ACIONAMENTO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS USANDO CLP SIEMENS S7-212

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1 ACIONAMENTO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS USANDO CLP SIEMENS S7-212 Laboratório de Eletrotécnica

2 TÓPICOS PRÁTICAS DE ACIONAMENTOS ELÉTRICOS DE MOTORES COM O USO DE CLP (Controlador Lógico Programável) APRESENTAÇÃO DO CLP HISTÓRICO DEFINIÇÕES TÉCNICAS FUNCIONALIDADES PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO COMPONENTES BÁSICOS SOFTWARE CONCEITOS BÁSICOS DA LINGUAGEM LADDER APLICAÇÕES (PRÁTICAS DE LABORATÓRIO) CHAVE DE PARTIDA DIRETA CHAVE DE PARTIDA REVERSORA CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO CONCLUSÃO. APRESENTAÇÃO DO CLP Esta apostila tem como intuito trazer conhecimentos básicos do uso do CLP SIMATIC STEP 7, da SIEMENS, aplicados às práticas de acionamento elétrico de motores de indução. Abordaremos uma breve descrição do equipamento, desde seu histórico até os seus componentes e o software de programação, bem como três práticas de laboratório. Por fim serão apresentadas as suas possibilidades de aplicação. HISTÓRICO O controlador lógico programável nasceu na indústria automobilística americana, devida grande dificuldade que havia para mudar a lógica de controle de painéis de comando ao se alterar a linha da montagem. Essa mudança exigia muito tempo e dinheiro. Para resolver essa dificuldade, foi preparada uma especificação das necessidades de muitos usuários de circuitos e relés, tanto da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira. Nascia assim um equipamento bastante versátil e de fácil utilização, que vem se aprimorando constantemente. Desde seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática, principalmente em termos de software e de hardware. DEFINIÇÕES TÉCNICAS Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas técnicas), é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association), È um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazena internamente

3 instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporizarão, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. FUNCIONALIDADES Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP s) são equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal, para controlar pontos de saída de sinal (cargas). As vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas convencionais são:!"ocupam menos espaço;!"requerem menor potência elétrica;!"podem ser reutilizados;!"são programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; com maior confiabilidade;!"sua manutenção é mais fácil;!"oferece maior flexibilidade;!"permitem interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle;!"permite maior rapidez na elaboração do projeto do sistema. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Podemos dizer que o CLP é um microcomputador aplicado ao controle de um sistema ou de um processo. É composto de módulos de entradas e saídas digitais ou analógicas e uma UCP (Unidade Central de Processamento). De acordo com a lógica interna de programação, definida pelo usuário através de software específico, o CLP reage aos sinais de entrada, impondo respostas às suas saídas. ESQUEMA BÁSICO FUNCIONAL

4 CICLO DE VARREDURA DAS INSTRUÇÒES LÓGICAS COMPONENTES BÁSICOS Saídas LED s de Status de Funcionamento LED s de Status de Funcionamento das Saídas UCP Entradas LED s de Status de Funcionamento das Entradas

5 Entradas: São compostas de contatos tipo seco NA, dispostas em bornes de conexão na parte inferior do corpo do CLP. São numeradas de I0.0 a I0.7, perfazendo 8 entradas analógicas. Saídas: São compostas de contatos tipo seco NA, dispostas em bornes de conexão na parte superior do corpo do CLP. São numeradas de Q0.0 a Q0.5, perfazendo 6 saídas analógicas. UCP: É composta essencialmente por circuitos eletrônicos, memórias e drivers instalados internamente do corpo do CLP. LED s de Status de Funcionamento: São leds indicativos de funcionamento do CLP. No modo RUN, o equipamento está executando o programa lógico, antes programado e enviado pelo cabo serial de um microcomputador. No modo STOP, o CLP encontra-se desativado. LED s de Status de Funcionamento das Entradas: São leds indicativos de funcionamento das entradas de sinal do CLP. Caso alguma acenda, indica que o sinal desta entrada está em um nível lógico ALTO ou 1 (Ex: Sinal de Tensão de 24 V). Já se o led estiver apagado, o mesmo indica um nível lógico de entrada BAIXO ou 0 (Ex: Sinal de Tensão 0 V) LED s de Status de Funcionamento das Saídas: São leds indicativos de funcionamento das saídas de sinal do CLP. Caso alguma acenda, indica que o sinal desta saída está em um nível lógico ALTO ou 1 (Ex: Sinal de Tensão de 220 V). Já se o led estiver apagado, o mesmo indica um nível lógico de saída BAIXO ou 0 (Ex: Sinal de Tensão 0 V) SOFTWARE O software de programação utilizado pelo CLP Siemens Simatic S7 Série 200 (CPU 212) é o Step7. É composto por uma área de trabalho onde são executadas as programações utilizando blocos de funções pré-determinadas, como contatos secos abertos NA, contatos secos NF, Blocos Temporizadores, Blocos Contadores, entre outros. TELA DO SOFTWARE STEP 7

6 Este software permite utilizar cerca de 3 tipos diferentes linguagens de programação, como Linguagem Ladder, Diagrama de Blocos e Listas de Instruções. Ao decorrer desta apostila, as práticas desenvolvidas estão baseadas na linguagem Ladder por ser esta de fácil compreensão e extremamente prática e simples. CONCEITOS BÁSICOS DA LINGUAGEM LADDER: Os CLP vieram a substituir elementos e componentes eletro-eletrônicos de acionamento e a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvidos por eletrotécnicos e profissionais da área de controle, esta linguagem é denominada linguagem de contatos ou simplesmente LADDER. A linguagem Ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais, seqüenciais e circuitos que envolvam ambas, utilizando como operadores para estas lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros numéricos. A Tabela abaixo exemplifica 3 dos principais símbolos de programação. ANALOGIA ENTRE A LÓGICA DE BOOLE E A LINGUAGEM LADDER

7 Para entendermos a estrutura da linguagem vamos exemplificar o acionamento de uma lâmpada L a partir de um botão liga/desliga. Abaixo, o esquema elétrico tradicional, o programa e as ligações no CLP. O botão B1, normalmente aberto, está ligado a entrada I0.0 e a lâmpada está ligada à saída Q0.0. Ao acionarmos B1, I0.0 é acionado e a saída Q0.0 é energizada. Caso quiséssemos que a lâmpada apagasse quando acionássemos B1 bastaria trocar o contato normal aberto por um contato normal fechado, o que representa a função NOT (NÃO). Também poderemos utilizar estes conceitos para desenvolver outras lógicas, como por exemplo a lógica AND (E), abaixo representada: Ou ainda a lógica OR (OU), abaixo representada:

8 APLICAÇÕES (PRÁTICAS DE LABORATÓRIO) CHAVE DE PARTIDA DIRETA: Para esta prática, serão utilizados apenas um contactor e um botão LIGA e outro DESLIGA. Ao acionar o LIGA, o CLP acionará uma entrada para o mesmo fazer atuar uma de suas saídas com um nível lógico de tensão alto a fim de acionar a bobina do contactor principal. Quando se desejar desligar o motor, será necessário apenas acionar o botão DESLIGA. DIAGRAMA UNIFILAR DE COMANDO E FORÇA

9 CIRCUITO DE COMANDO CIRCUITO DE FORÇA FASE R S T FUSÍVEL DE COMANDO FUSÍVEIS DE FORÇA CONTATO DO RELÉ DE SOBRECARGA C1 CONTATOS DA CONTACTORA C1 B0 BOTOEIRA DE DESLIGAMENTO ELEMENTOS DO RELÉ DE SOBRECARGA B1 C1 CONTATO AUXILIAR DE AUTO-RETENÇÃO C1 BOBINA DA CONTACTORA ATERRAMENTO MOTOR NEUTRO DIAGRAMA LADDER DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA ESQUEMA DE MONTAGEM FÍSICA NO PAINEL DO CLP

10 CHAVE DE REVERSORA: Para esta prática, serão utilizados apenas um contactor e um botão LIGA e outro DESLIGA. Ao acionar o LIGA, o CLP acionará uma entrada para o mesmo fazer atuar uma de suas saídas com um nível lógico de tensão alto a fim de acionar a bobina do contator principal. Quando se desejar desligar o motor, será necessário apenas acionar o botão DESLIGA. DIAGRAMAS DE FORÇA E DE COMANDO

11 DIAGRAMA LADDER ESQUEMA DE MONTAGEM FÍSICA NO PAINEL DO CLP

12 CHAVE ESTRELA TRIÂNGULO Neste caso, partimos o motor na configuração estrela, de forma a minimizar a corrente de partida e, depois de determinado tempo especificado no relé temporizado, comutase o motor para a configuração triângulo. Ao pressionar B1, energiza-se o contactor C3, que por sua vez energiza o contactor C1. Isso liga o motor a rede trifásica na configuração estrela. Após o tempo especificado no relé temporizado RT, o contactor C3 é desenergizada e o contactor C2 energizada. C1 continua energizada, pois existe um contato auxiliar de C1 para efetuar sua autoretenção. Com isso, o motor é conectado a rede trifásica na configuração triângulo. A botoeira B0, quando pressionada, desliga o motor. DIAGRAMAS DE FORÇA E COMANDO

13 DIAGRAMA LADDER

14 ESQUEMA DE MONTAGEM FÍSICA NO PAINEL DO CLP Esta apostila é parte do II Exercício Escolar da Disciplina Acionamentos de Máquinas Elétricas, ministrada pelo Professor José Bione Neto e confeccionada pelos alunos abaixo: Antônio Elias Nogueira Thiago Aquino Gustavo Marinho. Local: Laboratório de Eletrotécnica/POLI/UPE Recife, junho de 2003.