Capitulo 006 - Logica Ladder - Utilizando Maquinas

Clube da eletrnica Automao e Controle

Automao e controle Autor: Clodoaldo Silva Reviso: 11jun2011.

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Parte 06 - Tcnicas de programao (mquina de estados)

MQUINA DE ESTADOS FINITO

Pode-se definir mquina de estado como sendo um modelo de comportamento de um determinado

processo, em nosso caso industrial. Uma mquina de estado composta por estados, transies e sadas.

Estado comporta-se como uma memria, ou seja, armazena todas as informaes sobre as sadas em um determinado momento.

Transio a condio para que ocorra a mudana de um estado para outro. Sada descreve a atividade que deve ser realizada num determinado estado.

A mquina de estado representada por um diagrama bastante simplificado, conhecido como diagrama de

transio de estado, que tem como objetivo facilitar o entendimento de qualquer pessoa interessada no

processo.

O objetivo deste material demonstrar com exemplos como a mquina de estado reproduz fielmente todas

as etapas idealizadas pelo projetista.

Sistema seqencial simples controle de trfego (Resolvido)

Para que um programa faa o que voc quer, voc deve dizer o que ele deve fazer, sem omitir qualquer

passo. Para explicar a mquina de estado primeiramente faremos um sistema lgico simples e conhecido

por todos, trata-se de um controle de trafego. A figura abaixo ilustra a idia proposta.



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Descrio de funcionamento

O semforo ter incio quando um boto (BL) tipo push button for acionado, dar-se- ento incio ao ciclo.

O tempo (T) ficar a critrio do operador e o sistema poder ser desligado em qualquer momento atravs de

um boto (BD), tambm push button.

Definio de entradas e sadas (I/O)

Entradas e sadas (E/S) ou input/output (I/O) so termos comuns na automao, isso porque, em todo

sistema h necessidade da insero de informaes (I), que devem se processadas atravs de uma

unidade central de processamento (CPU) e enviadas s sadas (O), para que uma determinada ao,

previamente programada, seja tomada.

Lista de entradas e sadas (I/O) para o semforo

Entradas Sadas Semforo 1 Sadas Semforo 2 Boto liga = I0 Vermelho 1 = O0 Vermelho 2 = O3 Boto desliga = I1 Amarelo 1 = O1 Amarelo 2 = O4 Verde 1 = O2 Verde 2 = O5

Elaborao da mquina de estado

O objetivo da mquina de estados modelar atravs do diagrama de estado o comportamento do projeto,

no caso, o controle de trafego. Sua representao feita com detalhes a fim de facilitar o entendimento.

Abaixo, sua representao j aplicada ao semforo.



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Explicao detalhada

Estado 00 Representa o estado inicial da mquina, ou seja, todas as sadas esto desligadas.

1 Transio Para que o sistema mude de um estado para outro, necessrio que haja a incerso de informaes, em nosso caso, estado 01 s ser ligado se BL for acionado.

Estado 01 Representa o estado aps o recebimento da informao, neste caso, as lmpadas vermelho 01 e Verde 02 estaro em nvel alto, ou seja, acesas enquanto que as outras estaro apagadas.

2 Transio O estado 01 permanecer at que termine o tempo previamente estabelecido pelo projetista, neste caso, o tempo representa uma transio e por conseqncia uma entrada. Estado 02 Ao terminar o tempo estabelecido na 2 transio, haver mudana do estado 01 para o estado 02 e assim, suas sadas sero acionadas, neste caso, as lmpadas vermelho 01 e amarelo 02

estaro em nvel alto, ou seja, acesas enquanto que as outras estaro apagadas.

3 Transio Mais um tempo necessrio para que ocorra a mudana de estado, ou seja, s mudar do estado 02 para o estado 03 no final do se o podendo , O estado 01 permanecer at que termine o tempo

estabelecido no programa.



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Estado 03 Ao final da 2 transio, o estado 03 acionado, e com ele as lmpadas verde 01 e vermelho 02 estaro em nvel alto, ou seja, acesas enquanto que as outras estaro apagadas.

4 Transio Mais um tempo necessrio para que ocorra a mudana de estado, ou seja, s mudar do estado 03 para o estado 04 no final do tempo estabelecido no programa.

Estado 04 Ao final da 3 transio, o estado 04 acionado, e com ele as lmpadas amarelo 01 e vermelho 02 estaro em nvel alto, ou seja, acesas enquanto que as outras estaro apagadas. 5 Transio Um ltimo tempo necessrio para que o processo reinicie, ou seja, volta ao estado 01 e o ciclo recomea. 6 Transio A 6 transio tem funo de parar o sistema. Note que todos os estados sero desligados simultaneamente.

O Programa ladder

O programa ladder deve ser fiel a mquina de estados e se esta ltima for perfeita o programa tambm

ser.

Detalhes da lgica Ladder

Lgica 01 Cada estado de seu sistema deve ser associado a um contato auxiliar (R). Como na mquina h quatros estados, temos assim, quatro contatos auxiliares, ligando o estado inicial (tudo desligado).

Lgica 02 Se o estado inicial (R0) estiver acionado e se o Boto (push button) liga (BL) for pressionado setado o estado (R1) e resetado o estado (R0).

Lgica 03 Se o estado (R1) estiver setado dar-se- inicio a contagem de tempo (T1) e ao final o estado (R2) ser setado e (R1) ressetado.




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Lgica 06 Se o estado (R4) estiver setado dar-se- inicio a contagem de tempo (T4) e ao final o estado (R1) ser setado e (R4) ressetado. O ciclo recomea.

Lgica 07 Se o boto (push button) for pressionado todos os estados (R1), (R2), (R3) e (R4) sero ressetados.

Lgica 08 Acionando a sada vermelha do semforo 01 (VM1). Observando a mquina de estado note que a sada vermelho 01 est em nvel lgico alto nos estados (R1) e (R2). Assim, os estados (R1) ou (R2) devem acionar a sada (VM1).



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Lgica 09 Acionando a sada amarela do semforo 01 (AM1). Observando a mquina de estado note que a sada amarela 01 est em nvel lgico alto somente no estado (R4). Assim, o estado R4 deve acionar a sada (AM1).

Lgica 10 Acionando a sada verde do semforo 01 (VD1). Observando a mquina de estado note que a sada verde 01 est em nvel lgico alto somente no estado (R3). Assim, o estado R3 deve acionar a sada (VD1).

Lgica 11 Acionando a sada vermelha do semforo 02 (VM2). Observando a mquina de estado note que a sada vermelha 02 est em nvel lgico alto nos estados (R3) e (R4). Assim, o estado os estados (R3) ou (R4) devem acionar a sada (VM2).

Lgica 12 Acionando a sada amarela 02 do semforo 02 (AM2). Observando a mquina de estado note que a sada amarela 02 est em nvel lgico alto somente no estado (R2). Assim, o estado o estado (R2) deve acionar a sada (AM2).

Lgica 13 Acionando a sada verde 02 do semforo 02 (VD2). Observando a mquina de estado note que a sada amarela 02 est em nvel lgico alto somente no estado (R1). Assim, o estado o estado (R1) deve acionar a sada (VD2).

Lgica 14 Fim de programa.



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Praticando... Deseja-se implementar um sistema de controle para semforos para veculos e pedestres, como mostrado

no esquema:

Descrio de funcionamento: O circuito iniciado quando o boto de Liga (BL) tipo push button acionado, dar-se- ento, o incio ao ciclo. O tempo fica a critrio do projetista tomando cuidado para que no ocorram choques ou

atropelamentos. Um boto de desliga (BD) tipo push button tambm deve ser implementado. Etapas para relatrio do projeto Descrio funcional (apontar possveis falhas no processo e soluciona-las); Identificar as variveis e criar a lista de entradas e sadas; Fazer o diagrama de estado da soluo proposta; Implementar no Kit do Zap500 (no esquecer dos comentrios); e



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Mensagens na IHM do CLP

Hoje, praticamente todos os fabricantes de CLP (Controladores lgicos programveis) disponibilizam a IHM

(Interface Homem Mquina) como acessrio opcional que, diga-se de passagem, agrega bastante valor ao

CLP.

Normalmente a IHM consiste de um teclado para entrada de dados e uma tela (display) para visualizao

das informaes pertinentes ao sistema. Abaixo, um exemplo resolvido ilustra o uso das mensagens na

IHM.

Agitador de produtos (Resolvido) Deseja-se implementar o sistema de controle do esquema abaixo:

Descrio de funcionamento Ao pressionar o boto liga (BL), dar-se- incio ao processo abrindo simultaneamente as vlvulas de entrada VEP1 e VEP2; quando o sensor de nvel alto (SNA) for atingido, automaticamente as vlvulas de entrada se fecham e o motor agitador funciona por 10 segundos; A vlvula de sada (VS) ser aberta e o



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lquido escoar at que o sensor de nvel baixo (SNB) seja atingido, ento o ciclo recomea. Pressionando o boto desliga (BD) o processo ser interrompido. Etapas para elaborao do projeto

Definir o problema corrigindo possveis falhas no processo.

Identificar as variveis e criar a lista de entradas e sadas.

Montar o diagrama de estado da soluo proposta.

Implementar no Kit do Zap500 (no esquecer dos comentrios e identificao das variveis)

Soluo: Definio de entradas e sadas (I/O) As entradas so as condies (transies) impostas pelo projetista para ocorra uma mudana de estado, e

as sadas so os atuadores, ou seja, os que executaro algo se uma determinada condio for atingida. No

projeto a ser implementado as entradas e as sadas, so:

Entradas Sadas 9 BL = Boto de liga 9 VEP1 = Vlvula de entrada do produto 1 9 BD = Boto de desliga 9 VEP2 = Vlvula de entrada do produto 2 9 SNA = Sensor de nvel alto 9 MA = Motor agitador 9 SNB = Sensor de nvel baixo 9 VS = Vlvula de sada. Mquina de estados



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O programa ladder com comentrios



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Energizando as sadas.

Praticando... Elabore em ladder um programa capaz de partir o motor em Y (exibir mensagem TENSO 127V) e aps 3 segundos comut-lo automaticamente para (exibir mensagem TENSO 220V). O diagrama de fora esta representado abaixo.



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Elabore em ladder uma partida direta reversa, exibindo as seguintes mensagens (SENTIDO HORRIO e SENTIDO ANTI-HORRIO). O diagrama de comando e de fora est representado abaixo.

Blocos contadores UP (crescente) e UP/DOWN (crescente e decrescente)

So blocos destinados contar um determinado nmero de transies ocorridas na entrada conta. Ele

conta o nmero de transies at um valor fornecido pelo usurio como parmetro. A sada indica o fim da

contagem. Os contadores podem ser UP e UP/DOWN, vejamos:

Contador UP (crescente)



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Contador UP (crescente)/DOWN(decrescente)

Os parmetros P1 e P2 so iguais para ambos os contadores sendo:

P1 representa o valor corrente da contagem e deve ser obrigatoriamente uma memria inteira (M).

P2 representa o valor limite da contagem e pode ser memria inteira (M) ou constante inteira (K).

Praticando... O projeto abaixo tem o objetivo didtico, onde o aluno dever entender o sistema descrito e automatiz-lo.



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Descrio de funcionamento Pressionando o boto liga (BL) as garrafas comearo a entrar (processo no descrito) por uma esteira

secundria (EG) . Haver um controle de garrafas que ser colocada sobre o suporte, em cada suporte haver 10

garrafas, que sero contadas por intermdio de um sensor (SCG). Assim que as dez garrafas estiverem no suporte, a esteira se movimentar atravs de um motor (ME); O motor da esteira ir parar assim que o suporte atingir o sensor de enchimento (SEG); Atingido o SEG, dever acionar o motor de controle de descida da mquina que encher as garrafas

(MEG) que dever ficar baixo por 5 segundos (tempo para enchimento da garrafa) e retornar a sua posio de origem aguardando prximo suporte.

Assim o motor da esteira ligar novamente at chegar no sensor de tampa (SCT) que dever acionar o

motor de controle de descida da segunda mquina que ser responsvel por colocar a tampa esse processo levar 2 segundos e retornar a sua posio de origem aguardando prximo suporte.

Novamente a esteira ser ligada e chegar o sensor de prega de rtulo (SPR) que dever acionar o

motor de controle de descida da segunda mquina que ser responsvel pela colocao do rotulo esse processo levar 3 segundos e retornar a sua posio de origem aguardando prximo suporte.

Assim que o rtulo for colocado a esteira se movimentar novamente at encontrar um sensor de sada

de garrafas (SSG), onde um brao mecnico ir retirar as garrafas do suporte, para coloca-las em uma caixa. O tempo de retirada ser de aproximadamente 3s.

A esteira liga novamente levando o suporte para a origem (SPI) que aguardar outras garrafas. Importante: O sistema dever ser ligado por intermdio de um boto de liga (BL) e desligado atravs de um boto

desliga (BD). (Usar IHM) Assim que o sistema for ligado as garrafas sero inseridas em um suporte, dando inicio a contagem. O processo acima passivo pode ser melhorado, aceitando sugestes do projetista. Verifique se h erros no processo e aponte solues. Etapas seguir: a) Identificar as variveis e criar a lista de E/S. b) Fazer os diagramas de estado, fluxograma, etc. da soluo proposta. c) Implementar no Kit do Zap500 (utilizar IHM para monitorar sadas)



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Blocos matemticos Como o prprio nome diz estes blocos realizam operaes matemticas como Adio (ADD), Subtrao (SUB), Multiplicao (MUL) e Diviso (DIV). As operaes so realizadas entre os operandos P1 e P2 que podem ser Memria inteira (M), Memria real (D), Constante inteira (K), ou constante real (Q) armazenando o resultado em P3 que pode ser uma memria Inteira (M) ou real (D).

Alm de realizar as operaes bsicas o SPDS-W tambm disponibiliza outros blocos que so: Extrator de raiz quadrada

Log na base de 10



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Exponenciao

Potenciao

Praticando... 1- Sabendo-se que o timer possui uma base de tempo de 10ms. Elabore um programa capaz de converter o valor apresentado na memria do timer em segundos, e o apresente no display.



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3- Deseja-se implementar um sistema para envase de produtos, conforme ilustrado na figura abaixo:

Descrio de funcionamento: Ao pressionar o boto de Liga (BL), dar incio ao processo e a esteira (ME) ser ligada e s pra quando a caixa chegar posio de envase, dado pelo sensor de posio da caixa (SPC), neste momento, abre-se a vlvula de envase (VE) liberando o produto que ter seu nvel controlado pelo sensor (SNP) e assim que este nvel for alcanado liga-se novamente a esteira at que uma nova caixa chegue a posio de envase. Condio de partida: O sistema s ligar se a tampa de proteo estiver fechada, ou seja, se o sensor de proteo (SPR) estiver acionado. Pressionando o boto de desliga (BD) o ciclo ser interrompido. 1- Defina as entradas e sadas (I/O) relacionando a sigla com o contato do CLP. 2- Fazer o diagrama de estado da soluo proposta. 3- Fazer programa ladder da soluo proposta.



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Trabalhando com variveis analgicas Os Controladores Lgicos Programveis so equipamentos digitais, ou seja, s entendem 0 e 1, porm a

grande maioria deles possui internamente conversores AD (entrada de sinais) e DA (sada de sinais) na

maioria dos casos estes conversores so de 10 bits.

Os controladores lgicos so preparados para receber ou enviar sinais em tenso (tipicamente 0 a 10V) ou

em corrente (tipicamente 4 a 20mA), cabendo ao usurio uma consulta ao manual do fabricante.

Segue um exemplo onde o valor corrente do operador E0 ser transferido para a memria M0.

Blocos comparadores (=, , , =, , = e &) Comparar duas variveis e tomar deciso sem dvida de extrema importncia para automao. Os CLPs

disponibilizam vrios blocos para este fim. Vejamos alguns exemplos:

Outros blocos de comparao P1 Igual a P2 (P1 = P2) O objetivo destes elementos realizar a comparao entre operadores. Esta comparao do tipo que verifica se o operando P1 igual ao operando P2 Para inseri-lo no programa deve-se posicionar o cursor na posio desejada, selecionar no menu esquerda o grupo "Comparao" e clicar no boto correspondente.



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P1 diferente de P2 (P1 P2) O objetivo destes elementos realizar a comparao entre operadores. Esta comparao do tipo que verifica se o operando P1 diferente do operando P2. Para inseri-lo no programa deve-se posicionar o cursor na posio desejada, selecionar no menu esquerda o grupo "Comparao" e clicar no boto correspondente. P1 maior que P2 (P1 > P2) O objetivo destes elementos realizar a comparao entre operadores. Esta comparao do tipo que verifica se o operando P1 maior que o operando P2. Para inseri-lo no programa deve-se posicionar o cursor na posio desejada, selecionar no menu esquerda o grupo "Comparao" e clicar no boto correspondente. P1 maior ou igual a P2 (P1 >= P2) O objetivo destes elementos realizar a comparao entre operadores. Esta comparao do tipo que verifica se o operando P1 maior ou igual ao operando P2. Para inseri-lo no programa deve-se posicionar o cursor na posio desejada, selecionar no menu esquerda o grupo "Comparao" e clicar no boto correspondente. P1 menor que P2 (P1 < P2) O objetivo destes elementos realizar a comparao entre operadores. Esta comparao do tipo que verifica se o operando P1 menor que o operando P2. Para inseri-lo no programa deve-se posicionar o cursor na posio desejada, selecionar no menu esquerda o grupo "Comparao" e clicar no boto correspondente. P1 menor ou igual a P2 (P1



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2- Deseja-se programar um sistema para furao de peas, conforme ilustrado na figura abaixo:

Descrio de funcionamento:

Ao pressionar o boto de Liga (BL), dar inicio ao processo e a esteira (ME) ser ligada e s para quando a pea chegar posio de furo, dada pelo sensor de furo (SPF), neste momento, o motor de furo (MF) e o motor de descida da broca (MDB) sero acionados at que o furo esteja completo, dado pelo sensor de descida da broca (SDB), neste momento, acionado o motor de subida da broca (MSB). Deve-se manter o motor de furo acionado para que a broca no quebre. Quando o sensor de subida da broca (SSB) for alcanado o sistema recomea.

Condies de partida: O processo s ter incio se a broca estiver na posio alta, assim se estiver baixa ela dever subir. Se estiver quebrada fica esperando a troca e o sistema no liga.

1- Defina as entradas e sadas (I/O) relacionando a sigla com o contato do CLP. 2- Fazer o diagrama de estado da soluo proposta. 3- Fazer programa ladder da soluo proposta (utilizar comentrios)



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Projeto mquina de corte automatizada

Deseja-se projetar uma serra automatizada, vejamos os critrios do cliente.

Descrio de funcionamento

Coloca-se manualmente uma pea de 10 metros na mquina, um sensor detecta a presena da pea (SPP) se este for 1 e o boto liga (BL) for pressionado, ou seja, 1 a mquina liga, caso contrrio, acender uma lmpada (L) e na IHM dever ser exibida a seguinte mensagem (COLOQUE A PEA). Uma vez BL e SPP = 1, liga o atuador de empurra pea (AEP) at que a pea encontre o sensor de posio de corte (SPC), neste momento, desliga o (AEP) e liga o atuador prensa pea (APP), aps 1 segundo liga a SERRA e o atuador da serra (AS) que ficaro acionados at que o sensor de fim de corte (SFC) seja alcanado e ento aciona o atuador de retirada da pea (ARP) e o atuador que empurra a pea para corte (AEP). Quando a dcima pea passar pelo sensor (SCP) a lmpada (L) acender e a mensagem (COLOQUE A PEA) aparecer novamente.

Etapas para elaborao do projeto

Definir o problema corrigindo possveis falhas no processo.

Identificar as variveis e criar a lista de entradas e sadas.

Montar o diagrama de estado da soluo proposta.

Implementar no Kit do Zap500 (no esquecer dos comentrios e identificao das variveis)



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Teste de estanqueidade Coloca-se o frasco manualmente na posio de teste, pressiona-se os botes de teste simultaneamente

(push button), o cilindro avana, depois de 1 segundo injeta-se ar (5 bar) por 4s, desliga-se o ar, o sensor

mede a presso por um tempo de 5s), e se neste tempo a presso cair o franco ser rejeitado (exibir

mensagem no display: FRASCO RUIM), se estiver no cair neste intervalo de tempo o frasco esta bom (exibir mensagem no display: FRASCO BOM).

Toda idia brilhante de hoje j foi uma idia impraticvel no passado. Bill Gates.

www.clubedaeletronica.com.br

Referncias bibliogrficas: Circuitos digitais, Autor: Antonio Carlos de Oliveira Loureno, Ed. rica. http://www.plcopen.org/pages/tc1_standards/iec_1131_or_61131/ http://www.cpdee.ufmg.br/~carmela/NORMA%20IEC%201131.doc http://www.software.rockwell.com/corporate/reference/Iec1131/ http://www.plcopen.org/ http://www.lme.usp.br/~fonseca/psi2562%20aula%206%20IHM.pdf http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18133/tde-11072002-085859/ http://www.redenet.edu.br/publicacoes/arquivos/20080108_144615_INDU-058.pdf http://www.corradi.junior.nom.br/modCLP.pdf http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Download/DownloadFiles/

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