Automação II
Apostila do Curso de Automação Industrial para para disciplina de Automação II
Bibliografia
CLP Controladores Lógicos Programáveis
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.
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.
Alguns Fabricantes
Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Programmable Logic Controller (PLC) São dispositivos eletrônicos programáveis que substituem dispositivos Eletromecânicos como os contatores.
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.
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.
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.
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
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.
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
Hardware de Comunicação
Software para Desenvolvimento
I/O Input e Outputs
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
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).
Sistema Binário
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
Conversão entre os sistemas
Lógica 0 e 1 nos CLPs
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.
Saídas Discreta: Também podem estado 0 ou 1, para realizar acionamento dos Dispositivos: Solenóides, Bobinas, Sinalizadores.
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.
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).
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 61131-3. Essa pesquisa deve ser realizada com no máximo 5 integrantes e realizar uma apresentação com 7 minutos sobre os itens solicitados acima.
Programação de CLP e Normas IEC 61131-3 A norma que estabelece as linguagens de programação para CLP é a IEC 61131-3. 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.
LADDER LISTA DE INSTRUÇÕES TEXTO ESTRUTURADO DIAGRAMA DE BLOCOS
GRAFCET
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
Programação Ladder/Bloco/Lista: Contatos e Lógica AND OR
Programação Ladder/Bloco/Lista: Contatos e Lógica
Programação Ladder : Programação de Contatos
Similaridade com comando elétricos:
Exemplo de aplicação: Acionamento de uma Lâmpada 0VCC 24VCC 24VCC
Exemplo: Controle de um motor CA e Sinalização
Lógica Ladder implementada do Projeto controle de motor AC com sinalização
Na prática... 1 - 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:
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:
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.
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).
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.
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).
4) Dada a lógica de comando digital abaixo, escreva um programa equivalente para CLP em linguagem Ladder.
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.
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.
Portal TIA - Siemens
Conectar com a CPU através de TCP/IP Para poder programar o SIMATIC S7-1200 a partir de um PC, aparelho de programação ou notebook, é necessária uma conexão TCP/IP. Para que o PC e o SIMATIC S7-1200 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)
Selecione as 'Propriedades' do 'Protocolo de Internet (TCP/IP)' ( Internet Protocol (TCP/IP) Propriedades)
Em seguida, é possível configurar os 'Endereços IP' e a 'Máscara de subrede' e aplicar com 'OK'. ( Usar o seguinte endereço IP Endereço IP: 192.168.0.99 Máscara de subrede 255.255.255.0 OK Fechar)
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)
Como o SIMATIC S7-1200 reage em relação aos sinais de entrada/saída individuais
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 S7-1200 são administrados em projetos. Um projeto é criado na visualização do portal ( Create a new project Startup Create)
Então, são sugeridos os 'First steps' para a criação do projeto. Queremos, primeiro, 'Configure a device'. ( First steps Configure a device)
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)
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 0.0 - %I 1.5 e as saídas integradas possuem os endereços %Q0.0 - %Q1.1 ( Device view DI14/DO10 0 1)
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: 192.168.0.1 Subnet mask: 255.255.255.0)
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)
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.
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)
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)
Janela com a nova Sub rotina
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)
Façam os exercícios 2 e 5 da apostila utilizando o Portal TIA.
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
Temporizador TP - Parâmetros
Temporizador TON
Temporizador TON - Parâmetros
Temporizador TOF
Temporizador TOF - Parâmetros
Configurações do Timer no Portal TIA Na barra Basic Instructions -> Timer Operations, selecione o temporizador TON.
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)
No campo PT (T#5s) -> são cinco 5 segundos de temporização.
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.
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.
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.
Contadores São dispositivos utilizados para a contagem. Os principais são CTU, CTD e CTUD. CTU Count Up
CTD - Count Down
CTUD Count Up and Down
Configurações do Count no Portal TIA Na barra Basic Instructions -> Count Operations, selecione o CTD.
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.
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.
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.