de entrada e saída e que executa as funções desejadas de acordo com o estado das mesmas. EEPROM: Memória que não perde seu conteúdo quando desligada a alimentação. Normalmente contém o programa do usuário. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 22 2.2.7 - Conceito de bit, byte, nibble e Word(palavra) BIT: è a unidade para o sistema de numeração binário. Um bit é a unidade básica de informação e pode assumir 0 ou 1. Byte: Byte é uma unidade constituída de 8 bits consecutivos. O estado das entradas de um módulo digital de 08 pontos pode ser armazenado em um Byte. Word: Uma word é constituída de dois Bytes. O Valor das entradas e saídas analógicas podem ser indicados pôr words. Nibble: é a unidade formada por 4 bits consecutivos. CPU:è a unidade inteligente do CLP. Na CPU são tomadas as decisões para o controle do processo. 2.2.8 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CP: Um CP realiza continuamente um ciclo de varredura que consiste em: 1 – Leitura de entradas; 2 – Execução do programa, que consiste em calcular novas saídas em função das entradas, de acordo com a seqüência de instruções; 3 – Atualização das saídas. A figura abaixo mostra o ciclo básico de varredura de um cp, o tempo típico para execução de uma varredura é de 20 ms. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 23 2.2.9 - Princípio de Funcionamento de um CLP Um controlador lógico programável tem seu funcionamento baseado num sistema de microcomputador onde se tem uma estrutura de software que realiza continuamente ciclos de varredura. 2.2.9.1 - ESTADO DE OPERAÇÃO Basicamente a UCP de um controlador programável possui dois estados de operação: - Programação - Execução A UCP pode assumir também o estado de erro, que aponta falhas de operação e execução do programa. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 24 2.2.9.2 - PROGRAMAÇÃO Neste estado o CP não executa programa, isto é, não assume nenhuma lógica de controle, ficando preparado para ser configurado ou receber novos programas ou até modificações de programas já instalados. Este tipo de programação é chamado off-line (fora de linha). 2.2.9.3 - Execução Estado em que o CP assume a função de execução do programa do usuário. Neste estado, alguns controladores, podem sofrer modificações de programa. Este tipo de programação é chamado on-line (em linha). 2.2.9.4 - FUNCIONAMENTO Ao ser energizado, estando o CP no estado de execução, o mesmo cumpre uma rotina de inicialização gravada em seu sistema operacional. Esta rotina realiza as seguintes tarefas: - Limpeza da memória imagem, para operandos não retentivos; - Teste de memória RAM; - Teste de executabilidade do programa. Após a execução desta rotina, a UCP passa a fazer uma varredura (ciclo) constante, isto é, uma leitura seqüencial das instruções em loop (laço). Entrando no loop, o primeiro passo a ser executado é a leitura dos pontos de entrada. Com a leitura do último ponto, irá ocorrer, a transferência de todos os valores para a chamada memória ou tabela imagem das entradas. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 25 Após a gravação dos valores na tabela imagem, o processador inicia a execução do programa do usuário de acordo com as instruções armazenadas na memória. Terminando o processamento do programa, os valores obtidos neste processamento, serão transferidos para a chamada memória ou tabela imagem das saídas, como também a transferência de valores de outros operandos, como resultados aritméticos, contagens, etc. Ao término da atualização da tabela imagem, será feita a transferência dos valores da tabela imagem das saídas, para os cartões de saída, fechando o loop. Neste momento é iniciado um novo loop. Para a verificação do funcionamento da UCP, é estipulado um tempo de processamento, cabendo a um circuito chamado de Watch Dog Time supervisioná-lo. Ocorrendo a ultrapassagem deste tempo máximo, o funcionamento da UCP será interrompido, sendo assumido um estado de erro. O termo varredura ou scan são usados para um dar nome a um ciclo completo de operação (loop). O tempo gasto para a execução do ciclo completo é chamado Tempo de Varredura, e depende do tamanho do programa do usuário, e a quantidade de pontos de entrada e saída. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 26 START PARTID A - Limpeza de memória - Teste de RAM - Teste de Execução OK Tempo de Varredura OK Atualização da Tabela Imagem das Entradas Execução do Programa do Usuário Atualização da Tabela Imagem das Saídas STOP PARADA Leitura dos Cartões de Entrada Transferência da Tabela para a Saída Não Não Sim Sim Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 27 2.2.10 - Estrutura Básica de um controlador lógico programável: Fonte de alimentação Memória do programa CPU (unidade central de processamento) Módulos de interface (entradas e saídas) Bus de comunicação 2.2.11 - ARQUITETURA DE MEMÓRIA DE UM CP A arquitetura de memória de um controlador programável pode ser constituída por diferentes tipos de memória. A memória do computador é onde se armazenam os dados que devem ser manipulados pelo computador (chamada memória de dados) e também onde esta armazenada o programa do computador (memória de programa). Aparentemente não existe uma diferença física entre as memórias de programa, apenas utilizam-se memórias fixas para armazenar dados fixos ou Unidade Central de Processamento (UCP) MEMÓRIA INTERFACE DE E/S PROCESSADOR FONTE DE ALIMENTAÇÃO CARTÕES DE ENTRADA CARTÕES DE SAÍDA TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogoem Eletroeletrônica_____________________________________________ 28 programas e memórias que podem ser alteradas pelo sistema para armazenar dados que podem variar de acordo com o programa. Existem diversos tipos de memórias que podem ser utilizadas pelo computador: fita magnética, disco magnético e até memória de semicondutor em forma de circuito integrado. As memórias a semicondutores podem ser divididas em dois grupos diferentes: - Memória ROM ( read only memory ) memória apenas de leitura. - Memória RAM ( random acess memory ) memória de acesso aleatório. MEMÓRIAS ROM RAM ROM MÁSCARA PROM EPROM EEPROM EAROM ESTÁTICA DINÂMICA As memórias ROM são designadas como memória de programa por serem memórias que não podem ser alteradas em estado normal de funcionamento, porém têm a vantagem de não perderem as suas informações mesmo quando é desligada sua alimentação. Tipo de Memória Descrição Observação RAM DINÂMICA Memória de acesso aleatório - Volátil - Gravada pelo usuário - Lenta - Ocupa pouco espaço - Menor custo RAM Memória de acesso aleatório - Volátil - Gravada pelo usuário - Rápida - Ocupa mais espaço - Maior custo ROM MÁSCARA Memória somente de leitura - Não Volátil - Não permite apagamento Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 29 - Gravada pelo fabricante PROM Memória programável somente de leitura - Não volátil - Não permite apagamento - Gravada pelo usuário EPROM Memória programável/ apagável somente de leitura - Não Volátil - Apagamento por ultravioleta - Gravada pelo usuário EPROM EEPROM FLASH EPROM Memória programável/ apagável somente de leitura - Não Volátil - Apagável eletricamente - Gravada pelo usuário 2.2.11.1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: 2.2.12 - LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicarem com o CLP e definir as tarefas que o mesmo deverá executar. Pela normalização os CLP´s devem ter no mínimo três linguagens de programação: Ladder, STL (Lista de Instruções e Diagrama de Funções). Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 30 LADDER: Esta linguagem é muito conhecida como linguagem de contatos, pois ela deriva do tradicional esquema elétrico e sendo assim tornou-se a mais popular, esta linguagem é dividida em linhas de programa ( Network ) no formato vertical parecendo uma escada, daí o nome ladder (escada). STL: Como podemos ver, a barra de ferramentas que contem as funções prontas existente na programação ladder, desaparece na programação STL, isto significa que para utilizar esta programação precisamos digitar todas as funções, tornando assim a programação mais difícil, principalmente para os iniciantes. Conhecida também como Lista de instruções. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 31 DIAGRAMA DE FUNÇÕES: Como podemos ver, a barra de ferramentas voltou, porém de forma diferente. Esta linguagem é muito conhecida da eletrônica digital onde os blocos representam as portas lógicas. Utiliza funções lógicas 2.2.13 - APLICAÇÕES DE CLP´S NA INDÚSTRIA - Máquinas Industriais (Operatrizes, Injetoras, Têxteis, Calçados). - Equipamentos Industriais para processos (Siderurgia, Papel e Celulose, Pneumáticos, Dosagem e Pesagem, Fornos etc.) - Controle de Processos com realização de Sinalização, Intertravamento etc. - Aquisição de dados de Supervisão em Fábricas (CEP), Prédios inteligentes etc. 3.0 - ASPECTOS DE HARDWARE DO S7-200 DA SIEMENS 3.1 - INTRODUÇÃO A série S7-200 é uma linha de pequenos e compactos controladores lógicos programáveis e módulos de expansão que oferecem todos os atributos que uma família de micro-CLP’s pode ter. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 32 Série S7-200 Esta família compreende três CPU's e uma grande variedade de módulos de ampliação orientados para. Atividades específicas. Cada unidade básica vem em diferentes módulos para acomodar o tipo de fonte de alimentação, entradas e saídas que se fazem necessário. CPU 214 CPU 224 • A CPU 221 tem 6 entradas e 4 saídas. Não apresenta capacidade de acoplar módulos de expansão, limitando muito suas aplicações. • A CPU 222 tem 8 entradas e 6 saídas, e tem capacidade de acoplar mais de Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 33 2 módulos de expansão. Esta CPU é ideal para principiantes, é utilizada em pequenas aplicações. • A CPU 224 tem 14 entradas e 10 saídas, e tem a capacidade de acoplar mais 7 módulos de expansão. Por apresentar maior capacidade de memória, um maior número de entrada/saídas e muitas funções especiais integradas, esta é utilizada em tarefas mais completas. 3.2 - CPU S7-200 A CPU S7-200 combina uma unidade central de processamento (CPU), fonte e pontos de entrada e saída num compacto equipamento. - A CPU executa o programa e guarda os dados de controle da automação ou processo. - Pontos de E/S podem ser adicionados à CPU com módulos de expansão. - A porta de comunicação permite conectar a CPU a outros equipamentos ou computadores. - Luzes (led´s) indicam sobre o estado da CPU, modo RUN ou STOP, os estados atuais das E/S e problemas que podem ocorrer. - Algumas CPU`s tem um relógio de tempo real, enquanto outras é necessário um cartão extra. - Um cartão conectável de EEPROM prove um meio de guardar os programas da CPU e transferência de programas entre CPU´s. - Uma bateria conectável garante a manutenção da memória de dados na RAM. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 34 CPU S7-200 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 35 3.3 - RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DAS CPU´S S7-200 Resumo das características das CPU´s S7-200 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 36 4 - ASPECTOS DE SOFTWARE DO S7-200 MICRO/WIN 32 Versão 3.01 4.1 - Introdução A CPU S7-200 executa ciclos de "scan" para interagir com o programa que está armazenado na memória. A memória do controlador lógico programável S7-200 é dividida em três áreas: espaço de programa, espaço de dados e espaço de parâmetro de configuração. • O espaço de programa armazena as instruções de lógica ladder (LAD), ou de lista de instruções (STL) ou diagrama de blocos (FBD). Esta área de memória controla o lugar do espaço de dados e pontos de entrada/saída que são usados. • O espaço de dados é usado como uma área de trabalho, e inclui locação de memória para cálculos, tempo de armazenamento de resultados intermediários, e constantes usadas em parâmetros de controle fixos. O espaço de dados também inclui locação de memóriapara alguns dispositivos como temporizadores, contadores, contadores rápidos e entradas e saídas analógicas. • O espaço de parâmetros de programação ou memória armazena qualquer modificação na configuração de parâmetros ou o "default". É possível criar um programa usando lógica ladder (LAD), ou lista de instruções (STL), ou diagrama de blocos (FBD), conforme exemplo da figura 5.1. Depois de criar o programa ele deve ser carregado para dentro da memória do controlador lógico programável. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 37 a) Diagrama de contatos (LAD) b) Lista de instrução (STL) c) Diagrama de blocos (FBD) Exemplo de programação No controlador lógico programável S7-200 o programa é enviado para o Bloco de Organização Um (OB1) e é armazenado na memória interna não-volátil. Os bits de memória interna (m) são para o S7-200 os FLAGS (F) do S5. Os bits armazenam estados intermediários de informação. Embora estes bits de memória interna sejam geralmente usados como bits, eles podem ser acessados como valores de bit, byte, word ou double word. Tipos de dados e suas faixas de valores Os temporizadores do S7-200 são providos de resolução de 1 milisegundo, 10 milisegundos e 100 milisegundos. A CPU 222 tem 256 temporizadores. Os contadores são dispositivos que contam na transição de nível baixo para alto na entrada de sinal. A CPU 222 tem 256 contadores. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 38 Os módulos analógicos fazem a conversão entre um valor real (voltagem, temperatura, etc.) em um valor digital. Os módulos analógicos podem ser módulos de entrada, módulos de saída ou ainda a combinação de entradas e saídas. 4.1.1 – ÁREAS DE MEMÓRIA UTILIZADAS PELOS CLPs DA LINHA S7-200 Os CLPs S7-200 possuem várias áreas de memória, cada uma com uma função específica. As entradas físicas, estão associadas a uma área de memória denominada “I”, proveniente de “Input” As saídas físicas, estão associadas a uma área de memória denominada “Q”, proveniente de “Quit” Existe uma área de memória, que é utilizada como saída interna, para podermos registrar valores temporários denominados “M”, proveniente de “Merck”. Nos CLPs da antiga linha S5 esta área de memória era chamada de “Flags”. Uma outra área de memória muito importante, como veremos mais adiante, é denominada de “V”, proveniente de “Variable”. Há ainda uma área denominada “SM”, proveniente de “Special Merck”. Cada Bit possui uma função pré-determinada. A memória de dados do S7-200 está dividida em cinco áreas de dados (tabela Abaixo). Parra fazer uso da locação de memória é preciso que a mesma seja endereçada. O endereçamento de memória pode ser acessado como bits, bytes, words e double words. Identificador de área Área de dados I Entrada Q Saída M Bit de memória interna SM Bit de memória interna V Memória variável Área de dados para acesso de memória Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 39 4.1.1.1 – INPUT Esta área de memória é responsável pela captação dos sinais de entrada, sinais estes provenientes de sensores, chaves, botões etc. estes sinais permanecem durante um ciclo do CLP conforme veremos a seguir. 4.1.1.2 – OUTPUT Esta área de memória acionará as saídas do CLP, saídas estas que estarão conectadas as cargas ex. reles, contactores, bobinas etc. 4.1.1.3 – MERCK É uma área de memória utilizada para armazenar valores temporários, também muito conhecidos como saída virtual. 4.1.1.4 – VARIÁVEL Esta área de memória é de fundamental importância na programação de um CLP, é através desta área que podemos alterar valores do processo, como contagens, tempos, contagens de alta velocidade, criar sistemas de supervisão etc. 4.1.1.5 – SPECIAL MERCK Veremos aqui dois Bits desta área de memória que são os mais utilizados, são eles: SM0.0 – Este Bit está sempre ligado. SM0.1 – Este Bit liga apenas no primeiro ciclo do CLP. Esta área de memória possui uma grande importância para a programação. Através dela podemos habilitar contadores de alta velocidade, saídas rápidas para Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 40 motores de passo, comunicação externa através da porta serial do CLP, potenciômetro analógico incorporado na CPU e ainda mais algumas funções utilizadas pelo CLP em sua própria configuração. A área de dados é seguida pelo endereço do byte que contém o bit para ser acessado. O byte de endereço é um número decimal o qual varia na faixa que depende do modelo de controlador lógico programável, e a área de dados acessada. A faixa de cada área de dados é especificada na tabela Abaixo. Resumo da faixa da área de dados Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 41 Faixa de operandos das CPU´s Step7-200 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 42 A representação das áreas de memória é feita da seguinte forma: Bits 7 6 5 4 3 2 1 0 Byte 0 Word 0 Byte 1 Double Word 0 Byte 2 Word 2 Byte 3 4.2 – ENDEREÇAMENTOS DE ENTRADAS E SAÍDAS Como havíamos visto, as entradas são representadas pela letra “I” e as saídas pela letra “Q”. Vimos ainda, que estas entradas e saídas estão aloucadas em áreas de memória divididas em Bytes. Cada entrada ou saída ocupa um bit, devemos então no endereçamento, especificar qual Bit é este e em que Byte o mesmo está. INPUT BYTE BIT I0.0 QUIT BYTE BIT Q0.0 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 43 Vemos acima três linhas de programa, em linguagem ladder, cada uma com uma entrada e uma saída. Todas as entradas são do Byte 0 e são os Bits 0-1-2 sucessivamente, o mesmo acontece com as saídas. 4.3 – TRABALHANDO COM SUBROTINAS Para uma organização e para diminuir o tempo de ciclo, existe a possibilidade de dividirmos o programa em subrotinas, chamadas de SBR. A organização consiste em dividir o programa em partes, como se fosse, por exemplo, um livro, onde temos um índice e a divisão dos capítulos. A otimização do tempo de ciclo acontece porque esta subrotinas serão executadas somente quando forem chamadas. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________44 4.3.1 – OB1 Este é o bloco de organização do programa, ou seja, é como se fosse o nosso índice. O OB1 é sempre executado e é nele que chamaremos as subrotinas. Na figura acima vemos como inserir uma nova subrotina: Clique em “Program Block”, porém com o botão direito do mouse. Clique em “Insert Subroutine”, agora com o botão esquerdo do mouse, será inserido uma nova subrotina automaticamente. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 45 Como a árvore, contendo as operações do software é organizada seguindo uma ordem alfabética, a função subrotina, propriamente dita, está no final da árvore e a cada vez que introduzimos uma nova subrotina, esta aparecerá neste campo. 4.4 - UTILIZANDO O SOFTWARE MICRO/WIN 32 Versão 3.01 Para programar o CLP, utiliza-se o soítware MicrofWin 32. Para isto, necessita-se de um computador padrão PC, um CLP S7-200 e um cabo PC/PPI que servirá de comunicação entre o PC e o CLP. Uma tela padrão é mostrada na figura abaixo. Tela do soítware Step7-200 MicrofWin 32 versão 3.01 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 46 Além dos menus principais, existem 4 áreas que podem ser visiveis ou minimizadas. A primeira área (1) é uma barra de navegação, onde se escolhem as janelas como: Program Block, Symbol Table, Status Chart, etc. A segunda é a árvore de instruções, ou seja, funcionam como o Explore do windows, é onde se escolhem os blocos de instruções usados no programa. A terceira é a área de programação e a quarta é onde aparecem comentários sobre o que está acontecendo durante a execução do programa. 4.4.1 – A BARRA DE FERRAMENTAS Veremos uma parte da barra de ferramentas do software, que será muito utilizada nesta parte do curso. NEW – Cria um novo projeto OPEN – Abre um projeto existente SAVE – Salva o projeto em andamento UNDO – Desfaz Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 47 COMPILE – Compila a página do projeto, que está sendo exibida. COMPILE ALL – Compila todo o projeto em andamento UPLOAD – Transfere um programa do CLP para o computador DOWNLOAD – Transfere um programa do computador para o CLP LINE DOWN – Insere uma linha vertical para baixo, no programa. LINE UP – Insere uma linha vertical para cima no programa LINE LEFT – Insere uma linha horizontal à esquerda no programa LINE RIGHT – Insere uma linha horizontal à direita no programa CONTACT – Insere no programa qualquer função relacionada a contato COIL – Insere no programa qualquer função relacionada a saídas BOX – Insere no programa todas as funções que trabalham dados maiores que bits INSERT NETWORK – Insere uma linha de programa DELETE NETWORK – Apaga uma linha de programa Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 48 4.4.2 - CRIANDO UM PROJETO: Quando você cria ou abre um projeto, o Step 7 Micro/Win inicia o editor Ladder ou STL, OB1, dependendo a preferência selecionada, o data Block Editor (OB1), o Status/Force Chart e o Symbol Table. Para criar um novo projeto, seleciona-se no menu Project - New ou clica-se no botão New Project na barra de ferramentas. Seleção - Novo projeto 4.4.3 - SALVANDO O PROJETO: Para salvar o projeto, selecione Project - Save, e você deverá dar um nome ao seu projeto. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 49 Seleção - Salvar projeto 4.4.4 - CRIANDO UM SYMBOL TABLE: Para criar a tabela de símbolos, selecione com um click na barra de navegação. Assim, abrirá a tabela onde se devem preencher as colunas respectivas. O campo Name é usado como um "apelido" para o operando (Address). Ele aparecerá no programa, substituindo o operando, quando for selecionada a opção View - Simbolic Addressing no menu principal. O campo comment é muito útil na documentação do programa. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 50 Criando um Symbol Table 4.4.5 - ESCREVENDO O PROGRAMA EM LADDER: No editor de programas em Ladder, você terá uma barra de ferramentas (árvore de instruções) que lhe facilitará a procura de comandos. No lado esquerdo aparecem as opções e utilizando-se o mouse pode-se "arrastar e soltar" os componentes para a área de programação. Após ter escolhido o componente, indica-se qual é o operando a ser usado, escrevendo-se no campo correspondente. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 51 Escrevendo o Programa em Ladder 4.4.6 - CRIANDO UM STATUS/FORCE CHART: Esta página serve para modificar as variáveis do programa, também podendo forçar alguns valores nas mesmas. Criando um Status/Force Chart Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 52 4.4.7 - TRANSFERINDO E MONITORANDO UM PROGRAMA: Para transferir um programa, a CPU deverá estar no modo Stop ou Term. Selecionar File - Download ou o botão respectivo na barra de ferramentas. Para monitorar o programa, este deverá estar no modo Ladder. Então, selecionar Debug - Program Status. Monitorando um Programa 4.5 - ALGUNS ELEMENTOS DE PROGRAMAÇÃO DA FAMÍLIA S7-200 4.5.1 - FUNÇÕES COM BIT Como o nome esta dizendo, são as funções que trabalham com manipulação de apenas um bit. Estas funções, como já vimos, estão na barra de ferramentas ou na árvore colocadas à esquerda do programa, dentro do tópico “Bit Logic” como vemos na figura abaixo: Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 53 CONTATO ABERTO – Este contato pode ser endereçado com uma entrada física (I x.x), com um merck (M x.x), com uma saída (Q x.x), com uma área de memória (V x.x), com um temporizador (T) ou ainda com um contador (C). O contato aberto conduzirá quandoo endereço associado a ele assumir o valor lógico “1”. CONTATO FECHADO – Este possui as mesmas características do contato aberto, porém, conduzirá quando o endereço associado a ele assumir o valor lógico “0”. CONTATO ABERTO IMEDIATO – Pode ser endereçado somente com uma entrada física e não “obedece” o tempo de ciclo. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 54 CONTATO FECHADO IMEDIATO – Pode ser endereçado somente com uma entrada física e não “obedece” o tempo de ciclo NOT – Esta função inverte o sinal aplicada a sua entrada. DETETOR DE FLANCO POSITIVO – Quando aplicado um sinal “1” em sua entrada, na saída temos um sinal “1” durante um ciclo. DETETOR DE FLANCO NEGATIVO – Quando aplicado um sinal “1” em sua entrada, sua saída se mantém em “0”, porém, quando este sinal de entrada passar de “1” para “0”, a saída passará para “1” durante um ciclo. SAÍDA – Pode ser endereçado com uma saída física (Q x.x), com um merck (M x.x), com uma área de memória (V x.x), com um temporizador (T) ou ainda com um contador (C). A saída pode assumir valor “0” ou “1”. SAÍDA IMEDIATA – Possui as mesmas características da saída comum, porém não passa pelo tempo de ciclo. SET – Muito conhecida como “seta”, esta função deve ser endereçada como uma saída, porém, basta um pulso em sua entrada para que esta fique ligada e somente será desligada com um comando “reset”. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 55 SET IMEDIATO – Pode ser endereçado apenas com uma saída física, possui as características do “set”, porém não passa pelo tempo de ciclo. RESET – Este comando desliga uma saída “setada” em uma outra linha de programa. RESET IMEDIATO – Possui as mesmas características do “reset” porém não passa pelo tempo de ciclo. NOP – Esta função anula uma linha de programa, gastando um tempo ciclo de máquina. - Operações com Contatos na forma Ladder, STL e Diagrama de Função. Contatos Simples O Contato Aberto se fecha quanto seu valor binário é 1. Em STL o contato aberto é representado pela operação Carregar (LD) O Contato Fechado se fecha quando seu valor binário é 0. Em STL, o contato fechado é representado pela operação Não Carregar(LDN). Operandos: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Tipo: Bool Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 56 Contatos Diretos O Contato Aberto Direto se fecha quando o Valor binário da entrada física direcionada é 1. Em STL, o contato aberto direto é representado pela operação Carregar Diretamente (LDI). O Contato Fechado Direto se fecha quando o valor binário da entrada física direcionada é 0. Em STL, o contato fechado direto é representado pela operação Não Carregar Diretamente (LDNI). Operandos: I Tipo: Bool NOT O Contato NOT inverte o estado da energização na linha. Em STL, esta operação é representado pela operação Inverter a Energização (NOT) Operando = Nenhum Detector de Borda Positivo e Negativo O Contato Detector de Borda Positivo permite que flua corrente durante um ciclo cada vez que se proceder uma troca de 0 para 1. Em STL, este contato é representado pela operação Detector de Borda Positivo (EU) O Contato Detector de Borda Negativo permite que flua corrente durante um ciclo cada vez que se proceder a uma troca de 1 para 0. EM STL, este contato é representado pela operação Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 57 Detector de Borda Negativo (ED) Operando = Nenhum. - Operações Com Saídas na forma Ladder, STL e Diagrama de Função. Saída Ao se executar a operação Saída se ativa o parâmetro indicado em bit. Em STL a operação Saída (=) copia o valor do parâmetro indicado para o bit especificado. Operandos: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Tipo: Bool Sair Diretamente Ao executar a operação Sair Diretamente se ativa diretamente a saída física indicada por bit. Em STL, a operação sair diretamente (=I) copia o valor diretamente da saída física indicada por bit. Operandos n = Q. Tipo: Bool Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 58 Setar / Resetar Ao executar a operação Setar e Resetar, o número especificado de pontos (N) começando no valor especificado por "bit" é ativado (Set) ou desativado (Reset). OBS: Os bits de memória que podem ser ativado estão compreendidos entre 1 e 255. Quando se usa a operação Reset, se o bit especificado é T ou C, então o bit do Temporizador/Contador é desativado (resetado) e o valor atual é limpo (zerado). Operandos: BIT = I, Q, M, SM, T, C,V, S, L Tipo: Bool Setar Diretamente / Resetar Diretamente Ao executar a operação Setar diretamente ou Resetar diretamente, o número de saídas físicas (N), começando no valor "bit" são imediatamente ativadas (Set) ou desativadas (Reset). Operandos: BIT = Q. Tipo: Bool OBS: Podem-se ativar e desativar uma margem compreendida entre 1 e 128 saídas. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 59 Operação Nula A Operação Nula (NOP) não tem efeito algum na execução do programa. Operandos: N Constante (0 à 255) Tipo: Byte 4.5.2 – TEMPORIZADORES Os temporizadores estão na árvore, no tópico “Timers”, a função básica de um temporizador é contar tempo, para em seguida executar uma determinada função. Há uma grande variedade de temporizadores, a linha S7-200 possui unicamente três tipos de temporizadores. TON – Proveniente de “Timer On” significa temporizador com retardo na energização, ou seja, quando a entrada ( IN ) do mesmo for colocada em “1’ este contará um tempo para então ligar. Se a entrada voltar a “0” o temporizador para de contar e volta o tempo de contagem para zero. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 60 TONR – Possui a mesma função do “TON”, porém se a entrada voltar a “0”, o temporizador para de contar, mas o tempo de contagem não volta a zero, recomeçando a contagem de onde parou quando a entrada voltar novamente para “1”. Para este temporizador voltar a zero, é preciso reseta-lo TOF – Proveniente de “Timer Off”, ou seja, retardo na desernização, este temporizador liga quando sua entrada for acionada, quando esta for desacionada, este temporizador contará um tempo para então se desligar. 4.5.2.1 – PROGRAMANDO TEMPO NOS TEMPORIZADORES O tempo dos temporizadores é definido por um valor escrito em “PT”, multiplicado por uma base de tempo, esta base de tempo depende do nome que é dado ao temporizador, abaixo teremos uma tabela com a base de tempo dos temporizadores da linha S7-200. TIPO RESOLUÇÃO MÁXIMO VALOR NÚMERO DO TEMPORIZADOR TONR 1 ms 32.767 s T0, T6410 ms 327.67 s T1-T4, T65-T68 100 ms 3276.7 s T5-T31, T69-T95 TON, TOF 1 ms 32.767 s T32, T96 10 ms 327.67 s T33-T36, T97-T100 100 ms 3276.7 s T37-T63, T101-T255 Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 61 - Operações com temporizadores, relógio de tempo real. Temporizador de retardo e Temporizador de retardo retentivo. As operações Temporizador de retardo e Temporizador de retardo retentivo, fazem a contagem de um tempo determinado, quando a entrada de habilitação é ativada. Se o valor de (Txxx) é maior ou igual ao valor do tempo determinado em PT, o bit de temporização é ativado. O Temporizador retentivo mantém o valor quando a entrada é desenergizada enquanto o outro não. Quando a entrada do Temporizador OFF-Delay é energizada, o temporizador mantém o bit de temporização energizado durante um tempo programado. Operandos: PT: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C, AC, constante, *VD, *AC, *LD. Tipo: Int Observe na tabela os tipos de temporizadores de cada CPU, com suas respectivas resoluções: Txx TON TONR Valor máx. 1 ms T32 e T96 T0 e T64 32,767s 10ms T33 a T36 T1 a T4 327,67s T97 a T100 T69 a T95 100 ms T37 a T63 T5 a T31 3276,7s T101 a T255 T69 a T65 4.5.3 – CONTADORES Existe três tipos de contadores, um é utilizado para contagem crescente, outro para contagem decrescente e um outro para contagem crescente e decrescente. Os contadores estão no tópico “Counters”, cada contador possui as Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 62 entradas de contagem necessárias, uma entrada de reset e um campo chamado “PV” que é onde colocaremos o valor a ser contado. Quando o valor de contagem atingir o valor pré-determinado o contador será acionado e quando a entrada de reset for acionada o contador voltará a zero. Abaixo vemos onde encontrar os contadores e um exemplo de contador crescente-decrescente. C0 – Nome do contador CU – Counter Up, contagem crescente. CD – Counter down, contagem decrescente. R – Reset do contador PV – Valor pré-determinado Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 63 - Operações com, contadores, contadores rápidos e saída de impulsos. Contador Crescente e Contador Decrescente A operação de Contador Crescente conta até um valor máximo, quando um sinal positivo é colocado na entrada CU. Se o valor atual de (Cxxx) é maior ou igual ao valor selecionado em PV, se ativa o bit de contagem Cxxx. O contador reinicializa-se ao ser ativada a entrada (R). A operação de Contador Decrescente, ao contrário da operação acima, conta de forma decrescente quando se ativa um sinal positivo na entrada (CD). Se o valor de Cxxx é maior ou igual ao valor selecionado em (PV), se ativa o bit de contagem Cxxx. O contador reinicia-se ao ser ativada a entrada (R). O contador Crescente/Decrescente (CTUD) é uma união dos outros dois. Operandos: Cxxx: 0 a 255 PV: VW, T, C, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AC, AIW, constante, *VD,*AC, *LD. Definir modo para contador rápido, Ativar contador rápido. A operação Definir modo para contador rápido (HDEF), determina o modo (MODE) do contador rápido referenciado (HSC). A operação Ativar contador rápido (HSC) configura e controla o funcionamento do contador rápido, baseando-se no estado do bit de memória especial HSC. O parâmetro N indica o número do contador rápido. Para cada contador rápido somente se pode utilizar um bloco HDEF. As CPU´s 221 e 222 não suportam HSC1 e HSC2. Operandos: constantes Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 64 Saída de Impulsos A instrução Saída de impulsos examina os bits de memória especial da saída de impulsos (Q0.0 ou Q0.1). A operação de impulso definida pelos bits de memória especial é então acionada. Operandos: Q Constante (0 ou 1) Tipo de dado: Word Faixa da saída de impulso: Q0.0 até Q0.1 4.5.4 – FUNÇÕES DE COMPARAÇÕES As funções de comparação são sem dúvida ferramentas muito úteis para o programador. Estes comparadores estão no tópico “Compare”. Podemos efetuar as seguintes comparações nos CLPs da linha S7-200. IGUAL – Este contato conduzirá somente quando os dois valores forem iguais. DIFERENTE – Este contato conduzirá somente quando os dois valores forem diferentes MAIOR OU IGUAL – Este contato conduzirá somente quando o valor colocado na parte de cima for maior ou igual ao colocado na parte de baixo Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 65 MENOR OU IGUAL – Este contato conduzirá somente quando o valor colocado na parte de cima for menor ou igual ao colocado na parte de baixo. MAIOR QUE – Este contato conduzirá somente quando o valor colocado na parte de cima for maior que o colocado na parte de baixo MENOR QUE – Este contato conduzirá somente quando o valor colocado na parte de cima for menor que o colocado na parte de baixo. 4.5.5 – FUNÇÕES DE TRANSFERÊNCIA (MOVE) Começaremos a partir deste momento, a trabalhar com números maiores que um bit. As funções de transferência permitem escrever valores em áreas de memória, podemos assim ler valores de entradas analógicas, escrever valores em saídas analógicas, escrever valores fixos em áreas de memórias “V” associadas a temporizadores contadores etc. Estas funções estão em nossa árvore, no tópico “Move”: Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 66 MOV_B – Move uma palavra do tamanho de um Byte, isto significa que podemos escrever um número decimal, ( 0 a 255 ) em uma área de memória pré- determinada. MOV_W – Esta função move uma palavra do tamanho Word ( 2 Bytes ) significa que podemos escrever um número decimal ( 0 a 65.535 ) em uma área de memória pré-determinada. MOV_DW – Esta função move uma palavra do tamanho Double Word (4 Bytes) significa que podemos escrever um número decimal (0 a 4.294.967.295) em uma área de memória pré-determinada. 5 - SIEMENS LOGO! O dispositivo LOGO é um módulo lógico universal que levam integrados - Controle - Unidade de Operação e visualização - Founte de alimentação - Relógio (Opcional) - Possibilidade de ampliação por interface AS 5.1 Identificação do LOGO! Pela identificação do Logo podemos encontrar diferentes propriedades do mesmo: Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 67 - 12 Versão12 Vcc - 24Versão 24 Vcc - R Saída a Relê - C Relógio Semanal Integrado - L Duplicação do Número de Entradas (12) e de saídas (8) - B11 Conexão de interface de barramento AS As entradas são definidas como Ix onde x varia de 1 até 6 ou 12, conforme o tipo de LOGO utilizado (Exemplo: I2) As saídas são definidas como Qx, onde x varia de 1 a 4 ou 8, conforme o tipo de LOGO utilizado (Exemplo Q1) Embora não temos saídas internas auxiliares, poderemos, contudo utilizar o sinal binário proveniente de qualquer bloco, emulando assim uma saída auxiliar. Ex B01 5.2 Inicialização do LOGO Quando se liga o LOGO e o mesmo não se encontra programado, ou se esta executando um programa podemos comutá-lo para o modo de programação por se pressionar simultaneamente as três teclas abaixo: Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 68 A tela que se seguirá ser a seguinte: Neste modo podemos: - Program - editar um programa ou parametrizar - PC/Card - Transferir programas de cartões ou do computador - Start - Partir o programa Se escolhermos o modo Program outra tela se abrirá: Nesta tela poderemos: - Edit Prg - Elaborar um software ou editar e corrigir um programa - Clear Prg - Apagar um software existente - Set Clock - Acertar o relógio interno do LOGO - ASi_Bus.. - Configurações do barramento AS Se escolhermos o modo Edit Prg teremos a seguinte Tela Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 69 Esta tela permite então programarmos o LOGO 5.3 Programação A programação do LOGO, se efetua em linguagem lógica onde teremos blocos de funções básicas (GF) e blocos de funções especiais (SF). São os seguintes: Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 70 5.4 - PROGRAMAÇÃO VIA SOFTWARE O software “Logo Confort” é uma ferramenta utilizada para a programação do Logo, o Logo pode ainda ser programado no próprio frontal, porém com a utilização do software, a programação se torna mais fácil. Veremos a seguir como utilizar o software. 5.4.1 – A BARRA DE FERRAMENTAS Cria um novo projeto Abre um projeto existente Salva um projeto em andamento Corta uma função selecionada Copia uma função selecionada Cola uma função copiada anteriormente Desfaz Manda um programa para o Logo Puxa um programa do Logo Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 71 Aumenta o Zoom da tela Diminui o Zoom da tela 5.5 – CONECTORES (CO) É o subgrupo de programação que cuida das Entradas, Saídas e Mercks. Função onde colocamos as entradas no programa Função onde colocamos as saídas no programa Esta função é denominada como saída interna. É um ponto de memória onde colocamos um valor lógico “1“ ou “0” Para podermos acessar mais tarde. Esta função mantém a entrada sempre ligada Esta função mantém a entrada sempre desligada Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 72 5.6 – FUNÇÕES BÁSICAS (GF) É o subgrupo de programação que cuida das funções básicas, mais precisamente as funções derivadas da Eletrônica Digital. Porta “AND” ou “E” AND com Flanco Positivo. Possui a mesma tabela do AND, porém este mantém as saída em “1” durante apenas um ciclo. Porta “NAND” ou “NE” AND com Flanco Negativo acionará a saída quando uma das entradas passar de “1” para “0” e esta saída permanecerá em “1” durante apenas um ciclo Porta “OR” ou “OU” Porta “NOR” ou “NOU” Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 73 Porta “XOR” Porta “NOT” 5.7 - FUNÇÕES ESPECIAIS (SF) Cada bloco deste subgrupo possui uma função especifica, estas funções facilitam muito a programação. São funções muito diversificadas, incluindo vários temporizadores, contadores funções ligadas ao relógio e ainda mensagens de texto como veremos a seguir. RETARDO NA ENERGIZAÇÃO - Quando a entrada é colocada em “1” este temporizador conta um tempo para então ligar a saída, é necessário que a entrada se mantenha em “1” RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO – A saída deste temporizador é ligada junto com a entrada, quando esta desliga o temporizador conta um tempo para desligar. RETARDO NA ENERGIZAÇÃO E DESENERGIZAÇÃO – Este temporizador possui dois tempos distintos é a união dos dois temporizadores visto anteriormente. RETARDO NA ENERGIZAÇÃO MEMORIZADO – A função deste temporizador é a mesma do retardo na energização, porém não é necessário que a entrada deste se mantenha em “1” mas é necessário rebitá-lo. SETA RESETA – Com um pulso na entrada de seta a saída liga e assim permanece até um pulso na entrada de reset. Automação e Controle_____________________________________________________ Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 74 RELE DE PULSO – Com um pulso na entrada a saída é acionada com outro pulso na mesma entrada a saída é desacionada. EMISSÃO DE PULSO – Ligando a entrada, a saída aciona e permanece assim por um tempo predeterminado. TEMPORIZADOR DE FLANCO POSITIVO – A saída aciona com a entrada e permanece por um tempo predeterminado independentemente da entrada. RELÓGIO – Pode programar três comandos liga e três desliga para cada relógio e escolher para cada comando deste os dias da semana RELÓGIO ANUAL – Pode escolher um dia do ano para um comando liga e um dia do ano para um comando desliga. CONTADOR – Este bloco possui três entradas uma de reset que zera o contador, uma de contagem e uma que determina se o contador conta crescente ou decrescente. Podemos definir um valor de contagem para este acionar a saída. GERADOR DE PULSOS – Quando acionamos a entrada este bloco gera um trem de pulsos com um tempo programado, o tempo é o mesmo ligado e desligado. GERADOR DE PULSOS COM
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