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Transcrição

1 Automação II

2 Apostila do Curso de Automação Industrial para para disciplina de Automação II

3 Bibliografia

4 CLP Controladores Lógicos Programáveis

5 Histórico Em 1968 cientes das dificuldades encontradas na época para se implementar controles lógicos industriais. David Emmett e William Stone da General Motors Corporation solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintes características: Ser de fácil manutenção; Ter condições de operarem ambientes; Ser fisicamente menor que os sistemas de relés; Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados; Ter um preço competitivo com os sistemas de relés; Cada unidade deveria ser dotada de uma memória Programável com capacidade mínima de 3000 palavras com possibilidade de expansão.

6 Vantagens Ocupam menor espaço; Rápido e fácil de fazer mudanças; O CLP tem funções integradas de diagnóstico; Aplicações podem ser imediatamente documentadas; Aplicações podem ser duplicadas rapidamente e com menos custo.

7 Alguns Fabricantes

8 Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Programmable Logic Controller (PLC) São dispositivos eletrônicos programáveis que substituem dispositivos Eletromecânicos como os contatores.

9 A programação armazenada, que é a lógica de funcionamento, é denominado como software de controle que pode ser implementado funções de temporização, contagem, lógica sequencial, operações aritméticas, laços de PID e outras funções.

10 SCAN CLP O programa do CLP é executado por um processo repetitivo chamado SCAN, onde, inicia-se a leitura das entradas, executa-se o programa, de acordo com a entrada, atualiza os dados internos (memórias) e comunicação e finalmente, atualiza as saídas.

11 Tempo de SCAN do CLP O Tempo de SCAN depende do número de entrada/saídas (I/O), o tamanho do Programa e das atualizações de dados e memória (overhead) e comunicação.

12 Tipos de CLP Existem CLPs de pequeno, médio e grande porte, ou seja, será de acordo com a quantidade de I/Os do processo e tipo de processo para a definição do porte. S1200 Pequeno Médio Grande

13 CPU do CLP CPU -central processor unit (CPU) é o sistema microprocessado que realiza todos os procedimentos de leitura de dados, instruções e controle de dados do sistema.

14 Módulo de Expansão (Cartões) Nos CLPs é possível aumentar a entrada e saída de sinais para proporcionar mais informações provenientes do processo no qual deseja controlar. Esses módulos, aumentam a quantidade de dados de leituras (sensores, botões e chaves) e saídas (válvulas, solenóides e válvulas proporcionais). CPU Módulos de Expansão

15 Hardware de Comunicação

16 Software para Desenvolvimento

17 I/O Input e Outputs

18 Alguns exemplos físicos de montagem com CLP Padrão 24VCC (IN) PNP ou 0V NPN OBS: O Padrão de IN/OUT de sinais nos CLPs é de 24VCC. Há saídas à Relé para aplicações com demanda de potência. Outro detalhe: Alguns CLPs também funcionam alimentação de 220/110 VCA e 24VCC. Saída à Relé / Transistor 24VCC (OUT) PNP ou 0V NPN

19 Sistemas Numéricos Sistema Binário Nos CLPs, que é também um computador, as informações de entrada e saída são tratadas como bits (0 ou 1), Bytes (8 bits), Words (2 Bytes ou 16 bits) ou Double Words (2 Words, 4 bytes ou 32 bits).

20 Sistema Binário

21 Outro sistemas numérico utilizado no CLP: Sistema Decimal Dez dígitos : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Base: 10 BCD 4 bits Para 4 bits representa um numero decimal (Nible) Sistema Hexadecimal Dezesseis digitos - 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Base: 16

22 Conversão entre os sistemas

23 Lógica 0 e 1 nos CLPs

24 Entrada Discreta: Entrada digital, entrar com sinal 0 ou 1 (24VCC ou 0Vcc), (Sensores, botões, fins de curso, termostato, pressostato), são exemplos de entrada discretas para o CLP.

25 Saídas Discreta: Também podem estado 0 ou 1, para realizar acionamento dos Dispositivos: Solenóides, Bobinas, Sinalizadores.

26 Entradas Analógicas: No CLP há módulos (cartões) onde realizam a leitura de sinais analógicos, provenientes de sensores analógicos, ou seja, pode assumir qualquer valor em função do tempo f(t): são as medições de temperatura, pressão, velocidade,aceleração, vazão e outros. OBS: Os sinais padrões que os sensores industriais analógicos utilizam são: 0~10V, 0~20mA, 4~20mA e -10~10V e outros. São esses sinais que os CLPs recebem.

27 Saídas Analógicas: São módulos ou cartões utilizados para saída de sinais analógicos para controle de dispositivos ou periféricos como: Inversor de Frequência, (Controle de velocidade), Válvulas Proporcionais, Servomotores (Controle de velocidade e sentido de rotação).

28 Na prática... Faça uma pesquisa sobre os módulos de expansão utilizados nos CLPs para entrada e saída de sinais analógicos e digitais: Quantidade de canais, especificações e valores. Faça uma pesquisa também sobre módulos de entrada digital rápida e aplicações com esses módulos. Realiza também uma pesquisa módulos de leitura para sensores de termopar: utilização e aplicação. Pesquisar também sobre a norma IEC Essa pesquisa deve ser realizada com no máximo 5 integrantes e realizar uma apresentação com 7 minutos sobre os itens solicitados acima.

29 Programação de CLP e Normas IEC A norma que estabelece as linguagens de programação para CLP é a IEC As linguagens são: Ladder Logic (LAD) - (mais utilizado no Brasil), Fuction Block Diagrams (FDB), Strutured Text (ST), Instruction List (IL) e Sequencial Function Chart (SFC) Grafcet.

30 LADDER LISTA DE INSTRUÇÕES TEXTO ESTRUTURADO DIAGRAMA DE BLOCOS

31 GRAFCET

32 Endereçamento no CLP Nos CLPs os endereços lógicos é a interface para a comunicação com os dispositivos externos como sensores, botoeiras e válvulas. Assim, quando um sensor ou dispositivo de entrada for acionado altera o status do bit (0/1) -> (entrada) e com uma lógica prévia (software de controle ), também será acionada uma válvula (saída). I0.0 -> I Entrada (IN) 0 Palavra (Word) 0 Bit da Palavra Q0.0 -> Q Saída (QUIT) 0 Palavra (Word) 0 Bit da Palavra

33 Programação Ladder/Bloco/Lista: Contatos e Lógica AND OR

34 Programação Ladder/Bloco/Lista: Contatos e Lógica

35 Programação Ladder : Programação de Contatos

36 Similaridade com comando elétricos:

37 Exemplo de aplicação: Acionamento de uma Lâmpada 0VCC 24VCC 24VCC

38 Exemplo: Controle de um motor CA e Sinalização

39 Lógica Ladder implementada do Projeto controle de motor AC com sinalização

40 Na prática Monte as seguintes lógicas em um simulador para CLP: NOR, NAND, XOR e NXOR. Cada lógica deve ter uma saída para acionar uma lâmpada. 2 Monte em um simulador a seguinte lógica:

41 O Sistema deve funcionar da seguinte forma: Quando a chave estiver acionada no modo Automático e o botão liga for acionado, a bomba deverá encher o tanque até atingir o nível alto. Após, deverá esvaziar até atingir o nível baixo, e assim, iniciar o ciclo novamente. Caso o botão desliga for acionado, desliga todo o sistema. Quando o botão desliga for desligado, o botão liga deve ser acionado novamente para que o processo inicie aonde parou. Quando o botão manual for acionado, o processo deve ser controlado por um operador. 3 Utilizando um simulador, faça a programação do sistema abaixo:

42 Elabore a rotina de programação em Ladder de acordo as orientações a seguir: O processo de dobramento de chapas será iniciado pela botoeira liga. Quando a mesma for pressionada, o cilindro A deverá avançar para fixar a chapa na mesa de dobramento; Quando a chapa estiver fixada na mesa de dobramento (cilindro A avançado) o cilindro B deverá avançar para realizar a primeira dobra na chapa; Após o cilindro B ter avançado e realizado a primeira dobra na chapa, o mesmo deverá permanecer avançado e acionar o avanço do cilindro C para que este possa realizar a segunda dobra na chapa; Quando a segunda dobra da chapa tiver sido realizada (cilindro C avançado), os três cilindros devem voltar ao estado inicial para que o processo de dobramento de chapas possa ser retomado. Monte essa lógica Ladder no simulador. 4) Após realizada todas as programações no Simulador, monte no CLP os 3 projetos mencionados.

43 Instrução de Set e Reset (Latch/Unlatch) Nestes tipos de bobinas não há a necessidade que a lógica antecedente a elas seja sempre igual a 1, basta uma varredura para que a bobina energize (Set) ou desenergize (Reset).

44 Pulsos P / N São contatos que detectam bordas de subida (P) ou descida (N) da lógica anterior a eles, ficando no nível lógico 1 por uma varredura (scan), logo em seguida retornam ao nível lógico 0. Instrução NOT Esta instrução inverte o resultado lógico da lógica de programação anterior a ela, ou seja, se o resultado lógico da lógica de programação anterior a ela for 0, ela transforma em 1, e vice versa.

45 Endereçando uma variável na memória M Você pode usar a memória M para armazenar o estado intermediário de uma operação ou outra informação de controle. Você pode ter acesso à memória M em bits, bytes, word ou double words. Bit address = M26.7. Double word address = MD20 (usando os bytes de 20 a 23).

46 4) Dada a lógica de comando digital abaixo, escreva um programa equivalente para CLP em linguagem Ladder.

47 5) Projete um controle capaz de inverter o sentido de rotação de um motor trifásico. OBS: Para mudarmos o sentido de rotação de um motor trifásico é necessário que mudemos duas das três fases, isto é, que a fase A se torne B e que a fase B se torne A.

48 6) Utilizando SET/RESET: O processo de encaixotamento será iniciado pela botoeira liga. Quando a mesma for pressionada, a esteira de transporte de caixas (Q0.0) deverá ser acionada;. O sensor S1 (I0.3) deverá interromper o funcionamento da esteira de transporte de caixas. Para que as mesmas possam ser preenchidas com os produtos, ao mesmo tempo a esteira de transporte de produtos (Q0.1) deverá ser acionada; O sensor S2 (I0.4) será responsável pela contagem dos produtos. Cada caixa deve ser preenchida com 5 unidades do produto; Quando a caixa estiver completamente preenchida, o funcionamento da esteira de transporte de produtos (Q0.1) deverá ser interrompido e o funcionamento da esteira de transporte de caixas deverá ser retomado, para que outra caixas possam ser preenchidas; O processo de encaixotamento de produtos deverá ser contínuo.

49 Portal TIA - Siemens

50 Conectar com a CPU através de TCP/IP Para poder programar o SIMATIC S a partir de um PC, aparelho de programação ou notebook, é necessária uma conexão TCP/IP. Para que o PC e o SIMATIC S possam se comunicar um com o outro é importante que os endereços IP de ambos os dispositivos sejam compatíveis. Primeiro mostraremos como o endereço IP do computador pode ser configurado. Em 'Painel de controle', chamar as 'Conexões de rede' e lá selecionar as 'Propriedades' da conexão LAN. ( Iniciar Configurações Painel de controle Conexões de rede Local Area Connection Propriedades)

51 Selecione as 'Propriedades' do 'Protocolo de Internet (TCP/IP)' ( Internet Protocol (TCP/IP) Propriedades)

52 Em seguida, é possível configurar os 'Endereços IP' e a 'Máscara de subrede' e aplicar com 'OK'. ( Usar o seguinte endereço IP Endereço IP: Máscara de subrede OK Fechar)

53 Selecione o 'Totally Integrated Automation Portal', que aqui é chamado por meio de um clique duplo. ( TIA Portal) Selecione o item 'Online & Diagnostics' e, em seguida, abra 'Project view'. ( Online & Diagnostics Project view)

54 Como o SIMATIC S reage em relação aos sinais de entrada/saída individuais

55 Novo Projeto A ferramenta central é o 'Totally Integrated Automation Portal', que é chamada aqui por meio de um clique duplo. Os programas para o SIMATIC S são administrados em projetos. Um projeto é criado na visualização do portal ( Create a new project Startup Create)

56 Então, são sugeridos os 'First steps' para a criação do projeto. Queremos, primeiro, 'Configure a device'. ( First steps Configure a device)

57 Então iremos 'Add new device' com o 'nome de dispositivo controller_press'. A partir do catálogo, selecionamos a 'CPU1214C' com a referência correspondente. ( Add new device controller_press CPU1214C 6ES7. Add)

58 O software altera automaticamente para a visualização do projeto com a configuração de hardware aberta. Aqui pode-se adicionar outros módulos do catálogo de hardware (à direita da CPU) e configurar os endereços das entradas/saída em 'Device view'. Neste caso, as entradas integradas da CPU possuem os endereços %I %I 1.5 e as saídas integradas possuem os endereços %Q0.0 - %Q1.1 ( Device view DI14/DO10 0 1)

59 Para que o software acesse posteriormente a CPU correta, o respectivo endereço IP e máscara de rede deverão ser configurados. ( Properties General PROFINET interface IP address: Subnet mask: )

60 Como na programação moderna não são usados endereços absolutos, mas sim variáveis simbólicas, aqui é necessário definir as Variáveis globais do CLP. Estas variáveis globais do CLP são nomes descritivos com comentário para todas as entradas e saídas usadas no programa. Posteriormente, as variáveis globais do CLP poderão ser acessadas através dos respectivos nomes durante a programação. Estas variáveis globais podem ser usadas em todo o programa e em todos os blocos. Para tal, na árvore do projeto, selecione 'controller_press [CPU1214C DC/DC/DC] e, em seguida, 'PLC tags'. Abra a 'Default tag table' com um clique duplo e insira ali os nomes para as entradas e saídas conforme mostrado abaixo. ( controller_press [CPU1214C DC/DC/DC]' PLC tags Default tag table)

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62 A sequência do programa é gravada nos assim chamados blocos. Como padrão, o bloco de organização OB1 já existe. Este representa a interface ao sistema operacional da CPU e é automaticamente chamado e ciclicamente processado. A partir deste bloco de organização é possível chamar outros blocos, tais como por exemplo, a função FC1, para a programação estruturada. Isto faz com que a tarefa completa seja decomposta em subtarefas. Estas são mais fáceis de solucionar e ter a sua funcionalidade testada.

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64 Para criar a função FC1, selecione 'controller_press [CPU1214C DC/DC/DC] e, em seguida, 'Program blocks' na árvore do projeto. Clique duas vezes sobre 'Add new block'. ( controller_press [CPU1214C DC/DC/DC] Program blocks Add new block)

65 Selecione a opção 'Function (FC) e dê o nome a sub rotina. Como linguagem de programação é predefinido o LD Language. A numeração realiza-se automaticamente. Como esta FC1 é posteriormente chamada através do nome simbólico, o número não é de grande importância. Aplique as entradas por meio de 'OK'. ( Function (FC) program press LD OK)

66 Janela com a nova Sub rotina

67 O bloco poderá, então, ser movido por meio de simples Arrastar & Soltar para a rede 1 do bloco Main[OB1]. Não se esqueça de documentar as redes também no bloco Main[OB1]. ( program press)

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75 Façam os exercícios 2 e 5 da apostila utilizando o Portal TIA.

76 Temporizadores São blocos ou dispositivos utilizados para a contagem de tempo em processos Industriais. Serão vistos 3 principais temporizadores TON, TOF e TP. Abaixo estão Os temporizados conforme configuração do Portal TIA Temporizador TP

77 Temporizador TP - Parâmetros

78 Temporizador TON

79 Temporizador TON - Parâmetros

80 Temporizador TOF

81 Temporizador TOF - Parâmetros

82 Configurações do Timer no Portal TIA Na barra Basic Instructions -> Timer Operations, selecione o temporizador TON.

83 Para a função de temporização, é necessário um memória, criando um novo bloco. No Portal TIA, para adicionar os temporizadores, formando-se blocos de memória, assim, renomeie, selecione o automático e selecione OK. (Selecione Automatic)

84 No campo PT (T#5s) -> são cinco 5 segundos de temporização.

85 Na prática Elabore a rotina de programação no CLP, que atenda as condições do circuito auxiliar de comando por partida estrela\triângulo, para um motor de indução trifásico.

86 7) O enchimento do silo será iniciado pela botoeira liga; A qualquer momento, o processo de enchimento do silo poderá ser interrompido pressionando-se a botoeira desliga, e retomado do mesmo ponto, ao se pressionar a botoeira liga; A esteira acionada por M2 deve injetar o produto A até a metade do silo; A esteira acionada por M3 deve completar o enchimento do silo com o produto B; O controle de nível do silo será realizado pelos sensores S3 (nível máximo), S2 (nível médio) e S1(nível mínimo); Quando o silo estiver no nível máximo, o motor M1 deverá ser acionado para misturar os produtos durante 20 segundos; Após os produtos serem misturados, a saída (Q0.3), que libera o produto misturado, deverá ser habilitada para enviar a mistura à etapa de empacotamento. Este transporte será realizado pela esteira acionada por M4; A esteira acionada por M4 só deverá ser desligada quando não houver mais produto na mesma; O processo de enchimento do silo deverá ser contínuo.

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88 8) O enchimento do tanque será realizado pelos sensores S1(nível mínimo) e S2(nível máximo), independentemente das botoeiras liga e desliga; A botoeira liga deverá acionar o motor M2 que é responsável pelo transporte dos vasilhames; A qualquer momento, o processo de envasamento do produto poderá ser interrompido, pressionando-se a botoeira desliga e retomado do mesmo ponto, ao se pressionar a botoeira liga; Quando o sensor S3 for habilitado, o mesmo deverá interromper o funcionamento da esteira e habilitar a válvula de enchimento, para que o vasilhame possa ser cheio com o produto; O sensor S4 é habilitado quando o vasilhame estiver com a quantidade correta do produto; o mesmo deverá desabilitar a válvula de enchimento e reabilitar a esteira; As entradas I0.2 e I0.3 representam os relés de sobrecarga dos motores M1 e M2, respectivamente; O processo deverá ser contínuo.

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90 Contadores São dispositivos utilizados para a contagem. Os principais são CTU, CTD e CTUD. CTU Count Up

91 CTD - Count Down

92 CTUD Count Up and Down

93 Configurações do Count no Portal TIA Na barra Basic Instructions -> Count Operations, selecione o CTD.

94 Para a função Count, é necessário também um memória, criando um novo bloco. No Portal TIA, para adicionar os Counts, formando-se blocos de memória, assim, renomeie e selecione OK.

95 9) O processo de carimbo de chapas será iniciado pela botoeira liga. Quando a mesma for pressionada, a esteira de transporte de chapas (Q0.0) deverá ser acionada; Quando a chapa atingir o sensor S3 (I0.4), a esteira deverá parar e o pistão do carimbo deverá avançar (Q0.1) para pressionar a chapa durante 5 segundos. Decorrido o tempo, o pistão do carimbo deverá recuar (Q0.2). O processo de carimbo deverá ser repetido 3 vezes em cada chapa; Após a chapa ter sido carimbada por 3 vezes o pistão do carimbo deverá ficar recuado e a esteira deverá voltar a funcionar, retomando o processo para que as outras chapas possam ser carimbadas; A qualquer momento o processo de carimbo das chapas poderá ser interrompido pressionando-se a botoeira desliga e retomado do mesmo ponto, ao se pressionar a botoeira liga; O processo de carimbo das chapas deverá ser contínuo. O sistema deverá contar quantas chapas carimbadas foram feitas.

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97 10) A figura abaixo mostra um misturador usado para fazer cores personalizadas de tinta. Possuem dois encanamentos entrando no topo do tanque, fornecendo dois ingredientes diferentes, e um único encanamento no fundo do tanque para transportar a tinta misturada finalizada. Nessa aplicação você vai controlar a operação de preenchimento, monitorar o nível do tanque, e controlar o misturador e o período de aquecimento. Seguir os passos 1 até o 8 listados abaixo. 1o passo Encha o tanque com o ingrediente 1. 2o passo Encha o tanque com o ingrediente 2. (a utilização do 1o ou do 2o ingrediente são independentes) 3o passo Monitore o nível do tanque para o acionamento da chave High-Level, utilizando um sensor de nível. 4o passo Manter o status da bomba se a chave Start está aberta, isto é, a chave "start'' deve ser independente ( também perceba que o contato a ser utilizado deve ser normal fechado ). 5o passo Comece a misturar os ingredientes e o período de aquecimento ( 10 Seg. por exemplo ). 6o passo Ligue o motor do misturador e a válvula de vapor ( através destes haverá a mistura e aquecimento, respectivamente ). 7o passo Drene o tanque da mistura através da válvula "Drain Valve"( válvula de drenagem ) e do motor "Drain Pump"( bomba de drenagem ). 8o passo Crie um modo de contar quantas vezes este processo ( descrito do 1o ao 7o passo ) é realizado por completo. O sistema deve ser contínuo.

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