SUMÁRIO 1. HISTÓRICO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 0.1 AUTOMAÇÃO NO INÍCIO DA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL 0.2 SEGUNDA GUERRA MUNDIAL 1.3 1.3 AS AS DUA DUAS S GRA GRAN NDES DES DIV DIVIS ISÕ ÕES DA AUT AUTOM OMA AÇÃO ÇÃO IND INDUS UST TRIAL RIAL 1.4 ANOS 50 1.5 ANOS 60 1.6 ANOS 70 A 80 1.7 ANOS 90 2. CONTATOS ELÉTRICOS 2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS CONTATOS ELÉTRICOS 2.1.1 CONTATO NORMALMENTE ABERTO (NA ( NA)) 2.1.2 CONTATO NORMALMENTE FECHADO (NF ( NF ) 2.1.3 CONTATO REVERSÍVEL 2.2 DISPOSITIVOS ACIONADORES DOS CONTATOS 2.3 DISPOSITIVOS AU AUXILIARES PARA COMANDO PROVOCADO 2.4 DI DISPOSITIVOS AU AUXILIARES PA PARA CO COMANDO AU AUTOMÁTICO 3. LÓGICA 3.1 LÓGICA DOS CONTATOS ELÉTRICOS 3.2 FUNÇÕES LÓGICAS 3.3 FUNÇÕES LÓGICAS BÁSICAS E DERIVADAS 3.3.1 FUNÇÃO NÃO (NOT OU INVERSOR) 3.3.2 FUNÇÃO E (AND) 3.3.3 FUNÇÃO OU (OR) 3.3.4 FUNÇÃO NÃO E (NAND) 3.3.5 FUNÇÃO NÃO OU (NOR) 3.3.6 FUNÇÃO OU EXCLUSIVO (XOR) 3.3.7 FUNÇÃO COINCIDÊNCIA 3.4 AS PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DA ÁLGEBRA DE CHAVEAMENTO 3.5 AS REGRAS DA ÁLGEBRA DE BOOLE 4. CONCEITOS BÁSICOS 4.1 DEFINIÇÃO DOS NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO 4.2 OS OS CO CONTROLADORES LÓGICOS PR PROGRAMÁVEIS ( CLPS) 4.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CLP 4.3.1 CONCEITOS BÁSICOS ASSOCIADOS AOS CLPS 4.3.2 CICLO DE VARREDURA 4.4 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO DOS CLPS 4.4.1 LINGUAGEM DE RELÉS (LADDER) 4.4.2 LISTA DE INSTRUÇÕES 4.4.3 DIAGRAMA LÓGICO 4.4.4 GRAFCET 5. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE O HARDWARE 5.1 UNIDADE PRINCIPAL 5.1.1 FONTE DE ALIMENTAÇÃO 5.1.2 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO 5.1.3 MEMÓRIAS 5.1.4 DISPOSITIVOS DE E/S OU MÓDULOS DE E/S 5.1.5 SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO
3 3 3 3 4 4 4 5 6 6 6 6 6 7 7 8 14 14 15 16 16 17 17 18 18 19 19 19 21 24 24 25 26 26 27 28 28 29 29 29 31 31 32 32 32 34 34
1
5.2 CONSIDERAÇÕES BÁSICAS SOBRE O HARDWARE 5.3 DEFINIÇÃO DE MODELOS DA SÉRIE FX 5.4 LIGAÇÕES EXTERNAS 5.4. 5.4.1 1 CA CARACT RACTE ERÍST RÍSTIC ICA AS TÉC TÉCNI NICA CAS S DOS DOS CIRC CIRCUI UIT TOS DE SA SAÍDA ÍDA 6. COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO 7. DETALHES DOS REGISTROS INTERNOS DOS CLPS FAMÍLIA FX 7.1 PRINCIPAIS REGISTROS 7.2 INSTRUÇÕES BÁSICAS 7.3 ESCOLHENDO UM CLP 8. SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO GX DEVELOPER 8.1 EXECUTANDO O GX 8.2 MENU DAS FUNÇÕES DO GX 8.2.1 CRIANDO NOVO PROJETO 8.2.2 ABRINDO UM PROJETO EXISTENTE 8.2.3 SALVANDO UM PROJETO 8.2.4 DANDO NOME A UM NOVO PROJETO 8.2.5 IMPRIMINDO UM PROJETO 8.2.6 FECHANDO O GX 8.3 EDITANDO UM PROGRAMA 8.3.1 EDITANDO UM CONTATO 8.3.2 EDITANDO UMA FUNÇÃO BOBINA 8.3.3 EDITANDO AS FUNÇÕES 8.4 CONVERÇÃO DO PROGRAMA 8.5 FUNÇÕES DE TRANSFERENCIA E MONITORAÇÃO 8.5.1 ESCREVENDO UM PROGRAMA NA CPU 8.5.2 LENDO UM PROGRAMA NA CPU 8.5.3 MONITORANDO O PROGRAMA E A CPU 8.6 TECLAS DE ATALHO 8.7 COMO CRIAR UM NOVO PROJETO E TESTÁ-LO NO LOGIC TEST 9. TEORIA DE PROJETOS 10. TEORIA BÁSICA DE GRAFCET (SFC) 10.1 O GRAFCET 10.1.1 ETAPA 10.1.2 TRANSIÇÃO 10.1.3 ARCO ORIENTADO 10.1.4 AÇÃO 10.1.5 RECEPTIVIDADE 10.1.6 ESTRUTURA SEQUENCIAL 11. SISTEMAS SUPERVISÓRIOS E INTERFACES HOMEMMÁQUINA 11.1 IHM 11.2 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
35 36 37 44 45 49 49 57 66 70 71 72 72 73 74 75 76 76 77 77 78 79 79 80 80 81 81 83 84 85 87 88 89 90 90 90 91 91 94 94 94
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5.2 CONSIDERAÇÕES BÁSICAS SOBRE O HARDWARE 5.3 DEFINIÇÃO DE MODELOS DA SÉRIE FX 5.4 LIGAÇÕES EXTERNAS 5.4. 5.4.1 1 CA CARACT RACTE ERÍST RÍSTIC ICA AS TÉC TÉCNI NICA CAS S DOS DOS CIRC CIRCUI UIT TOS DE SA SAÍDA ÍDA 6. COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO 7. DETALHES DOS REGISTROS INTERNOS DOS CLPS FAMÍLIA FX 7.1 PRINCIPAIS REGISTROS 7.2 INSTRUÇÕES BÁSICAS 7.3 ESCOLHENDO UM CLP 8. SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO GX DEVELOPER 8.1 EXECUTANDO O GX 8.2 MENU DAS FUNÇÕES DO GX 8.2.1 CRIANDO NOVO PROJETO 8.2.2 ABRINDO UM PROJETO EXISTENTE 8.2.3 SALVANDO UM PROJETO 8.2.4 DANDO NOME A UM NOVO PROJETO 8.2.5 IMPRIMINDO UM PROJETO 8.2.6 FECHANDO O GX 8.3 EDITANDO UM PROGRAMA 8.3.1 EDITANDO UM CONTATO 8.3.2 EDITANDO UMA FUNÇÃO BOBINA 8.3.3 EDITANDO AS FUNÇÕES 8.4 CONVERÇÃO DO PROGRAMA 8.5 FUNÇÕES DE TRANSFERENCIA E MONITORAÇÃO 8.5.1 ESCREVENDO UM PROGRAMA NA CPU 8.5.2 LENDO UM PROGRAMA NA CPU 8.5.3 MONITORANDO O PROGRAMA E A CPU 8.6 TECLAS DE ATALHO 8.7 COMO CRIAR UM NOVO PROJETO E TESTÁ-LO NO LOGIC TEST 9. TEORIA DE PROJETOS 10. TEORIA BÁSICA DE GRAFCET (SFC) 10.1 O GRAFCET 10.1.1 ETAPA 10.1.2 TRANSIÇÃO 10.1.3 ARCO ORIENTADO 10.1.4 AÇÃO 10.1.5 RECEPTIVIDADE 10.1.6 ESTRUTURA SEQUENCIAL 11. SISTEMAS SUPERVISÓRIOS E INTERFACES HOMEMMÁQUINA 11.1 IHM 11.2 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
35 36 37 44 45 49 49 57 66 70 71 72 72 73 74 75 76 76 77 77 78 79 79 80 80 81 81 83 84 85 87 88 89 90 90 90 91 91 94 94 94
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1. HISTÓRICO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 1.1 AUTOMAÇÃO NO INÍCIO DA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL •
Sincronização mecânica de máquinas, onde, com apenas um acionador e todo todo um intri intrinc ncad ado o sist sistem ema a mecâ mecâni nico co,, se cons conseg egui uia a real realiz izar ar vári várias as tarefas, como é o caso, ainda de hoje, de algumas máquinas. Ex.: Máquinas de Corte e Solda de Plástico - Um só motor para efetuar o avanço do produto e s operações de corte, soldagem e empilhagem do produto.
•
Linh Linha a de Mont Montag agem em,, onde onde vária váriass máqu máquin inas as e/ou e/ou oper operad ador ores es eram eram colocados “em linha”, numa sequência tal que, a partir de subprodutos se chegasse ao final da linha com um produto acabado. Cada máquina ou processo era desprovido de controles e a interação entre As máquinas era realizada pelos operadores.
•
Nos Nos proc proces esso soss que que exig exigia iam m cont contro role le de gran grande deza zass físi física cass como como temperatura, pressão, vazão, etc..., esses controles eram inteiramente manuais, baseados em instrumentos de medição rudimentares.
Surgem os indicadores de temperatura, pressão, etc..., baseados em princípios físicos (ex.: dilatação de materiais), permitindo a visualização das grandezas. O controle continua a ser manual.
•
•
O pass passo o segu seguin inte te foi foi o surg surgim imen ento to dos dos inst instru rume ment ntos os de cont contro role le auto automá mátic tico o (pne (pneum umát átic icos os)) que que mano manobr brav avam am auto automa matic ticam amen ente te os atuadores, visando manter a grandeza controlada em um valor definido (“Set-point”).
1.2 SEGUNDA GUERRA MUNDIAL •
Durante a 2a Guerra a noção de controle de processo foi largamente expandida. Nesta época foram aprimorados, a nível de aplicação militar, os controles de servomecanismos elétricos e hidráulicos.
•
No pós guerra, os princípios desenvolvidos para os armamentos foram adaptados as aplicações industriais. A indústria pode contar, ainda, com um grande contingente de mão-de-obra qualificada para o desenvolvimento desenvolvimento e manutenção destes novos equipamentos.
0.3 0.3 •
AS DUAS DUAS GRA GRAND NDES ES DIVI DIVISÕ SÕES ES DA AUT AUTOM OMAÇ AÇÃO ÃO IND INDUS USTR TRIA IAL L Automação de Manufatura Manufatura Segmento representado pelos equipamentos de controle da automação de máquinas, transporte de materiais, etc... ( ANIMAÇÃO ).
3
•
Controle de Processo Segmento representado pelos equipamentos de monitoração e controle de grandezas físicas de um processo.
0.4
ANOS 50
•
Invenção do TRANSISTOR - surgem os instrumentos eletrônicos analógicos para o controle de processo, que rapidamente ganham terreno frente aos pneumáticos, devido a seu tamanho reduzido e a facilidade de calibração e transmissão dos sinais.
•
Surgem os primeiros Variadores de Velocidade para motores cc, em substituição aos reostatos de controle manual.
•
Lógica de comando das máquinas (comando de motores, cilindros, etc...) feita com dispositivos Eletromecânicos ( contatores e reles ), conhecida como Lógica à Relés.
0.5
ANOS 60
•
Surge o conceito de Eletrônica Digital, a princípio com o advento de Portas Lógicas Discretas.
•
Surgem os primeiros COMPUTADORES e as primeiras tentativas de utilização dos mesmos em controle de processo, sem muito sucesso, devido a :custo elevado ∗ ∗ ∗ ∗
baixa velocidade de processamento memória de armazenamento de dados limitada linguagens de programação de domínio restrito baixa confiabilidade
•
No fim dos anos 60, com o advento dos CI’s, surgem os primeiros Controladores Lógicos Programáveis.
•
Vantagens em relação a Lógica à Relés :
•
∗
podiam ser aplicados a diferentes processos e máquinas, ao contrario da lógica à relés que eram dedicados a cada processo.
∗
permitiam a alteração dos ciclos de máquina por modificação do programa, sem necessidade de alterações no cabeamento.
Problemas : ∗
custo elevado
∗
baixa confiabilidade
4
0.6 •
•
ANOS 70 E 80 Desenvolvimento dos MICROPROCESSADORES, com possibilidades de aplicação a todos os equipamentos, tanto de Automação de Manufatura, como de Controle de Processo: ∗
desenvolvimento dos Microcomputadores, mais rápidos, menores, mais confiáveis e mais baratos.
∗
o mesmo aconteceu com os CLP’s e Controladores de Processo (“Single-Loop’s” e “Multi-Loop’s”)
Simultaneamente, surpreendentes :
duas
outras
áreas
apresentaram
progressos
∗
Comunicação : Com o desenvolvimento de REDES que permitiam a comunicação entre elementos “inteligentes”, com velocidade de transmissão e segurança cada vez maior.
∗
Software : com o desenvolvimento de “Linguagens” específicas para os profissionais da área da automação, como é o caso da Linguagem “LADDER”, usada em praticamente todos os CLP’s.
•
Com a constante redução do tamanho físico, aliada ao aumento da capacidade computacional e a redução dos preços, os equipamentos de automação puderam ser distribuídos ao longo das áreas de processo, interligados por redes a Estações de Supervisão. A tal estrutura, destinada a área de Controle de Processo, deu-se o nome de SDCD ( Sistema Digital de Controle Distribuído ).
•
Os CLP’s, que a princípio foram desenvolvidos para substituir painéis de relés em automação de máquinas, incorporaram elementos de controle de processo, como entradas e saídas analógicas, entradas para termopares, instruções PID, etc..., tornando-se capazes de atuar tanto em Automação de Manufatura como em Controle de Processo.
0.7
ANOS 90
•
Com o contínuo avanço dos “Micro-Chip’s” e a consequente redução no tamanho e preço dos equipamentos, bem como aumento da velocidade de tratamento, surgem os MICRO-CLP’s.
•
No que se refere a conectividade, duas grandes linhas estão em desenvolvimento, com possibilidades surpreendentes :
•
Redes de altíssima velocidade para ligação entre CLP’s e CLP’s e Micros corporativos , permitindo um grande tráfego de informações “ON-LINE”.
•
Redes de Campo ( “Field-Bus” ), permitindo a ligação entre os CLP’s e os diversos elementos de campo ( sensores, inversores, interfaces, eletroválvulas, etc... ), com um simples “par de fios”, o que representa uma enorme redução nos custos de projeto e instalação.
5
6
2. OS CONTATOS ELÉTRICOS Contato elétrico é um meio condutor móvel destinado a fechar ou abrir circuitos elétricos, permitindo ou não a circulação de corrente elétrica.
2.1. Classificação dos contatos elétricos: Podemos classificar os contatos elétricos em três tipos, segundo suas características de fabricação:
2.1.1- Contato normalmente aberto (NA): Este tipo de contato é construído de maneira que permaneça aberto durante o repouso do aparelho ao qual pertença. Quando acionado o aparelho, o contato NA é fechado permitindo a circulação de corrente elétrica pelo circuito. Também é chamado de contato fechamento, contato de trabalho ou normally open contact (NO ). Ação que atua o contato
2.1.2- Contato normalmente fechado (NF ): Este tipo de contato é construído de maneira que, quando acionado abre o circuito interrompendo a passagem da corrente elétrica. Também é chamado de contato abertura, contato de repouso ou normally closed contact (NC ). Ação que atua o contato
2.1.3- Contato reversível: Este tipo de contato possui características tanto de contato NA quanto de contato NF . Pode possuir um terminal de ponto comum ou terminais independentes. Ação que atua o contato
Ação que atua o contato NA
NF
NF
NF
NA
NA
COMUM
Terminal de ponto comum
Terminais independentes 7
2.2 Dispositivos acionadores dos contatos: As ações responsáveis pela atuação dos contatos elétricos são provenientes de dispositivos acionadores (também conhecidos como "dispositivos auxiliares para comando") os quais dividimos essencialmente em dois tipos: Dispositivos auxiliares para comando provocado e Dispositivos auxiliares para comando automático. Os dispositivos acionadores são construídos para muitos tipos de aplicações diferentes, possuindo por isso, formatos e modos de operação variados.
2.3 Dispositivos auxiliares para comando provocado: Geralmente recebem ação manual para seu acionamento, por exemplo: interruptores, comutadores e botões. Os interruptores são os aparelhos de comutação mais utilizados nas instalações elétricas interiores (para controle de iluminação). Esses aparelhos conservam a posição adquirida quando se deixa de agir sobre eles, apresentam portanto, dois estados estáveis.
Contato elétrico ( NA)
LÂMPAD A
Bornes de ligação Acionador tipo TECLA INTERRUPTOR ELÉTRICO COM ACIONADOR TIPO TECLA
TECLA
Os comutadores, assim como os interruptores, acionam contatos elétricos porém, estes dispositivos podem conter mais de um contato de tipos diferentes (NA e NF). Além disso, também podem assumir várias posições estáveis ou contar com mecanismo de retorno automático à posição original. Estes dispositivos podem ter acionadores do tipo manopla curta, manopla longa ou com chave. Exemplo de um comutador (com manopla longa) de 3 posições:
8
0 1
Vista lateral
2
1 0 2
Vista frontal
Símbolo
Os botões, por sua vez, quanto ao tipo de aplicação, podem ter seus sistemas de acionamento embutidos no corpo (evitando acionamentos involuntários) ou externos (tipo pedal ou soco, proporcionando grande rapidez de manobra), os quais são utilizados, principalmente, em comandos no pé ou para desligamento das instalações em casos de emergência. Os botões podem ser classificados em dois tipos básicos: - Botão de impulso (mais conhecido como botão pulsador): Possui apenas uma posição estável, isto é, quando se deixa de agir sobre ele a força de uma mola provoca seu retorno a posição original (de repouso). - Botão de contato mantido (mais conhecido como botão liga/desliga) possui duas posições estáveis, ou seja, alterna os estados de seus contatos a cada acionamento realizado.
2.4 Dispositivos auxiliares para comando automático: Estes dispositivos são órgãos de detecção de informações, em função da ação de um operador, da variação de uma grandeza física ou da posição de um móvel, como por exemplo, chaves de fim de curso. As chaves de fim de curso (ou LIMIT SWTCHES) encontram-se dentre os dispositivos "mecânicos" auxiliares para comando automático mais encontrados em máquinas e processos. Estes dispositivos possuem muitas variações de formas construtivas e de especificações, tais como: • Fabricante; • Tamanho; • Características
elétricas (faixa de tensão, faixa de corrente, resistência de isolamento, arranjo dos contatos, tipo de terminais, ...); • Características mecânicas (resistência a vibração, posição de trabalho, tipo de atuador,...),etc.
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Atuador Cabeça
Corpo
Tampa
Limit Switch
Os limit switches compõem-se basicamente de: corpo (que contém os contatos, geralmente 1NA + 1NF) e cabeça ou cabeçote (que suporta o sistema atuador). O atuador é a parte responsável pelo contato com a superfície que acionará o limit switch. Existe um atuador específico para cada tipo de superfície de contato e, normalmente, é permitida a troca do mecanismo atuador aproveitando-se o corpo.
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Exemplos de atuadores para limit switches:
Tipo comando por roldana com atuação bidirecional com uma posição estável.
Tipo lira com atuação bidirecional e duas posições estáveis (memória do sentido do deslocamento).
Tipo alavanca com roldana com atuação unidirecional, com uma posição estável.
Tipo haste ou vareta (rígida ou flexível) com atuação unidirecional ou bidirecional, com uma posição estável.
Tipo comando esférico com uma posição estável.
Símbolos: Os dispositivos de comando são representados nos diagramas elétricos através de símbolos gráficos que definem os tipos de acionadores, de contatos utilizados, assim como, o estado inicial do dispositivo. Como por exemplo:
Botão pulsador (com 1NA + 1NF)
Chave de fim de curso desacionada no repouso (com 1NA + 1NF)
Chave de fim de curso acionada no repouso (com 1NA + 1NF)
Os contatos elétricos também podem pertencer a dispositivos de comando eletromecânicos como RELÉS e CONTATORES. Vejamos, então, algumas características destes dispositivos. Os relés são interruptores com comando por eletroímã a distância. Possuem uma que, quando energizada, cria um campo magnético provocando
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o acionamento de seus contatos que podem formar a lógica de controle de um sistema ou serem utilizados para acionamento de pequenas cargas.
Comum NF
Mola
a
NA NF
b
C
NA
a Terminais da bobina
Núcleo
b Símbolo gráfico:
Esquema funcional
Principais partes de um relé : Contato
Suporte móvel
Terminal do contato
Circuito magnético
Terminal da bobina
Caixa Bobina Espira de Frager
Mola recuperadora
A caixa é o invólucro do relé, moldada em plástico endurecido pelo calor. Dá suporte a todos os componentes e possibilita a fixação do relé diretamente ao fundo de painéis, a perfis ou suportes. • A bobina é um condutor de cobre eletrolítico estirado, isolado com verniz ou esmalte sintético, e bobinado num carretel isolante de matéria plástica. Tem como função produzir o campo magnético necessário a atração do circuito magnético móvel. •
12
O circuito magnético é composto por chapas de aço-silício ligadas entre si através de rebites para diminuir as perdas por correntes de Foucault. O circuito magnético compõe-se de 3 braços com um entreferro mediano. Constitui, com a bobina, o eletroímã que é o órgão motor do relé. Possui dois anéis de defasagem (espiras de Frager) que garantem um funcionamento silencioso eliminando as vibrações. •
Símbolo gráfico:
Os contatores, também chamados de chaves contatoras, diferenciam-se dos relés principalmente por possuírem três contatos especiais (chamados de contatos de potência ou principais) além dos contatos comuns (chamados de contatos de comando ou auxiliares). Seus contatos principais (sempre do tipo NA) possuem um poder de corte importante, devido a forma, a disposição e a presença de um dispositivo eficaz de corte do arco voltaico, permitindo geralmente o corte de intensidades muito superiores à intensidade nominal. Destinam-se a partida de motores, circuitos de iluminação importantes, etc. utilizando uma potência de controle muito pequena.
Símbolo gráfico:
Identificação dos terminais: Os terminais da bobina geralmente trazem as marcações: " a e b" ou "A1 e A2" sendo, a ou A1 no terminal superior e b ou A2 no terminal inferior. Os terminais dos contatos principais trazem as marcações: " 1 e 2, 3 e 4, 5 e 6" sendo, 1,3,5 nos terminais superiores e 2,4,6 nos terminais inferiores. Os terminais dos contatos auxiliares trazem marcações compostas por dois dígitos sendo que, o primeiro dígito indica a posição do contato e o segundo indica o tipo do contato. Marcação com final 1,2 = contato NF Marcação com final 3,4 = contato NA Exemplo: a
1
3
5
13 21
b
2
4
6
14 22
13
(Além dos dispositivos de comandos automáticos mecânicos e eletromecânicos, também são muito utilizados, principalmente na indústria, os dispositivos eletrônicos sensores, os quais estudaremos mais adiante).
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3. LÓGICA Os sistemas lógicos são estudados pela "álgebra de chaveamentos" (um ramo da álgebra moderna), também conhecida como "álgebra de Boole", conceituada pelo lógico e matemático inglês George Boole (1815 - 1864). Boole construiu sua lógica a partir de símbolos, representando as expressões por letras e ligando-as através de símbolos algébricos chamados de "conectivos". A investigação de Boole volta-se prioritariamente para o estabelecimento de relações entre a lógica e a álgebra. Seu projeto é exprimir as operações lógicas valendo-se dos símbolos algébricos. Boole foi, ainda, o primeiro matemático a afirmar que os números e grandezas não constituem os únicos objetos matemáticos. A matemática pertencem, ainda, entidades de caráter geral, denominadas "classes". Este termo pode ser definido como um conjunto de entidades que possuem, pelo menos, uma característica em comum. A álgebra de Boole trabalha com apenas duas grandezas: falso ou verdadeiro. Essas grandezas são representadas pelos símbolos "0" e "1" que definem "estados lógicos". Estado lógico é um estado perfeitamente definido, não admitindo dúvidas. Assume apenas dois valores distintos, ou seja, "grandezas binárias". 0= falso = aberto = GND = Lo = Off 1 = verdadeiro = fechado = Vcc = Hi = On Vimos no módulo anterior que os dispositivos acionadores também podem assumir dois estados distintos ("atuado" ou "não atuado") e que, em cnseqüência disso, os contatos elétricos também podem assumir estados diferentes perfeitamente definidos ("aberto" ou "fechado") podendo, então, ter suas associações expressas na forma algébrica definida por Boole.
3.1 Lógica dos contatos elétricos: Para que possamos representar a lógica existente nas associações entre os contatos elétricos adotaremos o seguinte critério: Contato tipo NA
Não atuado = Circuito aberto = 0 Atuado = Circuito fechado = 1 Contato tipo NF
Não atuado = Circuito fechado = 1
Atuado = Circuito aberto = 0
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Notamos que nesta convenção o estado lógico está relacionado com o estado elétrico do contato, ou seja, “0”=aberto e “1”=fechado, não levando em consideração o estado físico (atuado / não atuado) do dispositivo que o aciona. Já que o estado elétrico de um contato pode ser representado por uma variável binária (0 ou 1) podemos então identificar os conectivos (elementos lógicos ou funções lógicas) existentes nas associações destes contatos, e descrevê-los de forma algébrica.
3.2 Funções lógicas: Uma função lógica pode ser expressa de várias maneiras: 1- Sentença: Os circuitos realizam funções complexas, cuja representação geralmente não é óbvia. O processo para realização de uma função através de um circuito começa na sua descrição verbal (descrição do comportamento de suas possíveis saídas, em função das diversas combinações possíveis de seus sinais de entrada), como por exemplo: - Para que a saída “S” de uma função “E” de duas entradas assuma o estado lógico “1 (verdadeiro)” suas variáveis de entrada “a” e “b” devem assumir o estado lógico “1 (verdadeiro)”. 2- Tabela Verdade: Com a descrição do funcionamento do circuito é possível então, possível montar uma tabela verdade, considerando todas as combinações possíveis dos estados das entradas e anotando os resultados na saída, como mostrado a seguir. Tabela verdade da "função E" de 2 entradas
a
b
S
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
3- Forma algébrica: A partir da tabela verdade produzida é possível chegar à expressão Booleana que representa o comportamento do circuito. Este procedimento será detalhado mais adiante. Na tabela verdade acima, a saída "S" só é igual a "1" se as variáveis de entrada "a" e "b" forem iguais a "1". Essa lógica pode ser expressa da seguinte maneira: S=a.b ,
S=axb,
S=ab
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As expressões Booleanas traduzem a relação existente entre o estado da variável de saída (receptor) e o estado das variáveis de entrada (dispositivos de controle). Na álgebra Booleana a função “ OU” é representada pelo símbolo “ +” (soma) referindo-se a dispositivos ligados em paralelo , enquanto que a função “E” é representada pelo símbolo “ .” (multiplicação) referindo-se a dispositivos ligados em série. 4- Forma Simbólica: Tendo determinada a expressão algébrica, pode-se, então, construir o circuito utilizando símbolos gráficos. - Blocos lógicos: a
- Portas lógicas: a
& &
b
S
S b
- Diagramas elétricos: a
b S
No diagrama elétrico acima, notamos que a bobina "S" será acionada somente se os contatos "a" E "b" estiverem fechados, assim, este circuito representa uma função "E" de duas entradas (S = a . b), assim como, o bloco lógico e a porta lógica apresentados.
3.3 Funções lógicas básicas e derivadas: Existem três funções lógicas básicas: E (AND), OU (OR) e NÃO (NOT ou INVERSOR) e mais quatro derivadas destas que são as funções : NÃO E (NAND), NÃO OU (NOR), OU EXCLUSIVO (XOR) e a FUNÇÃO COINCIDÊNCIA (NEXOR) também conhecida como FUNÇÃO IGUALDADE . A seguir, estas funções serão detalhadas e mostradas nas formas algébrica, diagrama elétrico e bloco lógico.
3.3.1 Função NÃO (NOT ou INVERSOR): Esta função inverte o sinal de entrada (executa a NEGAÇÃO do sinal de entrada), ou seja, se o sinal de entrada for 0 ela produz uma saída 1, se a entrada for 1 ela produz uma saída 0.
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Diagrama elétrico
Expressão
Bloco lógico
Note que o círculo traçado ao nível da saída de uma função, indica que a função ou variável correspondente está complementada, ou seja, o seu estado lógico está invertido. Na forma de expressão algébrica essa complementação é representada por uma linha horizontal traçada sobre a variável, e na forma de diagrama elétrico é representada pelo contato "r" do relé "R". Duas funções NÃO , agrupadas em série anulam-se:
3.3.2 Função E (AND): Esta função combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em série, para produzir um único sinal de saída, ou seja, ela produz uma saída 1, se todos os sinais de entrada forem "1"; caso qualquer um dos sinais de entrada for "0", o sinal de saída produzido será "0". Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 0 0 0 1
3.3.3 Função OU (OR): Esta função combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em paralelo, para produzir um único sinal de saída, ou seja, ela produz uma saída "1", se qualquer um dos sinais de entrada for igual a "1"; a função "OU" produzirá um sinal de saída igual a "0" apenas se todos os sinais de entrada forem "0".
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Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 0 1 1 1
3.3.4 Função NÃO E (NAND) : Esta função é equivalente a uma função "E" seguida por uma função "NÃO", isto é, ela produz uma saída que é o inverso da saída produzida pela função "E". Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 1 1 1 0
3.3.5 Função NÃO OU (NOR) : Esta função é equivalente a uma função "OU" seguida por uma função "NÃO", isto é, ela produz uma saída que é o inverso da saída produzida pela função "OU". Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 1 0 0 0
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3.3.6 Função OU EXCLUSIVO (XOR) : Esta função compara os bits; ela produz saída "0" quando todos os bits de entrada são iguais e produz saída "1" quando um dos bits de entrada é diferente dos demais. Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 0 1 1 0
3.3.7 Função COINCIDÊNCIA : Esta função é equivalente a uma função "OU EXCLUSIVO" seguida por uma função "NÃO", isto é, compara os bits produzindo saída "1" quando todas as entradas são iguais e produzindo saída "0" quando pelo menos uma das entradas é diferente das demais. Diagrama elétrico
Expressão
e1 0 0 1 1
T.V. e2 0 1 0 1
Bloco lógico
S 1 0 0 1
3.4 As propriedades fundamentais da álgebra de chaveamento: -
Caso
a S 0
Observando o diagrama elétrico podemos notar que a saída “S” assumirá o nível lógico “1” somente quando o contato “a” estiver fechado, pois, a condição em paralelo com o contato “a” é um circuito aberto que será sempre igual a “0”, então: a + 0 = a.
20
- Caso
a
1 S
Neste diagrama elétrico podemos notar que a saída “S” assumirá o nível lógico “1” somente quando o contato “a” estiver fechado, pois, a condição em série com o contato “a” é um circuito fechado que será sempre igual a “1”, então: a . 1 = a. - Caso
a
0 S
Neste diagrama a condição em série com o contato “a” é um circuito aberto que será sempre igual a “0”, então: a . 0 = 0. - Caso
a S 1
Neste diagrama a condição em paralelo com o contato “a” é um circuito fechado que será sempre igual a “1”, então: a + 1 = 1.
-
Caso
a S a
a
a S
Neste caso, foram utilizados dois contatos NA do mesmo relé para acionar a saída, logo, houve uma redundância, então: a + a = a , assim como, a.a=a.
21
- Caso a S a
a
a S
Neste caso, foram utilizados dois contatos NF do mesmo relé para acionar a saída. Também houve redundância, então: a + a = a ,assim como, a . a = a . - Caso
a S a
a a S
Neste caso, foram utilizados contatos NA e NF do mesmo relé para acionar a saída, então, a +a =1 e a .a =0 .
3.5 As regras da álgebra de Boole: As regras do cálculo algébrico Booleano são idênticas às do cálculo algébrico clássico, exceto as relativas à propriedade de idempotência (visto não existirem expoentes nem coeficientes) e a de distributividade (a álgebra Booleana permite a distributividade também na soma) . -Propriedade de idempotência: Para o cálculo algébrico clássico Para o cálculo algébrico Booleano
a x a = a2 a x a = a
a + a = 2a a + a = a
-Propriedade de distributividade: Para o cálculo algébrico clássico
a (b+c) = a b + a c
22
a + b c Para o cálculo algébrico Booleano
= a + b c
a (b+c) = a b + a c a + b c = (a+b) (a+c)
Teorema de De Morgan: O complemento do produto (função NÃO E) é igual a soma (função OU) dos complementos, então: -
a . b = a + b
NÃO E
a
b
S
a
b
S
0 0 1 1
0 1 0 1
1 1 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 1 0
=
OU
O complemento da soma (função NÃO OU) é igual ao produto (função E) dos complementos, então: -
a + b= a . b
NÃO OU
a
b
S
a
b
S
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 0 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 0 0 0
=
E
23
Agora que conhecemos as regras da álgebra Booleana, podemos concluir que: a . b = a + b
a . b = a . b
a . b = a + b
a + b = a . b
a . b = a + b
a + b = a . b + a .b
a + ab = a
a (a + b) = a
a
a (b+c) = a b + a c
a + b c
=
b = a . b + a .b
(a+b) (a+c)
Quadro para consultas: Propriedades da álgebra Booleana:
24
4.
CONCEITOS BÁSICOS
0.8
DEFINIÇÃO DOS NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO
De uma forma geral, podemos dividir um sistema de Automação em 4 níveis, a saber :
NÍVEL 0 - Representa o “Chão-de-fábrica”, quer disser, os equipamentos instalados diretamente nas máquinas ou planta de processo. Exemplos : Motores, Sensores, Acionadores, Painéis de Comando, Sinalizações. NÍVEL 1 - Representa a parte lógica, ligada diretamente a animação e controle das máquinas ou planta de processo. Exemplos : CLP`s e sua programação, Interfaces- HomemMáquina, Sistemas eletrônicos específicos de controle. NÍVEL 2 - É o nível de supervisão, ou gestão, de um processo. Normalmente não participa diretamente na animação e controle, embora algumas vezes isto aconteça. Sua função principal é trabalhar na gestão dos dados envidados ou gerados pelo processo. Fisicamente, este nível é constituído por Microcomputadores ou Computadores de maior porte. Exemplos de funcionalidades N2 : Gestão de receitas ( parâmetros do processo) e envio destas ao N1 •
Geração de relatórios de produção, através de dados recebidos do N1 •
Geração de gráficos históricos ou de tendências de variáveis do processo. •
Gestão de eventos , mensagens de defeitos ou alarmes do processo. •
NÍVEIS 3 - É a interface entre o(s) processo(s) e os Sistemas Corporativos. Exemplos de funcionalidades N3 : •
Gestão de estoque
•
Gestão de produção
•
Traçabilidade
•
Controle estatístico do processo
25
NÍVEL 3
NÍVEL 2
NÍVEL 1
NÍVEL 0
0.9
OS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS ( CLPS )
Os CLPs são os principais equipamentos dos atuais sistemas de automação, tanto industrial como predial. O CLP é um dispositivo de controle lógico, de estado sólido, funcionalmente semelhante a um microcomputador, para aplicações bem definidas. Conforme indica o termo “programável”, sua memória pode ser facilmente alterada para atender as evoluções das diversas exigências de controle de um processo.
CLP (Controlador Lógico Programável) ou PLC (Programming Logic Controler): É um sistema de controle de estado sólido, como dito anteriormente (é na verdade um computador), composto por uma UCP (unidade central de processamento), memória programável para armazenamento de instruções da lógica de controle, memória para armazenamento de dados (variáveis do processo) e diversas portas de entrada e saída. A esta estrutura chamamos de hardware, a qual utilizamos para realizar as funções de controle e supervisão de processos. O PLC é ideal para aplicações em sistemas de controle efetuados com relés e contatores, os quais, se utilizam intensamente de fiação, dificultando desta forma, o acesso para manutenção ou possíveis modificações e ampliações do circuito de controle existente (reaproveitamento). Os PLCs foram desenvolvidos para serem reprogramados quando as alterações dos procedimentos de controle tornam-se necessárias, sem que se implementem modificações no hardware. O PLC destina-se a substituir sistemas controlados por dispositivos eletromecânicos. Este equipamento substitui quadros de comandos elétricos, 26
relés e suas interligações, por programas que executam a lógica de controle, simulando dinamicamente estes componentes. Os PLCs são projetados para operar em ambientes adversos (apresentando alimentação AC variável, altas temperaturas, umidade, vibrações, ruídos de RF e outros parâmetros semelhantes) ou seja, não se exigem proteções especiais ao equipamento.. Os PLCs substituem tarefas tipicamente mentais, realizadas por operadores de máquinas ou processos tais como, memorizações, cálculos e supervisões, as quais, são extremamente suscetíveis a erros humanos. Os PLCs dominam os dispositivos pneumáticos, hidráulicos, mecânicos e eletroeletrônicos. Substituem a ação do homem como elemento de controle, e podem controlar grandezas tais como: Vazão, temperatura, pressão, nível, velocidade, torque, densidade, rotação, voltagem e corrente elétrica (variáveis de controle). Estas informações necessitam ser adequadamente tratadas através de sensores específicos, a fim de que possam ser convertidas em valores elétricos compatíveis ao interfaceamento com os PLC`s. O PLC monitora o estado das entradas e saídas, em resposta às instruções programadas na memória do usuário, ativa ou desativa as saídas, dependendo do resultado lógico obtido através das instruções do programa. O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo PLC. A tarefa do PLC é ler, de forma cíclica, as instruções programadas, interpretá-las e processar as operações correspondentes.
0.10 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CLP 0.10.1 Conceitos básicos associados aos CLPs As variáveis de estado de um processo são transmitidas à “CPU” do CLP através dos PONTOS DE ENTRADA, que, após submete-las à sequência do programa, atualiza os PONTOS DE SAÍDA, controlando desta forma os dispositivos à eles conectados. Ponto de Entrada - Todo sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componentes externos : Detetores Botões Fins-de-curso Fotocélulas Termopares, etc... Ponto de Saída - Todo sinal produzido pelo CLP para acionar dispositivos ou componentes externos : Lâmpadas Solenóides Relés ou Contatores, etc... Programa - É a lógica que define como serão atuados os pontos de saída, em função do estado dos diversos pontos de entrada.
27
0.10.2 Ciclo de Varredura O PLC processa o programa do usuário em ciclo fechado. O processamento é realizado a partir do início da memória até um ponto de parada tal como, o fim da memória ou fim do programa. A este processamento chamamos de varredura do programa.
(1)
ler as entradas
(2)
atualizar memória imagem das entradas
(3)
(4)
(5)
Executar o programa
atualizar memória imagem das saídas
atualizar saídas
28
(1) Antes que as instruções do programa sejam executadas, o PLC lê os estados (on/off) de todas os terminais de entrada. (2) Cria uma imagem das condições de entrada em sua memória. (3) Lê os estados de todos os elementos da memória imagem, das entradas e dos outros elementos internos ( registros, contadores, temporizadores e etc...), em seguida executa as operações e registra os resultados de acordo com as instruções do programa. (4) O estado da imagem de cada um dos elementos, altera-se dinamicamente a medida que, o programa vai sendo executado. (5) Quando todas as instruções do programa forem executadas, os estados (on/off) da memória imagem das saídas serão transferidos para os terminais de saída do PLC. O tempo de varredura de um programa varia com o tipo do PLC (alguns milisegundos por Kbyte de instruções).
0.11 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO DOS CLP`S Os primeiros CLP’s eram programados em linguagens de baixo nível (Assembler, por exemplo), o que gerava o inconveniente de ter-se que recorrer a profissionais de informática para programa-los. Com o avanço da tecnologia de Software, surgiram linguagens específicas visando permitir a programação e compreensão dos programas aos profissionais de Automação.
4.4.1 LINGUAGEM DE RELÉS (LADDER) Foi uma das primeiras linguagens específicas para CLP’s e é, sem dúvida, a mais difundida. A principal vocação dos CLP’s é substituir os sistemas de comando convencionais a relés. Desta forma, foi desenvolvida uma linguagem de programação “imitando” os diagramas de comando a relés.
29
4.4.2 LISTA DE INSTRUÇÕES É a representação Termo-a-Termo de uma Equação Lógica. A Lista de Instruções não é uma representação gráfica, mas a descrição literal do programa.
4.4.3 DIAGRAMA LÓGICO É a representação gráfica das associações lógicas, utilizando a simbologia de PORTAS LÓGICAS.
4.4.4 GRAFCET O GRAFCET descreva todo sistema cujas evoluções podem ser expressas sequencialmente, quer dizer, todo sistema em que é possível a decomposição em ETAPAS.
30
O GRAFCET é uma ferramenta gráfica simples, não ambígua e rigorosa. Sua principal qualidade é permitir ao pessoal não especializado a compreensão de um processo automatizado. É um meio de comunicação entre pessoas de diferentes formações : produção, manutenção, projeto, etc...
31
1.
NOÇÕES BÁSICAS SOBRE O HARDWARE
Os CLP’s da MITSUBISHI estão divididos em duas famílias , sendo: Família dos CLP’s série FX e família dos CLP’s série A (não será objeto desse curso). Os CLP’s da série FX foram divididos em dois grupos, da seguinte forma: CLP’s não expansíveis CLP’s composto de CPU, pontos de entradas e saídas digitais discretas, tensão de alimentação da CPU em versão AC 100 a 240V, tensão de alimentação dos pontos de entradas em 24Vcc e 82 à 132Vac optoacopladas, saídas relé ou transistorizada com tensões de trabalho ate 30Vcc e 250Vac chegando ate 8A. CLP’s não expansíveis FX0 e FX0S CLP’s compostos de CPU, pontos de entradas e saídas digitais discretas, tensão de alimentação da CPU em versão AC 100 a 240V, fonte para alimentação de componentes externos ate 200mA, tensão de alimentação dos pontos de entrada em 24Vcc e 82 a 132Vac optoacopladas, alguns pontos de entrada com capacidade de leitura de sinais com até 7KH de frequência, saídas a relê ou transistorizada com tensões de trabalho ate 30Vcc e 250Vac podendo chegar até 8A. CLP’s expansíveis FX0N - FX - FX2C - FX2N CLP’s compostos de CPU, pontos de entradas e saídas digitais discretas, tensão de alimentação da CPU em versão AC 100 a 240V, tensão de alimentação dos pontos de entrada em 24Vcc e 82 a 132Vac optoacopladas, saídas a relê, transistorizada ou triac, com tensões de trabalho podendo chegar à 30Vcc e 250Vac com capacidade de até 8A.
1.1
UNIDADE PRINCIPAL Composição de um PLC: Os componentes básicos de um PLC são:
32
a) Fonte de alimentação; b) Unidade Central de Processamento (UCP); c) Memórias; d) Dispositivos de E/S; e) Software de programação.
5.1.1 Fonte de alimentação: A fonte de alimentação é um dispositivo que converte a voltagem da rede elétrica local (AC) para o nível de voltagem utilizada pelos circuitos internos do PLC (DC). Uma bateria de backup mantém os dados na memória, em caso de falta de energia ou falha na alimentação do PLC. Diagrama resumido do sistema de alimentação do PLC: alimentação da rede local 127 VAC 220 VAC
fonte de alimentação e estabilização
PLC em funcionamento
compartimento da bateria de backup
5.1.2 Unidade Central de Processamento: A UCP inclui os circuitos que permitem, a interpretação e execução do programa armazenado na memória do usuário. Na verdade, cada instrução para ser executada, são necessários três ciclos, ou seja, ciclo de busca da instrução na memória, ciclo de interpretação da instrução e ciclo de execução. Podemos então resumir que na UCP estão todos os circuitos que permitem o controle seqüencial no tempo, para a realização das instruções lógicas, aritméticas e de controle.
5.1.3 Memórias: Memória EPROM: A memória EPROM utiliza tecnologia, a qual permite que o programa desenvolvido pelo fabricante do PLC, seja gravado por ocasião da sua fabricação e o mesmo não se perca mesmo que, o equipamento fique desligado. Este programa de controle permite ao hardware executar um conjunto de tarefas genéricas tais como, a inicialização do PLC após a sua alimentação, o armazenamento dos programas de aplicação do usuário (sistemas), o gerenciamento do roteiro de leitura de dados e atualizações das saídas, o controle da seqüência de operações a executar e etc.... A UCP
33
trabalha subordinada a este programa elaborado pelo fabricante de modo que, o PLC assuma um conjunto de características técnicas e de desempenho.
Memória RAM: A memória RAM utiliza tecnologia volátil ou seja, as informações armazenadas nela perdem-se caso o equipamento seja desligado. Nesta área será gravado o programa de aplicação do usuário, nela também estarão armazenados os dados relativos às entradas e saídas. De um modo geral podemos subdividir, funcionalmente, a memória RAM em três partes: 1) Memória do USUÁRIO: Esta área está reservada, para o armazenamento do programa de aplicação do usuário o qual, será executado pela UCP. 2) Memória de DADOS: É uma área reservada para controle do programa do usuário. Nela encontram-se dados referentes ao processamento do programa do usuário. Todos os bytes desta área, são utilizados como informação para alguma tarefa de controle a ser executada 3) Memória de IMAGEM das E/S: Esta área é reservada para interligação entre PLC’s e equipamentos. Nela temos os dados ou informações, sobre os equipamentos, sejam eles de entrada ou de saída. Todos os estados das entradas e das saídas do PLC em um determinado momento no tempo, estão armazenados sob a forma de dados, que dizemos ser a imagem real dos estados lógicos das E/S. A medida que estes estados se alteram dinamicamente no tempo, alteram-se também os dados na memória imagem.
Memória imagem das E/S
34
5.1.4 Dispositivos de E/S ou Módulos de E/S: São circuitos eletrônicos que realizam a interface entre a CPU e os equipamentos de campo.
Módulos de ENTRADA: Os módulos de entrada recebem informações sobre os estados dos equipamentos que estão conectados ao PLC, transferindo-as para a memória de imagens das entradas. Quando um terminal de entrada é acionado, ou seja, um determinado nível de tensão é colocado nesta entrada, seu bit correspondente na memória imagem será “setado” (assume nível lógico “1”). Por outro lado, se o equipamento conectado àquela entrada, não for acionado, a entrada estará desativada e o bit correspondente aquela entrada terá valor lógico “0”. Módulos de SAÍDA: Os módulos de saída recebem informações sobre o processamento do programa do usuário, através da memória imagem das saídas e as transferem para os equipamentos de campo. Quando um bit da memória é “setado” (assume nível lógico 1) em decorrência de uma operação, no programa do usuário, o terminal de saída correspondente ao equipamento, será energizado. No caso inverso, em conseqüência de uma operação no programa, se o bit na memória imagem correspondente a saída for resetado (assume nível lógico 0), a saída será desenergizada. 5.1.5 Software de programação: É um programa ferramenta, destinado a gerenciar as tarefas de criação de programas de aplicação do usuário, permite inclusão de comentários, realiza transferência do projeto de/para o PLC, executa impressões e cópias, etc. Configuração de um programa: A execução de um programa se baseia na sequência passo a passo das instruções, esta característica é conhecida como capacidade de programação.. Todas as instruções que se encontram entre o passo 0 e a instrução END são executadas repetidamente. Isto é conhecido como ciclo de processamento e o tempo necessário para que um ciclo seja completado é conhecido como tempo de varredura ( processing cycle ou scan time ). Principais ferramentas de programação: 1) Painel de Programação: Este dispositivo pode ser conectado diretamente ao PLC ou via cabo de extensão. Contém funções de monitoração que permitem revisar o estado interno do PLC durante sua operação.
35
2) Programador gráfico: Este é um dispositivo que utiliza um monitor e pode conter funções de gravação de chip’s de memória EPROM, além de possuir uma interface para impressora. 3) Software de programação: MEDOC - Mitsubishi Electric DOCumentation software: Para ambiente MS-DOS, é totalmente gráfico podendo utilizar os estilos de programação LAD (Ladder Diagram) ou LIST (Statement List). Possui funções de inclusão de comentários, administração de projetos, utilitários de transferência de/para CLP, monitoramento em tempo real da operação do CLP, forçamento dos operandos de E/S, etc.
5.2 CONSIDERAÇÕES BÁSICAS SOBRE O HARDWARE: Os sistemas PLC’s de pequeno porte podem ser compostos por três módulos básicos: UCP, módulos de extensão e módulos especiais.
Input Output
1 - Trilho DIN. 2 - Furação para montagem direta. 3 - Terminais de entrada. 4,9 - Protetor de terminais. 6 - Compartimento do conector para as unidades ou blocos de extensão. 8 - Trava para trilho DIN. 10 - Terminais de saída. 11 - Led’s indicadores dos estados das entradas e das saídas. 12 - Compartimento do conector para dispositivos de programação. 13 - Compartimento dos conectores para bateria de backup e cartucho de memória.
36
1) UCP: Esta unidade forma a base de uma configuração, podendo suportar um número de pontos E/S que varia conforme sua série e modelo. 2) MÓDULOS DE EXTENSÃO: Destinam-se a acrescentar pontos de E/S ao sistema, de acordo com a necessidade do projeto. 3) MÓDULOS ESPECIAIS: Estes módulos permitem: • A interligação das UCP’s através de rede utilizando cabos óticos ou linha bifilar. • Conexão com E/S analógicas. • Interfaceamento via RS232, possibilitando a comunicação da UCP com dispositivos homem-máquina, permitindo o monitoramento dos estados do processo em tempo real, alteração de estados de E/S, etc.
5.3
DEFINIÇÃO DE MODELOS DA SÉRIE FX
Fx - 16 M R - ES Variantes de modelos DS = Tensão de alimentação cc, tensão das entradas cc. ES = Tensão de alimentação ca, tensão das entradas cc. UA1 = Tensão de alimentação ca, tensão entradas ca. Tecnologia das saídas R = Relé S = Triac (SSR) T = Transistor Tipo de unidade M = Unidade de base ( CPU ) E = Módulo de expansão de E/S, com fonte de alimentação incorporada. EX = Módulo de expansão de Entradas, sem fonte de alimentação. EY = Módulo de expansão de Saídas, sem fonte de alimentação. Número de pontos de E/S Tipo do CLP ( FX0, FX0S, FX0N, etc... )
1.2
LIGAÇÕES EXTERNAS
37
Ligações externas do PLC: O PLC, através de seus terminais de saída, controla diversos tipos de dispositivos que provocam variações no estado da máquina ou do processo controlado. Estas variações são monitoradas através de dispositivos sensores conectados aos terminais de entrada do PLC. A seguir mostramos os princípios de funcionamento dos sensores de proximidade e dos sensores ópticos.
Funcionamento dos sensores de proximidade: Os sensores são dispositivos eletrônicos capazes de detectar a presença de peças metálicas, líquidos, papéis, plásticos, madeiras, etc. Os sensores de proximidade têm vida longa, pois o acionamento se dá com a aproximação do objeto à face sonsora, sem contato físico entre as partes.
Símbolo gráfico:
PNP
VM (3)
+
BC (4) AZ (2)
PT (1)
O estágio de saída dos sensores é composto por transistores que podem ser do tipo PNP (chaveamento do sinal positivo, como mostrado no símbolo gráfico acima) ou do tipo NPN (chaveamento do sinal negativo, como mostrado abaixo). NPN
PT (1)
-
BC (4) AZ (2)
+ VM (3)
Além dos tipos de saída, os sensores de proximidade também podem possuir configurações de contatos (NA e NF) e princípios de funcionamento diferentes. Quanto ao princípio de funcionamento, os sensores de proximidade podem ser Indutivos ou Capacitivos.
Sensor de Proximidade Indutivo: 38
Este tipo de sensor é utilizado para detectar a aproximação de materiais metálicos. Seu funcionamento baseia-se na variação de seu campo magnético com a introdução de um metal, como mostrado nas figuras a seguir. Objeto metálico
Campo magnético Fase do sensor Bobina
Sensor desacionado
Sensor acionado
Circuito magnético
Sensor de Proximidade Capacitivo: Este tipo de sensor é utilizado para detectar a presença de líquidos, papéis, plásticos, madeiras, metais, materiais orgânicos, etc . Seu funcionamento baseia-se na variação de seu campo elétrico com a introdução do objeto, como mostrado nas figuras a seguir.
Objeto metálico
Campo elétrico Fase do sensor Capacitor
Sensor desacionado
Sensor acionado
Sensor óptico ou fotoelétrico: Este tipo de sensor tem seu funcionamento baseado no princípio da emissão e recepção de luz infravermelha. É composto por dois tipos de circuitos: 1- Circuito emissor: Emite luz infravermelha através de um LED (diodo emissor de luz); 2- Circuito receptor: Utiliza um fototransistor ou um fotodiodo para receber o feixe de luz proveniente do circuito emissor. Os circuitos emissor e receptor podem estar montados no mesmo corpo (Sensor óptico difusor) ou em corpos separados (Sensor óptico de barreira). A seguir são mostrados estes sistemas.
39
Sensor óptico difusor: Neste tipo de sensor a luz infravermelha emitida pode ser, a curta distância (∆d = distância de flexão), refletida pelo objeto a detectar. Porém, a utilização de um refletor prismático pode aumentar bastante a faixa de trabalho (∆t = distância de trabalho) se considerado o momento de corte do feixe de luz refletido, como mostrado abaixo. Sensor óptico com feixe de luz refletido pelo objeto ( ∆t =∆d): SENSOR ∆d
SENSOR
FEIXE DE LUZ EMITIDO
OBJETO
FEIXE DE LUZ REFLETIDO
Sensor desacionado
OBJETO
Sensor acionado
Sensor óptico utilizando um refletor prismático ( ∆t = ∆r - ∆d):
R E F L E T O R
SENSOR FEIXE DE LUZ REFLETIDO
Sensor acionado R E F L E T O R
∆r (distância do refletor) ∆d
FEIXE DE LUZ EMITIDO
OBJETO
SENSOR ∆t
Sensor desacionado
Símbolo gráfico:
40
Os esquemas de ligações dos sensores ópticos são idênticos aos dos sensores de proximidade.
Conexão dos sensores às entradas do PLC: Conexão tipo fonte (source): Nos diagramas abaixo observamos as interligações de sensores com transistor PNP às entradas do PLC, utilizando fonte de alimentação interna e externa. Utilizando fonte de alimentação interna
Utilizando fonte de alimentação externa
Observamos no diagrama acima, que o circuito primário das entradas está isolado galvânicamente do circuito de comutação secundário, por meio de fotoacopladores. Há também na entrada, uma malha RC para desacoplar ruídos provenientes de comutações de chaves, por este motivo, devemos considerar um retardo de 10 ms nas entradas.
Conexão tipo sumidouro (sink): Nos diagramas abaixo observamos as interligações de sensores com transistor NPN às entradas do PLC, utilizando fonte de alimentação interna e externa. Utilizando fonte de alimentação interna
Utilizando fonte de alimentação externa
41
OBS.: O tipo de ligação dos dispositivos de entrada é definido segundo o tipo de elemento sensor a ser utilizado (PNP ou NPN). Alguns PLC’s não possuem o terminal S/S para escolha da ligação desejada, neste caso o tipo do elemento sensor é fundamental para a escolha do modelo apropriado de PLC
Conexão dos dispositivos de saída Os circuitos de saída do PLC podem ser alimentados com tensões do tipo 120-240 Vac ou 24 Vcc. Toda vez que o terminal de saída estiver ativado o led correspondente estará aceso. Os circuitos internos do PLC encontram-se isolados eletricamente dos circuitos de saída, para evitar danos ao equipamento. Saídas a relé: A figura abaixo ilustra um circuito utilizando saídas a relé.
máx. 30 Vcc
Observamos no diagrama acima que, se nos circuitos de saída não forem previstos fusíveis, devemos instalá-los externamente (5 a 10A para cada 4 saídas).
Carga C.C.: No diagrama abaixo verificamos que a utilização de um diodo em paralelo com a carga indutiva, conforme indicado, reduz os efeitos elétricos gerados pelo chaveamento, aumentando a vida útil do relé de saída.
Carga C.A.: No diagrama abaixo verificamos que a utilização de um circuito RC em paralelo com a carga indutiva, elimina os efeitos transientes de corrente, resultantes do chaveamento.
42
S0
C R
Intertravamento: Dois terminais de saída que atuem sobre cargas que tenham influência mútua (como por exemplo, circuito de acionamento da inversão do sentido de rotação de um motor), devem contar com uma proteção física contra a possibilidade de atuação simultânea. O diagrama abaixo ilustra um intertravamento utilizando contatos externos. S0
S1
MC2
MC1
MC1
MC2
Tempo de resposta: É o tempo decorrente entre o comando e o fechamento dos contatos do relé. O valor típico é de 10ms. Corrente de saída: Uma tensão máxima de 250 Vac pode ativar as seguintes cargas: - Carga ohmica: 2A por terminal. - Carga indutiva: máximo 80 VA. - Lâmpada: 100 W. A vida útil dos contatos de saída está diretamente ligada à corrente nesses contatos. Fornecemos abaixo alguns exemplos. Corrente/Tensão 0,35A / 100 VAC 0,15A / 240 VAC 0,8A / 100 VAC 0,33A / 240 VAC 1,2 A / 100 VAC 0,5 A / 240 VAC
Operações 3.000.000 3.000.000 1.000.000 1.000.000 200.000 200.000
Teste de corrente de fuga: Conectando uma lâmpada neon no contato de saída, estando este aberto, se a lâmpada permanecer apagada, não há corrente de fuga através do contato. 43
Saídas a triac: A figura abaixo ilustra um circuito utilizando este tipo de saídas.
Tempo de resposta: Típico 1 a 10ms. Corrente de saída: A corrente de carga máxima por triac é de 0,3A/ Terminal. O diagrama abaixo, ilustra uma situação onde temos uma corrente de pico de 4A. É importante observar, através do exemplo, um método para o cálculo do valor RMS da corrente no período indicado. Observamos que o mesmo está abaixo do valor máximo.
4A
0,02s
0,4 A
0,7s
42 x 0,02 + 0,4 2 x 0,7 = 0,2 A 0,02 + 0,7 + 10
10s
Correntes de fuga: Quando o circuito está aberto existe uma corrente de fuga pelo triac de 1mA (100Vac), 2,2mA (220Vac). Estas correntes podem provocar a ativação acidental de cargas sensíveis a estes níveis de corrente. Para isto seja evitado recomenda-se a utilização de cargas com potência mínima de 0,6VA. Saídas a transistor: No diagrama abaixo, observamos um exemplo das conexões dos diversos dispositivos de saída.
44
Observações: • Tempo de resposta: Típico 0,2ms para 24V, 200mA. • Corrente de saída: A corrente de saída máxima por transistor é de
0,5A/terminal. • Uma saída a transistor produz uma queda de tensão entre coletor e emissor de 1,5V. Isto deve ser considerado no caso de ativação de semicondutores. • Corrente de fuga: Menor que 100 µ A.
5.4.1 Características técnicas dos circuitos de saída. Circuito de saída Alimentação externa
Relé 250Vac máx/ 30 Vccmáx 2A/ terminal 80 VA 100W ----10 ms
Triac 240 Vac
Transistor 30 Vcc
Carga ôhmica máxima 0,3 / terminal 0,5A / terminal Carga indutiva máxima 15 VA/100Vac 12W/24Vcc Carga de lâmpadas 30W 1,5 W/ 24Vcc Corrente de fugas 1ma / 100 Vca 0,1 ma / 30 Vcc Tempo resposta na 1 ms 0,2 ms conexão Tempo resposta no 10 ms 10 ms máx. 0,2 ms desligamento Isolamento relé optoacoplador optoacoplador Indicação led led led Obs.: Estes dados variam com o tipo de PLC empregado. Para se obter as características técnicas precisas deve-se consultar o manual do fabricante.
45
2.
COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO
Um sistema automático constitui-se de três partes básicas: Parte de operação, parte de comando e parte operativa.
Parte de operação ( painel do operador ):
OPERAÇÃO
SINALIZAÇÕES
COMANDOS
A parte de operação dá o comando de partida do ciclo e decide o momento oportuno de pará-lo parcial ou totalmente. É informada do estado da máquina através das sinalizações.
Parte operativa ( força motriz e sensores ):
INFORMAÇÕES
ORDENS
PARTE OPERATIVA A parte operativa recebe as ordens da parte de comando e as transforma em ações que geram um retorno de informações sobre seu estado.
Parte de comando ( PLC ):
SINALIZAÇÕES
COMANDOS
PARTE DE COMANDO
INFORMAÇÕES
ORDENS
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A parte de comando leva em conta os comandos e as informações para dar as ordens aos órgãos de potência da parte operativa e sinalizar as evoluções importantes ao operador.
Fluxo dos sinais no sistema: O operador dá um sinal de COMANDO que chega aos terminais de entrada do PLC que os processa (segundo um programa de controle) resultando em sinais de ORDENS que o PLC envia à máquina através de seus terminais de saída. Os sinais de ORDENS causam alterações no estado da máquina que, por meio de sensores, retorna sinais de INFORMAÇÕES para o PLC. Com o processamento destas novas informações, o PLC retorna ao operador as sinalizações que permitem supervisionar o funcionamento do sistema. OPERADOR COMANDOS
SINALIZAÇÕES
PLC
ORDENS
INFORMAÇÕES
MÁQUINA
PLC.
Relação entre os estados dos sinais de entrada e os de saída do O PLC aceita comandos de acordo com dois tipos de entradas:
Entradas por INSTRUÇÕES: a) São normalmente geradas pelo operador, através de um quadro de comando por meio de botões, chaves seletoras ou chaves digitais. b) Entradas por REGISTRO: São geradas por eventos físicos intrínsecos ao processo, tais como chaves de fim-de-curso, sensores de proximidade, fotosensores, os quais detectam o estado da operação de uma máquina num dado momento. Em resposta a estas entradas, o PLC controla dois tipos de saídas: Resposta de COMANDO: a) Tem por objetivos, acionar elementos de campo tais como, válvulas solenóides, motores, relés e etc. Resposta de SINALIZAÇÃO b) Visa levar informações ao operador, através de por exemplo, lâmpadas piloto, anunciadores digitais...
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A relação entre os estados dos sinais de entrada e os de saída, é determinada pelo conteúdo do programa do usuário, armazenado no PLC. A figura abaixo ilustra o fluxo de informações no sistema.
Resposta de SINALIZAÇÃO
OPERADOR PAINEL DE CONTROLE
Entrada por INSTRUÇÕES
PLC PROGRAMA DO USUÁRIO Resposta de COMANDO
Entrada Por REGISTRO MÁQUINA PROCESSO
O PLC é capaz de acionar diretamente pequenas cargas, tais como, válvulas solenóide, lâmpadas piloto. Isto se deve a restrições de natureza elétrica de seus circuitos de saída. Se for necessário o controle de cargas maiores (motores ou válvulas de maior potência) devem-se utilizar contatores ou relés como forma de interface de potência.
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Exemplo de sistema automático :
Parte operativa
Informações
Sinalizações
PARTE DE COMANDO Comandos
Ordens
PARTE DE OPERAÇÃO
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7. DETALHES DOS REGISTROS INTERNOS DO PLC SÉRIE FX Os PLCs possuem diversos tipos de registradores, com aplicações específicas, como descrito a seguir. As faixas de registros variam com o modelo do PLC devendo-se consultar o manual do fabricante do equipamento a ser utilizado. As faixas de endereçamento apresentadas aqui são referentes à performance do PLC série Fx da Mitsubishi.
7.1 PRINCIPAIS REGISTROS Registros de entrada : Relés de entrada. Os sinais dos dispositivos externos são transferidos aos terminais de entrada do PLC, por meio dos relés de entrada opto-isolados. Esses contatos de entrada são comumente representados, nas condições de trabalho (NA) ou de repouso (NF). Faixa de endereçamento: X0 a X177 (octal) pontos de entrada.
Máximo
de
128
Registros de saída: Relés de saída. Os sinais processados internamente são enviados aos terminais de saída, após cada ciclo de execução do programa, por meio desses dispositivos, que podem operar nas condições trabalho ou repouso. Os registros do PLC podem ser expressos em sistema decimal ou sistema octal. Faixa de endereçamento: Y0 a Y177 (octal) pontos de saída.
Máximo
de
128
Registros de marcadores: Relés auxiliares internos. São de uso geral, fazemos analogia entre este tipo de registros e relés, os quais refletem os estados de determinadas condições, que podem ser usadas em diversos pontos do programa do PLC. Esses dispositivos, não podem ativar diretamente elementos externos. Faixa de endereçamento: M0 a M3071 M500 a M3071 (retentivos) M8000 a M8255 (especiais) Os relés auxiliares do tipo retentivo mantém sua última condição durante uma falha na alimentação. Podem ser livremente utilizados no PLC. Os endereços M8000 a M8255 são posições de memória com funções específicas. Estes endereços podem variar com o modelo do controlador
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cabendo, assim, consultar o manual do equipamento. Dentre os mais utilizados podemos citar: M8002 - Pulso inicial (NA); M8011 - Oscilador com base de tempo 10 ms; M8012 - Oscilador com base de tempo 100 ms; M8013 - Oscilador com base de tempo 1s; M8014 - Oscilador com base de tempo 1min; M8034 a M8036 - Controle Run/Stop por software; M8200 a M8234 - Controle bidirecional;
Constantes: Podemos utilizar tanto constantes decimais (K), como hexadecimais (H). As quais são convertidas automaticamente para a forma binária, após a sua introdução no PLC.
Valores BCD: As instruções do tipo aritméticas, de incremento e decremento, utilizam valores binários. Para introduzirmos um valor em BCD no PLC e representarmos dados binários no display de 7 segmentos, devemos utilizar para tanto, as instruções de conversão BCD/ BIN e vice-versa. Entrada
Saída
Temporizadores (Relógios) T. Estão disponíveis temporizadores com base de tempo de 1 ms, 10 ms e 100 ms. Conceito de ativação: Ao fixarmos uma condição de entrada entendemos que, a bobina do relé que aciona o relógio foi ativada. Transcorrido então o tempo pré-determinado, o contato de trabalho será operado. 51
Exemplo: A figura a seguir, mostra que ao ser conectada a entrada X0, o temporizador T200 conta em intervalos de 10ms (0,01seg.). Dizemos então que, o contato do relé associado ao relógio T200 se conectará após 1,23 s ativando a saída Y0 pois, o valor pré-selecionado associado ao relógio é 123. Programa: X0
( T200 ) 123 T200
(Y0 ) Gráfico do funcionamento:
1,23 s
X0
VALOR REAL Y0
Temporizadores retentivos: São elementos similares aos do tipo anterior, com a particularidade de serem protegidos por bateria. Considerando que no exemplo a seguir a base de tempo do relógio T250 seja 0,1s: Programa: X1 ( T250 ) 345 T250 ( Y7 ) X2 RST T250
52
Gráfico do funcionamento: t1
t2
t1 + t2 = 34,5 s
X1
VALOR REAL
Y7 X2
Observamos que, quando a entrada X1 for conectada, o relógio T250 iniciará a temporização sendo atualizado a cada 0,1s. Ao final do tempo especificado de trabalho de 34,5s, o contato do relé associado ao relógio conectará a saída Y7. Na figura, verificamos ainda que, o relógio T250 se reposicionará (através da instrução RESET) quando a entrada X2 for acionada. Faixa de endereçamento: Base de tempo 100 ms 10 ms 1 ms (retentivo) 100 ms (retentivo)
Valor máximo 0 a 3.276,7 s 0 a 327,67 s 0 a 32.767 s 0 a 3.276,7 s
Endereço T0 a T199 T200 a T245 T246 a T249 T250 a T255
Contadores C. Esses registros podem ser divididos em três grupos: • Contadores de 16 bits • Contadores de 32 bits • Contadores de alta velocidade. Os contadores de 16 e 32 bits trabalham com sinais de registros internos (freqüências menores que a de varredura de programa). Os contadores de alta velocidade elaboram sinais externos (freqüências maiores que a de varredura de programa).
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Contadores de 16 bits (unidirecionais, contagem progressiva). Faixas de endereçamento: Tipo Valor máximo 16 bits 0 a 32,767 16 bits (retentivo) 0 a 32,767
Endereço C0 a C199 C100 a C199
Programa:
X2 ( C0 ) X1 RST C 0 C0 ( Y3 )
Gráfico do funcionamento:
X1 X2 10 9 8 7 6 5 4 3 2
C0
1
Y3
No exemplo da figura anterior, observamos que, a entrada X1 desativa o contador C0 e que, o contador vai sendo incrementado por X2 até o valor de trabalho (10) e pára a contagem, mesmo com a presença de pulsos na entrada
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X2. Após o décimo pulso a saída Y3 é ativada e só será desativada quando X1 for ativada, o que implica também no zeramento do contador C0.
Contadores de 32 bits (bidirecionais). Faixas de endereçamento: Tipo 32 bits
Valor máximo -2.147.483.648 a 2.147.483.647 32 bits (retentivo) 0 a 3.276,7 s Controle (R)
Endereço C200 a C234 C219 a C234 M8200 a M8234
A direção da contagem (contador crescente ou decrescente) é determinada por registros internos especiais (R) que definem o tipo de operação da instrução contador. Quando o registro está ativado, ocorre contagem decremental, quando desativado, a contagem é incremental. Gráfico do funcionamento: M8200 X3
X4
5 4 3 2 C200
1 0
4 3 2 1 0
0 -1
-1 -2
-2 -3
-3 -4
-4 -5
Y1
Contadores de alta velocidade: Os contadores de alta velocidade são todos de 32 bits. Cada entrada do PLC deve ser utilizada por apenas um contador. Forma de trabalho dos contadores de alta velocidade.
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Os contadores de alta velocidade atuam segundo o princípio de interrupções, permitindo assim, que a contagem dos eventos, seja feita de forma independente do ciclo de varredura do programa. Deve-se ter atenção na utilização do contador de alta velocidade, observando as entradas de alta velocidade pré-determinadas, pela tabela do fabricante.
Contadores monofásicos. Os contadores de 32 bits, monofásicos dividem-se em dois grupos: • Sem start e reset ( C235 a C240 ); • Com start e reset ( C241 a C245 ). Intervalo de atuação:Normalmente (-2.147.483.648 a +2.147.483.647) A saída do contador será ativada, quando a contagem alcançar o valor de trabalho (pré-selecionado). Em caso de operação incremental, a saída permanece ativada, para todos os pulsos excedentes ao valor de trabalho. O reposicionamento da saída ocorrerá ao fim de uma operação de r eset. • sentido da contagem (incremental ou decremental) segue os mesmos princípios descritos para o contador bidirecional. Os Contadores monofásicos com start e reset possuem endereços específicos para entrada de pulsos, sentido da contagem e, entradas extras para determinar a partida (start) e a parada (reset). A faixa de endereçamento varia com o modelo do PLC.
Contadores bifásicos. Esses contadores de 32 bits, têm a capacidade de contagem incremental, decremental e possuem ainda entradas para partida (start) e parada (reset). Os contadores bifásicos possuem a particularidade de permitirem que o sentido da contagem seja selecionada através de entradas específicas, e não apenas por registradores especiais como ocorre com os contadores monofásicos. Faixa de endereçamento: de C246 a C250. Contadores de fase A/B. Esses contadores têm faixa de atuação situada no intervalo (2.147.483.648 a + 2.147.483.647). Possuem entradas para partida (set) e parada (reset). O conceito de contagem de fase significa, a detecção e totalização das transições de subida (ativação) ou de descida (desativação) dos pulsos de entrada. O sentido de contagem também pode ser selecionado por entradas específicas como nos contadores bifásicos. Faixa de endereçamento: de C251 a C255. Velocidade máxima de um contador de alta velocidade Existem diversos fatores que limitam a máxima capacidade de um contador de alta velocidade, os quais, comentamos a seguir: 1- Tempo de resposta das entradas individuais.
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Este é limitado pelo hardware, ou seja, pela capacidade que os circuitos dos dispositivos de entrada possuem de reconhecer o sinal elétrico e transformá-lo em informação.
2- O tempo de processamento de todos os contatos utilizados. Os contadores operam com o princípio de interrupções (interrompem a varredura do programa para atualização do valor acumulado de contagem na memória do PLC) assim, quanto menor o número de contadores no processo, maior a freqüência possível. Para a série Fx de PLC's, a freqüência combinada não deve ultrapassar a 20 KHz. Registros de dados: Esses registros apresentam comprimento de 16 bits (02 bytes), sendo possível também concatenar dois registros, formando um registro de 32 bits (04 bytes). Observamos na figura a seguir, que o bit mais significativo é utilizado como bit de sinal e os intervalos possíveis de serem armazenados serão (32768 a + 32767} e (- 2.147.483.648 a +2.147.483.647) respectivamente para registros de 16 bits e de 32 bits. Faixa de endereçamento: de D0 a D7999 (retentivos: de D200 a D7999). D0
1 2
0: + 1: D1
D0
0: + 1: -
Instruções e programas Um programa é formado por várias instruções que são ordenadas por número de passos (STEPS), os quais determinam a seqüência de execução do programa. Em sua maioria as instruções são compostas por dois elementos, um MNEMÔNICO da instrução e um NÚMERO DE ELEMENTO, como por exemplo: T99 (temporizador número 99). 57
Os PLC’s da série F1 podem executar até 1000 steps (1000 passos de programa), a série F2 possui capacidade para até 2000 steps e a série Fx pode executar 2000 steps (expansível até 8000 steps). Esta característica é conhecida como CAPACIDADE DE PROGRAMAÇÃO. Todas as instruções que se encontrem compreendidas entre o step 0 e a instrução END são executadas de forma cíclica. Isto é conhecido como CICLO DE PROCESSAMENTO, VARREDURA ou SCAN e o tempo necessário para completar um destes ciclos é chamado de TEMPO DE VARREDURA, PROCESSING CICLE TIME ou SCAN TIME.
7.2 INSTRUÇÕES BÁSICAS Agora, estudaremos o comportamento de vinte e cinco instruções do PLC, são elas: LD ANB PLS ENCO
LDI ORB PLF CMP
OUT MPS ALT NOP
AND MRD MOV END
ANI MPP INC
OR ORI SET RST DEC DECO
1- LOAD ( LD ) A instrução LD carrega o estado (ON/OFF) do operando endereçado para associação com os estados de outros operandos.
LD X0 Ex.: seja carregado.
Esta instrução permite que o estado da entrada X0
X0 No LADDER a instrução LD é representada por um contato tipo NA ligado ao barramento. (O primeiro contato da linha de programa). Aplica-se aos registros tipo: X, Y, M, S, T, C. Ocupa 1 PS (Program Step). 2- LOAD INVERSE ( LDI ) A instrução LDI carrega o estado inverso do operando endereçado para associação com os estados de outros operandos. Ex.: LDI X0 Esta instrução permite que o estado inverso da entrada X0 seja carregado. X0 No LADDER a instrução LDI é representada por um contato tipo NF ligado ao barramento. ( O primeiro contato da linha de programa). Aplica-se aos registros tipo: X,Y, M, S, T, C.
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Ocupa 1 PS.
3- OUT ( OUT ) A instrução OUT ativa um operando interno ou uma saída do C.L.P., como resultado de uma operação. Ex.: OUT Y0 Esta instrução permite que o estado da saída Y0 seja alterado de OFF /ON/ OFF. Y0 ( )
No LADDER a instrução OUT é representada por uma bobina ligada ao barramento. ( O último elemento da linha de programa). O resultado de uma operação representada pela instrução OUT, pode ser utilizada nos passos subsequentes do programa, como contatos (NA ou NF) do operador em questão. O diagrama a seguir mostra exemplos da utilização das funções LD, LDI e OUT.
Aplica-se aos registros tipo: Ocupam 1 PS Y, M S, M (special) Ocupam 2 PS T Ocupam 3 PS C (16 bit) Ocupam 3 PS C (32 bit) Ocupam 5 PS. Equivalente LIST do programa LADDER:
LD OUT LDI OUT
X0 Y0 Y0 Y1
Variações dos TIMERS e COUNTERS: 59
Quando uma instrução OUT é configurada para uso com TIMER ( T ) ou COUNTER( C ) além do operando, deve ser declarado um valor que determina a duração da operação. Este valor é conhecido como pré-seleção podendo ser um dado constante (K) ou um dado variável (D). Uma instrução COUNTER registra o número de variações OFF/ON impostas na sua entrada. Uma instrução TIMER registra o número de bases de tempo ocorridas durante a operação. 4- AND ( AND ) Esta instrução executa a função lógica “AND” entre o valor resultante armazenado na pilha e o valor do operando endereçado. Na programação LADDER a instrução “AND” é representada por um contato tipo NA em série com o circuito. 5- AND INVERSE ( ANI ) Esta instrução executa a função lógica “AND”, porém associando o valor inverso do operando endereçado. Na programação LADDER a instrução “ANI” é representada por um contato tipo NF em série com o circuito. 6- OR ( OR ) Esta instrução executa a função lógica “OR” entre o valor resultante armazenado na pilha e o valor do operando endereçado. Na programação LADDER a instrução “OR” é representada por um contato tipo NA em paralelo com o circuito. 7- OR INVERSE ( ORI ) Esta instrução realiza a função lógica “OR”, porém associando o valor inverso do operando endereçado. Na programação LADDER a instrução “ORI” é representada por um contato tipo NF em paralelo com o circuito.
LD
OR
AND
LD
ANI
ORI
As instruções AND, ANI, OR e ORI aplicam-se aos operandos tipo X, Y, M, S, T e ocupam 1 PS.
60
8- OR BLOCK ( ORB ) Esta instrução realiza a função “OR” entre os valores resultantes de dois ou mais circuitos. Na programação LADDER a instrução ORB é representada pela associação em paralelo de dois ou mais circuitos em série.
ORB
ORB
Equivalente LIST do programa LADDER:
LD ANI LDI AND ORB LD AND ORB OUT
X0 X1 X2 X1
X3 X2 Y0
A instrução ORB ocupa 1 PS. 9- AND BLOCK ( ANB ) Esta instrução realiza a função “AND” entre os valores resultantes de dois ou mais circuitos. Na programação LADDER a instrução ANB é representada pela associação em série de dois ou mais circuitos paralelo.
ANB
Equivalente LIST do programa LADDER: 61
LD ORI LDI OR ANB OUT
X0 X2 X1 X3
Y0
A instrução ANB ocupa 1 PS. 10- PUSH DOWN STACK ( MPS ) 11- READ FROM STACK ( MRD ) 12- POP UP STACK ( MPP ) Este grupo de instruções permite que condições do circuito sejam armazenadas em uma área de memória temporária, de maneira que possa ser utilizada em conexões posteriores. O PLC possui 11 áreas de memória temporária chamada STACK (pilha). Quando uma instrução MPS é executada, o resultado da operação naquele momento é armazenado na primeira posição do STACK. Se uma outra instrução MPS for executada o resultado atual é colocado na primeira posição do stack então o resultado anterior passa a ocupar a segunda posição, e assim por diante. Quando uma instrução MRD é executada, o resultado armazenado na primeira posição do STACK é carregado para associação com instruções posteriores. Quando uma instrução MPP é executada, o resultado armazenado na última posição do STACK é carregado para associação com instruções posteriores. Após a leitura da posição os dados nela contidos são imediatamente eliminados. Na programação LADDER estas instruções são representadas pela associação em paralelo de duas ou mais ramificações de saídas e ocupam 1 PS.
MPS
MRD
MPP MPS MPP
Equivalente em LIST:
LD MPS
X0
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LDI OR ANB OUT MPP AND MPS AND OUT MPP ANI AND OUT END
X1 X3 Y0 Y1 M0 Y2 Y0 M1 Y3
13- SET ( SET ) 14- RESET ( RST ) A instrução SET quando executada ativa operandos tipo Y, M ou S endereçados, mantendo-os ativos até que uma instrução RST de mesmo endereço seja executada. A instrução RST além de desativar registros de bit (Y,M e S), também podem zerar registros de palavra (arquivos de dados) tipo D,V,Z,T e C.
A instrução SET aplica-se aos operandos tipo: Y, M Ocupam 1 PS S, M(special) Ocupam 2 PS A instrução RST aplica-se aos operandos tipo: Y, M Ocupam 1 PS S, M(special) Ocupam 2 PS 63
D, D(special), V, Z Ocupam 3 PS
15- LEADING PULSE ( PLS ) Esta instrução é executada quando o operando (ou resultado da lógica entre operandos) de entrada passa do estado OFF para ON, ativando então o operando endereçado na instrução, mantendo-o no estado ativo (ON) durante uma varredura de programa. Aplica-se a operandos tipo Y e M, ocupando 2 PS. 16- TRAILING PULSE ( PLF ) Esta instrução é executada quando o operando (ou resultado da lógica entre operandos) de entrada passa do estado ON para OFF ativando então, o operando endereçado na instrução mantendo-o no estado ativo (ON) durante uma varredura de programa. Aplica-se a operandos tipo Y e M, ocupando 2 PS. Na programação LADDER estas instruções são representadas como mostra a figura a seguir:
O gráfico seguinte mostra o funcionamento destas instruções em função do tempo:
X0 M0 X1 M1 64
DURAÇÃO DO SINAL DE SAÍDA IGUAL A UMA VARREDURA DE PROGRAMA
17- ALTERNATE STATE ( ALT ) Esta instrução quando executada inverte o estado do operando endereçado.
Y0 X0
18- MOVE (MOV) Esta instrução quando executada copia o valor contido no operando fonte (S) endereçado para o operando destino (D).
S
19- INCREMENT (INC) Esta instrução quando executada adiciona "1" ao valor corrente do operando destino (D) endereçado.
D
D
20- DECREMENT (DEC) Esta instrução quando executada subtrai "1" do valor corrente do operando destino (D) endereçado. D
21- DECODE (DECO) Esta instrução quando executada ativa o bit do operando destino (D) indicado pelo valor do operando fonte (S). O número de bits consecutivos a serem decodificados, são definitos pelo operando (n).
65
Exemplo: S X1 D Se n = 3, então serão considerados como fonte os operandos X0, e
n
X2; Se no momento em que a entrada X4 for acionada somente X1 e X2 estiverem ativas o valor 6 será decodificado e o operando destino M16 será ativado:
Posições dos bits do operando destino
M17
X1
X0
4
2
1
Número da posição do bit do operando destino a ser ativado 0
6
6
7
X2
5
M16
4
M15
3
M14
M13
2
1
M12
M11
M10
Então, neste exemplo, os operandos M10 a M17 não deverão ser utilizados por outras instruções do programa, visto que se n=3 pode-se endereçar até o sétimo bit do destino que corresponde ao operando M17. 22- ENCODE (ENCO) Esta instrução quando executada escreve numa palavra de dados (operando destino "D") o valor da posição do bit mais significativo ativo no operando fonte (S). O número de bits do operando destino a serem utilizados são definitos pelo operando (n) e, consequentemente, determinam o número de bits do operando fonte a serem considerados. Exemplo: D
S
Se n = 3, então serão considerados como fonte os operandos M10 a M17; Se no momento em que a entrada X4 for acionada o bit M14 for o bit mais significativo ativo, então, a palavra de dados D10 assumirá o valor 4: 7
6
5
M17
M16
M15
3
M14
M13
2
M12
D10 0
0
0 ...
1
M11
0
M10
Número da posição do bit ativo do operando fonte
4
Posições dos bits do operando fonte
0
4
0 8
1
0
0
4
2
1
23- COMPARE (CMP) 66
n
Esta instrução quando executada realiza a comparação entre os dados dos operandos "S1" e "S2", indicando o resultado através de três bits consecutivos cujo endereço inicial é representado pelo operando "D". Se S2 < S1, então o bit D é ativado; Se S2 = S1, então o bit D+1 é ativado e; Se S2 > S1, então o bit D+2 é ativado. S1 S2 D Exemplo:
No momento em que a entrada X0 for acionada o valor contido em D20 será comparado com a constante 100 (K100), então: Se D20 < 100, o bit M0 será acionado; Se D20 = 100, o bit M1 será acionado e; Se D20 > 100, o bit M2 será acionado. 24- NO OPERATION ( NOP ) Esta instrução insere lógica em branco que pode ser trocada por outras instruções posteriormente em um programa que ainda não tenha sido finalizado. Uma vez concluída a seqüência de programação, as instruções NOP devem ser excluídas do processamento (utilizando a instrução END), já que em caso contrário aumentaria desnecessariamente o tempo de varredura do programa. Ocupa 1 PS. 25- END ( END ) Esta instrução indica ao PLC onde termina o programa. As instruções inseridas posteriormente são ignoradas.
7.3 ESCOLHENDO UM CLP Agora que você aprendeu um pouco sobre CLP e decidiu que um sistema de controle baseado em CLP é a melhor escolha. E agora? O próximo passo é a seleção do sistema correto. Mas como fazer isto? Onde começar, já que existem muitos fabricantes e tantos modelos diferentes? Um desenho da máquina ou do processo é um bom começo. Isto pode ajudar a identificar os dispositivos de campo físicos requeridos. A partir do desenho, você pode determinar quantos aparelhos analógicos ou discretos irá ter. Dispositivos discretos são aqueles que operam em apenas dois estados, ligado e desligado. Alguns exemplos de dispositivos discretos são botoeiras, lâmpadas, etc. Os dispositivos analógicos, tais como termopares, transdutores de pressão e outros, irão fornecer ou receber sinais com uma faixa especifica, geralmente 0-10V ou 4-20mA.
67
Uma vez que as localizações e os dispositivos são definidos, você pode começar o processo de escolha de um CLP que irá satisfazer os seus requisitos. Tendo as informações, os próximos passos serão seleção, desenvolvimento e instalação do seu sistema. Quando se está escolhendo um CLP, existem muitos fatores que se deve considerar, pois um mal planejamento, pode afetar a performance do sistema depois da instalação. Quando um planejamento é bem realizado, pode ser feito com relativa facilidade.
Considerações na Escolha de um CLP Nesta página estão relacionados os oito tópicos mais importantes que se deve considerar quando se está a procura do CLP ideal para a sua aplicação. A seguir segue uma lista completa destes itens: 1. Determine quando o seu sistema é novo ou já existente: O seu sistema será instalado desde o início ou existem produtos já instalados que seu novo sistema terá que ser compatível com estes?
Por que isto é importante: Com certeza existem produtos que não são compatíveis com todos os CLPs. Tenha certeza que todos os produtos já existentes sejam compatíveis com o CLP que está procurando para que economize seu tempo e dinheiro. 2. Defina qualquer condição ambiental que irá afetar a sua aplicação: Existem específicas questões ambientais que irão afetar seu sistema (temperatura, ruídos, vibrações, códigos específicos para sua facilidade, etc.) ?
Por que isto é importante: Certamente o meio ambiente pode afetar na operação de um CLP. Por exemplo, um típico CLP tem a sua faixa de temperatura de 0-60 graus Celsius. Se sua aplicação incluir qualquer condição ambiental extrema, precisará encontrar produtos que satisfaçam tais condições, ou projetar uma instalação que reuna estas especificações. 3. Determine quantos dispositivos analógicos e discretos sua aplicação terá: Quantos dispositivos discretos e analógicos o sistema terá? Quais tipos (AC, DC, etc.) serão necessários?
Por que isto é importante: O número e o tipo de dispositivos que seu sistema incluirá, é diretamente relacionada ao número de I/O que será necessária para seu sistema. Você precisará escolher um CLP que suporte a quantidade de I/O que serão utilizadas e tenham módulos que suportem os tipos de sinal utilizados. 4. Determine quando o seu sistema irá utilizar qualquer característica especial: Sua aplicação irá utilizar algum contador rápido ou posicionamento? Quanto a um clock em tempo real ou outra função especial? 68
Funções especiais especiais não são necessari necessariamen amente te Porqu Porquee isto isto é import important ante: e: Funções possív possíveis eis utiliz utilizand ando o módul módulos os de I/O padrõe padrões. s. Planej Planejand ando o primei primeiram ramen ente te quand quando o ou não sua aplic aplicaçã ação o irá requer requerer er tais tais caract caracterí erísti sticas cas,, irá ajudar ajudar determinar se você precisará adquirir os módulos especiais para o seu sistema.
5. Determine o tipo da CPU que irá utilizar: Quanta memória o seu sistema necessita? Quantos dispositivos o sistema terá (determina a memória de dados)? Qual o tamanho do programa e quantos tipos de instruções será incluído (determina a memória de programa)?
Porque isto é importante: A memória de dados se refere a quantidade de mem memória ria nece ecessár ssária ia para ara a manip anipul ulaç açã ão de dados ados dinâ inâmic micos e de armaze armazenam nament ento o do sistem sistema. a. Por exemp exemplo, lo, contad contadore oress e tempor temporiza izador dores es norm normal alme ment nte e utili utiliza zam m a memó memória ria de dado dadoss para para arma armaze zena narr os valo valore ress registrados, valores correntes e outras marcas. Se a aplicação um histórico da retenção de dados, tais como medidas dos valores dos dispositivos durante um long longo o espa espaço ço de temp tempo, o, os tama tamanh nhos os da tabe tabela la de dado dadoss requ requer erid ida a vai vai depender de qual modelo de CPU você escolher. A memória de programa é a quantidade de memória necessária para armazenar a lista de instruções do programa que foram programadas para a aplicação. Cada tipo de instrução requer uma quantidade de memória diferente, normalmente especificada no manual de programação do CLP. Mas a memória se tornou relativamente barata e facilmente é feito um upgrade se necessário. 6. Determine onde as I/Os estarão localizadas: O seu sistema Terá apenas I/Os locais , ou ambas I/O locais e remotas?
Por que isto é importante: Se sua aplicação irá necessitar de elementos a uma longa distância da CPU, então você irá precisar de um modelo de CLP que suporte I/O remota. Você também terá que determinar se a distância e a velocidade suportada pelo CLP irão se adequar para a sua aplicação. 7. Determine os requisitos de comunicação: O seu sistema terá que se comunicar com outra rede ou outro sistema?
Porq Porqu ue isto isto é imp importan rtante te:: As portas de Comunicação não são necessariamente incluídas junto com os CLPs. Sabendo primeiramente que seu sistema irá ou não comunicar com outro sistema, ajudará na escolha da CPU que suportará os requisitos de comunicação ou módulos adicionais de comunicação se necessário. 8. Determine os requisitos do programa: O seu programa necessita apenas de funções tradicionais ou é necessário funções especiais?
Por que isto é importante: Alguns CLPs não suportam todos os tipos de instruções. Você terá que escolher um CLP que suporte todas as instruções que necessite para uma aplicação especifica. Por exemplo, funções PID que
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são são muito muito fáce fáceis is de usar usar,, escr escrev even endo do o seu seu próp próprio rio códi código go para para real realiz izar ar controles de processo de ciclo fechado.
Exemplos:
MELSEC QnAS/AnS
Compacto com alta velocidade de processamento e alto rendimento. Série completa de PLC Micro Modulados combinando tamanho compacto, alta velocidade e alto rendimento. Montagem em bastidor em que o usuário configura fontes, CPU, entradas e saídas de forma que desejar. A CPU A2AS possui tempo de varredura de 150ns por instrução , sendo pelo menos 2 vezes mais rápido que qualquer cont contro rola lado dorr de sua sua clas classe se.. Gran Grande de vari varied edad ade e de módu módulo loss espe especi ciai ais. s. Comunicação em rede de alta velocidade (10Mbps). Comunicação com série FX através da Rede Rs485 Multi Drop, CC-link. Conexão em rede de outros controladores. (Profibus, Devicenet, Modbus) Grande variedade de CPU para as mais variadas aplicações. SERIE FX 2N
Rápido Processamento: 0,08 µs/step. Capacidade de memória: 16K step/máx. Capacidade de E/S: 30 E/S (FX0S); 128 E/S (FXON); e 256 E/S (FX2N). Entradas rápidas incorporadas (20~60Khz) / Saídas em trem de pulso (1~10Khz). Comunicação em RS 232C; RS 422; RS 485; Redes abertas, Profibus, ASI, CC-lin CC-link. k. Blocos Blocos espec especiais iais:: Contad Contadore oress rápido rápidoss (100Kh (100Khz). z). Entrad Entrada/S a/Saíd aída a
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anal analóg ógic ica. a. Saíd Saída a trem trem puls pulso o (50 (50 Khz) Khz).F .Fon onte te inco incorp rpor orad ada. a. Aces Acessó sóri rios os intercambiáveis (FX0N/FX2N). (FX0N/FX2N ).
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8. SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO GX DEVELOPER
Introdução O Software GX Developer é um software para a plataforma Windows que vem substituir o software Melsec Medoc que é um software para plataforma DOS. Como software para plataforma Windows, ele leva várias vantagens sobre o antigo Medoc. É um software mais “amigável” no seu tratamento. Permite a utilização do mouse, o que o Medoc não permitia, e pela sua própria apresentação de tela, facilita o trabalho do usuário, que não mais precisa “decorar” que comando acessar – F4, F5, F7 – e sim teclar no ícone que se deseja trabalhar. Além disso, o software possui algumas extensões que prometem muito: - Teste dos programas sem necessidade da utilização do CLP, é criado um CLP “Virtual” dentro do computador para rodar o programa do usuário em modo de teste; - Os dados do programa podem ser enviados diretamente para planilhas do excel; - Software de comunicação de comunicação. E não é só isso, está em fase de conclusão um novo software de programação das IHM’s (interface homem máquina) que também permite o teste com a criação de uma IHM virtual. A princípio o teste da IHM seria feito apenas com a GOT, IHM mais avançada da Mitsubishi. 72
O teste no CLP pode ser feito em qualquer família de CLP’s da Mitsubishi, famílias FX, A, Q, e com toda a capacidade do equipamento, um teste completo.
8.1 EXECUTANDO O GX Para começarmos a executar o GX devemos ir ao nosso:
Menu INICIAR
PROGRAMAS
MELSOFT Application
GX Developer
Como nos mostra a figura abaixo. Caminho para o GX
Feito essas operações nosso software abrirá com a seguinte tela
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A partir da área de trabalho encontraremos encontraremos com os seguinte seguinte compôs: ⇒ Project – Funções relativas aos nossos projetos: abrir, salvar, etc. ⇒ View – Seleciona os atalhos a serem mostrados na área de edição. ⇒ On Line – Funções de comunicação com a CPU. ⇒ Diagnostics – Funções para diagnósticos de erro na CPU, Rede, etc. ⇒ Tools – Ferramentas para a programação. ⇒ Help – Menu de ajuda incluindo as memórias e registradores especiais.
8.2 MENU DAS FUNÇÕES DO GX Apartir de agora estudaremos as funções básicas básicas para o desenvolvimento desenvolvimento de software aplicativos em nossos controladores.
8.2.1 Criando Novo Projeto Para criar um novo projeto basta seguir os seguintes passos ⇒ No
Menu de função Project selecione “New preject” ou pressione as teclas Ctrl + N ⇒ Selecione o Tipo de CPU – família de controlador [ PLC Series ] ⇒ Selecione a CPU [ PLC types ]
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⇒ Tipo de programação [ Program type ]
E se desejar coloque agora o Nome [ Project name ] e o titulo do projeto [ Title ].
8.2.2 ABRINDO ABRINDO UM PROJETO PROJETO EXISTENTE EXISTENTE ⇒ No
Menu de função Project selecione “Open preject” ou pressione as teclas Ctrl + O
⇒ Selecione o projeto a ser aberto ⇒
E pressione [ Open ]
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8.2.3 Salvando um projeto Para efetuar a salvaguarda no diretório de trabalho de um novo programa: ⇒ No Menu de função Project selecione “Save” ou pressione as teclas Ctr l + S ⇒ Aparecerá
um indicador de que o programa está sendo salvo
Caso o programa não tenha nome, será necessário dar um nome ao mesmo
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8.2.4 DANDO NOME A UM NOVO PROJETO Caso não tenha dado nome ao projeto quando foi criado você tem a opção de dar nome ao mesmo: ⇒ No Menu de função Project selecione “Save as...” ⇒
Digite o nome e o titulo no lugar indicado e pressione [ save ]
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8.2.5 IMPRIMINDO UM PROJETO Para imprimir o programa editado, lista de instruções, comentário, etc. ⇒ No Menu de função Project selecione “Print” ou pressione as teclas Ctrl + P ⇒ Selecione a parte do projeto a ser impressa e pressione [print ]
8.2.6 FECHANDO O GX ⇒ No Menu de função Project selecione “Exit GX Developer”
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8.3 EDITANDO UM PROGRAMA Em primeiro lugar devemos entrar em modo de edição ⇒ No Menu de função Edit ⇒ Selecione ⇒
write mode ou pressione F2
Feito isso o cursor ficará fazado
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8.3.1 EDITANDO UM CONTATO Para editar um contato aberto ou fechado selecione nos botões na barra de atalho ou precione as teclas: ⇒
F5 contato aberto
⇒
Shift + F5 contato paralelo aberto
⇒
F6 contato fechado
⇒
Shift +F6 contato paralelo fechado.
Após pressionar as teclas descritas acima aparecerá a um caixa de dialogo onde colocaremos o endereço do nosso contato que pode ser [ X, Y, M, etc...].
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8.3.2 EDITANDO UMA FUNÇÃO BOBINA Para editar um função bobina selecione o atalho na barra ou pressione a teclas F7. Abrirá uma caixa de texto pedindo o endereço e este pode ser Y,M,S,T,C.
Na caixa de dialogo digite o endereço
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8.3.3 EDITANDO AS FUNÇÕES Para colocarmos uma função em nosso programa podemos fazer de 2 maneiras: Clicando no atalho na barras de atalho Ou escrevendo diretamente no local a ser inserida Das duas formas abrirá caixa onde deveremos escrever as funçõies e suas partes. Como veremos no exemplo a seguir
8.4 CONVERÇÃO DO PROGRAMA Após toda a edição do programa devemos converter do modo de edição para o modo leitura onde faremos, transferências, monitorações, testes, etc... E para isto devemos seguir estes passos:
Menu edit 82
Pressione Read mode
Ou pressione F4
8.5 FUNÇÕES DE TRANSFERENCIA E MONITORAÇÃO 8.5.1 ESCREVENDO UM PROGRAMA NA CPU Para escrever o programa que aprendemos de editar siga estes passos: ⇒ No Menu de funções clique em On line ⇒ Pressione Write to PLC
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8.5.2 LENDO UM PROGRAMA NA CPU Para Ler o programa que já está na CPU seguiremos estes passos: ⇒
No Menu de funções clique em On line
⇒
Pressione Read to PLC
8.5.3 MONITORANDO O PROGRAMA E A CPU Para entrar no modo de monitoração do programa que está na CPU. ⇒
No Menu de funções clique em On line
⇒
Monitor
⇒
Monitor Mode ou F3
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Para sair do modo de monitoração ⇒
No Menu de funções clique em On line
⇒
Monitor
⇒
Stop Monitor ou Alt + F3
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8.6 TECLAS DE ATALHO 1
2 3
5
4
6
11 10 7
8
12
9
1. Cria um novo projeto 2. Abre um projeto já existente 3. Salva o projeto 4. Imprime o projeto 5. Tecla de teste 6. Tecla das funções de edição em Ladder 7. Modo de leitura 8. Modo de escrita 9. Comentário de contato 10.Comentário de linha 11.Nota das saídas 12.Início e término do Ladder logic test
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8.7 COMO CRIAR UM NOVO PROJETO E TESTÁ-LO NO LOGIC TEST 1º Passo: Clique em novo projeto Irá abrir uma página para novo projeto. Nesta página você irá escolher a série e o tipo de PLC que será programado. Clique em OK. Aparecerá uma tela perguntando se você quer salvar o projeto, pode ser dito sim ou não. 2º Passo: Aparecerá a tela em modo de escrita. Nesta tela deve ser escrito o programa do usuário. 3º Passo: Ao terminar de escrever o programa, você deve ir ao diretório convert e converter o projeto. 4º Passo: Agora tecle o inicio do Ladder logic test. Irá aparecer uma transferência de dados. 5º Passo: Testar o programa. Os teste podem ser feitos pelo Logic test na função device memory monitor, ou pela tecla device test.
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9. TEORIA DE PROJETOS (BÁSICO PARA DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS)
1a Etapa: Desenvolvimento da especificação funcional; 2a Etapa: Aprovação da especificação funcional; 3a Etapa: Desenvolvimento da especificação técnica; 4a Etapa: Aprovação da especificação técnica; 5a Etapa: Desenvolvimento dos programas de supervisório e do CLP; 6a Etapa: Teste de plataforma; 7a Etapa: Implantação; 8a Etapa: Testes do sistema no campo; 9a Treinamento de operação do sistema; 10a Etapa: Entrega da documentação técnica.
1a Etapa: Desenvolvimento da especificação funcional; Nesta etapa deverão ser definidas, através de reuniões com o usuário, todas as funções e instalações do sistema, como:
Principais objetivos do sistema e benefícios esperados; Descrição geral do sistema, indicando os principais componentes; As principais interfaces do sistema com os operadores e outros sistemas; Considerações gerais do usuário, tanto de padronização quanto de exigências de normas internas.
2a Etapa: Aprovação da especificação funcional; Nesta etapa o usuário deverá aprovar a especificação funcional, tendo uma data limite para gerar comentários.
Após a data limite se não houver comentários, a etapa 3 iniciará automaticamente.
3a Etapa: Desenvolvimento da especificação técnica; Esta etapa tem por objetivo a elaboração da especificação técnica, que descreverá todos os equipamentos e componentes propostos no sistema, incluindo capacidades, modelos, fornecedores e material de montagem. 4a Etapa: Aprovação da especificação técnica; Nesta etapa o usuário deverá aprovar a especificação técnica, tendo uma data limite para gerar comentários.
Após a data limite se não houver comentários, a etapa 5 iniciará automaticamente. 88
5a Etapa: Desenvolvimento dos programas de supervisório e do CLP; Nesta etapa será desenvolvido o sistema de acordo com o estabelecido na especificação funcional e o projeto de software detalhado:
Desenvolvimento dos programas do PLC;
Desenvolvimento dos programas de supervisório.
6a Etapa: Teste de plataforma; Nesta etapa serão realizados testes na plataforma de desenvolvimento, antes de o sistema ser implantado no campo. Estes testes deverão comprovar, através de simulações, a conformidade do sistema às especificações descritas na especificação funcional. 7a Etapa: Implantação; Nesta etapa será montado o sistema de acordo com o estabelecido na especificação técnica. 8a Etapa: Testes do sistema no campo; Nesta etapa serão realizados todos os testes de campo, conforme o descrito na especificação funcional. 9a Treinamento de operação do sistema; Nesta etapa será realizado o treinamento de operação do sistema. Após, por um tempo determinado, deverá ser realizado um acompanhamento do modo de operação do sistema, dando o suporte necessário aos operadores. 10a Etapa: Entrega da documentação técnica. Nesta etapa deverão ser realizadas as revisões da documentação técnica do sistema.
Entrega do projeto.
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10. TEORIA BÁSICA DE GRAFCET (SFC)
Em 1975, pesquisadores e gerentes industrias franceses envolvidos em complexos sistemas de controle discreto, reuniram-se para comparar e avaliar os modelos e métodos para a construção de sistemas de controle seqüencial. Coletaram sua experiências próprias nas quais usavam dezenas de técnica diferentes: - Modelos tecnológicos - Máquinas de estado - Redes de Petri - Questionários empíricos Decidiram construir um modelo customizado, mais fácil e mais adequado aos sistemas complexos e particularmente aos sistemas de manufatura. Após dois anos propuseram um modelo chamado GRAFCET. O nome derivou-se de “Grafh” - pois tem um fundamento gráfico e “ AFCET” (Association Française Èconomique et Technique) – associação científica que suportou todo o trabalho. Os conceitos básicos desse sistema são: - Etapa - Ação associada à etapa - Transição - Condição associada à transição Durante vários anos foi testado por muitas empresas privadas e instituições de ensino da França. Em 1982 foi aceito como norma. Em 1988, a IEC ( Internatinal Eletrotechnical Commission) adotou o GRAFCET como norma internacional sob o nome de SFC – Diagrama Funcional Seqüencial e com referência “IEC 60848”. Um Grafcet é um modelo de representação gráfica do comportamento da parte de comando de um sistema automatizado. Ele é constituído por uma simbologia gráfica com arcos orientados que interligam etapas e transições por uma interpretação das variáveis de entrada e saída da parte de comando caracterizadas como receptividades e ações; e por regras de evolução que definem formalmente o comportamento dinâmico dos elementos comandados.
Algumas técnicas atualmente empregadas: 1) Fluxograma tentativa de adaptar uma solução empregada em linguagem de alto nível. Mostrou-se inviável, visto que o automatismo se assemelha a linguagem de baixo nível.
2) Diagrama de variáveis de estado escreve a dinâmica seqüencial dos controladores, mais do que a dinâmica das máquinas e processos industriais.
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3) Redes de Petri Voltado para sistemas de manufatura flexível. 4) Diagrama trajeto passo bom para tecnologia pneumática. Problemas de visualização em casos menos triviais. 5) Grafcet é o mais viável devido à facilidade de interpretação. Foi o escolhido entre fabricantes de PLC e produtores de software. EXEMPLO DE GRAFCET
10.1 O GRAFCET
É um modelo de representação gráfica do comportamento da parte de comando de sistema automatizado.
É constituído por:
arcos orientados; etapas; transições; receptividade; ações.
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10.1.1 ETAPAS
São representadas por quadriláteros e devem ser identificadas com números, seguidos ou não de abreviaturas.
Uma etapa significa um estado no qual o comportamento do circuito de comando não se altera frente a suas entradas e saídas. As etapas são representadas graficamente por um quadrilátero, e devem ser identificadas com números, seguidos ou não por abreviaturas. Em um determinado instante, uma etapa pode estar ativa ou inativa. O conjunto de etapas ativas em um determinado instante mostra a situação em que o sistema se encontra. A etapa que se torna ativa logo após o início de funcionamento do sistema, é chamada etapa inicial e é representada por um duplo quadrilátero. SITUAÇÃO INICIAL Essa situação corresponde ao conjunto de etapas que deve estar ativo quando do início de funcionamento do sistema de comando, devendo ser composto por pelo menos uma etapa. Tal situação irá definir o comportamento inicial do sistema em relação ao mecanismo controlado. Uma etapa ativa na situação inicial deve ser grafada por meio de um quadrilátero duplo como forma de diferencia-la das demais etapas do Grafcet.
Etapa Inicial
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10.1.2 TRANSIÇÃO É representada por um traço perpendicular aos arcos orientados e significa a possibilidade de evolução do GRAFCET de uma situação para outra. Ao ser efetuada a transição, a etapa precedente (uma ou várias etapas) tornase inativa e a etapa seguinte (uma ou vária etapas) torna-se ativa. Conseqüentemente, a ação associada à etapa precedente deixa de ser realizada, e a ação associada à etapa seguinte passa a ser realizada.
10.1.3 ARCOS ORIENTADOS
Indicam a sequencialização do grafcet. Interligam uma etapa a uma transição e esta a outra etapa sucessiva. O seu sentido normal é de cima para baixo, em casos diferentes deste, recomenda-se a utilização de flechas orientando o sentido.
10.1.4 AÇÃO
Representam os efeitos que devem ser obtidos sobre o mecanismo controlado em uma determinada situação. Representação de ações
Cada ação é representada graficamente no interior de retângulos que são associados a uma etapa e esta será realizada somente e apenas quando sua etapa correspondente estiver ativa. Enquanto a etapa estiver ativa, as ações poder ser iniciadas, continuadas ou finalizadas.Quando a etapa for desativada, as ações podem ser continuadas ou finalizadas, conforme a definição utilizada.
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A ação associada à etapa é definida por declaração textual ou simbólica inserida em um retângulo conectado ao lado direito da etapa correspondente. As ações podem atuar sobre elementos físicos (Saídas do PLC), sobre elementos auxiliares (temporizadores, contadores, etc) ou IHM’s. Uma ação pode ser do tipo contínua ou condicional. Podendo ainda ser memorizada (S =Stored), com retardo ( D = delayed), limitada no tempo (L = limited) ou impulsional (P = pulse).
Exemplo de ação De forma geral as ordens de comando contidas nas ações: 1- Elementos físicos do mecanismo controlado (saídas de PLC, por exemplo) 2- Elementos auxiliares de comando (temporizadores, contadores, memórias, etc.) 3- Ou em interfaces homem-máquina (vídeos, painéis de controle, impressora, etc.)
10.1.5 RECEPTIVIDADE Está associada a cada transição. Ocasiona a ocorrência de uma transição válida. Quando em estado lógico verdadeiro, uma receptividade irá ocasionar a ocorrência de uma transição válida. Uma receptividade pode estão ser encarada como o elo de ligação existente entre a lógica combinacional e a lógica seqüencial. Na prática pode representar:
1- variáveis lógicas de sinais de entrada do sistema; 2- variáveis internas de controle; 3- comparações com contadores / temporizadores; 4- informações sobre estado de uma etapa (ativa/inativa); 5- condicionada a determinada situação do grafcet.
10.1.6 ESTRUTURA SEQÜENCIAL Denomina-se seqüência única uma cadeia de etapas e transições dispostas de forma linear, tal que em sua estrutura cada etapa é seguida por uma única transição e esta, por sua vez, seguida de apenas uma etapa. Deve ficar claro que, a alternância etapa-transição e transição-etapa deverá ser sempre respeitada, independente da estrutura da seqüência seguinte. Assim, duas etapas jamais poderão estar ligadas diretamente, pois obrigatoriamente elas devem ser separadas por uma transição. Da mesma forma, duas
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transições não devem estar ligadas diretamente, mas deverão estar separadas por uma etapa.
0 1 2 3
T1 T2 T3 T4
Alguns erros de sintaxe do GRAFCET
Erros de Sintaxe: a) falta transição; b) e c) transições subsequentes.
Não é recomendável o uso de cruzamento entre arcos, a fim de não gerar ambiguidade.
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11. SISTEMAS SUPERVISÓRIOS E INTERFACES HOMEM-MÁQUINA
11.1 IHM
Introdução: Não é necessário trabalhar com equipamentos industriais para notar como as interfaces Homem Máquina evoluíram nos últimos vinte anos. No início da década de 80, os fliperamas sinalizavam os pontos através de números iluminados em gigantescos displays. Aliás, os displays, lâmpadas e buzinas constituíam o único meio de interatividade com o jogador. Como era de se esperar, esse avanço tecnológico não ocorreu apenas em fliperamas. Os antigos NCs (controles numéricos) que antes possuíam apenas displays como IHM, hoje, tornaram-se CNCs (comando numérico computadorizado) que podem mostrar gráficos 3D em tela de plasma. Basicamente, todo e qualquer sistema utilizado como sinalizador de eventos ou status de uma máquina pode ser considerado uma interface homem-máquina, seja ela uma simples lâmpada ou um PC inteiro. Muitas vezes, alguns projetistas confundem essa definição, pois dependendo do caso, uma lâmpada é uma IHM mais adequada do que um monitor.
Tipos de IHM As IHMs são classificadas em duas categorias: passivas e ativas. a) Passivas: as IHMs passivas são aquelas que apenas monitoram eventos, ou status da máquina sem interferir no processo. Geralmente, essas IHMs não possuem processador interno e , como dissemos anteriormente, algumas delas são apenas lâmpadas ou buzinas. b) Ativas: as IHMs ativas são aquelas que constituem parte integrante do sistema. Além de monitorar eventos, a IHM ativa é parte do processo. Muitas delas possuem até parte do software aplicativo do sistema. Não é necessário dizer que essas IHMs tem seu próprio processador. Essa IHM é uma forte tendência na indústria, onde é comum encontrarmos um ou mais PLCs utilizados apenas como IHM, e que se comunicam através de uma rede da dados fieldbus.
11.2 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS Quando se trabalha com sistemas automatizados complexos, surge a necessidade de se criar uma interface de maneira a facilitar o trabalho da equipe encarregada da operação do sistema. Nos trabalhos de implantação e teste, é muito difícil avaliar o que está acontecendo pela análise do 97
funcionamento da planta, diretamente pelo programa do CLP. Assim surgiu a necessidade da criação de uma interface amigável (eficiente e ergonômica), que o mercado tem designado por Sistema Supervisório ou Interface Homem-Máquina (IHM). Seu objetivo é permitir a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos da planta automatizada. A IHM somente recebe sinais vindos do CLP e do operador e somente envia sinais para o CLP atuar nos equipamentos instalados na planta; em algumas arquiteturas, a IHM por si só não faz nada. Em arquiteturas mais modernas, a IHM pode ter o controlador programável incorporado, caracterizando uma IHM inteligente. A IHM está normalmente próxima à linha de produção instalada na estação de trabalho, traduzindo os sinais vindos do CLP para sinais gráficos, de fácil entendimento. Quem faz o controle da planta é o CLP, baseado na programação existente em seu interior e em comandos do operador. Assim sendo, vamos analisar como o CLP envia sinais para o Sistema Supervisório. O CLP o faz por meio de tags, ou seja, mensagens digitais que levam consigo informações como o endereço dentro do CLP, para o caso de retorno da informação, e o tipo de tag. Há vários tipos de tags, que servirão a propósitos distintos. Tags podem ser do tipo “Device”, “DDE” ou “Memory”. Device significa que os dados se originam de CLPs; DDE que os dados se originam de um servidor, e memory, que os dados existem localmente no sistema supervisório. Na maior parte das vezes o sistema supervisório opera em dois modos distintos: a) Modo de Desenvolvimento – é o ambiente onde se criam as telas gráficas, isto é, onde se elabora um desenho que será animado em outro modo operacional; normalmente são utilizados como ferramenta softwares especializados. b) Modo Run Time – é o ambiente onde se mostra a janela animada criada no modo de desenvolvimento e no qual se dará a operação integrada com o CLP, durante a automação da planta em tempo real.
Atividade dos Operadores A idéia inicial na implantação de uma IHM é analisar o comportamento do operador dentro da planta automatizada, de maneira que possamos tirar o maior proveito desse comportamento e dos equipamentos. Tipos de operação dentro da planta: Operação Normal e Operação sob Contingência
Operação Normal: atividade que é essencial de vigilância; atividade que visa detectar defeitos ou falhas possíveis, antes que possam causar conseqüências 98
graves. Os operadores procedem à observação sistemática dos indicadores essenciais a uma visualização sintética sobre o estado geral do processo ou de uma parte dele. Nem todos os parâmetros são observados com a mesma freqüência, pois: • Alguns aparelhos são mais estáveis que outros – sabe-se que algumas partes se desregulam ou quebram com mais freqüência que outras. • Alguns parâmetros são mais sintéticos e fornecem informações sobre o estado global da unidade. • Algumas desregulagens são mais graves que outras – os parâmetros correspondentes também devem receber vigilância adequada. • Alguma unidade específica está em fase de operação particular,ou seja, o operador sabe que consertos estão sendo realizados em determinado equipamento.
Operação sob Contingência: é caracterizada pela simultaneidade de vários eventos simples causadores de perturbações no processo. O ponto em questão é que o operador tem que optar por gerenciar várias atividades simultaneamente.
Verificação da Veracidade dos Valores Disponíveis na IHM Procedimentos que ajudam o operador na diminuição do grau de incerteza: • Confrontação entre diversos indicadores, • Análise dos valores baseada em sua experiência profissional, na planta em questão e em seus conhecimentos técnicos, • O conhecimento de operações particulares em curso, como equipamentos fora do ar ou em estado de manutenção, • Comparação com aquilo que se passa externamente à sala de controle. Os operadores externos (manutenção da fábrica) podem possuir outros índices sobre o estado do processo, podendo observar o estado de uma válvula ou qualquer outro equipamento. Daí a importância de se manter a equipe de operadores em contato direto com a equipe de manutenção, incluindo um programa de rodízio.
PLANEJAMENTO DO SISTEMA SUPERVISÓRIO
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
Recomendam-se as nove etapas seguintes de planejamento: Entendimento do processo a ser automatizado Tomada de dados (variáveis) Planejamento do banco de dados Planejamento dos Alarmes Planejamento da hierarquia de navegação entre eles Desenho de telas Gráfico de tendências dentro das telas Planejamento de um sistema de segurança 99
9) Padrão industrial de Desenvolvimento
1) Entendimento do Processo Para o completo e detalhado entendimento de um processo de automação, fazse necessária a reunião de uma grande variedade de informações, vindas de várias fontes. Isso deve ser feito através de conversa com os operadores do sistema a ser automatizado ou com os especialistas no processo para conhecer as operações da futura planta; registrar as observações por escrito; conversar com a gerência e o corpo administrativo para descobrir de quais informações eles necessitam para o suporte de suas decisões e registra-las; quebrar o processo em etapas e dar-lhes nomes precisos; determinar as variáveis do processo que precisam ser monitoradas e nomeá-las.
2) Tomada de Dados Quando se planeja a Tomada de Dados é interessante escolher para apresentação somente os dados essenciais, de maneira que o sistema supervisório se torne conciso. É necessário ter em mente um limite superior para o número de dados, principalmente em se tratando de sistemas que envolvam redes. Um grande tráfego na comunicação pode prejudicar o desempenho total (velocidade e integridade de informação).
3) Banco de Dados É interessante mencionar que para sistemas de médio para grande porte é utilizado um banco de dados para o trato das variáveis (tags) que serão usadas pelo sistema supervisório. Esse banco de dados pode ser elaborado em aplicativos consagrados (como o Excel ou Access). São necessárias as seguintes informações: • Fluxos do processo ou diagramas de instrumentação da planta. • Lista de endereços dos dados ou endereços de registradores no CLP. • Lista de alarmes. Antes de montar o banco de dados com as variáveis analógicas, digitais ou do tipo string, é necessário: • Escolher a classe de varredura (scan), isto é, a velocidade de leitura das variáveis. • Desenvolver um sistema de nome das variáveis. A escolha dos nomes deve seguir uma lógica e, claro, o seu significado físico e o seu padrão de codificação. • Usar pastas de arquivos para organizar variáveis.
4) Alarmes Antes de configurar alarmes, é necessário fazer proposições e estabelecer definições, com a aprovação dos responsáveis técnicos do processo. Essas definições podem referir-se a:
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• • • •
Condições de acionamento dos alarmes Escolha e notificação de operadores Envio de mensagens Providência de ações
Em tese, os alarmes teriam a função de: • Chamar a atenção do operador para uma modificação do estado do processo. • Sinalizar um objeto atingido. • Fornecer indicação global sobre o estado do processo.
5) Planejamento e Hierarquia de Navegação entre telas A hierarquia de navegação consiste em uma série de telas que fornecem progressivamente detalhes das plantas e seus constituintes à medida que se navega através do aplicativo. A boa organização da navegação torna o sistema claro e condizente com a realidade, guiando o serviço dos usuários.
6) Desenho das telas Organizar cuidadosamente as partes constituintes das telas ajuda os usuários e aumenta a eficiência do sistema supervisório. Para isso, devem-se levar em conta alguns princípios: Consistência • Ser consistente no uso de símbolos e cores • Ser consistente nos nomes de botões Clareza de Entendimento Devem ser usados símbolos que possam facilmente ser reconhecidos, por exemplo: verde e vermelho que tradicionalmente significam parada e partida; símbolos da ISA já convencionais para tanques e válvulas. Criando padronização para garantir consistência É possível obter uma consistência na aparência entre todas as t elas do projeto, seguindo um padrão de colocação de informações sempre nos mesmos lugares dentro de cada tela. Sendo assim, para começar a desenvolver cada nova tela, deve-se começar com uma cópia da anterior. Por exemplo, cada tela deve conter: • Títulos • Nomes chaves para as tags • Botões de navegação para as telas posteriores e anteriores.
7) Gráfico de Tendências Mostram como determinadas variáveis de processo mudam ao longo do tempo através de sua imagem gráfica. Os dados plotados podem se obtidos em 101
tempo real, amarrados com o tempo de scan dos CLPs, ou podem advir de um histórico arquivado. Por exemplo, tendências históricas podem ser usadas para: • Analisar tendências de processo. • Monitorar a eficiência da produção. • Arquivar variáveis do processo para garantir a conformidade com leis federais ou outras regulamentações. Com base nessas informações o operador terá condições de avaliar situações críticas do sistema.
8) Acesso e Segurança A segurança do sistema depende vitalmente da restrição do acesso das pessoas ao sistema. É necessário criar o acesso controlado por senhas.
9) Padrão Industrial Hoje em dia, o que predomina em sistemas supervisórios é o padrão Windows, baseado no padrão Microsoft de interface homem-máquina, o qual possibilita redução no tempo de aprendizagem se o operador estiver familiarizado com outras aplicações Microsoft e seu ambiente de trabalho. O que se procura buscar em supervisório é a capacidade de integração com outros produtos tipo Windows que facilite a linkagem com outros sistemas da Microsoft, como o Excel ou o Olé 2.0. Comunicação entre o processo e o software de supervisão.
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No software de supervisão, o usuário tem acesso aos dados do processo em tempo real.
O software de supervisão pode ser utilizado tanto na automação de manufatura,
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