Guião do trabalho prático TP7

Transcrição

1 Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores U.C. Automação Guião do trabalho prático TP7 1. Introdução ao Grafcet 2. Projecto do sistema de controlo de Misturador Industrial José António Faria, Armando Jorge Sousa jfaria@fe.up.pt asousa@fe.up.pt (versão 17, de )

2 1. Objectivos Este trabalho prático decorrerá ao longo de duas aulas e tem os seguintes objectivos: Familiarização com a programação Grafcet no Autómato Programável (AP) Schneider TSX Micro TSX 3721/2 e seu ambiente de desenvolvimento Implementação do sistema de comando do misturador industrial em Grafcet O caderno de encargos do sistema de controlo do Misturador é apresentado no ponto 3. Antes de iniciar o desenvolvimento do modelo Grafcet, é fundamental que já esteja familiarizado com os autómatos programáveis TSX Micro 3721/22 e com o respectivo ambiente de desenvolvimento, em particular com o módulo de programação na linguagem Grafcet. Para isso, deve consultar atentamente os anexos I e II deste guião. Para o teste do sistema de controlo vai utilizar desde logo o "kit" em cuja parte frontal se encontra um sinóptico do misturador industrial, mostrado na 1. Simulador de Misturador Industrial S B V3 V1 S A Prato2 V4 V2 Prato1 Bomba V5 T_ Esquerda M_máx T_Direita M_min T V6 V7 Motor Pá Início Ciclo Paragem Externo Figura 1 Face do kit da Misturadora Automação 2 / 23

3 Todas as ligações entre o autómato programável e o kit de simulação serão realizadas previamente, para não ocupar tempo de aula para esse efeito. Para sua referência, a Figura apresenta as ligações já efectuadas para si. Também estará disponível na página web da disciplina o ficheiro em PL7 template-misturador.pl7, o qual contém a definição dos símbolos correspondentes a todas as entradas e saídas utilizadas na aplicação, uma tabela de animação com todas essas variáveis. Dessa forma, poderá utilizar no seu programa os nomes lógicos dos detectores e actuadores tal como são mencionados no caderno de encargos do sistema apresentado no ponto 2 deste guião, em vez dos endereços físicos das linhas de entrada/saída. Saídas I/O Terminal Esquerda Q Direita Q Bomba Q Motor_pá Q V7 Q V6 Q V5 Q V4 Q V3 Q V2 Q V1 Q Entradas I/O Terminal M_max I1.0 1 M_min I1.1 2 Prato2 I1.2 3 Prato1 I1.3 4 Inicia I1.4 5 Paragem I1.5 6 Ciclo I1.6 7 Vcc 17, 25, 30, 35 Gnd 18 Figura 2 Ligações Automação 3 / 23

4 2. Preparação Como habitualmente, no início da aula, os alunos devem entregar ao docente um relatório de preparação contendo o projecto completo do sistema de controlo incluindo as especificações adicionais e o respectivo procedimento de edição e teste do programa. 1. É necessário ler cuidadosamente o guião do trabalho prático e respectivos anexos 2. É necessário entregar ao docente um relatório de preparação com o Grafcet o sistema de comando a implementar na aula No projecto do sistema de controlo baseado no autómato programável deve incluir: 1. O Modelo Grafcet correspondente à inicialização e ao ciclo de funcionamento normal do misturador, descritos na primeira parte do guião (1ª aula). 2. As instruções a incluir no módulo de pré-processamento, correspondentes às especificações contidas na segunda parte do guião (2ª aula). 3. Os Procedimentos que tenciona seguir para a edição e o teste desses programas (1ª e 2ª aulas). Recorda-se que estas ligações entre o autómato e o kit de simulação já estarão efectuadas e que existe um template (ficheiro template-misturador.pl7) que deve utilizar para o desenvolvimento da aplicação uma vez que já tem definidos os símbolos para todas as linhas de I/O utilizadas e a respectiva tabela de animação. Obs.: No final do TP será necessário enviar ao docente o projecto produzido. Automação 4 / 23

5 3. Caderno de encargos do misturador industrial O misturador industrial para o qual se pretende desenvolver o sistema de controlo produz uma mistura constituída à base de dois produtos A e B e de um solvente S, contidos respectivamente nos silos S A, S B e no tanque T. O seu modo de funcionamento é descrito de seguida. Especificação Base (1ª aula) Inicialização No arranque do sistema, é executada a seguinte sequência de inicialização: 1. Após a ordem de arranque do sistema (botão Início premido), o misturador é esvaziado até ao nível mínimo, através da válvula V6. 2. Ao mesmo tempo, e para evacuar eventuais resíduos, é accionado o motor do tapete no sentido da direita, durante 5 segundos. Ciclo de funcionamento normal Depois de concluída a inicialização, o ciclo de funcionamento normal do misturador é o seguinte: 3. após o operador dar ordem de início de um novo ciclo (botão Ciclo premido), é fechada a válvula V7, são abertas as válvulas V1, V3 e V5, e é accionada a Bomba. 4. Quando a quantidade B1 (B2) de produto A (B) para dissolver for depositada no Prato1 (2), é fechada a válvula V1 (V3). 5. Quando o nível máximo (M_max) do misturador for atingido, a Bomba pára e a válvula V5 é fechada. 6. De seguida, o motor da pá do misturador é accionado, bem como o motor do tapete no sentido esquerdo. Ao mesmo tempo que são abertas as válvulas V2 e V4. 7. Após o intervalo de tempo T1 (10 segundos), o tapete pára e as válvulas V2 e V4 são fechadas. 8. Após o intervalo de tempo T2 (5 segundos), pára o motor do misturador, estando então concluído o processo de mistura. 9. Então, a válvula V7 é aberta para se iniciar o consumo do produto. Automação 5 / 23

6 Especificações adicionais (2ª aula) Recorrendo a macro-acções, altere sucessivamente o programa anterior por forma a contemplar as especificações seguintes, todas relativas à actuação do botão Paragem (Para simplificar a resolução destas questões, considere que o botão Paragem só é activo quando o misturador se encontra a executar as operações descritas nos pontos 3, 4 e 5 do ciclo de funcionamento normal. Nas outras fases do ciclo, a actuação do botão Paragem é ignorada). 1. Se o botão Paragem for premido, o Grafcet fica bloqueado na situação actual, mantendo-se as saídas activas. Quando o botão Paragem for desactivado, o Grafcet é desbloqueado. 2. Se o botão Paragem for premido, o Grafcet fica bloqueado na situação actual, mantendo-se as saídas activas. Quando o botão Paragem for desactivado, o Grafcet regressa à situação inicial. 3. Se o botão Paragem for premido, todas as etapas e saídas são desactivadas. Depois do botão Paragem ser desactivado, o Grafcet regressa ao estado inicial 4. Se o botão Paragem for premido, todas as etapas e saídas são desactivadas. Depois do botão ser desactivado, o Grafcet retorna ao estado em que se encontrava antes da actuação do botão Paragem. Obs: Tenha em atenção a informação contida no Anexo II. Nota: O kit de simulação contém vários sinais que não são utilizados neste trabalho prático pelo que, naturalmente, os deve ignorar e considerar apenas os sinais referidos no guião. Automação 6 / 23

7 IMPORTANTE: Antes de iniciar a realização do seu trabalho: 1. Verifique se o CPU do autómato em que vai realizar o trabalho corresponde ao CPU especificado no ficheiro template-misturador.stx 2. Verifique se as ligações entre o kit de simulação e os módulos de entrada e de saída do autómato estão correctas. Para isso, proceda da seguinte forma: 1. Transfira para o autómato o programa template-misturador.stx 2. Abra a tabela de animação pré-definida e coloque o autómato em modo RUN 3. Para verificar as ligações às linhas de entrada: actue nos botões do kit e verifique, através da tabela de animação, se as linhas de entrada correspondentes são activadas 4. Para verificar as ligações às linhas de saída: force o estado das saídas em 1 através da tabela de animação e verifique se os respectivos leds no kit acedem. Se detectar algum erro nas ligações, deve informar o docente ou o técnico responsável pelo laboratório ou antes de proceder a qualquer alteração das ligações. Automação 7 / 23

8 4. Relatório final da aula No final do trabalho prático, os alunos devem enviar ao docente, por , um documento de processador de texto (word) com: Título: Automação TP7 Turma: Autores: SubTítulo: TP7 Elementar Incluir de seguida: o Os print-screens do(s) grafcet(s) implementados (utilizar Alt-PrintScreen no PL7 e fazer paste no word - sem preocupações estéticas) o O texto obtido depois de exportar o projecto (File, Export Application, obtém-se um ficheiro *.FEF de texto que deve ser incluído - sem preocupações estéticas) o Certifique-se que inclui todo o Grafcet!!! Proceda da mesma forma para os subtítulos TP7 Adicional 1,2,3 e 4 É Obrigatório o respeitar as seguintes regras: - Preencher o subject do com [Auto] TP7 - As primeira linhas do devem conter, por esta ordem Turma: Autores: - Anexar o documento Word Criado anteriormente Fim do TP7 Continua com anexos - Automação 8 / 23

9 Anexo I: Programação e ambiente de desenvolvimento Grafcet Introdução Este anexo, proporciona-lhe um primeiro contacto com a programação de autómatos através da linguagem Grafcet. O Grafcet é uma generalização do conceito de máquinas de estados para modelação de sistemas a eventos discretos que oferece uma linguagem de programação gráfica através de objectos gráficos que representam: Etapas às quais podem ser associadas acções estados das máquinas de estados. Transições às quais podem ser associadas condições de transição (receptividades). Arcos (direccionados) ligam uma etapa a uma transição ou uma transição a uma etapa. As acções das etapas e as receptividades das transições podem ser programadas numa das seguintes linguagens: IL - Instruction List linguagem do tipo assembly, genérica para autómatos programáveis LD Ladder diagrama de contactos associado a digramas eléctricos com relés e seus contactos axuiliares ST - Structured Text texto estruturado linguagem de nível mais elevado Nesta disciplina, apenas será utilizada a linguagem ST. Na primeira parte deste anexo são apresentados o editor, os objectos gráficos e a programação de acções e transições. Na segunda parte, vai desenvolver um a pequena aplicação. Nota: Determinados modelos de Autómatos programáveis permitem programação directamente em Grafcet (como é o caso dos autómatos utilizados nas aulas da disciplina), mas noutros casos o fabricante não disponibiliza tal ferramenta. Mesmo que a ferramenta não esteja disponível, o Grafcet é uma importante ferramenta conceptual que deve ser utilizada sempre que possível para estrutura o código. De facto, é simples compilar manualmente o código de um modelo Grafcet em texto estruturado e, dessa forma, obter código fácil de documentar e manter em projectos de dimensão considerável. Automação 9 / 23

10 Introdução ao Editor gráfico O diagrama é construído utilizando o editor gráfico que se encontra na figura seguinte. Figura 1 editor de GR7 do PL7 Junior O editor suporta 8 páginas, referenciadas de 0 a 7 na barra de estado. Cada página apresenta a forma de uma matriz com 14 linhas e 11 colunas que definem 154 células. Uma mesma página pode conter vários diagramas. Apenas pode ser colocado um objecto etapa, transição, etc. por célula. Automação 10 / 23

11 Cada página do editor tem dois tipos de linhas: Linhas de etapas onde podem ser colocadas etapas, macro-etapas 1 e conectores. Linhas de transição onde podem ser colocadas transições e conectores fonte. Os comentários são objectos independentes, que não estão associados a etapas ou transições, que podem ser introduzidos em qualquer um dos tipos de linha. Figura 2 página exemplo de diagrama grafcet simples Objectos gráficos Os objectos gráficos que podem ser utilizados para construir os diagramas (apresentados da Figura 3 à Figura 8) são os seguintes: Etapas (iniciais ou simples) o Pode-se associar acções programadas em LD, ST ou IL Etapa + transição. Transições o A condição associada a cada transição (receptividade) pode ser programada em LD, ST ou IL Arcos (orientados). Conectores. Comentários. 1 Não suportado pelo TSX 37-21/22 Automação 11 / 23

12 Figura 3 etapas Figura 4 etapa + transição Figura 6 arcos orientados Figura 5 transições Figura 7 transições Figura 8 comentários Figura 9 totalidade da barra de ferramentas do editor Automação 12 / 23

13 Objectos específicos do GR7 Existe um conjunto de objectos que são específicos da programação em GR7: Objectos (bits) associados às etapas - %Xi. Objectos (bits) do sistema associados ao GR7 - %S21, %S22, %S23 e %S26. Objectos (words) associados às etapas e que indicam o tempo de actividade das mesmas - %Xi.T. Objectos (words) do sistema associadas ao GR7 - %SW20 e %SW21. Os objectos associados às etapas - %Xi - tomam o valor 1 quando a respectiva etapa está activa. O seu valor pode ser testado em todas as tarefas de processamento. Os objectos que indicam o tempo de actividade das etapas - %Xi.T - são incrementados de 100 em 100 ms e apresentam há quanto tempo a etapa está activa em (ms). Quando uma etapa é activada, o conteúdo deste objecto é colocado a zero e passa a ser incrementado enquanto esta se mantiver activa. Quando uma etapa é desactivada o seu conteúdo é mantido. A menos de necessidade imperiosa, utilize sempre estes temporizadores standard do Grafcet. Acções associadas com etapas Cada etapa pode ter acções associadas (programadas em LD, ST ou IL) que apenas são executadas enquanto a etapa a que se encontram associadas estiver activa. São admissíveis três tipos de acções que podem ser utilizadas em simultâneo numa mesma etapa: Acções na activação executadas assim que a etapa a que estão associadas se torna activam (e apenas nessa altura). Acções contínuas executas continuamente enquanto a etapa a que estão associadas se encontra activa. Acções na desactivação executadas quando a etapa a que estão associadas é desactivada (e apenas nessa altura). As regras de programação das acções são as seguintes: Uma acção associada a uma etapa deve ser activada aquando da activação da etapa e desactivada aquando da desactivação da mesma etapa Uma acção que afecta várias etapas deve ser activada na activação da etapa onde a acção se inicia e desactivada na desactivação da etapa onde a acção termina É possível ter acções condicionais, isto é, é possível codificar associar condições de activação das acções. Automação 13 / 23

14 Condições de transição (receptividade) Cada transição tem associada condições de transição (programada em LD, ST ou IL) que apenas são avaliadas quando a transição a que estão associadas está validada (receptiva). No PL7 Junior uma condição de transição não programada é sempre avaliada como falsa. Quando as condições de transição são programadas em ST é necessário considerar algumas diferenças para a utilização normal da linguagem: Não é utilizada a etiqueta %L. Não podem ser utilizadas instruções de acção (exemplo: atribuições a bits). Não são permitidos saltos nem chamadas a subrotinas. Não se termina a receptividade com ; Automação 14 / 23

15 Funcionalidades adicionais do editor Figura 10 Exemplo de diagrama Grafcet de maior complexidade Relativamente à figura anterior, confira os seguintes dados: As etapas 1, 10 e 100 são etapas iniciais A etapa 1 tem a acção à activação definida (quadrado superior cheio ) A etapa 2 tem a acção ao nível definida (quadrado do meio cheio ) A etapa 3 tem a acção à desactivação definida (quadrado inferior a cheio ) À saída da etapa 100 está uma transição que depois liga à etapa 101 (ferramenta ) À entrada da etapa 100 está uma transição proveniente da etapa 101 (ferramenta ) As ligações anteriores conferem: o da etapa 100 liga-se à etapa 101 que recebe esta ligação o da etapa 101 liga-se à etapa 100 que recebe esta ligação É possível utilizar setas para ligar dentro ou entre páginas de Grafcet Automação 15 / 23

16 Criação de aplicações Grafcet Para criar uma aplicação em Grafcet é necessário activar esta opção durante a criação do projecto, como se mostra na figura seguinte. Figura 11 Criação de nova aplicação no PL7 De seguida, e como anteriormente, é necessário configurar o hardware do autómato. Para isso, na janela Application Browser seleccione STATION/ Configuration/ Hardware Configuration e adicione o módulo TSX DMZ 28 DR na posição adequada. Confirme a alteração no botão. Figura 12 Configuração do Hardware Automação 16 / 23

17 Tal como nos trabalhos práticos anteriores, na janela Application Browser seleccione STATION/ Variables/ I/O: No modulo 1: TSX DMZ 28 DR defina as entradas. No modulo 2: TSX DMZ 28 DR defina as saídas. Tal como nos trabalhos práticos anteriores, na janela Application Browser seleccione STATION/ Animation Table/ Create: Adicione as variáveis de entrada e de saída à tabela de animação Confirme a alteração no botão. Automação 17 / 23

18 Exemplo de edição de modelo Grafcet Neste ponto será exemplificada a edição do seguinte modelo Grafcet: Figura 15 - Diagrama Grafcet de teste Automação 18 / 23

19 Figura 15 - passos na criação de um diagrama GR7 de teste Crie o Grafcet de teste apresentado na figura anterior, de acordo com os passos seguintes: Para iniciar a edição, no Application Browser deve-se seleccionar STATION/ Program/ MAST Task/ Sections / Section GR7 / [G7] Chart (ver Figura 12). Seleccione uma etapa inicial (F4 ou ) e coloque na segunda célula da segunda linha. Seleccione uma transição (F6 ou ) e coloque na linha imediatamente abaixo. Seleccione uma etapa (F3 ou ) e coloque na linha imediatamente abaixo. Coloque também uma etapa na mesma linha e duas células para a direita. Para adicionar uma divergência do tipo AND seleccione (F11 ou ), clique sobre a transição e depois sobre a etapa 2. Coloque outra transição na linha abaixo e duas células para a esquerda. Para inserir uma convergência do tipo AND seleccione (F10 ou ), clique na etapa 2 e de seguida sobre a transição que acabou de adicionar. Coloque na linha imediatamente abaixo uma etapa e uma transição (F2 ou ). Seleccione uma ligação transição etapa (F9 ou ) e ligue a última transição que adicionou à etapa 0. Automação 19 / 23

20 Após terminar a construção do diagrama deve validá-lo no botão ou através do menu Edit/Confirm. Quando um diagrama é confirmado o seu aspecto altera-se: os objectos passam de vermelho para preto e a delimitação das páginas torna-se cinzenta. Os erros são reportados na barra de estado da aplicação. Nesta altura podem ser definidas as condições de transição (para as diferentes transições) e programadas as acções (associadas às diferentes etapas). Para efectuar a programação das acções e das condições de transição o diagrama deve estar validado. Sempre que efectuar uma alteração no diagrama deve voltar a validá-lo. A programação das transições é acessível seleccionando a transição com o botão do lado direito do rato. Abra a transição e seleccione a linguagem para a programação ST. Neste exemplo vamos seleccionar a linguagem ST e programar a condição de transição para a transição entre as etapas 0 e 1 ( Figura 13). Após programar a condição deve validá-la através do botão. Figura 13 definição da receptividade associada a uma transição X0->X(1,2) Fica ao cargo do aluno programar as restantes receptividades com sinais de teste, presentes no kit do trabalho actual. Automação 20 / 23

21 A programação das acções é efectuada seleccionando a etapa pretendida com o botão direito do rato (ou com o botão esquerdo e de seguida premindo Shift+F10). Comece por seleccionar o tipo de acção associado com a etapa (acção na activação, acção contínua ou acção na desactivação) e de seguida a linguagem em que pretende programar a acção (LD, ST ou IL). Seleccione ST. Figura 14 programação das acções: %X1 P1 à activação e %X1 P0 à desactivação Para este caso vão ser utilizadas acções na activação e acções na desactivação, isto é, que são executadas enquanto a etapa a que estão associadas é activada e quando é desactivada, programadas em ST. A Figura anterior apresenta a programação da acção na activação associada à etapa 1. Após programar a acção deve validá-la através do botão. As restantes acções devem ser programadas de modo semelhante. Fica ao cargo do aluno programar as restantes acções com sinais de teste, presentes no kit do trabalho actual. Automação 21 / 23

22 No final do trabalho, o seu diagrama deve ter o aspecto mostrado na Figura 13 mas onde os quadrados a cheio junto aos objectos (transições e etapas) indicam quais são os que têm os respectivos elementos de programação definidos. Animação de execução Quando o autómato se encontra em modo Run é possível visualizar no editor de GR7 a evolução do estado do autómato. Teste o Grafcet e regras de evolução associadas para dominar o funcionamento do ambiente de desenvolvimento. Uma etapa activa é indicada a preto enquanto que uma etapa não activa é indicada a branco. Para tal, a função de animação deve estar activa (quando o PLC está no modo Run). Figura 15 Animação do GR7 Tal como no TP anterior pode utilizar a tabela de animação para observar o estado actual das variáveis que necessitar, incluindo os objectos especiais do grafcet, exemplo %X1.T. Automação 22 / 23

23 Anexo II: Estrutura de um programa em Grafcet Este anexo apenas é relevante para a 2ª aula prática, onde terão de ser implementadas as especificações adicionais com base em macro-acções. As aplicações Grafect são estruturadas em três módulos: Pré processamento (PRL): executado antes do Grafcef, utilizado para processar a lógica de entrada e inicializar o Grafcet. Grafcet (CHART): condições de transição associadas às transições e acções associadas às etapas são programadas nas páginas do Grafcet. Pós processamento (POST): executado depois do Grafcet, utilizado para processar a lógica de saída, monitorizar e definir esquemas de segurança. Figura 16 Na primeira parte deste trabalho prático, apenas é necessário programar no módulo CHART. Já na segunda parte, a programação das macro-acções terá de ser efectuada em texto estruturado no módulo PRL. Relativamente às macro-acções, recorda-se que, com o software de desenvolvimento disponível no laboratório: 1. é possível actuar directamente sobre o estado de uma dada etapa i do Grafcet através de instruções de Set e Reset sobre o bit Xi associado a essa etapa. 2. é possível actuar sobre o estado global do Grafcet através de instruções de Set e Reset sobre os seguintes bits sistema: S9: Todas as saídas em estado de repouso (desligadas) S21: para re-inicialização do Grafcet (voltar ao estado inicial) S22: desactivação de todas as etapas S23: desactivação de todas as transições 3. as instruções de Set e Reset dos bits anteriores (Xi e Si) apenas podem ser incluídas no módulo de pré-processamento. 4. quando uma etapa é activada/desactivada através de um dos bits anteriores, as acções definidas para a activação/desactivação dessa etapa não são executadas. Fim Automação 23 / 23