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Automação Industrial

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CLP

1 Introdução

Na década de 60, o aumento da competitividade fez com que a indústria automotiva melhorasse o desempenho de suas linhas de produção, aumentando tanto a qualidade como a produtividade. Fazia-se necessário encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a relés. Uma saída, possível, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no computador.

Assim, em 1968, a divisão Hydramatic da GM determinou os critérios para projeto do PLC, sendo que o primeiro dispositivo a atender às especificações foi desenvolvido pela Gould Modicion em 1969.

As principais características desejadas nos novos equipamentos de estado sólido, com a flexibilidade dos computadores, eram:

Preço competitivo com o sistema a relés; Dispositivos de entrada e de saída facilmente substituíveis; Funcionamento em ambiente industrial (vibração, calor, poeira, ruído); Facilidade de programação e manutenção por técnicos e engenheiros; Repetibilidade de operação e uso.

Inicialmente, os PLCs eram chamados PCs – Programmable Contrllers, mas com o advento dos computadores pessoais (PCs – Personal Computers), convencionou-se PLCs para evitar conflitos de nomenclatura. Originalmente os PLCs foram usados em aplicações de controle discreto (on/off – liga/desliga), como os sistemas a relés, porém eram facilmente instalados, economizando espaço e energia, alem de possuírem indicadores de diagnósticos que facilitavam a manutenção. Uma eventual necessidade de alteração na lógica de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com mudanças no programa, sem necessidade de alteração nas ligações elétricas.

A década de 70 marca uma fase de grande aprimoramento dos PLCs. Com as inovações tecnológicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um grau também maior de inteligência, os Controladores Lógicos Programáveis incorporam:

1972. Funções de temporização e contagem;

1973. Operações aritméticas, manipulação de dados e comunicação com computadores;

1974. Comunicação com Interfaces Homem - Maquina;

1975. Maior capacidade de memória, controles analógicos e controles PID;

1979/80. Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de posicionamento.

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Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, fazendo do PLC um dos equipamentos mais atraentes na Automação Industrial. A possibilidade de comunicação em rede (1981) é hoje uma característica indispensável na industria. Além dessa evolução tecnológica, foi atingido um alto grau de integração, tanto no numero de pontos como no tamanho físico, que possibilitou o fornecimento de minis e micros PLCs ( a partir de 1982).

Atualmente, Os PLCs apresentam as seguintes características: Módulos de I/O de alta densidade (grande numero de pontos I/O por

módulo); Módulos remotos controlados por uma mesma CPU; Módulos inteligentes (co-processadores que permitem realização de

tarefas complexas: Controle de PID, posicionamento de eixos, transmissão via radio ou modem, leitura de código de barras);

Softwares de programação em ambiente Windows (facilidade de programação);

E muitos outros mais.

2 Arquitetura básica de um PLC

O PLC, propriamente dito, significa program logic control. Traduzido para o português, o PLC significa Controlador Lógico Programável também chamado de CLP .

A CPU de um PLC compreende os elementos que formam a “inteligência” do sistema: O Processador e o Sistema de Memória por meio do Programa de Execução (desenvolvido pelo fabricante) interpretam e executam o Programa de Aplicação (desenvolvido pelo usuário), e gerencia todo o sistema. Os circuitos auxiliares de controle atuam sobre os barramentos de dados (data bus), de endereços (address bus) e de controle (control bus), conforme solicitado pelo processador, de forma similar a um sistema convencional baseado em microprocessador.

Abaixo, podemos ver a arquitetura básica de um PLC:

Entradas Digitais: São entradas que recebem sinais que assumem apenas 2 níveis, 0 e 1, 0v ou 5v, 0v ou 24v, 0v ou 220v. Estes sinais podem vir chaves fim de curso, botões de paines elétricos, sensores do tipo ON/OFF, etc.

Entradas Analógicas: São entradas que recebem sinais que podem assumir vários valores dentro de uma faixa determinada de tensão ou controle. Estes sinais podem vir de sensores de temperatura, velocidade, nível, e que


sejam proporcionais, ou seja, enviam um sinal que varia de 0v a 10v, por exemplo, para informar a temperatura exata do processo naquele instante.

Saídas Digitais: São saídas que enviam sinais que podem assumir apenas 2 níveis de tensão, 0v ou 24v, por exemplo, e podem ser utilizados para acionar um motor, uma bomba, etc.

Saídas Analógicas: São saídas que enviam sinais que podem assumir vários níveis de tensão dentro de uma determinada faixa, por exemplo 0v a 10v. Podem ser utilizados para controlar a velocidade do motor à abertura de uma válvula proporcional, etc.

Software: Existem vários fabricantes de PLC , e cada um tem o seu próprio software com suas particulariedades , como por exemplo a forma de dar nomes a cada entrada que podem ser:

I32.0 , I32.1 .... I32.7 , I33.0 ...I33.7 ( padrão Siemens ) E0.0 , E0.1... E0.7, E1.0 , ... E1.7 ( padrão Altus )I0 , I1 , I2 ( padrão WEG )%I0.0 , %I0.1 , %I0.2 ( padrão Telemecanique )

mas quando o assunto é programação existem 03 formas básicas de programar em PLC : Ladder (linguagem de contatos) , Blocos , Lista de instruções ( semelhante a Assembly ) , em todos os PLC modernos existem estas formas de programação , variando alguns recursos que alguns fabricantes tem a mais , a forma de programar é idêntica , portanto se você souber programar bem em um determinado fabricante , para programar em PLC´s de outros fabricantes não será difícil . Como a linguagem em Ladder é a mais utilizada , vamos durante o curso utiliza-la .

3 Esquema elétrico de ligação no PLC

O esquema elétrico é quem irá informar o que está ligado em cada entrada e em cada saída do PLC , no desenho abaixo temos várias chaves ligadas nas entradas digitais ( que poderiam ser sensores do tipo ON OFF termostatos ou pressostatos ) , e lâmpadas ligadas nas saídas digitais ( que poderiam ser motores , bombas , travas )

Dizemos que uma determinada entrada está atuada , quando o componente ligado a ela permite que a tensão de 24v chegue até esta entrada . E que uma determinada saída está atuada quando esta saída libera , permite que saia 24 v para alimentar o que estiver ligado a ela .


4 Linguagem Ladder

Esta linguagem é baseada na linguagem de contatos de relés , que já era muito utilizada para automatizar máquinas antes da invenção dos PLC´s .

Simbologia básica :

4.1 Programas básicos em Ladder

Circuito Liga : Ao pressionar B1 a entrada I1 será atuada ( receberá 24v ) e portanto onde tiver o contato de I1 no programa deverá mudar de estado , neste caso ele ficará fechado habilitando a saída Q1 ( liberando 24v para acender L1 )

Circuito Desliga : basicamente é o inverso do anterior , antes de B1 ser pressionada L2 está acesa , mas quando B1 for pressionada L2 irá apagar .

Lógica Selo : sem que B3 ou B4 sejam pressionados L5 estará apagada , mas quando B3 for pressionada atuará I3 que fará a saída Q5 ser atuada , uma vez que a saída Q5 foi atuada o contato de Q5 será fechado fazendo com que esta saída continue atuada mesmo que o botão B3 seja solta . E esta saída só voltará a ficar desligada se B4 for pressionado . Portanto numa lógica selo sempre teremos um contato responsável por ligar a saída e outro para desliga-la , neste caso B3 tem a função de ligar L5 e B4 a de desliga-lo .


Lógica OU : L3 irá acender se B1 ou B3 forem pressionados ou os 02 botões

Lógica E : L4 só irá acender se B1 e B2 forem pressionados ao mesmo tempo

4.2 Principais programas de Intertravamento em Ladder

Programa 1 : neste programa se B1 for pressionado L1 acende e impede que L2 seja aceso , e se B2 for pressionado L2 acende e impede que L1 seja aceso . A tabela ao lado do programa em Ladder é chamada de Tabela da Verdade , onde temos B1 e B2 nas entradas e L1 e L2 nas saídas . Quando temos 0 nas entradas significa que as entradas não estão atuadas , ou seja neste caso que os botões não estão pressionados , e quando temos 1 significa que as entradas estão atuadas , ou seja neste caso que os botões estão pressionados . Quando temos 0 na saída significa que que esta saída não está acionada , ou seja , neste caso aquela lâmpada que está ligada a esta saída não estará acesa , e quando temos 1 , significa que a saída está acionada , ou seja , neste caso a lâmpada que estiver ligada a esta saída irá acender .

Programa 2 : este programa é semelhante ao anterior só que foi acrecentado a lógica de selo , onde se B1 for pressionado L1 irá acender e


B1 B2 L1 L20 0 0 01 0 1 00 0 0 00 1 0 10 0 0 01 1 0 0

permanecerá acesa mesmo que B1 seja solta , e só irá apagar se B2 ou B3 for pressionada .

Programa 3 : observe que a diferença neste programa como anterior é pequena mas observe na Tabela da Verdade como mudou o funcionamento do circuito


B1 B2 B3 L1 L20 0 0 0 01 0 0 1 00 0 0 1 00 1 0 0 10 0 0 0 10 0 1 0 00 0 0 0 00 1 0 0 11 1 0 0 0

B1 B2 B3 L1 L20 0 0 0 01 0 0 1 00 0 0 1 00 1 0 1 00 0 0 1 00 0 1 0 00 0 0 0 00 1 0 0 11 1 0 0 1

Para que serve a linguagem de programação?

O funcionamento de uma CLP programável é determinado por um programa armazenado na sua memória. Esse programa é uma sucessão de instruções que o CLP vai realizar e que pode ser escrito em várias linguagens como a linguagem em diagrama de contatos e a linguagem em lista de instruções.

Linguagens de programação

Vamos aplicar as linguagens de programação a um exemplo de um circuito elétrico muito simples:

“a” , “b” – interruptores – entradas“s” – bobina - saída

Função lógica: s = a + b

A linguagem em diagrama de contatos (Ladder Diagram – LD) permite escrever as instruções do programa do CLP sob forma gráfica. .

Este tipo de linguagem de programação é utilizado na maioria dos CLPs pelo fato de apresentar semelhança com os esquemas de relés utilizados na automação industriail.

A linguagem em lista de instruções (Instruction List – IL) permite escrever um programa sob forma de linhas de programas. Cada linha de programa é uma instrução que o CLP compreende.

Linhas do programa Instrução (memórias) Operando0 Load LD a1 Or OR b2 Out OUT s

NOTA:Memórias são abreviaturas das palavras que designam as instruções.As instruções, sob a forma de memórias, variam ligeiramente conforme o fabricante do CLP.As variáveis de entrada “a”, “b” e de saída “s” serão substituídas pelos códigos referentes às entradas e saídas dos respectivos CLPs.


a

b

s

a

b

s

Operadores lógicos elementares

Exercício nº1

Operador E (AND)

Descrição: Circuito série

Pretende-se que a saída 0100 esteja activa (ON), quando e só quando a entrada 0000 esteja activa (ON) e a entrada 0002 esteja também activa (ON).

Diagrama de contatos:

Lista de instruções:

NOTAS:

LD – Load – Inicia uma linha lógica ou bloco lógico.

AND – Ligação série de contatos abertos.

OUT – Instrução de saída de linha.

É obrigatório terminar qualquer programa com a instrução END, acessível na consola de programação.


(0000)

(0002)

(0100)

0000 0002

0100

Exercício nº2

Operador E (AND)

Descrição: Circuito série

Pretende-se que a saída 0100 esteja activa (ON), quando e só quando a entrada 0000 esteja activa (ON) e a entrada 0001 esteja inactiva (OFF).



NOTAS:

AND NOT – Ligação série de contatos fechados.

Para obter o operador AND NOT é necessário premir sucessivamente as teclas AND e NOT da consola de programação.


Exercício nº3

Operador OU (OR)

Descrição: Circuito paralelo

Pretende-se que a saída 0100 esteja activa (ON), quando a entrada 0000 esteja activa (ON) ou a entrada 0001 esteja activa (ON).



NOTA:

OR – Ligação paralelo de contacto aberto.


(0000) (0001)

(0100)

0000 0001

0100

Exercício nº4

Descrição: Circuito paralelo – série

Pretende-se comandar o arranque e a paragem de um motor assíncrono trifásico, através de dois botões S1 (arranque) e S0 (paragem). A acção sobre o botão S1, leva ao arranque do motor, mantendo-se nessa situação até uma ordem de paragem por acção no botão S0.

Comandar o contactor de potência, através da saída 0101.



NOTAS:

A manutenção do estado de ligado, mesmo quando o botão S1 regressa à posição de aberto, torna-se possível graça à auto-alimentação promovida pelo bit de saída (0101).

O número de saída OUT é fixo, pelo que não se pode repetir um mesmo número de saída, no entanto, o número de contatos associados a cada uma das saídas (tanto abertos como fechados) é ilimitado.


Número de linha Código de operação Operando

00000001000200030004

LDORAND NOTOUTEND

0101000000010101

Exercício nº5

Descrição: Pretende-se implementar no CLP, a seguinte expressão booleana:

S = (A . B + A ). C

Arbitrariamente, associaremos a cada uma das três variáveis de entrada A, B e C, as entradas, 0000, 0001 e 0002 e a saída 0105.




000000010002000300040005

LDANDORANDOUTEND

00000001000000020105

NOTA:

O número de contatos abertos ou fechados que se podem utilizar num programa por cada uma das entradas é ilimitado, isto é, pode-se repetir o mesmo número de contacto (aberto ou fechado) quantas vezes quisermos.


A

A

B C

0000

0000

0001 0002

0105S

Blocos Lógicos – Instrução OR LD

Exercício nº 6

Descrição: Pretende-se implementar no CLP, a seguinte expressão booleana:

S = (A . B + A . B). C

Arbitrariamente, associaremos a cada uma das três variáveis de entrada A, B e C, as entradas 0000, 0001 e 0002 e a saída 0105.




00000001000200030004000500060007

LDANDLDANDOR LDANDOUTEND

0000000100000001

00020105

NOTAS:

Um bloco lógico inicia-se sempre com a instrução LD.


A

A

B C

0000

0000

0001 0002

0105S

B

0001

A instrução OR LD permite realizar o paralelo de dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um OR lógico entre dois blocos.


Exercício nº 7




0000000100020003000400050006000700080009

LDAND NOTLD NOTAND NOTOR LDLDANDOR LDOUTEND

0000000100020003

00040005

0101

NOTAS:


Um bloco lógico inicia-se sempre com a instrução LD.A instrução OR LD permite realizar o paralelo de dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um OR lógico entre dois blocos.

Blocos Lógicos – Instrução AND LD

Exercício nº 8

Diagrama de contatos: Circuito série – paralelo



000000010002000300040005000600070008

LDAND NOTLD ANDORORAND LDOUTEND

000000010002000300040005

0101

NOTAS:


Um bloco lógico inicia-se sempre com a instrução LD.A instrução AND LD permite ligar em série dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um AND lógico entre dois blocos.

Blocos Lógicos – Instruções OR LD e AND LD

Exercício nº 9

Em circuitos lógicos com alguma complexidade, e uma vez que este modelo de CLP não faz uso de parêntesis, utilizam-se instruções AND LD e OR LD que associam blocos lógicos.

Diagrama de contatos: Circuito série – paralelo



0000000100020003000400050006000700080009

LD NOTANDLD ANDLD NOTANDOR LDAND LDOUTEND

000000010002000300040005

0101


NOTAS:

Um bloco lógico inicia-se sempre com a instrução LD.A instrução OR LD permite realizar o paralelo de dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um OR lógico entre dois blocos.A instrução AND LD permite ligar em série dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um AND lógico entre dois blocos.

Blocos Lógicos – Instruções OR LD e AND LD

Exercício nº 10




00000001000200030004000500060007000800090010

LD NOTLDLD ANDOR LDAND LDLD NOTANDOR LDLD NOTAND

0000000100020003

00040005

00060007


001100120013

OR LDOUTEND

0101

NOTAS:

Um bloco lógico inicia-se sempre com a instrução LD.A instrução OR LD permite realizar o paralelo de dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um OR lógico entre dois blocos.A instrução AND LD permite ligar em série dois blocos lógicos, ou seja, permite realizar um AND lógico entre dois blocos.


Exercício nº 11

Note que este diagrama de contatos é equivalente ao do exercício anterior. Com este novo diagrama, consegue-se um programa mais curto e mais rápido na execução.





000000010002000300040005000600070008000900100011

LDAND ORAND NOTLD NOTANDOR LDLD NOTANDOR LDOUTEND

000200030001000000040005

00060007

0101

Exercício nº 12

TMRSimula um temporizador com retardo na energização. É composto por 2 entradas:HABILITA - permite a contagem do temporizador, quando a condição lógica da entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada.START/STOP - Quando ativada permite a contagem e quando desativada pára a contagem (sem zerar).Símbolo em diagrama de relés:

Exemplo de programação:


Inicialmente deve-se presetar este temporizador no endereço (400/401). Este endereço é devido ao estado interno utilizado - 000 (consultar mapeamento dos temporizadores/contadores).

Este valor de preset pode ser colocado na memória de várias formas, por exemplo, através de um campo de edição em uma IHM ou através de uma instrução que escreva dados na memória do CLP.

Estando a entrada 100 acionada, quando a entrada 101 for acionada a contagem de tempo é iniciada, e neste caso alocada, ou atualizada no endereço (440/441) efetivo. E com a entrada 100 desacionada o valor da contagem é zerado. Se a entrada 101 for desacionada a temporização para e não zera continuando assim que a entrada 101 for acionada novamente.

Neste exemplo, quando o valor da contagem de tempo (end. 440/441) se igualar ao valor de preset (end.400/401) o estado interno 000 será acionado e conseqüentemente a saída 180 também.

Exercício nº 13

CNT

Simula um contador. É composto por duas entradas:

HABILITA - permite que ocorra a contagem, quando a condição lógica da entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada.

START/STOP - na transição de OFF para ON incrementa a contagem. Para isto a entrada Habilita deve estar ativada.

Símbolo em diagrama de relés:



Inicialmente deve-se presetar este contador no endereço (400/401). Este endereço é devido ao estado interno utilizado - 000 (consultar mapeamento dos temporizadores/contadores).

Este valor de preset pode ser colocado na memória do CLP de várias formas, por exemplo, através de um campo de edição em uma IHM ou através de uma instrução que escreva dados na memória.

Estando a entrada 100 acionada, a cada acionamento da entrada 101 o conteúdo do endereço (440/441) efetivo é incrementado de uma unidade. E com a entrada 100 desacionada o valor da contagem é zerado.

Neste exemplo, quando o valor da contagem (end.440/441) se igualar ao valor de preset (end.400/401) o estado interno 000 será acionado e conseqüentemente a saída 180 também.

Exercício nº 14

SETR

SET-RESET. É composta por 2 entradas e permite executar um estado interno com retenção (LATCH) da seguinte maneira:Se a entrada SET é acionada, mesmo durante um único período de varredura, o estado interno especificado pelo operando é acionado; se a entrada RESET é acionada, mesmo durante um único período de varredura o estado interno especificado pelo operando é desacionado.

Se ambas as entradas são acionadas a entrada RESET tem prioridade.

Símbolo em diagrama de relés:



EI 100 ligado por um pulso ou constantemente ligado = EI 180 é ligado; desligando o EI 100, o EI 180 se manterá ligado (efeito memória ou LATCH). Ligando o EI 101 o EI 180 é desligado e permanecerá desligado até que exista novo pulso ligado no EI 100 que só ligará o EI 180 desde que o EI 101 seja desligado (sempre prevalece a entrada R).

ProjetoCarro Transportador

Será desenvolvido o programa do CLP para controle de um carro transportador.O carro transportador deve funcionar da seguinte maneira: o operador pressiona o botão S1 para dar o comando de avanço do carro. Na posição inicial (recuada), o sensor fim de curso S2 permanece atuado. Uma vez pressionado o botão S1, o carro inicia seu movimento de avanço, por meio do contato K1. Ao atingir o fim da trajetória, o sensor fim de curso S3 e acionado, momento no qual o movimento de avanço e interrompido e o movimento de recuo e acionado pelo contato K2, automaticamente. O carro transportador continua seu movimento de retorno ate que o sensor fim de curso S2 seja acionado de novo, quando o carro transportador deve parar. Caso o carro transportador encontre-se parado no meio da trajetória, o operador tem de pressionar o botão S1 para que ele recue.

A solução proposta e descrita a seguir.Lógica 1 – O acionamento do motor no sentido avanço ocorre quando o botão S1 e pressionado, desde que o sensor S2 esteja acionado, ate o momento de acionamento de S3. O selo lógico e garantido por (Q0.0).


Lógica 2 – (Q0.1) o contato responsável pelo retorno do carro e acionado quando, em movimento, o carro aciona o sensor S3. Apos interrupção de energia, quando o carro se encontra no meio do caminho, deve-se pressionar S1 para que ele retorne a posição inicial. O selo lógico e mantido pela própria saída (Q0.1), ate que o carro atinja a posição inicial.

O projeto deve obedecer as seguintes condições:

Para que a furadeira desça e execute sua função de furar a peca, ambas as mãos do operador devem estar acionando as botoeiras B1 e B2. O sensor de peca tem de ser acionado, indicando que existe uma peca a ser furada. A área de segurança protegida por uma cortina de luz, sensor S2, não pode ser invadida.O sensor de inicio de curso S4 deve estar acionado, indicando que a furadeira se encontra na posição inicial do processo. A botoeira de emergência e o sensor S7 de sobrecarga do motor não podem estar acionados. Nessas condições, a lâmpada L1 deve acender e o contato de acionamento de descida do motor deve ser acionado. Quando o sensor S3 e acionado, o contato que propicia a descida da furadeira deve ser desligado e o contato que propicia a subida do conjunto deve ser acionado. O motor da furadeira tem de ser desligado quando o sensor S4 for acionado novamente. A qualquer momento em que uma das botoeiras do operador for desacionada, S7 apresentar sobrecarga, S1 detectar a ausência de peca ou a cortina de luz for invadida, o processo de descida ou subida com o motor da furadeira acionado deve ser interrompido. Esse processo somente pode ser reiniciado com as condições iniciais de operação garantidas (subindo quando interrompido na subida e descendo quando interrompido na descida). A figura 6.2 mostra o esquema de um sistema de furacão de pecas em que tal conceito pode ser estudado.


Podemos destacar como dispositivos de entrada:

B1 – Botoeira esquerda de acionamento.B2 – Botoeira direita de acionamento.S1 – Sensor de peca.S2 – Cortina de segurança.S3 – Sensor de fim de curso.S4 – Sensor de inicio de curso.BE – Botão de emergência.M1 – Contato de avanço da furadeira.M2 – Contato de recuo da furadeira.S7 – Sensor de sobrecarga.L1 – Lâmpada de indicação ligada.L2 – Lâmpada de indicação desligada.

Portão Automático Vamos considerar a abertura e fechamento de um portão:

Quando um objeto se aproximar do portão ele será acionando sua abertura pelo um sensor (S1) e parar no fim de curso (FC).O Objeto passou pelo portão o sensor (S2) , fará com que o portão feche até o (FC).


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