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2008 Professor: Diego Câmara Sales Fundação Nokia de Ensino 10/10/2008 Controlador Lógico Programável Controlador Lógico Programável 1 Agradecimentos Esta apostila é um produto do esforço no Laboratório de Mecatrônica da Fundação Nokia de ensino e mostra com dedicação, estrutura física e forca de vontade de alguns profissionais dedicados a causa da educação tecnológica de que é possível desenvolver um ambiente que estimule a criatividade e iniciativa dos alunos. No Laboratório, gostaria de agradecer aos queridos alunos do curso de mecatrônica, 3º AM- 2008, pelo desafio lançado de ministrar aulas praticas utilizando ferramentas avançadas que demonstram o profundo interesse pelo assunto. Controlador Lógico Programável 2 Índice 1 – Introdução ........................................................................................................................................ 4 2- Automação ......................................................................................................................................... 4 3 – Variáveis de Controle ...................................................................................................................... 7 3.1 - Diferentes tipos de entradas e saídas ...................................................................................... 8 a) Entradas discretas ................................................................................................................... 8 b) Entradas multi-bits .................................................................................................................. 9 c) Entradas analógicas ................................................................................................................... 9 d) Saídas discretas ......................................................................................................................... 9 e) Saídas multi-bits ...................................................................................................................... 10 f) Saídas analógicas ...................................................................................................................... 10 4 - Revisão de comandos elétricos ..................................................................................................... 10 4.1- Associações de contatos normalmente abertos ..................................................................... 13 4.2- Associação de contatos normalmente fechados .................................................................... 15 4.3- Principais elementos em comandos elétricos ........................................................................ 16 4.3.1- Botoeira ou Botão de comando ........................................................................................ 16 4.3.2- Relés ................................................................................................................................... 17 4.3.3- Contatores .......................................................................................................................... 18 4.3.4- Fusível ................................................................................................................................ 19 4.4-Simbologia Gráfica .................................................................................................................... 20 5- Conceitos básicos em comandos elétricos .................................................................................... 20 6- Introdução aos Controladores Lógicos Programáveis ...................................................................... 23 6.1- Histórico da Tecnologia .............................................................................................................. 24 6.2- Principio de Funcionamento ...................................................................................................... 24 6.3- Estrutura Básica de um CLP ....................................................................................................... 25 6.4- Classificação dos CLPs segundo a capacidade ........................................................................... 26 6.5- Linguagens de Programação ...................................................................................................... 26 6.5.1- Function Blocks Diagram (FBD) - Diagrama De Blocos ................................................. 27 Controlador Lógico Programável 3 6.5.2- Instruction List (IL) - Lista De Instrução ......................................................................... 28 6.5.3- Sequential Function Chart (SFC) - Passos Ou Step ......................................................... 28 7- Elementos Básicos de um programa em Ladder ............................................................................... 29 7.1- Funções Lógicas em Ladder ....................................................................................................... 31 A porta lógica NOR segue similar ao funcionamento das outras portas lógicas. ............................. 34 7.3- Circuitos com múltiplas saídas ................................................................................................... 34 7.4- Componentes Internos ao CLP ................................................................................................... 36 7.4- Instruções Especiais ................................................................................................................... 37 7.4.1- SET e RESET ....................................................................................................................... 37 7.4.2 - Circuitos de Detecção de Borda....................................................................................... 37 7.4.3- Circuitos de Selo ................................................................................................................ 39 7.4.4- Temporizador (Timer)...................................................................................................... 40 7.4.4- Contador (Count) .............................................................................................................. 41 7.4.5- Salto Incondicional (Jump) ............................................................................................... 42 Referências Bibliográficas ..................................................................................................................... 43 Anexo I – Como Iniciar um novo projeto no WLP ................................................................................. 44 Anexo II – Como enviar o programa para o CLP .................................................................................... 45 Anexo III – Interface Homem Maquina com o Software ADP ............................................................... 47 Anexo IV – Exercícios Resolvidos........................................................................................................... 51 Anexo V – Exercícios .............................................................................................................................. 53 Controlador Lógico Programável 4 1 – Introdução O objetivo desta apostila é o de apresentar a linguagem de programação de Controladores Lógico Programáveis (CLPs) denominada de diagrama de contatos, ouLadder. A palavra “Ladder” em inglês significa “escada”, nome este dado por causa da similaridade da linguagem com o objeto de uso diário. Esta similaridade será observada posteriormente, no decorrer do curso. A simbologia na linguagem de programação Ladder segue a padrões e normas internacionais, apesar de há uma pequena variação em alguns símbolos dentre os diferentes fabricantes. Mais uma vez deve-se citar que o aluno não deve ficar preocupado com este detalhe, pois o que importa realmente, é o raciocínio lógico que leva a programação, e não o símbolo propriamente dito. Os Controladores Lógicos Programáveis ou CLPs, são equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível. São ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamentos e controle, e por isso são utilizados em grande escala no mercado industrial. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de saída. 2- Automação A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja ações que não dependem da intervenção humana. Este conceito é discutível pois a “mão do homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e implementação dos processos automáticos. Entretanto não é o objetivo deste trabalho este tipo de abordagem filosófica, ou sociológica. Recentemente, para formar profissionais aptos ao trabalho com automação, surgiu a disciplina “mecatrônica”. Entretanto é uma tarefa muito difícil a absorção de forma completa todos os conhecimentos necessários, e este profissional com certeza se torna um “generalista” que eventualmente pode precisar da ajuda de especialistas de outras Controlador Lógico Programável 5 áreas. Este ainda é um desafio didático a ser resolvido, mas ainda existe uma alternativa que é a criação de equipes multidisciplinares. Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples máquina ou em toda indústria, como é o caso das usinas de cana e açúcar. A diferença está no número de elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”. Estes podem ser simples válvulas ou servomotores, cuja eletrônica de controle é bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores. Figura 1- Diagrama Simplificado de um sistema de controle automático Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema, correspondendo as entradas do controlador. Esses podem indicar variáveis físicas, tais como pressão e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumático. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. O controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do programa inserido em sua memória. Neste curso esses elemento será denominado de Controlador Lógico Programável (CLP). A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Controlador Lógico Programável 6 Estes últimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos é similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 2 mostra de forma simplificada este tipo de organização. Figura 2- Arquitetura de redes simplificada para um sistema automatizado Nota-se que os elementos mostrados na figura 1 pertencem a primeira e segunda camadas. Na terceira camada estão os sistemas supervisórios, operados pela “mão humana”, onde são tomadas decisões importantes no processo, tais como paradas programadas de máquina e alterações no volume de produção. Esses também estão integrados com os sistemas gerenciais, responsáveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris. Dentro do contexto apresentado, o objetivo deste curso é o de estudar um sistema automatizado até o nível do elemento “controlador”. Apresenta-se a sua interface com os sensores e atuadores, bem como uma de suas possíveis linguagens de programação. Para finalizar é importante dizer que além dos conceitos aqui apresentados, de forma resumida, a Automação Industrial compreende um campo de atuação amplo e vasto. Para se ter uma noção, cada elemento sensor ou atuador tem o seu próprio funcionamento, que em algumas aplicações tem de ser bem entendidos. No caso dos sensores todo o comportamento é previsto através de efeitos físicos, existe uma disciplina denominada de “Instrumentação” cujo objetivo é o de somente estudar estes elementos. Para os atuadores, só para os motores de indução, existe uma grande quantidade de bibliografia disponível, e ainda têm-se os Motores de Passo e os Servomotores. Algum tempo atrás, principalmente nas indústrias químicas, existia o esquema de controle centralizado, possível com a introdução da instrumentação eletrônica. Controlador Lógico Programável 7 Neste conceito existia uma sala localizada a grandes distâncias do núcleo operacional. Esta destinava-se a centralizar todo o controle efetuado ao longo do parque fabril. Atualmente existem diversas outras salas de controle, distribuídas geograficamente, interligadas entre si e a uma sala central de supervisão. Surgiu então o conceito do controle distribuído. Uma das derivações da estratégia de controle distribuído é a do SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído. Este se caracteriza pelos diferentes níveis hierárquicos estabelecidos pela comunicabilidade entre uma máquina de estado (processo propriamente dito) e outras. Enfim, devido a esta grande variedade de conhecimentos, como já dito anteriormente, o foco deste curso será na programação dos Controladores Lógico Programáveis (CLPs) que são o cérebro de todo o processo. Os demais elementos serão vistos de forma sucinta em capítulos subseqüentes. 3 – Variáveis de Controle Como foi dito no capítulo anterior, para controlar um processo o CLP usa de informações vindas de sensores. Através das instruções gravadas em sua memória interna ela comanda os atuadores, que exercem o trabalho sobre o sistema. Conceitualmente designa-se o sensores de entradas e os atuadores de saídas,sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em automação, estas podem ser dividias em analógicas e digitais. As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 3(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 3 (b). Figura 3- Variáveis analogias e digitais Dessa forma podemos definir o ControleAnalógico como aquele que se destina ao monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das Controlador Lógico Programável 8 variáveis discretas. O primeiro tipo englobar variáveis discretas, consistindo assim em um conceito mais amplo. Ainda no controle analógico podemos separar entradas convencionais, tais como comandos do operador, ou varáveis discretas gerais, das entradas analógicas advindas de sensores ligados diretamente as saídas do processo. Estas últimas serão comparadas a uma referência que consiste no valor estável desejado para o controle (ver figura 4). Essa referência também é conhecida como “set-point”. Neste tipo de controle, onde as saídas são medidas para cálculo da estratégia de controle dizemos que há uma “realimentação”. Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta”. Figura 4 - Estratégia de controle analógico com realimentação A automação, como a imaginamos, tem a ver mais com o comando seqüencial de ações que visam a fabricação, transporte ou inspeção de produtos. Desse modo, trabalha-se muito mais com variáveis digitais, e por isso será as mesmas serão focalizadas no curso. 3.1 - Diferentes tipos de entradas e saídas Como já dito antes, estaremos estudando o comportamento do controlador em um ambiente automatizado. Mas está bem claro que este comportamento é definido através de um programa do usuário e do comportamento das entradas e em alguns casos também das saídas. Assim neste tópico cita-se o exemplo de algumas entradas e saídas, que podem influenciar no comportamento do controlador. Lembrando que algumas destas entradas serão vistas em maiores detalhes posteriormente. a) Entradas discretas: São aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas têm apenas um estado ligado ou desligado, nível alto ou nível baixo, remontando a álgebra boolena que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos são mostrados na figura 5, dentre elas: as botoeiras (5a), válvulas eletro- pneumáticas (5b) , os pressostatos (5c) e os termostatos (5d). Controlador Lógico Programável 9 Figura 5 - Tipos de entradas discretas b) Entradas multi-bits: São intermediárias as entradas discretas e as analógicas. Estas destinam-se a controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores. A diferença para as entradas analógicas é que estas não exigem um conversor analógico digital na entrada do controlador. Um exemplo clássico é o dos Encoders, utilizados para medição de velocidade e posicionamento (figura 5). Figura 6 - Exemplos de entradas multi-bits – Encoders c) Entradas analógicas: Como o próprio nome já diz elas medem as grandezas de forma analógica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico- digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. Na figura 7 tem-se mostra-se o exemplo de sensores de pressão ou termopares. Figura 7- Exemplos de entradas analógicas – Termopares d) Saídas discretas: São aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo tem-se elementos mostrados na figura 8: Contatores (8a) que acionam os Motores de Indução (8b) e as Válvulas Eletro-pneumáticas (8c). Controlador Lógico Programável 10 Figura 8 - Exemplos de saídas discretas e) Saídas multi-bits: Têm o conceito de operação semelhante as entradas da mesma categoria. Como principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 9a) e os servomotores (figura 9b). Figura 9 - Exemplos de saídas multi-bits: Motor de Passo e Servomotor f) Saídas analógicas: Como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros. 4 - Revisão de comandos elétricos Conceitualmente o estudo da eletricidade é divido em três grandes áreas: a geração, a distribuição e o uso. Dentre elas a disciplina de comandos elétricos está direcionada ao uso desta energia, assim pressupõe-se neste texto que a energia já foi gerada, transportada a altas tensões e posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o uso de transformadores apropriados. Por definição os comandos elétricos têm por finalidade a manobra de motores elétricos que são os elementos finais de potência em um circuito automatizado. Entende-se por manobra o estabelecimento e condução, ou a interrupção de corrente elétrica em condições normais e de sobre-carga. Os principais tipos de motores são: Controlador Lógico Programável 11 • Motor de Indução • Motor de corrente contínua • Motores síncronos • Servomotores • Motores de Passo Estima-se que 40% do consumo de energia no país é destinada ao acionamento dos motores elétricos (Filippo Filho, 2000). No setor industrial, mais da metade da energia é consumida por motores. Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção. A figura 10 mostra um motor de indução trifásico típico. Existem diversas aplicações para os motores de indução, dentre elas pode-se citar: • O transporte de fluídos incompressíveis, onde se encontram as bombas de água e óleo; • O processamento de materiais metálicos, representado pelas furadeiras, prensas, tornos; • A manipulação de cargas feita pelos elevadores, pontes rolantes, talhas, guindastes, correias transportadoras, entre outros. Figura 10- Motor de Indução Trifásico Havendo ressaltada a importância dos motores em sistemas automatizados,descreve-se nos próximos parágrafos, os conceitos de comandos, necessários a manobra dos mesmos. Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o operador e b) propiciar uma lógica de comando”. Controlador Lógico Programável 12 Partindo do princípio da proteção do operador, mostra-se na figura 11, uma seqüência genérica dos elementos necessários a partida e manobra de motores, onde são encontrados os seguintes elementos: • Seccionamento: só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e verificação do circuito. • Proteção contra correntes de curto-circuito: destina-se a proteção dos condutores do circuito terminal. • Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor. • Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a maior corrente. Figura 11- Seqüência genérica para o acionamento de um motor É importante repetir que no estudo de comandoselétricos deve-se ter a seqüência mostrada na figura 3.2 em mente, pois ela consiste na orientação básica para o projeto de qualquer circuito. Ainda falando em proteção, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, são dividas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947: I. Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porém podem haver danos ao contator e ao relé de sobrecarga. Controlador Lógico Programável 13 II. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos contatos do contator e estes permitam uma fácil separação sem deformações significativas. O relé de sobrecarga, os contatores e outros elementos em maiores detalhes nos capítulos posteriores, bem como a sua aplicação prática em circuitos reais. Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato. A partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir: i. Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 12(a). Desta forma a carga não estará acionada. ii. Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 12(b). Desta forma a carga estará acionada. Figura 12- Representação dos contatos NA e NF Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associações entre contatos são descritas a seguir. 4.1- Associações de contatos normalmente abertos Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 13a) e a associação em paralelo (13b). Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas as combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas 1 e 2 referem-se as associações em série e paralelo. Controlador Lógico Programável 14 Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada de “função E”. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso é denominada de “função OU”. Figura 13- Associação de contatos NA Tabela 1- Associação em série de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Desligada Repouso Acionado Desligada Acionado Repouso Desligada Acionado Acionado Ligada Tabela 2- Associação em Paralelo de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Desligada Repouso Acionado Ligada Acionado Repouso Ligada Acionado Acionado Ligada Controlador Lógico Programável 15 4.2- Associação de contatos normalmente fechados Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 14a) e paralelo (figura 14b), as respectivas tabelas verdade são 3.3 e 3.4. Nota-se que a tabela 3.3 é exatamente inversa a tabela 3.2 e portanto a associação em série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da mesma forma a associação em paralelo é chamada de “função não E”. Figura 14- Associação de contatos NA Tabela 3- Associação em Série de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Desligada Repouso Acionado Desligada Acionado Repouso Desligada Acionado Acionado Ligada Controlador Lógico Programável 16 Tabela 4- Associação em Paralelo de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Ligada Repouso Acionado Ligada Acionado Repouso Ligada Acionado Acionado Desligada 4.3- Principais elementos em comandos elétricos Havendo estudado os principais tipos de contato, o próximo passo é conhecer os componentes de um painel elétrico. 4.3.1- Botoeira ou Botão de comando Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma chave. Entretanto, no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é diferente de uma chave usual, destas encontradas em residências, utilizadas para ligar a luz, por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 3.6a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da existência de um selo no circuito de comando. Figura 15-(a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”. Controlador Lógico Programável 17 Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores. A figura 15a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno é feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou NF. Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga. Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes). Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga /desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor mínimo atua-se re-ligando o mesmo. 4.3.2- Relés Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente. Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura 16 é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultaneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico: i. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou dispositivoe portanto trabalha com baixas correntes (até 10A) e/ou baixas tensões. Controlador Lógico Programável 18 ii. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V. Figura 16-Diagrama esquemático de um relé Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando. Do conceito de relés pode-se derivar o conceito de contatores, visto no próximo item. 4.3.3- Contatores Para fins didáticos pode-se considerar os contatores como relés expandidos pois o principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um elemento letro- mecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem travamento. Como pode ser observado na figura 3.8, o contator consiste basicamente de um núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechados (NF). Figura 17- Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF Controlador Lógico Programável 19 Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares(CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios. Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais: a. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência. b. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. c. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. d. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente. 4.3.4- Fusível Os fusíveis são elementos bem conhecidos pois se encontram em instalações residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros. Tecnicamente falando estes são elementos que destinam-se a proteção contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente. Figura 19- Fusível Aplicação Automotiva Figura 18- Fusível com filamento partido Controlador Lógico Programável 20 4.4-Simbologia Gráfica Até o presente momento mostrou-se a presença de diversos elementos constituintes de um painel elétrico. Em um comando, para saber como estes elementos são ligados entre si é necessário consultar um desenho chamado de esquema elétrico. No desenho elétrico cada um dos elementos é representado através de um símbolo. A simbologia é padronizada através das normas NBR, DIN e IEC. Na tabela 1 apresentam-se alguns símbolos referentes aos elementos estudados nos parágrafos anteriores. Tabela 5- Simbologia em comandos elétricos 5- Conceitos básicos em comandos elétricos Para ler e compreender a representação gráfica de um circuito elétrico, é imprescindível conhecer os componentes básicos dos comandos e também sua finalidade. Alguns destes elementos são descritos a seguir. A) Selo O contato de selo é sempre ligado em paralelo com o contato de fechamento da botoeira. Sua finalidade é de manter a corrente circulando pelo contator, mesmo após o operador ter retirado o dedo da botoeira. Controlador Lógico Programável 21 B) Selo com dois contatos C) Intertravamento D) Circuito paralelo ao intertravamento E) Intertravamento com dois contatos Para obter segurança no sistema, pode-se utilizar dois contatos. de selo. Em algumas manobras, onde existem 2 ou mais contatores, para evitar curtos é indesejável o funcionamento simultâneo de dois contatores. Utiliza-se assim o intertravamento. Neste caso os contatos devem ficar antes da alimentação da bobina dos contatores. No caso de um intertravamento entre contatos, o contato auxiliar de selo,não deve criar um circuito paralelo ao intertravamento, caso este onde o efeito de segurança seria perdido. Dois contatos de intertravamento, ligados em série, elevam a segurança do sistema. Estes devem ser usados quando acionando altas cargas com altas correntes. Controlador Lógico Programável 22 F) Ligamento condicionado G) Proteção do sistema Legenda utilizada para analise de circuitos elétricos utilizando comandos: Um contato NA do contator K2, antes do contator K1, significa que K1pode ser operado apenas quando K2 estiver fechado. Assimcondiciona-se o funcionamento do contator K1 ao contator K2. Os relés de proteção contra sobrecarga e as botoeiras de desligamento devem estar sempre em série. Exemplo Figura 20- Circuitos de comando e potência para uma partida com reversão Controlador Lógico Programável 23 6- Introdução aos Controladores Lógicos Programáveis No capítulo anterior pode-se notar as dificuldades de se montar e dar manutenção nos painéis elétricos. A falta de flexibilidade, a segurança e o custo eram fatores primordiais para que o mercado exigisse uma mudança, e ela veio inicialmente através dos circuitos digitais e posteriormente através dos Controladores Lógico Programáveis, mais conhecidos com CLPs. Os CLPs podem ser definidos, segundo a norma ABNT, como um equipamento eletrônico- digital compatível com aplicações industriais. O termo em inglês é PLC, que significa Programmable Logic Controller. O primeiro CLP data de 1968 na divisão de hidramáticos da General Motors. Surgiu como evolução aos antigos painéis elétricos, cuja lógica fixa tornava impraticável qualquer mudança extra do processo.A tecnologia dos CLPs só foi possível com o advento dos chamados Circuitos Integrados e da evolução da lógica digital. Este equipamento trouxe consigo as principais vantagens: • Fácil diagnóstico durante o projeto • Economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido •Não produzem faíscas • Podem ser programados sem interromper o processo produtivo • Possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas • Baixo consumo de energia • Necessita de uma reduzida equipe de manutenção • Tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e saídas • Capacidade de comunicação com diversos outros equipamentos, entre outras Controlador Lógico Programável 24 6.1- Histórico da Tecnologia Historicamente os CLPs podem ser classificados nas seguintes categorias: 1a geração: Programação em Assembly. Era necessário conhecer o hardware do equipamento, ou seja, a eletrônica do projeto do CLP. 2a geração: Apareceram as linguagens de programação de nível médio. Foi desenvolvido o “Programa monitor” que transformava para linguagem de máquina o programa inserido pelo usuário. 3a geração: Os CLPs passam a ter uma entrada de programação que era feita através de um teclado, ou programador portátil, conectado ao mesmo. 4a geração: É introduzida uma entrada para comunicação serial, e a programação passa a ser feita através de micro-computadores. Com este advento surgiu a possibilidade de testar o programa antes do mesmo ser transferido ao módulo do CLP, propriamente dito. 5a geração: Os CLPs de quinta geração vem com padrões de protocolo de comunicação para facilitar a interface com equipamentos de outros fabricantes, e também com Sistemas Supervisórios e Redes Internas de comunicação. 6.2- Principio de Funcionamento Como pode ser visto na Figura 21, o CLP funciona de forma seqüencial, fazendo um ciclo de varredura em algumas etapas. É importante observar que quando cada etapa do ciclo é executada, as outras etapas ficam inativas. O tempo total para realizar o ciclo é denominado CLOCK. A não simultaneidade das operações justifica a exigência de processadores com velocidades cada vez mais altas. Em cada etapa o CLP realiza as tarefas descritas nos próximos parágrafos. Início: Verifica o funcionamento da C.P.U, memórias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existência de um programa de usuário, emite aviso de erro em caso de falha. Desativa todas as saídas. Verifica o estado das entradas: Lê cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo é chamado de ciclo de varredura. Compara com o programa do usuário: Através das instruções do usuário sobre qual ação tomar em caso de acionamento das entradas o CLP atualiza a memória imagem das saídas. Controlador Lógico Programável 25 Atualiza as saídas: As saídas são acionadas ou desativadas conforme a determinação da CPU. Um novo ciclo é iniciado. Figura 21- Ciclo de Varredura de um CLP 6.3- Estrutura Básica de um CLP Fonte de alimentação: Converte a tensão da rede de 110 ou 220 VCA em +5VCC,+12VCC ou +24VCC para alimentar os circuitos eletrônicos, as entradas e as as saídas. Unidade de processamento: Também conhecida por CPU, é composta por microcontroladores ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereçamento de memória de até 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria: Utilizada para manter o circuito do relógio em tempo real. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni - Ca. Memória do programa supervisor: O programa supervisor é responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser modificado pelo usuário e fica normalmente em memórias do tipo PROM, EPROM, EEPROM. Memória do usuário: Espaço reservado ao programa do usuário. Constituída por memórias do tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Também pode-se utilizar cartuchos de memória, para proporcionar agilidade e flexibilidade. Memória de dados: Armazena valores do programa do usuário, tais como valores de temporizadores, contadores, códigos de erros, senhas, etc. Nesta região se encontra também a Controlador Lógico Programável 26 memória imagem das entradas – a saídas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU busca informações para o processo decisório. Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha do CLP, são: POWER ON RESET: desliga todas as saídas assim que o equipamento é ligado, isso evita que possíveis danos venham a acontecer. POWER DOWN: monitora a tensão de alimentação salvando o conteúdo das memórias antes que alguma queda de energia possa acontecer. WATCH DOG TIMER: o cão de guarda deve ser acionado em intervalos periódicos, isso evita que o programa entre em “loop”. 6.4- Classificação dos CLPs segundo a capacidade Além da classificação histórica, os CLPs podem ser classificados também segundo a sua capacidade, como descrito abaixo. Nano e micro CLPs: possuem até 16 entradas e a saídas. Normalmente sãocompostos por um único módulo com capacidade de memória máxima de 512 passos. CLPs de médio porte: capacidade de entrada e saída em até 256 pontos, digitais e analógicas. Permitem até 2048 passos de memória. CLPs de grande porte: construção modular com CPU principal e auxiliares. Módulos de entrada e saída digitais e analógicas, módulos especializados, módulos para redes locais. Permitem a utilização de até 4096 pontos. A memória pode ser otimizada para o tamanho requerido pelo usuário. 6.5- Linguagens de Programação Basicamente existem três tipos de linguagens para programação dos CLPs: Ladder, Blocos Lógicos e Lista de instruções. Alguns fabricantes como a Siemens juntaram as três linguagens em uma única, denominada comercialmente de STEP7. A linguagem Ladder, ou diagrama de contatos, foi a primeira a surgir, pois se assemelhava muito aos diagramas elétricos (ver figura 22) , facilitando assim o entendimentos dos técnicos e engenheiros da época. Controlador Lógico Programável 27 Os blocos lógicos correspondem a uma linguagem de nível intermediário e muito prática, pois traz consigo várias funções de temporização pré-definidas, facilitando assim a confecção de programas(ver figura 23). Desse modo neste curso será abordada a linguagem ladder intercalando com as principais funções de blocos lógicos. Figura 22- Exemplo de um programa em Ladder utilizado para Partida com reversão 6.5.1- Function Blocks Diagram (FBD) - Diagrama De Blocos Mesma linguagem utilizada em lógica digital, onde sua representação gráfica é feita através das chamadas portas lógicas. Exemplo: Figura 23- Exemplo de programa em blocos Utilizando portas lógicas do tipo: AND, OR, NOT e também laços de comparação para obter a resposta desejada. Obs.: Podemos desenvolver um projeto utilizando toda a lógica combinacional aprendida na eletrônica digital, simplificando os circuitos com mapas de karnaugh e implementando o programa no controlador lógico programável. Controlador Lógico Programável 28 6.5.2- Instruction List (IL) - Lista De InstruçãoLinguagem semelhante à utilizada na elaboração de programas para computadores. : A I 1.5 : A I 1.6 : O : A I 1.4 : A I 1.3 : = Q 3.0 ( I 1.5 . I 1.6 ) + ( I 1.4 . I 1.3 ) = Q 3.0 Figura 24- Exemplo de programa em IL 6.5.3- Sequential Function Chart (SFC) - Passos Ou Step Essa linguagem de programação executa rotinas baseadas em passos que são executado mediante a certas condições lógicas satisfeitas. Exemplo: Figura 25-SFC para controle de duas portas com código de segurança Controlador Lógico Programável 29 7- Elementos Básicos de um programa em Ladder A linguagem Ladder foi a primeira que surgiu na programação dos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), pois sua funcionalidade procurava imitar os antigos diagramas elétricos, utilizados pelos Técnicos e Engenheiros da época. O objetivo era o de evitar uma quebra de paradigmas muito grande, permitindo assim a melhor aceitação do produto no mercado. O diagrama de contatos (Ladder) consiste em um desenho formado por duas linhas verticais, que representam os pólos positivo e negativo de uma bateria, ou fonte de alimentação genérica. Entre as duas linhas verticais são desenhados ramais horizontais que possuem chaves. Estas podem ser normalmente abertas, ou fechadas e representam os estados das entradas do CLP. Dessa forma fica muito fácil passar um diagrama elétrico para linguagem Ladder. Basta transformar as colunas em linhas, como se mostra nas figuras 24 e XX, para o caso de uma simples partida direta. Figura 26- Diagrama elétrico de uma partida direta Figura 27- Diagrama elétrico de uma partida direta Não se deve esquecer de ligar as botoeiras e contatores, que são os elementos de comando, externamente ao CLP. Para o caso deste comando as ligações elétricas são mostradas na figura 2.3. É importante observar que o relé foi colocado para permitir a existência de dois circuitos diferentes, o de comando composto por uma tensão contínua de 24 V, e o circuito de potência, composto por uma tensão alternada de 220 V. Ainda no CLP a letra “I” significa entrada (Input) e a letra ”O” significa saída (Output). Deve-se lembrar sempre que em painéis elétricos o CLP está inserido na parte de comando do mesmo. Deve- se lembrar sempre que em painéis elétricos o CLP está inserido na parte de comando do mesmo. Controlador Lógico Programável 30 Figura 28-Exemplo de ligação para acionamento de um contator. O mesmo procedimento de conversão pode ser feito com para uma partida de motores com reversão, como mostram as figuras 2.4 e 2.5 a seguir. Figura 29- Diagrama de comando para uma partida com reversão Figura 30-Programa em Ladder para uma partida com reversão Na figuras 27 e 28 podem-se observar os elementos básicos de comando, que são os selos dados pelos contatos abertos de O1 e O2, e também os intertravamentos dados pelos contatos fechados de O1 e O2. Controlador Lógico Programável 31 Observando os dois exemplos dados, pode-se definir agora os elementos essenciais em uma programação Ladder: Tabela 6- Elementos Básicos em Ladder Nomenclatura Abreviação Símbolo Contato Normalmente Aberto NA Contato Normalmente Fechado NF Bobina ou Saída ------ 7.1- Funções Lógicas em Ladder As funções lógicas são estudadas em todos e quaisquer elementos. A combinação entre os contatos NA e NF servem de importante orientação para o projetista e programador de circuitos lógicos. A) Função “E” (AND) (a) (b) (c) Figura 31 – (a) Circuito AND, (b) Tabela verdade AND, (c) Bloco AND Figura 32(a) mostra um sistema feito com porta and utilizando Ladder. O diagrama feito em ladder inicializa com | |, um contato normalmente aberto descrito como input A (LABEL), em serie com o contato A temos outro contato normalmente aberto chamado de Input B. Output representa a saída so sistema. Para termos nível lógico alto na saída devemos fechar os contatos das entradas A e B.(Figura 532(b)). Em geral: Contatos do diagrama ladder dispostos na linha horizontal em serie representa a operação AND. Figura 32 – Porta AND em Ladder (a) (b) Controlador Lógico Programável 32 O mesmo diagrama pode ser expresso em lista de instruções da seguinte forma: Todas as figuras acima, são representações possíveis de um mesmo circuito elétrico. Todas igualmente válidas para representar o circuito mencionado. B) Função “OU” (OR) Figura 33- (a) Circuito OR, (b) Tabela verdade OR, (c) Bloco OR Figura 34(a) mostra um sistema feito com porta OR utilizando diagrama ladder, Figura 34(b) mostra um diagrama alternativo equivalente ao anterior. . O diagrama feito em ladder inicializa com | |, um contato normalmente aberto descrito como input A (LABEL), em paralelo com o contato A temos outro contato normalmente aberto chamado de Input B. Output representa a saída do sistema. Para termos nível lógico alto na saída devemos fechar um dos contatos das entradas A e B. (Figure 34(c)). Em geral: Contatos do diagrama ladder dispostos na linha horizontal em paralelo representa a operação OR. (a) (b) (c) Figura 34- Porta OR LD A AND B OUT Y0 Controlador Lógico Programável 33 C) Função Inversora (NOT) Figura 35- (a) Circuito NOT, (b) Tabela verdade da porta Not, (c) Lógica Not em Ladder, (d) saída igual a 1 quando a entrada for nível lógico 0. Figura 35(b) mostra uma porta lógica descrita com o diagrama em ladder. A entrada A e formada por um contato normalmente fechado que esta em serie com a saída output ( ). D) Função “Não E” (NAND) Figura 36 - Porta NAND A figura 37 mostra o diagrama ladder da porta NAND. Quando a entrada A e B forem 0 a saida é igual a 1, como descrito na tabela verdade da porta lógica, neste diagrama podemos perceber que a segunda forma de representar a porta NAND foi utilizada. Formada por dois contatos normalmente fechados interligados em serie com a saída. (a) (b) (c) (d) (a) (b) Figura 37 - Ladder porta NAND Controlador Lógico Programável 34 E) Função “Não OU” (NOR) Figura 38 - Porta NOR A porta lógica NOR segue similar ao funcionamento das outras portas lógicas. 7.3- Circuitos com múltiplas saídas Com a utilização de diagramas em ladder podemos elaborar sistemas com mais de uma saída conectada a um contato normalmente aberto ou fechado a Figura 42 mostra um programa em ladder com duas saídas interligadas a um contato. Figura 40 - Programa Ladder com duas saídas Analisando o programa podemos perceber que a saída A esta dependendo diretamente da entrada A, a saída B depende tanto da entrada A quanto da entrada B tendo assim duas saídas com respostas diferentes dependendo dos valores das entradas A e B. (a) (b) Figura 39 - Ladder porta NOR Controlador Lógico Programável 35Figura 41 – Programa Ladder com duas entradas e duas saídas. Cada uma das entradas de contatos normalmente fechados habilita uma seqüência de saídas. A figura 44 ilustra o mesmo programa em ladder aplicado a CLP da Mitsubishi e Siemens. As saídas A, B e C são saídas que dependem das chaves de contato da entrada. Aplicando-se sinais de entrada em A,B e C podemos analisar o funcionamento direto do programa, identificando que as saídas A,B e C estão diretamente relacionadas com as entradas. Figura 42- Programa em ladder com 3 saidas e 3 entradas feitos em CLP da Siemens e Mitsubishi respectivamente. Figura 43- Saídas e entradas do programa acima mencionado Controlador Lógico Programável 36 7.4- Componentes Internos ao CLP Cada modelo de controlador Lógico programável tem sua descrição de componentes internos, quantidade de memória que pode ser utilizada, registradores de funções especiais, nomes atribuídos as entradas e saídas do sistema, timers indicadores e registradores para que possamos assim utilizar com mais eficácia todo o poder de programação do CLP, aqui vamos mencionar sobre os componentes internos para utilização devida na linguagem de programação ladder do CLP da SIEMENS modelo Entradas: X00, X01… X07, X10, X11… Componentes de indicação das entradas são indicados com o símbolo X e números indicando a quantidade de entradas. Podem ser descritos de forma octal somente tendo o devido cuidado de utilizar a entrada X00 como sendo a entrada menos significativa do byte. Saídas: Y00, Y01… Y07, Y10, Y11… Componentes de indicação das saídas são indicados com o símbolo Y e números indicando a quantidade de saídas. Podem ser descritos de forma octal somente tendo o devido cuidado de utilizar a saída Y00 como sendo a saída menos significativa do byte. Memória: M000, M001… M007, M10, M011… Componentes de indicação das memórias internas ao CLP são indicadas com o símbolo M e números indicando a quantidade de memória, capacidade de armazenamento. Acima da memória M1000 o sistema utiliza memórias com flags de estouro. Os números armazenados podem ser binários ou decimais. Temporizador (Timer): T00, T01… T07, T10… T255 Componentes de indicação de temporização interna ao CLP são indicadas com o símbolo T e números indicando a quantidade de temporizadores. Dependendo do valor atribuído a T teremos proporcionalmente um ciclo de clock diferente. Controlador Lógico Programável 37 Contador (Counter): C00, C01… C07, C10… C255 Componentes de indicação de contagem interna ao CLP são indicadas com o símbolo C e números indicando a quantidade de contadores. O contador C235 pode operar com 32 bits em alta velocidade. Dados (Data): D00, D01… D07, D10… Componentes de indicação de dados internos ao CLP são indicadas com o símbolo D e números indicando a quantidade de contadores. O dado D1000 é usado para registradores internos do sistema, dependendo do CLP utilizado teremos quantidades e funções diferentes por este motivo indicam que antes de se programar o CLP faca a leitura do manual. 7.4- Instruções Especiais 7.4.1- SET e RESET A instrução de “SET” liga uma saída e mantém a mesma ligada mesmo que a alimentação da entrada seja retirada. Para se desligar a saída utiliza a instrução “RESET”. A figura 46 mostra um exemplo da utilização destas instruções na partida direta de um motor. O programa na figura 46 é equivalente ao programa mostrado na figura 41. Figura 44- Utilização das Instruções de SET e RESET 7.4.2 - Circuitos de Detecção de Borda Existem situações em que é necessário registrar não o estado da entrada, mas sim o instante em que essa entrada comuta. Isso é realizado pelos circuitos de detecção de borda, que podem detectar o flanco ascendente (instante de ativação da entrada) quanto o flanco descendente (instante de desativação da entrada). Controlador Lógico Programável 38 Estes circuitos se aproveitam do modo de operação do CLP onde a varredura é feita através de uma linha de cada vez. A figura 47 mostra o exemplo de detecção de borda durante a subida. Figura 45- Circuito de detecção de borda Uma aplicação prática deste circuito é quando se deseja ativar e desativar uma saída com um único pulsador (ou botoeira). O circuito completo para este tipo de operação de operação é mostrado na figura 48. É importante notar que no programa da figura 48 nota-se que utilizou-se a letra “R” na saída e não “O”. A diferença é que “R” significa “Relé de contato auxiliar”, ou seja quando se aciona “R” nenhuma saída externa ao CLP é ligada. Este relé representa uma “memória” interna do CLP e como o próprio nome já diz, serve somente para auxiliar na lógica do programa. Este elemento é muito utilizado em programação com diagramas de contato. Figura 46- Circuito de detecção de borda Para facilitar a programação, o CLP apresenta as funções de detecção de borda e acionamento com um único pulsador. A tabela 7 apresenta os símbolos destas funções. Controlador Lógico Programável 39 Tabela 7- Elementos de pulso Nomeclatura Abreviação Símbolo Flip Flop SET de borda (aciona somente na borda de subida do sinal de entrada) ---------- Flip Flop RESET de borda (aciona somente na borda de descida do sinal de entrada) ---------- Flip Flop de Pulso (liga e desliga a saída dependendo do estado anterior) ---------- 7.4.3- Circuitos de Selo Os selos são as combinações mais básicas entre elementos, destinados a manter uma saída ligada, quando se utilizam botoeiras. A) Selo com prioridade no ligamento Com as duas chaves pressionadas o circuito sempre estará ligado. Figura 47- Selo com prioridade no ligamento B) Selo com prioridade no desligamento Com as duas chaves pressionadas o circuito sempre estará desligado. É o mais utilizado por questões de segurança. Figura 48- Selo com prioridade no desligamento Controlador Lógico Programável 40 7.4.4- Temporizador (Timer) Instrução Operando TMR T-K T0~T127, K0~K32767 T-D T0~T127, D0~D1143 Quando se utiliza a lista de instruções devemos escrever o comando TMR para acionar o funcionamento do temporizador, mas como o nosso foco é o uso da linguagem ladder vamos ver exemplos utilizando o ladder. O temporizador T5 ira receber nível lógico igual a 1 quando a contagem for maior ou igual a K1000. O CLP em questão utilizado neste treinamento funciona com um ciclo de 1ms, ou seja, devemos utilizar o K para trabalharmos com a casa de segundos e neste caso o temporizador ira contar 1000segundos. � TMR T5 K1000 Figura 49- Para zeramos o flag T5 devemos fazer um contato para resetar o mesmo assim desta forma poderemos utilizar o T5 em outras ocasioes sem que o estado anterior interfira no proximo estado desejado. Numeros negativos não podem ser setados no temporizador. A instrução TMR (timer) tem como capacidade máxima 16 bits. TMR S1 S2 S1 : Numero do Timer usado S2 : valor de contagem S1 : T S2 : K, D Exemplo: Faca um temporizador utilizando o Timer 5 que conte ate 3. Neste caso podemos identificar o uso do registrador T5 e a atribuição do valor de contagem no segundo itemK3, fazendo com que este timer conte ate 3 segundos e acione o T5. Figura 50- Controlador Lógico Programável 41 7.4.4- Contador (Count) Instrução Operando CNT C-K C0~C127, K0~K32767 C-D C0~C127, D0~D1143 Quando o resultado da operação das instruções anteriores precederem o contador, CNT, e o resultado for igual a nível lógico alto, o contador somara o valor 1 ao valor atual armazenado no contador. O valor atribuído indica a máxima contagem que C20 poderá chegar. � CNT C20 K100 Figura 51- CNT S1 S2 S1 : Numero do contador usado S2 : valor da contagem S1 : C S2 : K, D Para zeramos o flag C5 devemos fazer um contato para resetar o mesmo assim desta forma poderemos utilizar o C5 em outras ocasioes sem que o estado anterior interfira no proximo estado desejado. Numeros negativos, 0 e 1 não podem ser setados no contador. A instrução CNT (count) tem como capacidade máxima 16 bits. Exemplo: Elabore um contador que conte ate 5 utilizando o C0. Figura 52- Controlador Lógico Programável 42 7.4.5- Salto Incondicional (Jump) O salto incondicional JUMP salta de um determinado ponto do programa para uma outra posição ou sub-rotina do mesmo. Sub-rotinas habilitam novas operações do programa de forma que possam ser utilizadas repetidas vezes somente direcionando via JUMP o destino desta sub-rotina. A maioria das funções utilizadas em programas para os CLP`s utilizam algum tipo de salto condicional ou incondicional, nós iremos descrever alguns dos casos de forma simples para não termos mais duvidas do uso desta ferramenta poderosa: Se (alguma condição ocorrer) então Executar determinada instrução Senão Executar outra instrução. Dentre outras instruções temos as instruções aritméticas e instruções para manipulação de dados em geral, conversões de binário para decimal, decimal para hexadecimal, somas entre registradores armazenamento de dados direto com MOV laços de comparação e condicionais, estas instruções estão todas listadas no manual do software ou no whelp do software de desenvolvimento. Figura 53- Controlador Lógico Programável 43 Referências Bibliográficas Bryan, L. B. ( 1997). PROGRAMMABLE CONTROLLERS THEORY AND IMPLEMENTATION (Segunda Edição ed.). Atlanta • Georgia • USA: Industrial Text Company. RICHTER, C. (2001). Controladores Programáveis - Curso de Automação Industrial. DEXTER. Silva, P. M. (15 de fevereiro de 2007). CONTROLADORES LÓGICO PROGRAMÁVEIS - LADDER . Piracicaba. Silva, P. M. (05 de Setembro de 2007). CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL . Piracicaba. Controlador Lógico Programável 44 Anexo I – Como Iniciar um novo projeto no WLP Abra o programa WPL que se encontra em: "C:\Program Files\DELTA\WPLSoft 2.09\" Escolha no menu programa a aba FILE(F) depois NEW(N) Escolha o nome do programa neste caso é TESTE e o modelo utilizado neste treinamento é o DVP XXX que tem como capacidade máxima projetar ate 2000 steps. Em seu programa aberto aparecera uma barra de instruções me ladder para que você possa utilizar em seus programas esta barra que aparece no menu do programa contem os contatos: Todos os contatos,instrucoes, e simbolos podem ser empregado em seu programa ladder apertando no botao F(numero que se deseja) do teclado ou acionando o botao pelo desenho. F1- Contato normalmente aberto F2- Contato normalmente fechado F3- contato normalmente aberto acionado por deteccao de borda de subida F4- Contato normalmente aberto acionado por deteccao de borda de descida F5- Passo a passo da execucao do programa, STEP CONTACT F6- Aplicacao de instrucoes : instrucoes variadas para serem acrescentadas em seu programa. F7- Saida F8- Traco horizontal para unir os contatos na horizontal F9- Traco vertical para unir os contatos na vertical (multiplas saidas) F11- Logica reversa : inverte o contato que esta selecionado agora devemos selecionar o modelo do CLP utilizado, para então poder nos próximos laboratórios enviar o programa elaborado para o controlador em questão. Capacidade máxima do CLP Controlador Lógico Programável 45 Anexo II – Como enviar o programa para o CLP Após termos criado um programa em ladder podemos então verificar o seu funcionamento diretamente no CLP enviando o mesmo para o DVP-32ES devemos somente atentar para os procedimentos abaixo: � Para enviar o programa devemos primeiramente compilar o programa, verificar se não houve nenhum problema na programação, então vamos acionar o botão CODE � Deve aparecer a mensagem abaixo indicando que o programa esta pronto para ser carregado no CLP, perceba que esta compilação não atenta a lógica do programador e sim somente a erros de contato e acionamento. � Agora que foi indicado que o programa esta sem problemas, podemos enviar o mesmo para o CLP acionando o seguinte botão. Atente para o aviso PC=>PLC! � A figura abaixo indica o modo de comunicação, no nosso caso PC=>PLC, e o tamanho do programa a ser enviado, acionamos ALL para que não haja problemas de enviar programas pela metade. � Acione o botão OK, para dar seqüência a transmissão dos dados para o PLC, caso ocorra algum erro, identifique se o CLP esta corretamente ligado. Controlador Lógico Programável 46 O programa ira indicar que será acionado o PLC e por este motivo será perguntado se você quer dar continuidade ao processo, clique YES. � Aguarde ate que o programa seja enviado completamente � Identifique se durante a transmissão não ocorreu algum erro, caso não ocorra pressione OK. � Verificar o status do programa após enviar, clique SIM. � Para rodar o programa enviado ao CLP devemos acionar o botão RUN. � O programa já esta rodando no CLP mas para acompanhar o funcionamento do mesmo via PC devemos manipular o mesmo de forma ONLINE, desta forma clique no botão abaixo descrito. � Fique atento para que na barra inferior apareça a seguinte mensagem: Isso indica que o seu programa esta rodando sem problemas e esta trabalhando com uma taxa de transmissao de 9600bps. Controlador Lógico Programável 47 Anexo III – Interface Homem Maquina com o Software ADP 1. Software ADP Configuração o ADP Para que o software ADP se comunique diretamente com o Controlador lógico programável devemos identificar o modelo e as configurações para a transmissão do programa criado no WPL e utilizar a mesma configuração no ADP com o intuito de fazer com que o ADP se comunique diretamente com o CLP. Através da elaboração de uma interface contendo botões, alarmes, medidores e indicadores dentre outras funções, que podemos criar através do ADP e identificar o seu devido funcionamento através do CLP, indexando entradas e saídas ao software ADP tendo assim a possibilidade de controlar o CLP utilizando uma interface amigável. Para o acesso direto do Software devemos seguir os seguintes passos:C:\hitech_adp\v3.2.03\Adp3.Exe No menu do programa descrito abaixo na figura1: Figura 54- Menu do programa ADP Iremos criar uma nova aplicação desta forma devemos clicar no numero 1, que abrira a janela abaixo, figura 2. • Adicione um nome ao aplicativo • Identifique com o SoftPanel com resolução de (640x480). • O Controlador lógico programável em uso é o da família DELTA DVP-ES. 1 Application Name – O nome do aplicadivo. Panel- Software que devemos usar para visualizar o aplicativo. Controller- Modelo do CLP usado. Figura 55 - Criação de um novo aplicativo no ADP Controlador Lógico Programável 48 Devemos salvar o arquivo em um local do disco rígido que possa ser facilmente acessado antes de projetarmos um aplicativo, com isso o ADP apresentara a tela abaixo, figura 3. Figura 56 - Tela inicial do ADP Após elaboração do aplicativo devemos compilar o mesmo para que possamos simular no software SoftPanel e interagir com o CLP. Figura 57 - Compilação do aplicativo Para que o aplicativo funcione devemos rodar o mesmo no programa SoftPanel que se encontra em seu computador em: C:\hitech_adp\v3.2.03\SoftPanel.exe Mas antes disso devemos criar um programa em Ladder no WPL, após a criação do programa podemos compilar e enviar o programa para o CLP. Barra de ferramentas Barra de desenho Área de desenvolvimento do aplicativo Controlador Lógico Programável 49 Atenção: Não devemos utilizar o modo ONLINE pois não poderemos utilizar o SoftPanel em conjunto com o WPL. Após a compilação e execução sem erros do programa criado devemos atentar para a configuração do SoftPanel que deve estar sincronizada com a configuração do WPL, devemos ir em Options/Communication Setting, figura 5. Figura 58 - Configuração da comunicação entre CLP e a gravação do programa Teremos a janela abaixo ao qual devemos prestar atenção nos valores configurados para serem utilizados no programa SoftPanel. Figura 59 - Configuração da Comunicação Carregue o programa SoftPanel e configure o programa de acordo com a configuração do software WPL. Figura 60 - Configuração da comunicação do SoftPanel Controlador Lógico Programável 50 Após a configuração correta do SoftPanel podemos simular o aplicativo criado clicando no botão RUN (rodar ou executar). Aprendemos nesta experiência 1 como configurar os softwares ADP, SoftPanel e WPL para que possamos criar uma interface entre homem e maquina de forma simples e ágil podendo assim controlar e captar as informações do CLP . Desta forma podemos criar uma grande variedade de aplicativos que possam controlar ou simplesmente analisar as informações provenientes do CLP. Controlador Lógico Programável 51 Anexo IV – Exercícios Resolvidos 1. Criar um programa em ladder que execute a lógica descrita pelo circuito abaixo. Este programa utiliza 3 portas lógicas, sendo duas AND e uma OR. X0 eX1 entram em uma porta AND e seu resultado é complementado e entra em outra porta AND juntamente com o resultado da soma, OR, das entradas X2 e X3. O resultado desta soma sai na saída Y0. Programa em ladder Para circuitos logicos mais complexos devemos analisar mais detalhadamente gerando a tabela verdade do sistema e efetuando as devidas simplificacoes para chegar na resposta final, saida Y0 , e somente assim podemos projetar o programa em ladder. 2. Elabore um programa em ladder que tenha como funcao um DEMUX 1:4. Este último circuito representa um demux 1:4, onde o nível presente em X0 é transferido para a desejada, selecionando-a através de X1 e X2. Assim, a tabela verdade de dele é: Controlador Lógico Programável 52 X0 X1 X2 Y0 Y1 Y2 Y3 0 X X 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 A partir da tabela verdade, obtêm-se as equações de cada saída Y: Então, pode-se elaborar o fluxograma desse circuito: Feito isso, o programa em Ladder é: Analisando-se os resultados, percebe-se que, estando X0 em nível lógico alto, dependendo da combinação entre X1 e X2, sempre uma saída será acionada, sendo apenas uma para cada combinação. Controlador Lógico Programável 53 Anexo V – Exercícios Projete um programa em ladder que acione uma lâmpada. Obs.: Utilize X0 como botão de acionamento e Y0 como saída. 1. Projete um programa que tenha como função descrever o circuito abaixo: 2. Projete um programa que efetua a soma de dois bits de entrada e armazene a resposta na memória. 3. Projete um programa que tenha como função gerar um clock de 1Hz com duty cicle 50%, ou seja 50% do tempo em nível lógico alto e 50 % do tempo em nível lógico baixo. 4. Projete um programa que conte a quantidade de produtos que estão sendo produzidos em uma linha de produção, sendo que mostre um sinal para produção eficiente e outro sinal para produção abaixo da meta, sendo: Produção Eficiente: 10 produtos no tempo de 10 segundos. Produção abaixo da meta: menos de 10 produtos no tempo de 10 segundos. 5. Elabore um aplicativo que acione via computador uma lâmpada do CLP. Obs.: Devemos utilizar memórias para o controle total do sistema. 6. Elabore um aplicativo que acione um motor em intervalos de 10 segundos, sendo necessário de um botão de start do sistema. 7. Elabore um aplicativo que acione um alarme quando for identificada a entrada de intrusos no local
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