CLPs - Blocos Lógicos, Notas de estudo de Automação

Baixe CLPs - Blocos Lógicos e outras Notas de estudo em PDF para Automação, somente na Docsity! FUMEP – Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba EEP – Escola de Engenharia de Piracicaba COTIP – Colégio Técnico Industrial de Piracicaba CONTROLADORES LÓGICO PROGRAMÁVEIS – BLOCOS LÓGICOS Prof. Msc. Marcelo Eurípedes da Silva Piracicaba, 14 de Fevereiro de 2006 MES - 14/02/2006 - Página 2-32 - Capítulo 1 - Introdução O objetivo deste curso é o de estudar os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), que são elementos essenciais na Automação Industrial. Juntamente com os Softwares supervisórios os CLPs comandam todos os sensores e atuadores em um sistema fabril. Basicamente existem dois tipos de aplicações para estes controladores, a primeira em sistemas discretos tais como painéis de controle de motores, ou de sistemas pneumáticos. A segunda é em industrias de Processos, onde se usam entradas e saídas Analógicas. A ênfase deste curso será dada em sistemas discretos, que consistem na grande maioria das aplicações industriais. 1.1) Definição dos CLPS Os CLPs ou Controladores Lógico Programáveis podem ser definidos, segundo a norma ABNT, como um equipamento eletrônico-digital compatível com aplicações industriais. Os CPLs também são conhecidos como PLCs, do inglês: Programmable Logic Controller. O primeiro CLP data de 1968 na divisão de hidramáticos da General Motors. Surgiu como evolução aos antigos painéis elétricos, cuja lógica fixa tornava impraticável qualquer mudança extra do processo. A tecnologia dos CLPs sõ foi possível com o advento dos chamados Circuitos Integrados e da evolução da lógica digital. Trouxe consigo as principais vantagens: a) fácil diagnóstico durante o projeto b) economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido c) não produzem faíscas d) podem ser programados sem interromper o processo produtivo e) possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas f) baixo consumo de energia g) necessita de uma reduzida equipe de manutenção h) tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e saídas i) capacidade de comunicação com diversos outros equipamentos, entre outras MES - 14/02/2006 - Página 5-32 - Unidade de processamento: Também conhecida por CPU, é composta por microcontroladores ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereçamento de memória de até 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria: Utilizada para manter o circuito do relógio em tempo real. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni - Ca. Memória do programa supervisor: O programa supervisor é responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser modificado pelo usuário e fica normalmente em memórias do tipo PROM, EPROM, EEPROM. Memória do usuário: Espaço reservado ao programa do usuário. Constituída por memórias do tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Também pode-se utilizar cartuchos de memória, para proporcionar agilidade e flexibilidade. Memória de dados: Armazena valores do programa do usuário, tais como valores de temporizadores, contadores, códigos de erros, senhas, etc. Nesta região se encontra também a memória imagem das entradas – a saídas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU busca informações para o processo decisório. Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha do CLP, são: POWER ON RESET: desliga todas as saídas assim que o equipamento é ligado, isso evita que possíveis danos venham a acontecer. POWER DOWN: monitora a tensão de alimentação salvando o conteúdo das memórias antes que alguma queda de energia possa acontecer. WATCH DOG TIMER: o cão de guarda deve ser acionado em intervalos periódicos, isso evita que o programa entre em “loop”. 1.5) Classificação dos CLPs Os CLPs podem ser classificados segundo a sua capacidade: Nano e micro CLPs: possuem até 16 entradas e a saídas. Normalmente são compostos por um único módulo com capacidade de memória máxima de 512 passos. MES - 14/02/2006 - Página 6-32 - CLPs de médio porte: capacidade de entrada e saída em até 256 pontos, digitais e analógicas. Permitem até 2048 passos de memória. CLPs de grande porte: construção modular com CPU principal e auxiliares. Módulos de entrada e saída digitais e analógicas, módulos especializados, módulos para redes locais. Permitem a utilização de até 4096 pontos. A memória pode ser otimizada para o tamanho requerido pelo usuário. MES - 14/02/2006 - Página 7-32 - Capítulo 2 - Programação em Blocos Lógicos Historicamente falando, a linguagem de programação em blocos lógicos surgiu posteriormente ao famoso Ladder. Apesar disso, os alunos tem apresentado facilidade maior para o aprendizado desta linguagem, sendo assim esta será a primeira a ser estudada no curso de CLPs. Para este tipo de linguagem a programação será realizada com um CLP comercial específico, que é o LOGO 24RL da Siemens, mostrado na figura 2.1. Embora se use um determinado equipamento, a linguagem é padronizada, assim o aluno fica habilitado a programar em diferentes outros modelos de controladores. Figura 2.1 – CLP Logo da Siemens Um dos primeiros passos, antes de se visualizar o funcionamento do sistema, consiste em fazer a ligação física externa dos componentes do controlador. Todo equipamento tem particularidades diferentes no caso da ligação elétrica. Estas diferentes particularidades devem ser consultadas no manual específico de cada fabricante. No caso do Logo, esta ligação é simples pois basta imaginar que a alimentação das entradas do CLP é feita com 24 Vcc, enquanto o sistema físico de potência utiliza 220 Vca. Assim devem existir dois circuitos separados distintos. Não é necessário o uso de relés pois a saída do Logo já contem estes elementos incorporados. Em alguns casos, para aumentar a segurança, protegendo o CLP, incorporam-se relés externos ao mesmo. A ligação genérica é demonstrada na figura 2.2 e vale para todas as práticas no laboratório, com exceção de algumas práticas, onde serão utilizadas menos entradas e/ou saídas. Maiores detalhes podem ser encontrados no manual do fabricante. MES - 14/02/2006 - Página 10-32 - Capítulo 3 - Funções Gerais (Lista GF) As funções gerais consistem em funções lógicas, normalmente estudadas nos cursos de Técnicas Digitais. Abaixo encontra-se uma descrição mais detalhada de cada uma delas. Deve-se lembrar que em programação lógica, a representação que melhor se aplica ao entendimento das funções é a Tabela Verdade. A Tabela Verdade consiste na representação de todas as combinações lógicas possíveis entre as entradas e saídas. Para 2 entradas a tabela tem 4 linhas. Para 3 entradas a tabela tem 8 linhas, seguindo sempre uma relação de 2n, onde “n” é o número de entradas. A) Função AND Nesta função a saída é ativada somente se todas as entradas estiverem ativadas. Ao lado se encontra a simbologia no logo. Tabela Verdade para 3 entradas I1 I2 I3 Q1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 Tabela verdade para 2 entradas I1 I2 Q1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 MES - 14/02/2006 - Página 11-32 - B) Função OR Nesta função a saída é ativada se qualquer uma das entradas estiver ativada. C) Função NAND Nesta função a saída é ativada sempre que uma das entradas for zero, ou seja, a saída é nula quando todas as entradas estiverem ativadas. Observe que diferença para a função AND consiste em um ponto ou um quadrado no lado as saída do bloco. Tabela Verdade para 3 entradas: I1 I2 I3 Q1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Tabela Verdade para 2 entradas I1 I2 Q1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Tabela verdade para 3 entradas I1 I2 I3 Q1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 Tabela verdade para 2 entradas I1 I2 Q1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 MES - 14/02/2006 - Página 12-32 D) Função NOR Nesta função, a saída é ativada, somente quando todas as entradas forem zero, ou seja, a saída é nula sempre uma das entradas for ativada. 3.1) Exercícios: E3.1) Pesquise o símbolo da função XOR em blocos lógicos, apresentando a tabela verdade da mesma. Esta função poderia ser montada como uma combinação das outras funções lógicas? Se sim apresente o programa equivalente da função XOR. E3.2) Nos circuitos abaixo, determine a tabela verdade dos circuitos lógicos: A) Tabela verdade para 3 entradas I1 I2 I3 Q1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 Tabela verdade para 2 entradas I1 I2 Q1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 MES - 14/02/2006 - Página 15-32 C) Relé de Impulsos Trg = 1: Ativa ou desativa a saída , dependendo do estado anterior. R = 1 : Desativa a saída (Q = 0) Par: Ativa ou não a Remanência. A saída “Q” troca de estado a cada mudança em pulso dado na entrada “Trg”. D) Relé de impulsos simétricos En Enable Habilita En = 1 : Aciona o gerador de impulsos T = Tempo entre o qual a saída será acionada e desacionada A saída “Q” aciona e desaciona em intervalos de tempos iguais a “T” segundos. E) Relé de contato Passageiro Trg = 1 : Aciona a saída imediatamente. Inicia a contagem de tempo até a desativação da saída. Par = Tempo ajustado para desativação da saída T OBS 1: Se antes da contagem do tempo ajustado “T”, a entrada “Trg” desacionada, a saída “Q” também desativa instantaneamente. OBS 2: O tempo “T” é limitado a um valor mínimo de “0,1s”. F) Relé de Auto-retenção (SET-RESET) S = 1 : A saída “Q” é ativada Q = 1 R = 1: A saída “Q” é desativada Q = 0 Par = 1 : Ativa a memória Par = 0: Desativa a memória OBS: A entrada “R” tem prioridade sobre a entrada “S”. MES - 14/02/2006 - Página 16-32 G) Contador Crescente / Decrescente R = 1 : Leva o valor da contagem a zero. Desativa a saída. Cnt 0 1 : Conta as transições de 0 para 1. As transições de 1 para 0 não são contadas. Dir = 1 : Contagem crescente Dir = 0 : Contagem decrescente Par: Valor de 0 a 999999 que corresponde ao valor desejado para a contagem. A saída “Q” é ativada após a contagem programada em “Par”. MES - 14/02/2006 - Página 17-32 4.1) Laboratório – Uso das Funções Especiais 1) Programe a função com retardo na ativação, mostrada na figura abaixo. Responda: O que acontece se ficar com o botão apertado mais de 5 segundos? O que acontece se ficar com o botão apertado menos de 5s? 2) Programe a função com retardo na desativação, mostrada na figura abaixo. Responda: O que acontece quando aperto o botão I1 e depois solto? O que acontece se apertar o botão I2 antes de 5s? 3) Programe a função relé de impulsos. Responda: O que acontece quando aperto I1? E se apertar I1 novamente? O que acontece quando aperto I2? 4) Programe a função relé de impusos simétricos. Responda: O que acontece quando pressiono I1 e mantenho pressionado? O que acontece quando libero o botão I1. 5) Programe a função Relé de Contato Passageiro. Responda: O que acontece se ficar com o a botoeira I1 pressionada por mais de 5s? O que acontece se ficar com a botoeira pressionada por menos de 5s? 6) Programe a Função Relé com Auto-Retenção, mostrada na figura abaixo. Responda: O que acontece quanto pressiono I1 e depois solto? O que acontece quando pressiono a botoeira I2 e depois solto? 7) Programe o contador crescente/decrescente, observando seu funcionamento. MES - 14/02/2006 - Página 20-32 5.4) Segurança na Prensa com acionamento seqüencial Problema: Duas chaves devem comandar um motor de prensa, de modo que: a) Acionadas na seqüência I1, I2 o motor não liga. b) Acionadas na seqüência I2, I1 o motor liga. c) Ao soltar uma das chaves, o motor desliga. Fazer um programa para resolver este problema. 5.5) Partida Estrela / Triângulo Problema: Uma prática em ambientes industrias é a partida de motores em Estrela (Y) / Triângulo (∆), para reduzir a corrente inicial, evitando fiação com grandes bitolas e multas por baixo fator de potência. Para isso utilizam-se de 3 contatores, que devem respeitar as seguintes regras: A) O contator “K1” deve permanecer ligado; B) O contator “K3” deve ficar ligado 6s e o restante do tempo desligado; C) O contator “K2” deve ligar logo após o contator “K3” ter se desligado; D) Os contatores “K2” e “K3” nunca devem ficar ligados ao mesmo tempo. Fazer um programa em Blocos Lógicos para comandar este motor. MES - 14/02/2006 - Página 21-32 5.6) Acionamento alternado com contagem de pulsos Problema: Deseja –se acionar duas saídas alternadamente em um intervalo de tempo de 1s. Cada saída deve acionar 2X antes de passar a próxima, o programa se encontra a seguir. Monte o programa no Logo explicando o seu funcionamento. Quais seriam os parâmetros adequados para acionar as saídas 3X, 4X, 5X, etc? Explique a sua resposta. MES - 14/02/2006 - Página 22-32 5.7) Exercícios E5.1) Em um prédio residencial, na área comum, por questões de economia, a luz se acende somente quando há a presença de uma pessoa. Apagando 10s após a saída da referida pessoa do local. Faça um programa em blocos lógicos para este comando. E5.2) Faça um programa para acionar três motores em sequência, de modo que o segundo motor liga 8s após o primeiro, e o terceiro motor liga 5s após o segundo. E5.3) Dois motores devem ser acionados quando o operador pressiona duas botoeiras ao mesmo tempo (deve utilizar as duas mãos para isso). Após o acionamento o primeiro motor desliga após 6s. O operador deve ficar com as mãos na botoeiras, caso contrário os motores param. Faça um programa para este acionamento. E5.4) Faça o programa do exercício 5.3 de modo que após retirar as mãos das botoeiras o segundo motor desligue após 10s. Deve ser previsto um botão de emergência. E5.5) Faça o comando de uma partida em reversão de modo que o operador possa ligar e desligar o motor no sentido horário com apenas uma botoeira. O mesmo é válido para o sentido anti-horário. E5.6) No programa para partida com reversão, mostrado no item 5.1 acima, adota-se a estratégia de “parada obrigatória” ou seja, necessariamente o operador tem que parar o motor para reverter o sentido de rotação. Em motores cuja carga é pequena ou inexistente, tais como ventiladores, pode-se adotar outra estratégia, ou seja, ao pressionar a botoeira para reverter a velocidade de rotação o motor já reverte o sentido sem precisar parar. Modifique o programa feito anteriormente para que isso aconteça. E5.7) No programa para acionamento alternado de motores (item 5.2), o tempo de troca foi simétrico e igual a 30 min. Modifique o programa dado para que a troca seja assimétrica com o motor 1 funcionando por 8s e o motor 2 funcionando por 2s. MES - 14/02/2006 - Página 25-32 Passo 3: Posicione o cursor “>” onde se lê “Program” e tecle “OK”. Utilize as teclas: Move o cursor para baixo Move o cursor para acima Após teclar “OK” aparece a seguinte tela: Passo 4: Posicione o cursor em “Edit Prg.” E pressione “OK”, logo aparece a tela com a primeira saída. Você pode utilizar as teclas de movimentação do cursor ou  para caminhar selecionar diferentes saídas. Faça isso, observando que as saídas mudam de número e logo após retorne na saída “Q1”, para inserção do primeiro bloco de programa. Passo 5: Posicione o cursor na posição esquerda da saída “Q1” conforme indicado na figura, utilize para isso a tecla . MES - 14/02/2006 - Página 26-32 Passo 6: Com o cursor na posição indicada no passo 5, pressione a tecla “OK”, você irá entrar no modo de seleção de listas, como indicado na figura abaixo. Note que a primeira lista que aparece é a “Co” de conectores Passo 7: Utilize as teclas  ou  até encontrar “GF” escrito no lugar de “Co” e tecle “OK”, aparece a seguinte tela: Note que no canto superior direito está escrito “B1”, indicando a numeração do Bloco. Passo 8: Pressione “OK” para confirmar o bloco, o cursor aparece agora do lado esquerdo do bloco B1, como mostrado na figura abaixo: MES - 14/02/2006 - Página 27-32 Passo 9: Pressione “OK”, escolha a lista “Co”, o display do CLP irá mostrar: Passo 10: Pressione “OK” novamente, agora o display irá mostrar: Passo 11: Selecione a entrada “I3” utilizando da tecla  Passo 12: Pressione “OK”, agora I3 está conectada a primeira entrada do bloco, e o cursor salta para a próxima linha. MES - 14/02/2006 - Página 30-32 Passo 20: Selecione a entrada I2, seguindo o procedimento: • Pressione “OK”; • Selecione a lista “Co”, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a lista “Co”; • Selecione I2, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a entrada I2. O display agora mostra: Passo 21: Insira o símbolo de não conectado “X” na última entrada do bloco OR, seguindo o procedimento: • Pressione “OK”; • Selecione a lista “Co”, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a lista “Co”; • Selecione X, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a entrada X. Passo 22: Após pressionar “OK” no passo 21 o display volta a tela original, pois falta digitar a última entrada do bloco AND. Lembre-se que cada bloco tem 3 entradas. Note que a primeira entrada do bloco está conectada a I3, enquanto a segunda entrada está conectada ao bloco B2. MES - 14/02/2006 - Página 31-32 Passo 23: : Insira o símbolo de não conectado “X” na última entrada do bloco AND, seguindo o procedimento: • Pressione “OK”; • Selecione a lista “Co”, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a lista “Co”; • Selecione X, utilize as teclas  ou; • Pressione “OK”, para confirmar a entrada X. Após o passo 23, o programa volta para a tela original. Você pode visualizar todo o programa utilizando as teclas  ou . Para testar o programa pressione ESC duas vezes, voltando ao menu de programação. Posicione o cursor em “Start” e pressione “OK”. Você irá entrar na tela de execução. A tela de execução tem o formato apresentado apresentado na figura abaixo. Note que as entradas e saídas ativadas são marcadas com um cursor. MES - 14/02/2006 - Página 32-32 Exercício: Insira os programas do exercício 1 do capítulo 2 no LOGO e acione as entradas e saídas observando se conferem com a tabela montada em sala de aula.