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Automação II

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Apostila do Curso de Automação Industrial parapara disciplina de Automação II



• Bibliografia



CLP – Controladores Lógicos Programáveis



HistóricoEm 1968 cientes das dificuldades encontradas na época para se implementar

controles lógicos industriais. David Emmett e William Stone da General MotorsCorporation solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle quedesenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintescaracterísticas:

• 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 rapidamentee com menos custo.



Alguns Fabricantes



Controladores Lógicos Programáveis (CLP) Programmable Logic Controller (PLC)

São dispositivos eletrônicos programáveis que substituem dispositivosEletromecânicos como os contatores.



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



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 CLPExistem CLPs de pequeno, médio e grande porte, ou seja, será de acordo com aquantidade de I/Os do processo e tipo de processo para a definição do porte.

Pequeno Médio Grande

S1200



CPU do CLPCPU -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 maisinformações 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

Saída à Relé / Transistor 24VCC (OUT) PNP ou 0V NPN

OBS: O Padrão de IN/OUT de sinais nos CLPs é de24VCC. Há saídas à Relé para aplicações comdemanda de potência.Outro detalhe: Alguns CLPs também funcionamalimentação de 220/110 VCA e 24VCC.



Sistemas NuméricosSistema Binário

Nos CLPs, que é também um computador, as informações de entrada e saídasão tratadas como bits (0 ou 1), Bytes (8 bits), Words (2 Bytes ou 16 bits) ouDouble Words (2 Words, 4 bytes ou 32 bits).



Sistema Binário



Outro sistemas numérico utilizado no CLP:

Sistema Decimal

Dez dígitos : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9Base: 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,FBase: 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 entradadiscretas 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 desinais analógicos, provenientes de sensores analógicos, ou seja, pode assumirqualquer 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 analógicospara controle de dispositivos ou periféricos como: Inversor de Frequência, (Controle develocidade), Válvulas Proporcionais, Servomotores (Controle de velocidade e sentido derotação).



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 61131-3A 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

DIAGRAMA DE BLOCOSTEXTO ESTRUTURADO



GRAFCET



Endereçamento no CLPNos CLPs os endereços lógicos é a interface para a comunicação com osdispositivos externos como sensores, botoeiras e válvulas. Assim, quando um sensorou dispositivo de entrada for acionado altera o status do bit (0/1) -> (entrada) e comuma 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:



24VCC

24VCC

0VCC

Exemplo de aplicação: Acionamento de uma Lâmpada



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 modoAutomático e o botão liga for acionado, a bomba deverá encher o tanque até atingir o nívelalto. Após, deverá esvaziar até atingir o nível baixo, e assim, iniciar o ciclo novamente. Caso obotão desliga for acionado, desliga todo o sistema. Quando o botão desliga for desligado, obotão liga deve ser acionado novamente para que o processo inicie aonde parou. Quando o botãomanual 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 amesma for pressionada, o cilindro “A” deverá avançar para fixar a chapa na mesa dedobramento;· 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 mesmodeverá permanecer avançado e acionar o avanço do cilindro “C” para que este possarealizar a segunda dobra na chapa;Quando a segunda dobra da chapa tiver sido realizada (cilindro C avançado), os trêscilindros devem voltar ao estado inicial para que o processo de dobramento de chapaspossa ser retomado. Monte essa lógica Ladder no simulador.

4) Após realizada todas as programações no Simulador, monte no CLP os 3 projetosmencionados.



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



Pulsos – P / N

São contatos que detectam bordasde subida (P) ou descida (N) dalógica anterior a eles, ficando nonível lógico 1 por uma varredura(scan), logo em seguida retornam aonível lógico 0.

Instrução NOT

Esta instrução inverte o resultadológico da lógica de programaçãoanterior a ela, ou seja, se o resultadológico da lógica de programaçãoanteriora ela for 0, ela transforma em 1, evice versa.



Endereçando uma variável na memória – M

Você pode usar a memória M para armazenar o estado intermediário de uma operaçãoou 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. Quandoa 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 detransporte 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, ofuncionamento da esteira de transporte de produtos (Q0.1) deverá ser interrompido e ofuncionamento da esteira de transporte de caixas deverá ser retomado, para que outra caixaspossam 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/saídaindividuais



Novo ProjetoA 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 configuraçãode hardware aberta. Aqui pode-se adicionar outros módulos do catálogo de hardware (àdireita da CPU) e configurar os endereços das entradas/saída em 'Device view'. Nestecaso, as entradas integradas da CPU possuem os endereços %I 0.0 - %I 1.5 e assaídas 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 emáscara de rede deverão ser configurados. (� Properties � General � PROFINETinterface � IP address: 192.168.0.1 � Subnet mask: 255.255.255.0)



Como na programação moderna não são usados endereços absolutos, mas simvariáveis simbólicas, aqui é necessário definir as Variáveis globais do CLP.

Estas variáveis globais do CLP são nomes descritivos com comentário para todas asentradas e saídas usadas no programa. Posteriormente, as variáveis globais do CLPpoderão 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 alios 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, obloco de organização OB1 já existe.

Este representa a interface ao sistema operacional da CPU e é automaticamentechamado e ciclicamente processado.

A partir deste bloco de organização é possível chamar outros blocos, tais como porexemplo, a função FC1, para a programação estruturada.

Isto faz com que a tarefa completa seja decomposta em subtarefas. Estas são maisfáceis 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.



TemporizadoresSão 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 -> TimerOperations , 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 auxiliarde comando por partida estrela\triângulo, para um motor de indução trifásico.



7) O enchimento do silo será iniciado pela botoeira liga; · A qualquer momento, oprocesso de enchimento do silo poderá ser interrompido pressionando-se a botoeiradesliga, e retomado do mesmo ponto, ao se pressionar a botoeira liga; · A esteiraacionada por M2 deve injetar o produto A até a metade do silo; · A esteira acionada porM3 deve completar o enchimento do silo com o produto B; · O controle de nível do siloserá 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 misturaros 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 àetapa de empacotamento. Este transporte será realizado pela esteira acionada por M4;· A esteira acionada por M4 só deverá ser desligada quando não houver mais produtona mesma; · O processo de enchimento do silo deverá ser contínuo.



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



ContadoresSão 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 -> CountOperations , selecione o CTD.



Para a função Count, é necessário também um memória, criando um novo bloco. NoPortal 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 detinta. Possuem dois encanamentos entrando no topo do tanque , fornecendo doisingredientes diferentes , e um único encanamento no fundo do tanque para transportara tinta misturada finalizada. Nessa aplicação você vai controlar a operação depreenchimento , monitorar o nível do tanque , e controlar o misturador e o período deaquecimento . 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 umsensor de nível .4o passo – Manter o status da bomba se a chave “Start” está aberta , isto é , a chave "start'' deve serindependente ( 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 eaquecimento , respectivamente ) .7o passo – Drene o tanque da mistura através da válvula "Drain Valve"( válvula de drenagem ) e domotor "Drain Pump"( bomba de drenagem ).8o passo – Crie um modo de contar quantas vezes este processo ( descrito do 1o ao 7o passo ) érealizado por completo .

O sistema deve ser contínuo.



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