INSTRUMENTISTA DE SISTEMAS - Campus Rio...
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1- 1 - INSTRUMENTISTA DE SISTEMAS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO
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INSTRUMENTISTA DE SISTEMAS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO
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INSTRUMENTISTA DE SISTEMAS
SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO
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SCHNEIDER, Guilherme Alceu
FARIA, Rubens Alexandre de (adaptação e revisão) Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, 2006.
67 p.:il.
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Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – Centro CEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil
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ÍNDICE 1 Automação em processos industriais ............................................................................................ 5 1.1 Introdução ...................................................................................................................................... 5 2 Controlador programável – CLP .................................................................................................... 7 2.1 Definição ........................................................................................................................................ 7 2.2 Blocos do CLP ............................................................................................................................... 8 2.3 Identificando os blocos do CLP ...................................................................................................13 2.4 Ligação dos módulos discretos ...................................................................................................18 3 Sensores de proximidade ............................................................................................................21 3.1 Definição ......................................................................................................................................21 3.2 Chaves de fim de curso ...............................................................................................................21 3.3 Sensores indutivos.......................................................................................................................22 3.4 Sensores capacitivos ...................................................................................................................23 3.5 Sensores ópticos..........................................................................................................................24 3.6 Classes de proteção ....................................................................................................................26 3.7 Instalação de sensores................................................................................................................26 4 Funcionamento do CLP ...............................................................................................................34 4.1 Ciclo de execução do CLP...........................................................................................................34 4.2 Programação em CLP´s ..............................................................................................................35 4.3 Tipos de linguagem......................................................................................................................38 5 Linguagem de programação........................................................................................................40 5.1 GRAFCET ....................................................................................................................................40 5.2 Linguagem LADDER....................................................................................................................45 6 Exemplos de programas ..............................................................................................................56 7 Unidades analógicas....................................................................................................................61 7.1 Sinal analógico.............................................................................................................................61 7.2 Entradas e saídas analógicas......................................................................................................61 7.3 Exemplos de aplicação................................................................................................................66
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CAPÍTULO I
1 Automação em processos industriais
1.1 Introdução
Os avanços na área de automação estão fortemente relacionados aos sistemas de produção
empregados nas indústrias, e muitos destes avanços foram obtidos com o objetivo de aprimorar os
meios de produção e a qualidade dos produtos não esquecendo a competitividade. Deste modo, os
sistemas de automação que no passado eram compostos por linhas rígidas, que produziam apenas
um determinado tipo de produto, passaram a ser mais flexíveis e programáveis chegando a um ponto
de interligação muito grande entre os diversos componentes que fazem parte do sistema. Hoje se
observa que as aplicações de automação envolvem uma vasta área de conhecimento, abrangendo
desde a mecânica e a eletrônica até a parte de informática (programação) e comunicações (redes
industriais).
Diante deste quadro da automação nos dias atuais uma palavra merece destaque: o
"controle". Na indústria controlar significa supervisionar e manter o equilíbrio dos processos fazendo
que o sistema opere dentro de um padrão desejável. Para estes propósitos existem vários
dispositivos, técnicas e equipamentos, tais como: sensores (muitas vezes inteligentes), controladores
(CLP´s, microcontroladores), atuadores (motores, cilindros, válvulas), sistemas de supervisão
(softwares com telas gráficas sobre o processo), técnicas de sintonia de controladores (controle PID
para manter a variável de processo no valor desejado), interligação de equipamentos (tipos de redes
industriais).
Basicamente os processos podem ser divididos em duas classes: processo contínuo e
processo discreto. O processo contínuo é um processo onde as variáveis envolvidas são variáveis
analógicas como temperatura, vazão, pressão e nível, e neste caso o controle atua com o objetivo de
manter os valores destas variáveis dentro de padrões desejados, utilizando, para isto, técnicas de
controle contínuo, por exemplo, como os controladores PID (proporcional-integral-derivativo). Tem a
indústria química como forte usuária deste tipo de processo. O processo discreto tem o envolvimento
de variáveis discretas, este tipo de controle se baseia na abertura e fechamento de contatos, nas
temporizações e nos sistemas de proteção. Tem a indústria de fabricação por lote como forte usuária.
Atualmente os CLP´s processam variáveis analógicas também e podem ser utilizados tanto
para controle em processos discretos como para controle em processos contínuos. Deste modo,
recebem a denominação de Controladores Programáveis.
Os capítulos seguem da seguinte forma: no capítulo 2 são apresentados os conceitos de
Controladores Programáveis neste capítulo são mostrados os blocos que compõe um CLP, no
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capítulo 3 são apresentados os conceitos e algumas aplicações a respeito de sensores de
proximidade, no capítulo 4 são descritos o funcionamento do CLP e os conceitos e tipos de linguagem
de programação, no capitulo 5 são apresentadas com mais destaque as linguagens de programação
GRAFCET e LADDER, no capítulo 6 são apresentados alguns exemplos de programas lógicos feitos
em linguagem LADDER, no capitulo 7 são apresentadas as unidades analógicas que compõe os
CLP´s.
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CAPÍTULO II
2 Controlador programável – CLP
2.1 Definição
O Controlador Programável também conhecido como CLP (Controlador Lógico Programável)
ou do inglês PLC (Programmable Logic Controller) é um dispositivo capaz de realizar operações, tais
como: operações lógicas, contagens, temporizações, operações aritméticas, manipulação de dados,
e até mesmo, comunicação em rede e execução de malhas de controle. Inicialmente foi desenvolvido
apenas para substituir o controle e relés, mas atualmente se apresenta como um dos equipamentos
mais utilizados na implementação de sistemas automatizados.
A Figura 2.1 mostra o diagrama da malha fechada em um sistema de automação, e mostra
qual a função do CLP em um sistema deste tipo. Este sistema automático é capaz de perceber as
ações que ocorrem no processo por meio dos sensores, ou seja, o processo é monitorado e mantido
dentro de um padrão de funcionamento realimentando a informação do processo para o controle.
Figura 2.1 – Diagrama de malha fechada
Como pôde ser observado na Figura 2.1, basicamente quatro itens compõe esta malha em
um sistema de automação: Processo a Controlar, Dispositivos de Entrada, Dispositivos de Saída e
Controle. O Processo a Controlar é o objetivo do sistema de automação, como exemplos: a furação
precisa a ser executada em uma peça ou a diferenciação de dois produtos distintos em uma esteira
transportadora. Os Dispositivos de Entrada são os sensores, estes dispositivos são sensíveis a
fenômenos físicos e monitoram o processo para realimentar o controlador, nesta classificação se
enquadram, entre outros, os sensores discretos (capacitivos, indutivos, óticos) que são "chaves
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eletrônicas" destinadas a detectar ou não a presença de objetos. Os Dispositivos de Saída são os
atuadores que quando acionados tem a finalidade de executar ações físicas, estas ações objetivam
manter o processo funcionando adequadamente, neste caso estão inseridos, entre outros, os
cilindros, as válvulas, os contatores e os motores. Por fim destaca-se o Controle, é o ente responsável
pela inteligência que por meio de uma rotina programada "toma uma decisão" enviando sinais de
correção para o atuador, nesta classe podem ser destacada a aplicação para o meio industrial dos
CLP´s e dos microcontroladores. Nesta malha o Controle está representado pelo CLP que, como foi
descrito anteriormente, é um dispositivo bastante utilizado no meio industrial, principalmente para a
execução de sistemas de intertravamento (descritos no capítulo 5).
Esta descrição da malha do sistema automatizado é importante para entender as ligações de
entrada e saída do CLP e também para entender o objetivo dos exemplos de programações de
sistemas que serão apresentadas no decorrer deste material.
2.2 Blocos do CLP
As principais partes que fazem parte de um CLP são: CPU, Módulos de I/O (Módulos de
Entrada/ Saída), Fonte de Alimentação e o Rack (Base). A Figura 2.2 ilustra estas partes que
integram o CLP.
Figura 2.2 - Partes do CLP
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a) CPU
A CPU ou Unidade Central de Processamento é bloco responsável por gerenciar todo o
sistema. É composto basicamente por Processador e por Sistema de Memória e, como mostra a
figura 2.2, tem comunicação com os Módulos de I/O. A Figura 2.3 ilustra a CPU de um CLP e sua
conexões internas.
Figura 2.3 - Partes da CPU
Na CPU o Processador interage com o Sistema de Memória e com circuitos auxiliares que
atuam nos barramentos de dados, endereços e de controle.
O Sistema de Memória é dividido em quatro partes: programa de execução, rascunho do
sistema, programa de aplicação e tabela de dados, como indica a Figura 2.4. Cada uma destas partes
é responsável pelo armazenamento de determinado tipo de informação que é útil para a execução do
programa de controle do CLP.
Figura 2.4 - Sistema de memória do CLP
Denomina-se de Memória de Operação a parte do Sistema de Memória composta de
Programa de Execução e Rascunho do Sistema, e de Memória de Aplicação a parte composta de
Programa de Aplicação e Tabela de Dados.
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- Programa de Execução: é a parte do Sistema de Memória responsável pela interpretação
das instruções, traduz as instruções de alto nível em linguagem de máquina tornando possível a
execução dos Programa de Aplicação. Está em uma memória não volátil (do tipo ROM - memória
apenas para leitura) e trata-se do programa desenvolvido pelo fabricante, além de interpretar
instruções de alto nível também controla os periféricos e atualiza os módulos de I/O.
- Rascunho do Sistema: é uma área da memória reservada para armazenar temporariamente
uma pequena quantidade de dados. Estes dados são utilizados pela Memória de Operação para
cálculos ou controle, como por exemplo, relógios internos, calendários, entre outros. Trata-se de uma
memória do tipo RAM (memória que permite gravar, acessar e guardar dados enquanto tiver energia).
- Programa de Aplicação: nesta parte do Sistema de Memória se localiza o programa
desenvolvido pelo usuário ou programador. É este programa que executa a lógica de controle
desejada. É uma memória que deve permitir ao programador alterar a programação e, portanto pode
ser uma memória do tipo EPROM ou EEPROM (memórias que podem ser apagadas e reescritas).
- Tabela de Dados: esta área de memória armazena os dados utilizados pelo Programa de
Aplicação. Estes dados podem ser valores atuais de variáveis, temporizadores, contadores, ou ainda
status dos pontos de entrada e saída dos Módulos de I/O. O Programa de Aplicação acessa a Tabela
de Dados para fazer a leitura dos pontos de entrada e para atualizar os pontos de saída. Trata-se de
uma memória volátil RAM, da mesma forma que o Rascunho do Sistema, contudo estes dados podem
ser retentivos (armazena mesmo quando desenergizada) e neste caso a memória RAM deve utilizar
uma bateria. Cada ponto de I/O tem um endereço na Tabela de Dados.
b) Módulos de I/O
Estes módulos são os responsáveis pela comunicação entre CPU e os dispositivos de
entrada (sensores) e de saída (atuadores). Em geral possuem isolação óptica para proteger a CPU,
não havendo conexão elétrica entre os dispositivos de entrada e de saída com o barramento da CPU.
Outro componente que pode ser observado nestes módulos é o indicador luminoso, que
sinaliza através de um LED (diodo emissor de luz), quando uma entrada está recebendo sinal elétrico
ou quando uma saída está sendo atuada.
Os módulos de I/O dos CLP´s podem ser divididos de duas formas: módulos de entrada e
módulos de saída (ver figura 2.2), e módulos discretos e módulos analógicos.
- Módulos de Entrada: recebem os sinais dos sensores e transdutores e convertem estes
sinais em níveis adequados para que a CPU consiga processar as informações. Podem ser Módulos
Discretos ou Módulos Analógicos.
- Módulos de Saída: enviam sinais de acionamentos para os dispositivos de saída (atuadores,
contactores, motores, etc). Podem ser Módulos Discretos ou Módulos Analógicos.
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- Módulos Discretos: tratam os sinais discretos - 0 (zero) ou 1 (um), acionado ou desacionado,
ligado ou desligado. Cada ponto de entrada ou saída discreto corresponde a um endereço na Tabela
de Dados, conforme ilustra a Figura 2.5.
Figura 2.5 - Endereçamento do módulo discreto
Neste caso quatro sensores discretos ("chaves eletrônicas") S1, S2, S3 e S4 estão
conectados nos bornes dos endereços de entrada discreta (END), sendo S1 em END0, S2 em END1,
S3 em END2 e S4 em END3. Observa-se que nos contatos em que as chaves estão abertas os
valores enviados para o espaço da Tabela de Dados são de níveis lógicos 0 (zero) é assim no caso
dos endereços END0 e END3, e nos contatos onde as chaves estão fechadas os valores enviados
para o espaço da Tabela de Dados são de níveis lógicos 1 (um) é assim no caso dos endereços
END1 e END2. Deste modo operando com níveis lógicos 0 (zero) e 1 (um) a CPU pode interpretar e
enviar informações referentes aos Módulos Discretos de I/0.
- Módulos Analógicos: tratam os sinais analógicos e são utilizados em sistemas contínuos
(capítulo 7). Os módulos analógicos convertem sinais contínuos em digitais por meio de conversores
A/D (conversor analógico-digital) no caso dos Módulos de Entrada, e sinais digitais em sinais
contínuos por meio de conversores D/A (conversor digital-analógico) no caso dos Módulos de Saída,
estas conversões são feitas para que a CPU possa processar a informação.
Diferentemente do sinal discreto, o sinal analógico não possui apenas dois níveis 0 (zero) ou
1 (um), e sim um range de valores que vão desde um mínimo até um máximo podendo assumir
qualquer valor dentro desta faixa. Por exemplo, um sensor de temperatura que envia para a entrada
analógica qualquer valor entre a faixa de 0oC à 80oC. Neste caso a entrada ou saída de um módulo
analógico não recebe o nome de ponto, ao invés disso recebe a denominação de canal.
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Figura 2.6 - Endereçamento do módulo analógico
Na Figura 2.6 três sensores analógicos (transdutores) T1, T2 e T3 estão conectados nos
bornes dos endereços dos canais (entradas analógicas - ENA) ENA0, ENA1 e ENA2, sendo T1 em
ENA0, T2 em ENA1 e T3 em ENA2. Observa-se neste caso que cada sensor é conectado no borne
por meio de dois fios, um para a referência (-) do sinal e outro para o sinal positivo (+). O sensor não
possui apenas dois estados (ligado ou desligado), e sim entrega uma faixa de valores para o CLP,
que pode ser, por exemplo, um sinal de 0V a 10V. O conversor A/D do módulo atua transformando
esta informação analógica em uma palavra de 16 bits (uma word), e assim o endereço de cada canal
de entrada ocupa um espaço na Tabela de Dados de 16 bits ao invés de apenas 1 bit por endereço
como é no Módulo Discreto. A figura 2.6 ainda exemplifica que para a CPU o canal ENA_0 tem o
endereço V100, o canal ENA_1 tem o endereço V200, e o canal ENA_2 tem o endereço V300, sendo
que V corresponde a variável word. As unidades analógicas são tratadas no capítulo 7.
c) Fonte de alimentação
A Fonte de Alimentação (ver figura 2.2) é responsável por fornecer alimentação adequada
para a CPU e para os Módulos de I/O, e também é capaz de gerar uma alimentação externa para
fornecer energia para algum tipo de sensor. Pode também ser acoplada a CPU ou independente
fisicamente.
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d) Rack
Também conhecido como Base é responsável pela garantia de sustentação mecânica dos
componentes do CLP. Contém conexões que permitem o encaixe dos módulos por meio de slots,
como ilustra a Figura 2.7.
Figura 2.7 - Base ou Rack
Neste exemplo a Base comporta a Fonte de Alimentação, a CPU (slot 0), os Módulos de I/O
(slots 1 e 2), e deixa livre para conexão os slots 3 e 4 por exemplo para receber módulos de
comunicação (para comunicação Profibus ou comunicação ASI por exemplo).
2.3 Identificando os blocos do CLP
A Figura 2.8 mostra uma estrutura de CLP, circulado em destaque está sendo mostrada a
Fonte de Alimentação e a CPU. O CLP apresentado na figura é o S7 200 da Siemens. Neste material
o CLP S7 200 é utilizado como modelo para exemplificar fisicamente os blocos, como são feitas as
conexões de I/O e até como se apresenta uma programação rodando no CLP, e para isto utiliza-se
um CLP real de uso industrial.
Figura 2.8 - CLP S7-200 da Siemens
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A Figura 2.9 mostra com mais detalhes a Fonte de Alimentação do CLP. Observa-se circulado
o cabo responsável pela alimentação externa, que no caso consiste de uma alimentação de 110Vac.
A Fonte disponibiliza para a CPU uma alimentação de 24Vdc.
Figura 2.9 - Fonte de alimentação
A Figura 2.10 mostra com mais detalhes a CPU. Nos itens e capítulos a seguir a CPU é
abordada em maiores detalhes. Mas nesta figura pode ser observada a posição dos módulos
discretos de entrada e saída. Esta CPU do S7 200 é composta por 6 saídas discretas que estão
localizadas na parte superior, e por 8 entradas discretas que estão localizadas na parte inferior. Tanto
as saídas quanto as entradas discretas operam com 0 e 24Vdc, respectivamente OFF e ON, e
possuem LED´s que indicam se a saída ou entrada está acionada (LED aceso) ou desacionada (LED
apagado).
Esta CPU considera os 6 endereços de saída discreta como Q0.0 a Q0.5, e os 8 endereços
de entrada discreta como I0.0 até I0.7. Porém é possível renomear estes endereços de tal forma que
os nomes facilitem a compreensão do significado das entradas e das saídas para o programador do
CLP. Este material adota nomes para definir os endereços de entrada e saída tanto analógicas
quanto discretas, de acordo com as seguintes siglas:
Entrada Discreta -> END
Entrada Analógica -> ENA
Saída Discreta -> SDD Saída Analógica -> SDA
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Sendo assim as 6 saídas discretas são SDD_0 a SDD_5, e as 8 entradas discretas são
END_0 a END_7. As saídas e entradas analógicas são tratadas no capítulo 7.
Figura 2.10 - CPU
A Figura 2.11 mostra com maiores detalhes a CPU, as portinholas dos módulos estão abertas
e podem ser observados os conectores das entradas e das saídas discretas. Também está em
destaque uma chave seletora, que define o modo de operação do CLP. Isto é descrito no capítulo 4
(Funcionamento do CLP). Outra questão em destaque na figura 2.11 é a fiação proveniente da Fonte
de Alimentação que fornece tensão de 24Vdc para a CPU.
Figura 2.11 - Detalhes da CPU
A Figura 2.12 mostra os detalhes do módulo de entradas discretas. Observa-se que este
módulo é composto de 12 conectores (bornes) para 8 entradas. A divisão ocorre da seguinte maneira
da esquerda para a direita na figura: o primeiro contato é a referência dos 4 primeiros contatos de
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entrada, os 4 contatos que seguem (do segundo ao quinto) são os 4 primeiros contatos de entrada
com os endereços de END_0 a END_3 (I0.0 a I0.3), o sexto contato é a referência para os 4 últimos
contatos de entrada, os 4 contatos que seguem (do sétimo ao décimo) são os 4 últimos contatos de
entrada com os endereços de END_4 a END_7 (I0.4 a I0.7), e os 2 últimos contatos (11 e 12 dos
bornes) são a fonte auxiliar de 24Vdc sendo o 11 a referência e o 12 o positivo.
Figura 2.12 - Módulo de entrada
A Figura 2.13 mostra os detalhes do módulo de saídas discretas. Observa-se que este
módulo também é composto de 12 conectores (bornes) para 6 saídas. A divisão ocorre da seguinte
maneira da esquerda para a direita na figura: os 2 primeiros contatos são para a alimentação do
módulo de saída (para que a saída tenha energia), os 6 contatos seguintes são justamente as 6
saídas discretas com os endereços de SDD_0 a SDD_5 (Q0.0 a Q0.5), o nono contato é não
conectado (NC) e o décimo é o aterramento, os 2 últimos contatos (11 e 12) são a alimentação da
CPU, 24Vdc, proveniente da Fonte de Alimentação e descrito anteriormente.
Figura 2.13 - Módulo de saída
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As Figuras 2.14 e 2.15 mostram um CLP de porte maior, o S7 300 também da Siemens. Onde
se observa a CPU com os Módulos Discretos de I/O, e Módulos de Comunicação. Também se
observa a fiação correspondente a ligação dos sensores e atuadores no módulo discreto. Nestas
duas figuras, observando o S7 300 e comparando com as figuras anteriores do S7 200, pode ser
notada a diferença física entre os dois CLP´s.
Figura 2.14 - CLP S7-300 da Siemens
Figura 2.15 - Montagem de I/O´s no CLP S7-300
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2.4 Ligação dos módulos discretos
A Figura 2.16 mostra a função da Fonte Auxiliar, pela figura é possível perceber que o VOM
mede um valor de tensão que parte dos conectores 11 e 12 do módulo da parte inferior do CLP. A
Fonte do CLP alimenta a CPU e também disponibiliza esta alimentação auxiliar para a ligação de
outros equipamentos ao CLP, como por exemplo, os sensores. Caso seja utilizada a Fonte Auxiliar
deve-se observar os limites de corrente impostos pela Fonte do CLP (é uma especificação do modelo
de Fonte), uma vez que esta alimenta CPU e sensores, e pode também alimentar o módulo de saída
como será descrito no texto a seguir. Na figura o VOM está medindo o sinal que pode servir para
alimentar os sensores discretos, que em geral tem um faixa de alimentação de 10 a 30Vdc.
Figura 2.16 - Fonte auxiliar
A Figura 2.17 mostra um exemplo de como ativar as entradas discretas do CLP utilizando a
alimentação da Fonte Auxiliar, nota-se que a referência da Fonte (cabo azul) é conectada as
referências das duas partes do módulo de entrada discreta, nos bornes 1 e 6. E neste caso está
sendo utilizada a alimentação do borne 12 (o positivo) para ativar a entrada com 20Vdc, o cabo
vermelho está ativando as entradas END_0 a END_3, confirma-se este acionamento pelo
acionamento do LED´s indicadores em destaque.
Figura 2.17 - Ligação do módulo de entrada
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A Figura 2.18 mostra o VOM medindo a tensão de uma saída discreta. O valor medido é 0Vdc
(zero) mesmo com o acionamento da saída ocorrendo, o LED indicativo confirma esta situação. O que
falta neste caso é a alimentação do módulo de saída discreta. Nisto concluí-se que o LED apenas
indica que a saída está ativa, mas não que ela está fornecendo energia para qualquer que seja o
acionamento.
Figura 2.18 - Módulo de saída sem alimentação
Então na montagem apresentada na Figura 2.19 pode ser observada a conexão de cabos que
faz a alimentação do módulo de saída. Os bornes 11 e 12 são a alimentação da CPU, sem esta
alimentação a CPU não funciona e a Fonte Auxiliar também não. Mas não basta alimentar a CPU
para que a saída consiga emitir energia para o acionamento, é necessário também alimentar o
módulo de saída puxando a alimentação da Fonte do CLP como mostra a figura.
Figura 2.19 - Módulo de saída alimentado
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Agora com o módulo de saída também alimentado pode ser observada que a ativação da
saída, conforme mostra o LED indicativo, também confirma que a energia está sendo disponível para
o acionamento do atuador. O VOM mostra o valor de tensão borne da saída SDD_0 que está
acionada, conforme a Figura 2.20.
Figura 2.20 - Módulo de saída
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CAPÍTULO III
3 Sensores de proximidade
3.1 Definição
De um modo geral o sensor é um dispositivo que detecta o efeito de algum fenômeno físico,
podendo, no caso dos sensores discretos, detectar objetos dos mais variados tipos de material, ou
detectar a presença de campo magnético, luz, gás; ou ainda, no caso dos sensores analógicos, medir
a variação de temperatura, pressão, nível, vazão, etc.
Os sensores discretos também recebem a denominação de Sensores de Proximidade e são
utilizados em geral nos processos discretos onde operam como ON - OFF (ligado - desligado) e
servem para detectar a presença ou a ausência de objetos. Dentre os sensores de proximidade mais
empregados na indústria podem ser citados: as chaves fim de curso, sensores capacitivos, sensores
indutivos e sensores óticos.
3.2 Chaves de fim de curso
São sensores muito utilizados na indústria e em um grande número de aplicações. São
destinados a verificar o final de algum movimento. A Figura 3.1 mostra uma ilustração do
funcionamento da chave Fim de Curso.
Figura 3.1 - Chave fim de curso
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É uma chave eletrônica que opera em ON - OFF, pode utilizar os contatos NA (Normalmente
Aberto) ou NF (Normalmente Fechado). Ao ocorrer o acionamento da chave por meio de uma força
mecânica externa o contato NF se abre e o contato NA se fecha, quando a força é cessada o NF se
fecha e o NA se abre.
a) Contato NA e contato NF
A Figura 3.2 ilustra o conceito de contato NA e contato NF.
Figura 3.2 - Contato NA e contato NF
O contato NA (Normalmente Aberto) não permite a passagem do sinal elétrico entre seus
terminais quando a chave não está acionada, mas no momento em que a chave é acionada por uma
força externa o contato se fecha permitindo então a passagem de sinal elétrico, o contato volta a abrir
somente quando a força externa cessar. No contato NF (Normalmente Fechado), quando não existe
ação de força externa atuando sobre ele, permite a passagem do sinal elétrico pelos seus terminais,
contudo no momento em que existe a atuação de uma força externa o contato abre e o sinal elétrico
deixa de passar, voltando a fechar apenas quando a força externa cessar.
3.3 Sensores indutivos
Os Sensores Indutivos tem o princípio de funcionamento baseado no indutor. O indutor é um
componente eletrônico que consiste de um núcleo de material ferromagnético envolto por uma bobina,
quando uma corrente é circulada por esta bobina um campo magnético é gerado passando pelo
núcleo.
De uma forma simplista ocorre que o Sensor Indutivo tem como elemento primário
(transdutor) um indutor de núcleo aberto que emite um campo magnético pela face sensora. O fato de
o núcleo ser aberto faz com que a intensidade do campo magnético seja menor (o campo magnético
passa pelo ar), e ao aproximar um material metálico o campo magnético passa pelo material
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aumentando a sua intensidade. Essa variação de intensidade de campo magnético pode ser sentida
pelo sensor, como ilustra a Figura 3.3.
Figura 3.3 - Detecção pelo sensor indutivo
Como o campo magnético é projetado para fora do sensor gera uma zona de sensibilidade a
peças metálicas, em outras palavras, os Sensores Indutivos detectam a presença ou ausência de
materiais metálicos. Quando o material metálico é detectado o sensor comuta seu contato de OFF
para ON, fechando o contato caso seja NA, ou abrindo caso seja NF.
3.4 Sensores capacitivos
Os Sensores Capacitivos tem o princípio de funcionamento baseado no capacitor. Um
capacitor é um componente eletrônico que consiste de duas placas metálicas separadas por um
material isolante (também chamado de dielétrico). A capacidade que o componente tem de armazenar
cargas é chamado de capacitância, esta capacitância depende da área das placas metálicas, da
distância entre as placas ou da constante dielétrica do isolante.
Também descrevendo de uma forma simplista ocorre que o Sensor Capacitivo tem como
elemento primário (transdutor) um capacitor. Na face do sensor aparece como material dielétrico o
próprio ar (constante dielétrica igual a 1), porém quando um outro material, com constante dielétrica
maior que a constante do ar entrar na zona de detecção deste capacitor a capacitância aumenta. Esta
mudança no valor da capacitância pode ser sentida pelo circuito do sensor que detecta a presença
do objeto em questão, como ilustra a Figura 3.4.
Figura 3.4 - Detecção pelo sensor capacitivo
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Os Sensores Capacitivos geralmente são utilizados para detectar corpos não metálicos, e
podem ser utilizados no meio industrial para detectar a presença de materiais metálicas ou não
metálicas. Quando o material metálico ou não metálico é detectado o sensor comuta seu contato de
OFF para ON, fechando o contato caso seja NA, ou abrindo caso seja NF.
3.5 Sensores ópticos
Os Sensores Ópticos tem o princípio de funcionamento baseado na emissão e recepção de
um feixe de luz. A emissão pode ocorrer por meio de um diodo emissor de luz, comumente chamado
de LED, e o receptor pode ser qualquer dispositivo fotossensível, como por exemplo, um foto-diodo.
Neste caso LED e foto-diodo são exemplos de elementos primários (transdutores) utilizados
nos Sensores Ópticos. Existem três modos de operação para os sensores ópticos: barreira de luz,
retro-reflexão e por reflexão. A Figura 3.5 ilustra o princípio de funcionamento destes tipos de
Sensores Ópticos.
Figura 3.5 - Modos de operação do sensor óptico
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Em todos os modos de operação existe um elemento emissor (representado pelo LED) e um
elemento receptor (representado pelo foto-diodo). Vale ressaltar que dependendo do modo de
operação a detecção ocorre pela existência ou ausência de luz no receptor.
No Sensor por Barreira de Luz o emissor e o receptor estão em estruturas físicas separadas,
quando o objeto interrompe totalmente ou quase totalmente o feixe de luz o receptor deixa de receber
luz e comuta seus contatos de OFF para ON, quando o feixe de luz não é mais interrompido os
contatos voltam à posição normal.
No Sensor por Reflexão o emissor e o receptor são montados na mesma estrutura física,
quando o objeto interrompe o feixe de luz o receptor passa a receber luz e comuta seus contatos de
OFF para ON, quando o feixe de luz não é mais refletido os contatos voltam à posição normal.
No Sensor por Retro-Reflexão o emissor e o receptor são montados na mesma estrutura
física e existe ainda um refletor de luz direcionado, este refletor direciona o feixe de luz sempre do
emissor para o receptor, quando o objeto interrompe o feixe de luz o receptor deixa de receber luz e
comuta seu contato de OFF para ON, quando o feixe de luz não é mais interrompido os contatos
voltam à posição normal. Este sensor é totalmente dependente das características do refletor.
A Figura 3.6 apresenta um painel com exemplares dos 3 tipos de sensores de proximidade
descritos. Um sensor capacitivo, um sensor indutivo e um sensor óptico, todos os três com
alimentação de 10 a 30 Vdc.
Figura 3.6 – Painel com 3 tipos de sensores
26
3.6 Classes de proteção
Para a utilização dos sensores industriais no ambiente dos processos automatizados deve-se
se basear no grau e na classe de proteção para a escolha do sensor. Estes grau e classe de
proteção estão estabelecidos em normas internacionais. São indicados por duas letras IP
(International Protection) e por dois dígitos, que definem grau e classe de proteção. A Tabela 3.1 traz
a numeração que representa grau e classe de proteção.
Tabela 3.1 – Grau e Classe de Proteção
1o Dígito 2o Dígito
Grau de Proteção Classe de Proteção
0 Proteção não especificada 0 Proteção não especificada
1 Proteção contra corpos sólidos com diâmetro maior que
50mm
1 Proteção contra água gotejando verticalmente
2 Proteção contra corpos sólidos com diâmetro maior que
12 mm
2 Proteção contra água gotejando verticalmente e com o
equipamento em um ângulo de até 150o
3 Proteção contra corpos sólidos e ferramentas com diâmetro maior que 2,5 mm
3 Proteção contra água gotejando em um ângulo de até 60om,
e contra spray 4 Proteção contra corpos
sólidos e ferramentas com diâmetro maior que 1 mm
4 Proteção contra esguicho de água vindo de qualquer direção
5 Proteção completa contra contato. Proteção contra
depósitos prejudiciais de pó
5 Proteção contra jatos de água vindos de qualquer direção
6 Proteção completa contra pó e contato
6 Proteção contra fortes jatos de água
7 Proteção contra imersão sob determinadas condições de
temperatura e pressão 8 Proteção contra imersões
permanentes sob condições descritas pelo fabricante
Deste modo um sensor com IP67 tem proteção completa contra pó e contato e contra imersão
sob determinadas condições de pressão e temperatura.
3.7 Instalação de sensores
Para que seja possível instalar os sensores de forma adequada, alguns detalhes e conceitos
devem ser observados. A saber:
a) Distância de acionamento
27
Trata-se de um conceito que deve ser observado no momento da instalação. E define a
distância entre o material e a face sensora no momento em que ocorre a comutação (acionamento do
sensor). A distância de acionamento nominal é dada pelo fabricante, contudo no caso real podem
ocorrer variações. Por exemplo, no sensor indutivo existe um anteparo padrão que é utilizado para
definir a distância de acionamento nominal, entretanto esta distância de acionamento pode variar
dependendo do tipo do material metálico. Nos sensores capacitivos a distância de acionamento varia
de acordo com a constante dielétrica do material, materiais com constantes dielétricas mais altas são
mais fáceis de detectar. Os sensores ópticos por reflexão também podem apresentar distâncias de
acionamentos diferentes dependendo da cor e da textura do material a ser detectado. A Figura 3.7
ilustra o conceito de distância de acionamento.
Figura 3.7 – Distância de acionamento
Esta questão da distância de acionamento deve ser observada no momento da instalação do
sensor, pois o sensor tem que ficar disposto de tal modo que não haja variações na detecção de
material.
b) Detalhes da instalação
No caso dos sensores indutivos deve ser atentado para o fato da distância mínima. Quando o
sensor for instalado entre painéis metálicos, ou mesmo frente a outro sensor, ou ao lado de outro
sensor deve ser respeitada a distância mínima, para garantir que o acionamento do sensor ocorra
apenas quando o material metálico a ser detectado provoque a sensibilização, e não por motivos de
interferência de outro sensor ou de outro metal. A Figura 3.8 ilustra esta situação.
Figura 3.8 – Distância mínima
28
No caso dos sensores capacitivos, que detectam materiais metálicos ou não metálicos, deve-
se observar o tipo de material que se deseja detectar. Quando o material é um material de difícil
detecção pode-se optar por um tipo de sensor capacitivo mais sensível (chamado de sensor
capacitivo blindado), contudo este sensor pode causar falsas detecções em ambientes empoeirados
ou muito úmidos, e neste caso deve-se optar por um sensor que ignore sujeiras do ambiente ou
coisas do tipo (chamado sensor capacitivo não-blindado).
Nos sensores ópticos deve ser observado o alinhamento entre o emissor e o receptor para o
correto funcionamento. Outro detalhe é a existência de poeira no ambiente, se ocorrer de forma
excessiva pode prejudicar a detecção, considerando a sujeira como detecção de material e acionando
o sensor. Falha no emissor ou sujeira nas lentes podem também ocasionar problemas de detecção,
podendo ser uma falsa detecção ou a ausência de detecção dependendo do tipo do problema e do
modo de operação do sensor.
c) Sensores de 3 e 4 fios
Os sensores de proximidade podem ser de 3 ou 4 fios, como ilustra a Figura 3.9.
Figura 3.9 – Número de fios
Os sensores de 3 e de 4 fios têm fios separados para alimentação e para os sinais dos
contatos NA e NF, normalmente sendo cabo marrom ou vermelho sinal positivo, cabo azul sinal
negativo, cabo preto contato NA, e cabo branco contato NF.
d) Sensores PNP e NPN
Os sensores ainda podem ser classificados em PNP e NPN. Sensores PNP têm em seu
estágio de saída um transistor PNP, e a carga deve ser conectada entre os terminais NA ou NF e
negativo. Por sua vez o sensor NPN tem em seu estágio de saída um transistor NPN, e a carga deve
ser conectada entre os terminais NA ou NF e positivo.
29
A Figura 3.10 ilustra a ligação de um sensor PNP e de um sensor NPN, ambos com 3 fios e
contato NA.
Figura 3.10 – Sensor PNP e NPN
e) Exemplos de sensores
A Figura 3.11 mostra um sensor de 4 fios PNP. Pode ser observada a rosca para a fixação do
sensor e também a fiação em detalhe. Na fiação estão indicados cada um dos fios, o fio branco NF, o
fio marrom positivo, o fio azul negativo e o fio preto NA.
Figura 3.11 – Sensor de 4 fios
30
A Figura 3.12 mostra outro sensor capacitivo PNP de 4 fios com a fiação encapada. Por esta
fiação liga-se a alimentação do sensor e os contatos NA e NF ao controle.
Figura 3.12 – Fiação do sensor PNP de 4 fios
A Figura 3.13a mostra a parte frontal do sensor onde está indicada a face sensora. É esta
parte frontal que é sensível ao material a ser detectado. A Figura 3.13b mostra a parte traseira do
sensor. Em destaque pode ser observado o LED que indica o acionamento do sensor.
Figura 3.13a – Parte frontal do sensor Figura 3.13b – Parte traseira do sensor
31
A Figura 3.14 mostra o acionamento de um sensor capacitivo PNP de 4 fios. Em destaque na
figura se observa o acionamento do LED que indica a detecção de material.
Figura 3.14 – Acionamento do sensor
f) Ligação com CLP
As Figuras 3.15, 3.16 e 3.17 mostram a ligação do sensor PNP de 4 fios ao CLP. Observa-se
que a Fonte Auxiliar está alimentado o sensor, que pode receber uma alimentação DC de 10 a 30Vdc.
Os fios preto e branco dos contatos NA e NF são conectados a duas entradas discretas,
respectivamente END_6 e END_4.
Figura 3.15 – Fiação do sensor no módulo discreto
32
Com o sensor não acionado a entrada END_4 (contato NF) recebe sinal elétrico e é acionada
e a entrada END_6 (contato NA) não recebe sinal elétrico e por isso não é acionada.
Figura 3.16 – Sensor não-acionado conectado ao CLP
Quando ocorre o acionamento do sensor os contato NF abre e o contato NA fecha, agora
END_4 não está acionada e END_6 acionada, isto pode ser observado pelo acionamento dos LED´s
indicativos em destaque nas Figuras 3.16 e 3.17.
Figura 3.17 – Sensor acionado conectado ao CLP
33
Para simular os sensores e fazer o acionamento das entradas foram utilizadas chaves de
duas posições (ON - OFF). Estas chaves acionam a entrada discreta quando acionadas, e são
utilizadas para executar a simulação das entradas nos programas do capítulo 6. A Figura 3.18a
mostra o conjunto de 8 chaves que acionam as 8 entradas discretas, e a Figura 3.18b mostra a
ligação destas chaves na placa.
Figura 3.18a – Chaves Figura 3.18b – Conexão elétrica das chaves
Nota-se na pela imagem da Figura 3.19 que as chaves que estão acionadas (ON) acionam as
entradas discretas correspondentes (LED´s indicativos) enviando sinal elétrico para o contato, e as
chaves que não estão acionadas (OFF) permanecem com as respectivas entradas discretas sem sinal
elétrico, portanto desacionadas.
Figura 3.19 – Fiação do sensor no módulo analógico
34
CAPÍTULO IV
4 Funcionamento do CLP
4.1 Ciclo de execução do CLP
É importante conhecer o modo como a CPU gerencia um programa do CLP, este
conhecimento auxilia no desenvolvimento de programas. A execução do programa em um CLP segue
uma seqüência que pode ser representada como um fluxograma, esta seqüência recebe o nome de
Ciclo de Execução, Ciclo de Varredura ou Ciclo de Scan do CLP.
Existe uma série de tarefas que o CLP executa desde o momento em que ele liga, dentre
estas tarefas podemos citar algumas: inicialização de hardware, verificação da configuração de I/O,
atualização de entradas e saídas, execução do programa de aplicação, realização de diagnósticos
entre outras. Porém, para iniciar a prática da programação o conhecimento do ciclo de execução
resumido auxilia para o entendimento dos programas que são desenvolvidos no CLP. A Figura 4.1
mostra um fluxograma com este ciclo.
Figura 4.1 - Ciclo de execução resumido
- Atualização das Entradas: é nesta etapa que a CPU realiza a leitura de todos os pontos de
entrada e armazena o status de cada um destes pontos na Tabela de Dados de Entrada. Após a
execução desta etapa a Tabela de Dados de Entrada será atualizada somente no próximo Ciclo de
Scan.
-Execução do Programa de Aplicação: as instruções do programa desenvolvido pelo
programador são executas nesta etapa. Estabelece uma relação entre os pontos de entrada e de
saída aplicando a lógica de controle desejada. A CPU executa o programa de aplicação desde a
primeira linha até a última, isto significa a partir da primeira linha de programa de cima para baixo, e
35
da direita para esquerda até o fim do programa. Neste capítulo o conceito de linha é evidente quando
se trata de linguagem LADDER. Ao término da execução desta etapa tem-se uma nova Tabela de
Dados de Saída atualizada de acordo com a lógica de controle desejada.
-Atualização das Saídas: Após a execução do programa de aplicação o conteúdo atualizado
da Tabela de Dados de Saída é enviado aos pontos de saída. E reinicia-se o ciclo.
4.2 Programação em CLP´s
A programação em CLP´s pode ser feita basicamente de 2 modos: programador manual, ou
software de programação.
No caso da utilização do software de programação geralmente existe um ambiente gráfico
com funções que permitem que o programador edite o programa de aplicação. Como o programa é
desenvolvido em um computador deve haver um cabo apropriado que permita a transmissão de
dados entre o computador e o CLP. A Figura 4.2 mostra uma foto de um cabo de comunicação CLP
com o terminal de programação (computador).
Figura 4.2 - Cabo de comunicação
Do mesmo modo que existe um cabo, a conexão deve utilizar alguma interface para fazer a
comunicação entre terminal e CLP. Esta interface é geralmente a porta serial, como ilustram as
Figuras 4.3a e 4.3b
Figura 4.3a - Cabo e porta serial Figura 4.3b - Cabo e porta conectados
36
A Figura 4.4 mostra em um panorama a ligação do computador (terminal de programação)
com o CLP, utilizando o cabo de comunicação.
Figura 4.4 - Terminal de programação conectado ao CLP
Assim como se utiliza a porta serial do computador, utiliza-se também a interface do CLP para
conectar o cabo e assim permitir a comunicação para executar o download de programa no CLP ou
para fazer a depuração do código quando o programa estiver rodando, entre outros.
Figura 4.5 - Interface de comunicação e indicadores de status da CPU
A Figura 4.5 mostra a interface de comunicação com o terminal de programação. E também
mostra os LED´s indicadores de status da CPU. Nesta CPU existem 3 status para a CPU: SF, RUN e
STOP nesta ordem de cima para baixo.
SF aceso (LED vermelho) indica um erro interno da CPU ou algum erro de diagnóstico dos
módulos. RUN aceso (LED verde) indica que a CPU está processando o programa de aplicação.
STOP aceso (LED amarelo) indica que o programa não está sendo executado. As Figuras 4.6a e 4.6b
37
ilustram esta diferença entre o modo RUN e o modo STOP. Observa-se que a Figura 4.6a mostra a
CPU em modo RUN executando um determinado programa que baseado nas lógicas das entradas
aciona as duas primeiras saídas. Por outro lado, a Figura 4.6b mostra a CPU em modo STOP
rodando o mesmo programa, neste caso mesmo com as entradas ativas o programa está parado e,
portanto, não estão sendo acionadas as saídas.
Figura 4.6a - CPU em modo RUN Figura 4.6b - CPU em modo STOP
As Figuras 4.6a e 4.6b ainda destacam a chave seletora que permite a seleção do modo de
operação na própria CPU. A chave em destaque nas Figuras 4.6a e 4.6b e apresentada também na
Figura 4.7 tem 3 posições: RUN, TERM, STOP.
Ou seja, por intermédio desta chave é possível colocar a CPU em modo RUN e neste caso o
programa é processado e não pode ser alterado pelo terminal de programação, apenas lido. Modo
STOP onde o programa não é executado. Ou em um modo TERM que entrega a decisão do modo de
operação ao software de programação no computador, deste modo é possível rodar o programa de
aplicação ou pará-lo através de um comando do software.
Figura 4.7 - Chave seletora do modo de operação
38
Em geral ainda pode ser dividido o modo de programação em duas linhas: programação off-
line, e programação on-line. Na programação off-line (sem conexão) o software de programação
permite o desenvolvimento do programa de aplicação sem a necessidade da conexão com a CPU. E
na programação on-line (conectado) além do desenvolvimento pode ser feita a depuração do
programa observando o acionamento das saídas e das entradas, exigindo desta forma a conexão
com a CPU.
4.3 Tipos de linguagem
As 5 linguagens de programação definidas pela norma IEC 61131-3 são: Lista de Instruções,
Texto Estruturado, Linguagem LADDER, Diagrama em Blocos de Função e Diagrama Funcional
Seqüencial (GRAFCET). A seguir é apresentado um exemplo de implementação em cada uma destas
linguagens.
- Lista de Instruções: é uma linguagem de baixo nível similar ao assembly. A Figura 4.8
apresenta um programa simples em linguagem de Lista de Instruções.
0 STR E0 1 ANDN E1 2 OUT S0
Figura 4.8 - Programa em lista de instruções
O programa executa a lógica entre as entradas E0 e E1, quando E0 estiver acionada e E1
não ocorre o acionamento de S0, que é uma saída.
-Texto Estruturado: é uma linguagem semelhante a outras linguagens de alto nível. Pode ser
utilizada em declarações mais complexas. A Figura 4.9 apresenta o mesmo programa em Texto
Estruturado.
S0 := E0 AND NOT E1
Figura 4.9 - Programa em texto estruturado
39
- Diagrama de Blocos de Função: é uma linguagem gráfica que conecta elementos
representados como blocos. A Figura 4.10 apresenta o programa em Diagrama de Blocos de Função
Figura 4.10 - Programa em diagrama de blocos de função
-Linguagem LADDER: é uma linguagem na qual duas barras verticais são interligas pela
lógica que ocorre entre as entradas e as saídas. Esta linguagem é mais detalhada no decorrer deste
capítulo. A Figura 4.11 apresenta o programa em Linguagem LADDER.
Figura 4.11 - Programa em linguagem LADDER
-Diagrama Funcional Seqüencial: também conhecido como GRAFCET, é utilizado para
estruturar e organizar o programa, e dividir o problema de controle em partes menores. Cada
elemento desta linguagem pode ser programado em qualquer das outras linguagens. Esta linguagem
é mais detalhada no decorrer deste capítulo. A Figura 4.12 apresenta uma forma de representar o
programa em Diagrama Funcional Seqüencial.
Figura 4.12 - Programa em diagrama funcional seqüencial
40
CAPÍTULO V
5 Linguagem de programação 5.1 GRAFCET
O Diagrama Funcional Seqüencial (GRAFCET) é umas das linguagens de programação, e
trata-se de uma forma de construir sistemas seqüenciais. Possui os seguintes elementos: Etapas,
Ações Associadas às Etapas, Transições, Condições Associadas às Transições.
a) Etapas
A Etapa representa um estado parcial do sistema e corresponde a uma condição bem
definida, podendo ser ativa ou inativa. A Etapa pode possuir uma ação associada a ela, esta ação
ocorre enquanto a etapa estiver ativa. A representação gráfica de uma Etapa e de sua ação é
mostrada na Figura 5.1.
Figura 5.1- Representação de uma etapa
Na Figura 5.1 são apresentadas duas situações. A primeira é a representação de uma Etapa,
no caso a Etapa 1, e de uma ação associada à Etapa, a Ação X. A segunda situação é o da Etapa
Inicial, a Etapa Inicial 0 com a ação Y. Esta Etapa Inicial é ativada incondicionalmente no início do
sistema justamente para demarcar onde inicia o programa, pode haver mais de uma Etapa Inicial. A
Etapa Inicial é representada por um quadrado duplo.
b) Ações associadas às etapas
De um modo geral as Ações ocorrem enquanto a sua Etapa Estiver ativa. Durante o tempo de
uma Etapa podem ser iniciadas, finalizadas ou continuadas. Uma Etapa pode possui mais de uma
Ação vinculada a ela.
41
A Figura 5.2, que mostra a Etapa 1 com 3 Ações associadas (X, Y e Z), ilustra este caso em
que se pode representar de duas formas a ações.
Figura 5.2- Ação associada à etapa
Na Figura 5.2 se observam duas formas de representação de associação de Ação a uma
Etapa. Estas Ações em geral remetem a algum tipo de acionamento que ocorre no sistema, por
exemplo, o acionamento de um motor ou o acionamento de um pistão.
Quando se deseja que a Ação continue a ser executada mesmo depois do fim da Etapa, pode
-se repetir a Ação em todas as Etapas onde se deseja que ela ocorra, ou utilizar uma Ação
Qualificada. Dentre as Ações Qualificadas, neste caso, cabe o uso da Ação que possui o qualificador
Stored (armazenada ou mantida), quando se faz o uso deste qualificador na Ação esta é mantida
mesmo após o fim da Etapa. A Figura 5.3 mostra o seu funcionamento. Quando a o ato de ligar uma
Ação é mantido por algumas Etapas o seu desligamento também deve ser armazenado ou mantido.
Figura 5.3- Ação qualificada
42
c) Transições
Representa a possibilidade de transposição de uma Etapa para outra Etapa. É representada
por um traço entre a ligação das Etapas. A Figura 5.4 mostra como se deve representar uma
Transição no GRAFCET, a figura apresenta uma Transição entre as Etapas 1 e 2.
Figura 5.4- Representação de uma transição
d) Condições associadas às transições
São condições lógicas que podem ser verdadeiras ou falsas. Podem ser representadas
conforme mostra a Figura 5.5.
Figura 5.5- Condição associada à transição
Como mostra a Figura 5.5 a transposição da Etapa 1 para a Etapa 2 vai ocorrer somente
quando a Etapa 1 estiver ativa e a condição E1 acionado e E2 desacionado for verdadeira.
e) Regras de evolução
Para a correta leitura de um GRAFCET devem ser consideradas algumas regras de evolução:
- sempre deve haver ao menos uma situação inicial;
- para a transposição de uma Transição é necessário que a Etapa precedente esteja ativa e
que a condição da Transição seja verdadeira;
43
- a transposição da Transição ativa a Etapa seguinte e desativa a Etapa precedente
simultaneamente;
Figura 5.6- Exemplo de GRAFCET
A Figura 5.6 apresenta um GRAFCET, aplicando as regras de evolução para interpretá-lo
tem-se a seguinte seqüência de eventos: a Etapa 1 parte ativa de forma incondicional (ocorre Ação
X), com a Etapa 1 ativa e quando a Transição T1 for verdadeira ocorre a transposição ativando a
Etapa 2 e desativando a Etapa 1 (ocorre a Ação Y), com a Etapa 2 ativa e com a Transição T2
verdadeira ocorre a transposição ativando a Etapa 3 e desativando a Etapa 2 (ocorre a Ação Z), e
assim sucessivamente.
Até o momento em que se tem a Etapa 10 ativa (ocorrendo a Ação W) e que a Transição T10
se torna verdadeira, aí então ocorre a transposição ativando novamente a Etapa 1 e desativando a
Etapa 10, fechando um ciclo. Nota-se que esta estrutura é uma seqüência simples sem bifurcações,
neste caso sempre deve haver apenas uma única Etapa ativa por vez, no início apenas a Etapa 1
parte ativa incondicionalmente.
Vale ainda ressaltar alguns detalhes:
- sempre deve haver uma única Transição entre duas Etapas;
- de modo análogo uma única Etapa entre duas Transições;
- o sentido de leitura é cima para baixo, quando ocorrer o contrário deve ser representado por
uma seta;
44
f) Tipos de estruturas
Além da Seqüência Simples como a que é apresentada na Figura 5.5, também pode existir
outros tipos de Estruturas Básicas conhecidas como Seqüência Simultânea e Seqüência Seletiva. A
Figura 5.7 apresenta 2 GRAFCET´s, cada um com um tipo de seqüência
Figura 5.7- Seqüência simultânea e seqüência seletiva
Tanto a Seqüência Simultânea quanto a Seqüência Seletiva apresentam um ponto de
divergência e um ponto de convergência no GRAFCET.
Na Seqüência Simultânea os pontos de divergência e convergência são representados por
traços duplos. No ponto de divergência apenas uma única Transição (T1) ativa imediatamente todas
as Etapas seguintes, depois de transposição cada seqüência tem sua evolução independente, o final
desta seqüência é convergente sendo que para ocorrer a transposição por T3-5 todas as Etapas
precedentes devem estar simultaneamente ativas.
Na Seqüência Seletiva apenas uma única seqüência deve ocorrer, e por isso as condições
associadas às Transições iniciais das seqüências devem ser exclusivas, deste modo T1a e T1b
devem utilizar uma lógica que não permita a transposição pelas duas seqüências ao mesmo tempo. O
final da seqüência é convergente e deve ser proveniente de apenas uma das seqüências.
g) Exemplo de GRAFCET
A Figura 5.8 mostra o exemplo de um GRAFCET que inicia na Etapa 1 (sem Ação), o
acionamento de bt1 provoca o acionamento do LED A, depois existe uma Seqüência Seletiva que
dependendo da lógica entre bt2 e bt3 segue a seqüência da esquerda ou a seqüência da direita. Na
seqüência da direita ocorre o acionamento do LED D e após o acionamento de bt4 o ciclo se reinicia
indo para a Etapa 1. Na seqüência da esquerda ocorre o acionamento do LED B, após 10 segundos
45
na Etapa 3 (10s/X3) o LED B é apagado e o LED C é aceso, da mesma forma após 5 segundos na
Etapa 4 (10s/X4) o LED C é apagado e o ciclo se reinicia indo para a Etapa 1.
Figura 5.8- Exemplo de GRAFCET com seqüência seletiva
5.2 Linguagem LADDER
a) Definições e conceitos
A linguagem LADDER é uma linguagem gráfica utilizada pela maioria dos CLP´s existentes e
seus símbolos se assemelham aos contatos elétricos. Por ser uma linguagem gráfica existem na sua
estrutura componentes que devem ser de conhecimento do programador.
46
A Figura 5.9 apresenta um exemplo de programa em LADDER e seus componentes.
Figura 5.9- Definições da linguagem LADDER
O LADDER é composto por duas barras verticais que são conectadas pela lógica de controle.
Podem existir várias lógicas de controle no programa e a cada lógica de controle dá-se o nome de
network ou rung.
Os elementos E0, E1, E2 e E3 recebem e denominação de contatos, e os elementos S0 e S1
recebem o nome de bobinas. Supõe-se a existência de uma diferença de potencial entre as barras
verticais e de uma corrente fictícia representada pela letra i. Para que as bobinas sejam acionadas é
necessário que elas tenha energia, desta forma quem permite este acionamento é a lógica de controle
fechando ou abrindo os contatos, permitindo ou não que a corrente (i) atinja a bobina.
No exemplo da figura 5.9 para que ocorra o acionamento da bobina S0 devem estar
acionados os contato E0 e E1 simultaneamente, ou E2 e E1 também de forma simultânea. E para que
a bobina S1 acione basta que o contato E3 esteja acionado.
b) Instruções Booleanas
As instruções booleanas podem ser de entrada (contatos NA e NF) e de saída (bobinas). E a
forma como estão dispostos estes contatos na lógica de controle pode definir outras instruções. O
programa da Figura 5.10 mostra esta situação, neste programa os contatos estão representados
pelos endereços END_0, END_1, END_2, END_3 e END_4, e as bobinas estão representadas pelos
endereços SDD_0, SDD_1 e SDD_2.
47
Figura 5.10 – Instruções Booleanas
Para ocorrer o acionamento da saída discreta SDD_0 basta a entrada discreta END_0 estar
ativa. O acionamento da saída SDD_1 pode ocorrer quando END_1 estiver ativa ou quando END_2
estiver ativa, ou ainda ambas, implementando deste modo uma lógica ou entre END_1 e END_2. O
acionamento da saída SDD_2 depende que as entradas END_3 e END_4 estejam ativas
simultaneamente, implementando uma lógica e entre END_3 e END_4.
A execução deste programa no CLP pode ser observada pelas situações mostradas nas
Figuras 5.11a, 5.11b e 5.11c. Na situação da Figura 5.11a todas as chaves estão acionadas e por
conseqüência todas as saídas também estão ativas. Na situação da Figura 5.11b END_0, END_1 e
END_4 estão desligadas e deste modo apenas a saída SDD_1 está ativa. Na situação da Figura
5.11c apenas END_4 está desligada, e neste caso a saída SDD_2 é a única que não está acionada.
a) b) c)
Figura 5.11 - Verificando a execução do programa
48
Outras instruções booleanas podem ser implementadas, também com o uso do contato NF da
linguagem LADDER. A Figura 5.12 mostra um exemplo do uso deste tipo de contato. Neste caso se
os 2 contatos END_0 e END_1 estiverem ativos ao mesmo tempo nenhuma saída estará acionada.
Para que SDD_0 acione END_0 deve estar ativa e END_1 não, ao contrário, se END_1 estiver ativa e
END_0 não a saída SDD_1 vai estar acionada.
Figura 5.12 – Instruções com contato NF
Para entender melhor esta lógica de contatos, observa-se as informações da Tabela 5.1.
Existe uma relação entre os contatos NA e NF da lógica da linguagem LADDER com os contato NA e
NF do dispositivo sensor que está conectado no ponto de entrada representado pelo endereço do
contato.
Tabela 5.1 – Contatos do sensor e da lógica de controle
Sensor Lógica Contato Atuado Fluxo de Corrente
NÃO
NÃO
SIM
SIM
NÃO
SIM
SIM
NÃO
49
As instruções booleanas de saída podem também ser representadas como instruções SET e
RESET. A Figura 5.13 mostra o uso destas instruções de saída definidas como SET e RESET.
Figura 5.13 – Instruções com bobinas SET e RESET
O acionamento das saídas SDD_0 e SDD_1 ocorrem de modos diferentes.
Enquanto a entrada END_0 estiver ativa a saída SDD_0 também vai estar, no momento que
esta entrada é desligada a saída também é desligada.
De forma diferente ocorre com a saída SDD_1, ao acionar a entrada END_1 a saída SDD_1 é
acionada e continua neste estado mesmo com o desligamento da entrada END_1. Para desativar a
saída SDD_1 é necessário o acionamento da entrada END_2.
A Figura 5.14 mostra a ocorrência deste 2 tipos de acionamentos no tempo. Caso END_1 e
END_2 sejam acionados ao mesmo tempo prevalecerá o acionamento do último a ser executado pelo
ciclo de scan do CLP.
Figura 5.14 – Funcionamento do SET e do RESET
50
c) Contatos e variáveis auxiliares
Na programação em LADDER pode-se dispor de contatos auxiliares NA e NF representados
por bits que não possuem conexão com os módulos de entrada e de saída, são chamados contatos
auxiliares (CA). Também possuem endereços e desta forma pode-se utilizar o CA0, CA1, CA2, e
assim por diante. A Figura 5.15 mostra um programa que executa os mesmo acionamentos
mostrados no programa da Figura 5.13, porém fazendo uso dos contatos auxiliares CA0 e CA1.
Figura 5.15 – Implementado contatos auxiliares
Outro tipo de variáveis auxiliares que auxiliam no armazenamento de dados ou na
manipulação de valores são as variáveis do tipo word (16 bits). Uma forma mais apropriada de
representa-las é: V0, V1, V2, V3, e assim por diante onde em cada um destes endereços pode ser
armazenado um dado de 16 bits. Portanto pode armazenar valores inteiros como 2, 4, 5, 10, etc. Este
tipo de variável é utilizada no temporizadores (timer´s), contadores e comparadores que são descritos
a seguir, bem como na manipulação de valores que é exigida na implementação dos programas nas
51
unidades analógicas do CLP, capítulo 7. Um exemplo de implementação com variáveis auxiliares V é
mostrado na Figura 5.16.
Figura 5.16 – Implementando variáveis auxiliares
Na programação da Figura 5.16 ao acionar END_0 a função MOVER é habilitada e carrega o
valor 100 (cem) na variável auxiliar de endereço V0.
d) Temporizadores
Os temporizadores são utilizados para a temporização nos programas. O temporizador, ou
timer, simples inicia a contagem quando habilitado por um contato e zera o seu valor quando este
contato é desativado.
Além do temporizador simples existem outros tipos de timer´s. Alguns temporizam a partir do
momento em que são desabilitados e outros mantêm o valor da temporização mesmo quando
desabilitados devendo ser ressetado.
A Figura 5.17 mostra a utilização de um temporizador simples.
Figura 5.17 – Implementando o temporizador
52
Neste caso quando END_0 for ativada a temporização é iniciada e a contagem de tempo é
mantida enquanto END_0 estiver ativa. Se END_0 for desativada o temporizador TM0 zera. A base de
tempo de TM0 é de 0,1s, então a contagem até 100 implica em uma temporização de 10 segundos,
este tempo é o pré-set do temporizador. Ao atingir os 10 segundos o temporizador TM0 tem o seu bit
de status ativado, e como exemplifica o programa aciona a saída SDD_0.
Além de TM0 ser bit de status, que ativa quando o valor do timer atinge e supera o valor do
pré-set, também armazena o valor atual da temporização, de forma que se pode utilizar os
comparadores para verificar um valor intermediário do temporizador como é descrito na seqüência do
texto.
e) Contadores
Os contadores são utilizados para a realização de contagem nos programas. O contador pode
ser de incremento ou decremento, ou ainda um mesmo contador com incremento ou decremento.
A Figura 5.18 mostra a utilização de um contador de incremento.
Figura 5.18 – Implementando o contador
Neste caso em cada transição do valor de END_0 de 0 (zero) para 1 (um) ocorre o
incremento do contador CT0. Neste exemplo da figura 5.18 a contagem tem um valor de pré-set de 10
transições, ou seja, quando o contador CT0 chegar a 10 tem o seu bit de status ativado, e como
exemplifica o programa aciona a saída SDD_0. Contudo o contador continua a contagem, podendo
passar de 10, a contagem volta a zerar apenas quando se ativa o contato END_1, neste caso o
contador resseta e volta para o valor 0 (zero).
53
Assim como no caso dos temporizadores, além de CT0 ser bit de status, que ativa quando o
valor da contagem atinge e supera o valor do pré-set, também armazena o valor atual da contagem,
de forma que se pode utilizar os comparadores para verificar um valor intermediário do contador como
é descrito na seqüência do texto.
f) Comparadores
As instruções de comparação são normalmente definidas como: igualdade, diferença,
superioridade e inferioridade. Executam as operações com os valores das variáveis word V, e com os
valores intermediários das temporizações TM, e das contagens CT. As Figuras 5.19 e 5.20 mostram
exemplos de programação que fazem o uso de comparações.
Figura 5.19 – Implementando as comparações
No programa da Figura 5.19 se coloca o uso da comparação com o valor do temporizador.
Enquanto o temporizador estiver ativo (END_0 ativa) os valores de tempo em TM0 estão crescendo,
ao atingir o valor de 4 segundos (base de tempo de 0,1 s) o contato de comparação da 2a network
fica ativo e aciona a saída SDD_0. Da mesma forma ocorre quando o TM0 atinge 6 segundos
(acionando SDD_1) e 8 segundos (acionando SDD_2). Quando o temporizador for desabilitado
(END_0 desativada) as saídas SDD_0, SDD_1 e SDD_2 também são desativadas.
54
No programa da Figura 5.20 se coloca o uso da comparação com o valor do contador. Existe
uma lógica e entre os 2 contatos de comparação na 2a network, um contato compara o valor do
contador com 2 (CT0 >= 2) e o outro comprara com 5 (CT0 <=5).
No início da contagem (CT0=0) o segundo contato (CT0 <=5) está ativo, porém o primeiro
contato (CT0 >= 2) não, e neste momento SDD_0 não é acionada. Quando o contador atinge o valor 2
(CT0=2) os dois contato estão ativos pois a duas condições são verdadeiras e ocorre o acionamento
de SDD_0. Quando a contagem supera o valor 5 (CT0 > 5) a condição (CT0 <=5) deixa de ser
verdade e o segundo contato é desativado, porém a saída SDD_0 continua acionada devido ao
acionamento feito por meio de uma bobina de SET.
Para que SDD_0 seja desacionada é necessário que a contagem atinja o valor 7, pois então
a condição CT0 >= 7 será verdadeira e o contato da 3a network será ativado e executará o RESET da
bobina SDD_0.
Figura 5.20 – Implementando as comparações
g) Bits de CPU
Existem ainda contatos que tem funções definidas pelo fabricante do CLP e podem ser
chamados como bits especiais ou bits de CPU. Estes bits monitoram o sistema e podem: indicar o
primeiro ciclo de varredura; apresentar um contato sempre ativado ou sempre desativado; executar o
acionamento on-off de contatos em clocks de 1s, entre outras funções.
A Figura 5.21 mostra uma programação que faz o uso dos seguintes bits: BSL (bit sempre
ligado), BPC (bit de primeiro ciclo), BC1 (bit de clock de 1 segundo).
55
Neste exemplo as saídas acompanham o que ocorre nos contatos. Deste modo a saída
SDD_0 vai estar ativa apenas no primeiro ciclo de execução do CLP, e depois disto tanto o contato
BPC quanto a saída SDD_0 vão estar desativados.
A saída SDD_1 vai estar sempre ativa, pois o contato que aciona a bobina SDD_1 é o contato
de sempre ligado, bit (BSL).
A saída SDD_2 vai oscilar entre on e off, sendo 0,5s on e 0,5s off o tempo todo, pois o contato
que aciona a bobina SDD_2 é o contato de clock de 1 segundo, ou seja, este contato fica 0,5s ativado
e 0,5s desativado enquanto o programa estiver em modo RUN, de forma visual o LED de indicação
de acionamento da saída SDD_2 fica piscando.
Figura 5.21 – Implementando com os Bits de CPU
56
CAPÍTULO VI
6 Exemplos de programas
Uma implementação bastante utilizada em linguagem LADDER é a auto-retenção ou selo. As
Figuras 6.1a e 6.1b mostram acionamento de uma bobina que trava no ativada por meio do seu
próprio contato. Em ambos os casos, SDD_0 é ativado quando ocorre o acionamento do contato
END_0, e é desativado quando ocorre o acionamento do contato END_1.
Figura 6.1a - Prioridade para desativar Figura 6.1b - Prioridade para ativar
A diferença entre os acionamentos mostrados nas Figuras 6.1a e 6.1b ocorre quando os
contatos END_0 e END_1 são acionados ao mesmo tempo. Neste caso o para o programa
apresentado na figura 6.1a SDD_0 não ativa. Por outro lado, se no programa apresentado na figura
6.1b os 2 contatos END_0 e END_1 forem acionados ao mesmo tempo SDD_0 ativa.
O programa apresentado na Figura 6.2 executa uma comutação porque tem o objetivo de
ativar as saídas SDD_0 e SDD_1, contudo o fato de ativar uma delas implica que a outra é
desativada.
Figura 6.2 - Comutação
57
A Figura 6.3 mostra a programação de um sistema de alarme que identifica a primeira falha.
O programa mostra que as falhas são identificadas pelos contatos END_0, END_1 e END_2, e
quando uma delas é acionada ativa sua respectiva saída SDD_0, SDD_1 e SDD_2. Mostra também
que o primeiro contato acionado ativa a respectiva saída, e inibe o contato nas outras networks
impedindo o acionamento das outras saídas, em outras palavras, identifica qual foi o primeiro contato
acionado, primeira falha. Esta informação da primeira falha permanece armazenada até que se
acione o contato END_3.
Figura 6.3 - Primeira falha
O programa da Figura 6.4 mostra como gerar pulsos. O acionamento de SDD_0 alterna entre
o SET e o RESET a cada 5 segundos.
O temporizador TM0 executa a temporização enquanto o contato SDD_0 está resetado, ao
atingir o seu bit de status (após 5 segundos) o temporizador TM0 ativa, com o comando de SET, a
saída SDD_0, isto faz zerar o temporizador TM0 e iniciar a temporização em TM1. Do mesmo modo
no que a temporização atinge o bit de status de TM1 (após 5 segundos) a saída SDD_0 vai ser
desativada, e isto zera o temporizador TM1 e disparar novamente o temporizador TM0.
58
Neste exemplo o pulso que ocorre por meio de SDD_0 é de 5 segundos on e 5 segundos off,
contudo a troca de valores dos pre-set´s dos temporizadores permite gerar pulsos com tempo em on
diferente do tempo em off.
Figura 6.4 - Pulsos
As Figuras 6.5a e 6.5b apresentam programas que fazem o mesmo tipo de tarefa. Ambos
ativam a saída SDD_0 com o acionamento do contato END_0 e mantém a saída SDD_0 ativada
mesmo após o desacionar o contato END_0. Para desativar a saída SDD_0 é necessário o
acionamento do contato END_1. Este tipo de acionamento por meio da bobina SET e da bobina
RESET é utilizado para implementar o programa que executa o GRAFCET apresentado na Figura 5.8.
Figura 6.5a - Selo Figura 6.5b -SET e RESET
59
O programa que mostra a execução do GRAFCET da Figura 5.8 é apresentado nas Figuras
6.6, 6.7a e 6.7b. Neste programa as entradas discretas END_0, END_1, END_2 e END_3 são
representadas como BT_1, BT_2, BT_3 e BT_4, as saídas SDD_0, SDD_1, SDD_2 e SDD_3 são
representadas como LED_A, LED_B, LED_C e LED_D, e os contatos auxiliares que marcam as
Etapas CA1, CA2, CA3, CA4 e CA5 são representados como ETP1, ETP2, ETP3, ETP4 e ETP5,
(ETP- Etapa).
O programa apresentado na Figura 6.6 mostra acionamento das Etapas do GRAFCET. O bit
de primeiro ciclo BPC inicia as Etapas ativando a Etapa 1 e desativando da Etapa 2 a Etapa 5. Ao
acionar BT_1 a Etapa 2 é ativada e a Etapa 1 é desativada, ao ativar a Etapa 3 a Etapa 2 é
desativada, ou, ao ativar a Etapa 5 a Etapa 2 é desativada e assim sucessivamente executando a
seqüência das Etapas de acordo com as regras de evolução do GRAFCET (uma Etapa ativa por vez,
ao ativar a Etapa seguinte desativa-se a Etapa anterior).
Figura 6.6 - Acionamento das etapas
60
A Figura 6.7a mostra a execução das Ações do GRAFCET, ou seja, na Etapa 2 aciona o LED
A, na Etapa 3 aciona o LED B, na Etapa 4 aciona o LED C, na Etapa 5 aciona o LED D, vale lembrar
que como apenas uma Etapa está ativa por vez, apenas um acionamento deste ocorre por vez.
A Figura 6.7b mostra a habilitação dos temporizadores utilizados como condição de transição
da Etapa 3 para a etapa 4 (TM0) e da Etapa 4 para a Etapa 1 (TM1). Quando a Etapa 3 é ativada
ocorre a habilitação do temporizador TM0 que aos 10 segundo tem o seu bit de status acionado e faz
estar verdadeira a condição de transição da Etapa 3 para a Etapa 4. Ocorrendo esta mudança de
Etapa TM0 zera e TM1 é habilitado, após 5 segundos o TM1 ser habilitado torna-se verdadeira a
condição de transição da Etapa 4 para a Etapa 1, então TM1 zera e o ciclo se reinicia.
Figura 6.7a - Executando as ações Figura 6.7b - Habilitando os temporizadores
Os programas apresentados nas Figuras 6.6, 6.7a e 6.7b fazem parte de uma mesma
implementação, estão divididos em figuras para facilitar a explicação.
61
CAPÍTULO VII
7 Unidades analógicas
7.1 Sinal analógico
Os sinais analógicos são sinais que podem assumir qualquer valor dentro de uma faixa de
valores. Por exemplo, diferentemente do sinal discreto (que pode ser: zero ou um, on ou off), o sinal
analógico pode assumir qualquer valor dentro de uma faixa de operação de 0 a 10V, ou de 4 a 20 mA.
Sendo que o dispositivo que entrega este valor analógico para o CLP é o transdutor.
Deste modo cabe ao módulo analógico do CLP executar as conversões necessárias. O
módulo de entrada analógico executa a conversão A/D de modo que o sinal analógico proveniente do
transdutor é convertido em uma variável do tipo word para ser processado. Assim existe um endereço
de entrada que reflete o valor analógico presente no canal de entrada, neste texto trata-se este
endereço de entrada analógica como ENA (entrada analógica). O módulo de saída analógico executa
a conversão D/A para que depois de processado o valor de resposta do sistema possa ser entrega
para o processo contínuo em forma de sinal analógico também, ou seja, o sinal é tratado de forma
digital apenas no processamento feito pelo CLP. Neste texto o endereço de saída analógico é tratado
como SDA (saída analógica).
7.2 Entradas e saídas analógicas
A Figura 7.1 mostra o módulo analógico. O módulo apresentado é o EM 235, que é um
módulo de expansão do CLP S7 200 que foi apresentado no capítulo 2. Em destaque observa-se que,
neste módulo, os conectores referentes às entradas analógicas estão na parte superior do módulo, e
na parte inferior estão localizados os conectores de saída analógica e de alimentação.
62
Figura 7.1 Módulo analógico
Observando a Figura 7.2 é possível identificar os conectores da alimentação onde se deve
ligar a alimentação da Fonte de Alimentação, neste caso 24Vdc. Também é possível observar os
conectores do canal de saída analógico, este módulo possui apenas um canal de saída.
Figura 7.2 - Alimentação e módulo de saída analógica
63
A Figura 7.3 mostra os conectores dos canais de entrada analógicos. O módulo em questão
possui 4 canais analógicos de entrada. Neste texto trata-se os 4 endereços das entradas analógicas
como: canal A - ENA_0, canal B - ENA_1, canal C - ENA_2, canal D - ENA_3; e o endereço do canal
de saída é tratado como SDA_0. Vale ressaltar que estes endereços representam o endereço de
variáveis do tipo word.
Figura 7.3 - Módulo de entradas analógicas
A Figura 7.4 é uma figura que mostra como ocorre fisicamente a conexão entre o CLP e o
módulo analógico. Neste caso existe uma interface de conexão com o módulo de expansão na própria
CPU do CLP, como pode ser observado em destaque. Também pode ser observado, em destaque,
um selecionador da configuração do módulo. Esta configuração consiste em escolher a escala dos
valores de entrada dos canais analógicos, por exemplo, de 0 a 10V, ou de 0 a 50mV, ou ainda de 0 a
20mA, entre outros.
Figura 7.4 - CLP Conectado ao módulo analógico
64
As Figuras 7.5 e 7.6 mostram um exemplo de esquema de montagem que foi realizado no
sistema CLP - Módulo Analógico, sendo que tal situação tem fins didáticos para ilustrar as ligações.
Em substituição ao transdutor foi utilizada uma fonte de alimentação de 12Vdc, e para a comprovação
dos valores de saída foi utilizado um voltímetro (VOM).
O esquema de montagem apresentado na Figura 7.5 mostra as ligações elétricas que foram
feitas em todo o sistema: cabo de alimentação da Fonte de Alimentação, alimentação de 24Vdc para
a CPU e para o Módulo Analógico, conexão da fonte de 12Vdc no canal de entrada para simular o
transdutor, o VOM utilizado para acompanhar a variação da tensão na entrada, e o VOM para
monitorar o sinal de saída.
Figura 7.5 - Esquema de montagem do circuito de teste
65
A Figura 7.6 mostra fisicamente a montagem do esquema elétrico representado na Figura 7.5.
Figura 7.6 - Medições no canal de entrada e no canal de saída
A Figura 7.7 mostra um exemplo de programa que opera com os valores capturados pela
entrada analógica (ENA_0), e que envia o resultado de uma operação para a saída analógica
(SDA_0). Para a execução deste programa estão sendo utilizados os seguintes recursos: o bit de
CPU BSL (sempre ligado), operadores matemáticos de soma, divisão e multiplicação.
A operação matemática realizada consiste em: ajustar os valores capturados pelo canal de
entrada (ENA_0) de 0 a 32000 para 0 a 10, dividir este valor por 2 e somar 2 ao resultado da divisão.
Este resultado final é novamente ajustado para a escala de valores de 0 a 32000 antes de ser enviado
para o do canal de saída (SDA_0).
Também, como auxílio para as operações matemáticas, foram utilizadas as variáveis
auxiliares do tipo word V0, V1, V2, V3 e V4.
Figura 7.7 - Programa operando com os valores de entrada e de saída analógicos
66
7.3 Exemplos de aplicação
Esta capacidade do CLP trabalhar com variáveis analógicas permitiu um avanço em suas
aplicações e por isso atualmente o CLP passou a ser considerado como um Controlador
Programável, sendo capaz de implementar até funções mais complexas como, por exemplo, um
controle PID (proporcional-integral-derivativo).
Deste modo o CLP pode ser o controle de uma malha fechada que controla temperatura. A
Figura 7.8 ilustra esta malha fechada de controle de temperatura com o CLP.
Figura 7.8 - Programa operando com os valores de entrada e de saída analógicos
Observa-se que a variável controlada (temperatura) é monitorada pelo transdutor. Esta
variável assume qualquer valor dentro de uma faixa de operação (sinal analógico). Por meio de sua
interface analógica de entrada o CLP captura esta informação, digitaliza (conversor A/D), e executa a
operação de controle. Este controle pode ser desde um controle liga-desliga (controle on-off) até um
controle PID, o resultado da execução deste controle é um sinal elétrico que é enviado pela saída
analógica do CLP (conversão D/A) ao dispositivo atuador, neste caso pode ser um aquecedor ou um
refrigerador (pois se trata de um controle de temperatura). O objetivo geral do controle é manter o
valor de temperatura do sistema igual, ou o mais próximo desejável do set-point, que é o valor de
referência.
67
BIBLIOGRAFIA
BONACORSO, N. G., NOLL, V. :Automação Eletropneumática. 6a Edição. Editora Érica. São Paulo. 1997. GEORGINI, M.: Automação Aplicada: descrição e implementação dos sistemas sequenciais com PLC´s. 4a Edição. Editora Érica. São Paulo. 2003. NATALE, F.: Automação Industrial. 4a Edição. Editora Érica. São Paulo. 2000. ROSÁRIO, J. M.: Princípios de Mecatrônica. Editora Prentice-Hall. São Paulo. 2005 SIEMENS - www.siemens.com.br (Acesso em 07/12/2006) SILVEIRA, P. R., SANTOS, W. E.: Automação e Controle Discreto. 7a Edição. Editora Érica. São Paulo. 1998. THOMAZINI, D., ALBUQUERQUE, P. U. B.: Sensores Industriais. Fundamentos e Aplicações. 1a Edição. Editora Érica. São Paulo. 2005
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