Baixe Controladores programáveis - Rede e-Tec e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! Controladores Programáveis Marcos Daniel Zancan 2011 Santa Maria - RS RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO FEDERAL Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação a Distância Comissão de Acompanhamento e Validação Colégio Técnico Industrial de Santa Maria/CTISM Coordenador Institucional Paulo Roberto Colusso/CTISM Professor-autor Marcos Daniel Zancan/CTISM Coordenação Técnica Iza Neuza Teixeira Bohrer/CTISM Coordenação de Design Erika Goellner/CTISM Revisão Pedagógica Andressa Rosemárie de Menezes Costa/CTISM Francine Netto Martins Tadielo/CTISM Marcia Migliore Freo/CTISM Revisão Textual Lourdes Maria Grotto de Moura/CTISM Vera da Silva Oliveira/CTISM Revisão Técnica Eduardo Lehnhart Vargas/CTISM Diagramação e Ilustração Gustavo Schwendler/CTISM Leandro Felipe Aguilar Freitas/CTISM Marcel Santos Jacques/CTISM Máuren Fernandes Massia/CTISM Rafael Cavalli Viapiana/CTISM Ricardo Antunes Machado/CTISM Ficha catalográfica elaborada por Denise Barbosa dos Santos – CRB 10/1456 Biblioteca Central – UFSM © Colégio Técnico Industrial de Santa Maria Este Material Didático foi elaborado pelo Colégio Técnico Industrial de Santa Maria para o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil – e-Tec Brasil. Z27c Zancan, Marcos Daniel. Controladores programáveis / Marcos Daniel Zancan. – 3. ed. – Santa Maria : Universidade Federal de Santa Maria : Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2010. 54 p.: il. 1. Automação industrial. 2. Controlador programável. 3. Microprocessador. 4. Entrada digital. 5. Entrada analógica. 6. Dispositivos digitais. I.Título. CDU: 681.5 e-Tec Brasil5 Indicação de ícones Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual. Atenção: indica pontos de maior relevância no texto. Saiba mais: oferece novas informações que enriquecem o assunto ou “curiosidades” e notícias recentes relacionadas ao tema estudado. Glossário: indica a definição de um termo, palavra ou expressão utilizada no texto. Mídias integradas: sempre que se desejar que os estudantes desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: vídeos, filmes, jornais, ambiente AVEA e outras. Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado. Tecnologia da Informáticae-Tec Brasil 6 e-Tec Brasil7 Sumário Palavra do professor-autor 9 Apresentação da disciplina 11 Projeto instrucional 13 Aula 1 – Noções básicas de controladores programáveis 15 1.1 Histórico 15 1.2 Definição 16 1.3 Evolução 16 1.4 Aplicações e vantagens 17 1.5 Funcionamento 17 1.6 Estrutura interna de um CLP 19 1.7 Classificação dos CLP 21 Aula 2 – Variáveis de entrada e saída 23 2.1 Entradas digitais 23 2.2 Entradas analógicas 24 2.3 Saídas digitais 25 2.4 Saídas analógicas 26 Aula 3 – Dispositivos de entrada e saída para CLP 29 3.1 Dispositivos para entradas digitais 29 3.2 Dispositivos para entradas analógicas 30 3.3 Dispositivos para saídas digitais 32 3.4 Dispositivos para saídas analógicas 33 Aula 4 – Instalação e programação 35 4.1 Instalação 35 4.2 Programação 37 Aula 5 – Projetos com controladores programáveis 49 Referências 53 Currículo do professor-autor 54 e-Tec Brasil11 Apresentação da disciplina A automação é uma das mais inovadoras conquistas do ser humano. Desde os primórdios, o homem utiliza a energia química dos alimentos para a manutenção de suas funções vitais, bem como na realização de trabalho através de seus músculos. Em busca da sobrevivência, o homem evoluiu, e foi descobrindo outras formas de energia disponíveis no planeta, utilizando-as em seu benefício, atendendo assim às suas necessidades. Estas novas modalidades energéticas permitiram a mecanização de diversas atividades, reduzindo drasticamente o trabalho braçal do ser humano, exi- gindo, porém, atividades de gerenciamento e controle, muitas vezes extre- mamente monótonas e repetitivas. Dessa forma, com o desenvolvimento da automação, o ser humano liber- tou-se do controle de tarefas repetitivas, passando a gerenciar e planejar atividades mais complexas, proporcionais à capacidade cognitiva do cérebro humano. Neste contexto, os controladores programáveis constituem-se como ferra- mentas de fundamental importância na automação de processos industriais, sendo amplamente utilizados no controle de processos, independentemente de sua complexidade. e-Tec Brasil Aula 1 – Noções básicas de controladores programáveis Objetivos Reconhecer, através do histórico e evolução dos Controladores Ló- gicos Programáveis (CLP), suas aplicações e vantagens. Compreender o princípio básico de funcionamento de um CLP, identificando sua estrutura interna. Os sistemas de controle estão presentes em praticamente todas as atividades industriais, comerciais e de serviços, sendo a base da automação de proces- sos industriais. Os processos industriais são formados por equipamentos mecânicos, elé- tricos, eletrônicos, hidráulicos ou pneumáticos que, através de sucessivas operações utilizando matéria-prima e energia, resultará num produto final e resíduos. Dessa forma, os controladores programáveis são vastamente empregados no controle lógico de processos, gerenciando as variáveis de entrada e, através de um programa, definindo ações de controle e operação do processo. 1.1 Histórico O Controlador Programável (CP), também chamado de Controlador Lógico Programável (CLP), e, pela sigla em inglês PLC (Programmable Logic Controller), surgiu em função das necessidades da indústria automobilís- tica. Os painéis eletromecânicos para controle lógico utilizados anterior- mente dificultavam as alterações e ajustes de sua lógica de funcionamento, fazendo as montadoras gastarem mais tempo e dinheiro a cada alteração na linha de produção. Pesquise mais sobre processos industriais, acessando: http://pt.wikipedia.org/wiki/ processo_industrial painéis eletromecânicos São constituídos de relés eletromecânicos, contatores, temporizadores, etc, os quais, associando seus contatos abertos e fechados, permitiam implementar lógicas de funcionamento, chamada lógica de relés. A lógica de relés ainda é utilizada atualmente, porém em circuitos de baixíssima complexidade, em que não há necessidade de alterações na lógica de funcionamento. 15Aula 1 - Noções básicas de controladores programáveis Desta forma, em 1968, a General Motors desenvolveu o primeiro CLP, com grande versatilidade de programação e fácil utilização, o qual vem sendo aperfeiçoado constantemente, a fim de atender suas diversas aplicações atuais em automação de processos. 1.2 Definição De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), o CLP é um equipamento eletrônico digital, com hardware e software compatível com as aplicações industriais. De acordo com Associação Nacional de Fabricantes de Equipamentos Elé- tricos dos Estados Unidos da América (National Electrical Manufacturers Association – NEMA), o CLP é um aparelho eletrônico digital, que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, tem- porização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. 1.3 Evolução A evolução dos Controladores Programáveis pode ser dividida em cinco gerações. Na 1ª geração, a programação era feita em Assembly, exigindo do progra- mador o conhecimento completo do hardware do equipamento, isto é, de seus componentes eletrônicos. Na 2ª geração, surgiram as linguagens de nível médio, com programas para converter em linguagem de máquina o programa desenvolvido pelo usuário. Na 3ª geração, os CLPs apresentavam entradas de programação, permitindo sua conexão a teclados ou programadores portáteis. Na 4ª geração, os CLPs apresentavam entrada para comunicação serial, pos- sibilitando sua programação diretamente de um computador. O software de programação instalado no computador permitia, além da programação e transferência do programa ao CLP, testar o funcionamento do programa. e-Tec Brasil Controladores Programáveis16 Os CLPs de 5ª geração apresentam padrões de protocolos de comunicação, facilitando a interface com outros equipamentos e também com sistemas supervisórios. 1.4 Aplicações e vantagens A redução do custo dos CLPs associada à diversidade de fabricantes, modelos e funções programáveis torna-os aplicáveis na automação industrial, comer- cial e residencial, controlando processos de micro a grande porte, desde o controle do sistema de alarme de uma residência até o controle do processo de soldagem robotizado nas linhas de produção de automóveis. As principais vantagens dos CLPs em relação aos painéis eletromecânicos são: • Maior confiabilidade e flexibilidade; • Utilização de menos espaço; • Consumo de menos energia; • Fácil programação/reprogramação; • Reutilizável para outros processos; • Maior rapidez na elaboração dos projetos; • Capacidade de comunicar-se com outros dispositivos. 1.5 Funcionamento Para entendermos o funcionamento básico de um CLP, podemos dividí-lo em três partes básicas: entradas, unidade central de processamento e saídas, conforme mostra a Figura 1.1. Figura 1.1: Estrutura básica de um CLP Fonte: CTISM Pesquise mais sobre sistemas supervisórios, acessando: http://www.centralmat.com. br/artigos/mais/oquesao sistemassupervisorios.pdf e-Tec BrasilAula 1 - Noções básicas de controladores programáveis 17 1.6.1 Fonte de alimentação A fonte de alimentação de um CLP tem por finalidade converter a tensão de alimentação (110 a 220 Vca) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos (5 Vcc para o microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e 12 Vcc para comunicação com o programador ou computador), bem como manter a carga da bateria e fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 Vcc). 1.6.2 Unidade de processamento A CPU é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos. Em CLP modulares, a CPU geralmente está contida em apenas uma placa sepa- rada das demais. Já em CLP de menor porte, a CPU e os demais circuitos geralmente estão contidos numa mesma placa. 1.6.3 Bateria A bateria utilizada em CLP tem por finalidade manter a alimentação do cir- cuito do relógio de tempo real e manter parâmetros ou programas (quando utilizar memória do tipo RAM), mesmo em falta de energia elétrica. 1.6.4 Memória do programa monitor O programa monitor é responsável pelo funcionamento geral do CLP, geren- ciando todas as atividades do CLP. Este programa não pode ser alterado pelo usuário, sendo armazenado em memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM, e funciona de forma semelhante ao sistema operacional dos computadores. 1.6.5 Memória do usuário Nesta memória é armazenado o programa desenvolvido pelo usuário, o qual pode ser alterado, tornando flexível a programação. Este programa geralmente é armazenado em memórias do tipo RAM, EPROM, EEPROM E FLASH-EPROM, cuja capacidade varia de acordo com a marca e o modelo de CLP. 1.6.6 Memória de dados Tem por finalidade armazenar os dados do programa do usuário, tais como valores de temporizadores, contadores, senhas, etc. Geralmente, a memória de dados utiliza partes da memória RAM do CLP. 1.6.7 Memória imagem das entradas e saídas Esta memória armazena informações dos estados das entradas e saídas do CLP, funcionando como uma tabela onde a CPU buscará informações durante o processamento do programa de usuário. Pesquise mais sobre os diferentes tipos de memórias, acessando: http://pt.wikipedia.org/wiki/ mem%c3%b3ria_(computador) e-Tec Brasil Controladores Programáveis20 1.6.8 Circuitos auxiliares São circuitos responsáveis pela proteção de falhas na operação do CLP, tais como: • Evitar o acionamento indevido das saídas quando da energização do CLP; • Evitar perda de informações em caso de desenergização do CLP; • Evitar erros de processamento, identificando falhas no microprocessador e emitindo informações de erro. 1.6.9 Módulos de entradas e saídas São circuitos de interface destinados a adequar eletricamente os sinais de entrada, a fim de que sejam processados pela CPU, bem como adequar eletricamente os sinais de saída, a fim de que possam atuar nos dispositivos controlados pelo CLP. 1.7 Classificação dos CLP Geralmente os CLPs são classificados de acordo com sua capacidade de entradas/saídas: • Micro CLP: possui até 16 entradas/saídas, geralmente num único módulo. • CLP de médio porte: possui até 256 entradas/saídas, podendo ser forma- do por um módulo básico que pode ser expandido. • CLP de grande porte: possui até 4096 entradas/saídas, de construção modular, cuja configuração e agrupamento dos módulos são definidos em função das necessidades do processo. Resumo Nessa aula, identificamos a origem e evolução dos CLP, reconhecendo suas principais aplicações e vantagens no controle de processos. Compreende- mos também o princípio básico de funcionamento de um CLP, identificando os componentes de sua estrutura interna. e-Tec BrasilAula 1 - Noções básicas de controladores programáveis 21 Atividades de aprendizagem 1. Como pode ser definido um CLP? 2. Diferencie as cinco gerações da evolução dos CLP. 3. Cite as principais aplicações e vantagens do uso de CLP. 4. Descreva o princípio básico de funcionamento de um CLP. 5. Cite os principais componentes da estrutura interna de um CLP. 6. Como são classificados os CLP? e-Tec Brasil Controladores Programáveis22 Figura 2.2: Módulos de entradas analógicas Fonte: CTISM 2.3 Saídas digitais As saídas digitais são as mais utilizadas em CLPs devido à sua simplicidade, uma vez que estas poderão assumir somente duas situações, acionada e desacionada. Quando uma saída digital está acionada, esta se comporta como uma chave fechada, energizando o dispositivo atuador. Quando uma saída digital está desacionada, esta se comporta como uma chave aberta, desenergizando o dispositivo atuador. A comutação das saídas poderá ser à transistor ou à relé, aplicando no dis- positivo atuador a tensão fornecida à saída, geralmente 24 Vcc, 127 Vca ou 220 Vca. A Figura 2.3 mostra exemplos de módulo de saída digital à relé e a Figura 2.4 mostra exemplo de módulo de saída digital a transistor. Figura 2.3: Módulo de saída digital à relé Fonte: CTISM e-Tec BrasilAula 2 - Variáveis de entrada e saída 25 Figura 2.4: Módulo de saída digital a transistor Fonte: CTISM 2.4 Saídas analógicas As saídas analógicas de um CLP são geralmente utilizadas em processos que exigem um controle mais preciso, ajustando o funcionamento dos atuadores às necessidades do processo. Os sinais elétricos das saídas analógicas poderão ser de tensão ou corrente, cuja faixa de valores mais utilizada é, respectiva- mente, 0 a 10 Vcc e 4 mA a 20 mA. Dessa forma, os atuadores receberão das saídas analógicas sinais elétricos variáveis, não apenas energizando os equi- pamentos, mas, principalmente, definindo a intensidade de sua atuação no processo. A Figura 2.5 mostra um exemplo de módulo de saída analógica de tensão, o qual utiliza um conversor de sinal digital para analógico (DAC). Figura 2.5: Módulo de saída analógica Fonte: CTISM Saiba mais sobre conversores de sinais digitais para analógicos (DAC): http://pt.wikipedia.org/ wiki/conversor_digital- anal%c3%b3gico e-Tec Brasil Controladores Programáveis26 A Figura 2.6 mostra a placa do circuito eletrônico de um micro CLP comercial, no qual podemos observar, em sua parte inferior, os terminais de entradas digitais, com chaves tácteis e conectores; em sua esquerda, os terminais de saídas digitais ligados a uma placa de relés; na parte superior, os terminais de entradas analógicas (ao lado do potenciômetro) e, no centro, o microprocessador. O sistema é completado por uma placa IHM (interface homem-máquina), instalada à direita da placa principal através de cabo flat, com teclado para entrada de dados e comandos e display LCD, para visualização de dados e comandos. Figura 2.6: Circuito eletrônico de um micro CLP comercial Fonte: CTISM Resumo Nessa aula, reconhecemos as variáveis digitais e analógicas de um processo, diferenciando as entradas e saídas digitais e analógicas de um CLP. Identi- ficamos, também, os módulos de entrada e saída digitais e analógicas, os quais permitem ao CLP a correta interpretação das variáveis do processo. Atividades de aprendizagem 1. Conceitue variável digital e variável analógica. 2. Diferencie entrada digital e entrada analógica. 3. Diferencie saída digital e saída analógica. 4. Qual a finalidade dos módulos de entrada e saída que integram os CLP? Cite alguns tipos. e-Tec BrasilAula 2 - Variáveis de entrada e saída 27 Figura 3.1: Dispositivos para entradas digitais: (1) interruptor; (2) botoeira; (3) chave fim de curso; (4) termostato; (5) pressostato; (6) sensor indutivo Fonte: CTISM 3.1.1 Aplicação prática Consideremos um CLP controlando o funcionamento de um elevador de carga. Neste sistema existem botoeiras para chamar o elevador e para enviar a carga para outro andar, bem como chaves fim de curso, para detectar a posição do elevador em cada andar. Dessa forma, considerando os con- tatos das botoeiras e chaves fim de curso normalmente abertos (NA), se pressionarmos as botoeiras, ou o elevador tocar nas chaves fim de curso, o CLP receberá um sinal elétrico correspondente à amplitude da tensão que alimenta o circuito de entrada. Esta informação elétrica é interpretada pelo CLP, em função do programa, como uma solicitação para subir/descer o ele- vador ou parar em determinado andar. 3.2 Dispositivos para entradas analógicas Os dispositivos para entradas analógicas deverão ser compatíveis com as entradas analógicas do CLP, em relação ao tipo de sinal (corrente ou tensão) e a faixa de valores deste sinal, fornecendo ao CLP sinais elétricos variáveis, proporcionais à variação da grandeza física que está sendo medida. Como exemplo de dispositivos para entradas analógicas temos os poten- ciômetros, sensores de pressão, sensores de vazão, sensores de distância, termopares, etc., conforme mostra a Figura 3.2. Visando facilitar aplicações envolvendo lógica de operação, os dispositivos para entradas digitais são compostos de contatos normalmente abertos (NA) e contatos normalmente fechados (NF). A nomenclatura e representação gráfica correspondem à situação de repouso. Dessa forma, considerando um botão pulsante com 1 contato NA e 1 contato NF, ao apertarmos o botão, seu contato NA se fecha e seu contato NF se abre. Ao retirarmos o dedo do botão pulsante, seus contatos voltam à posição de repouso. Informações sobre o princípio de funcionamento dos termopares: http://pt.wikipedia.org/ wiki/termopar e-Tec Brasil Controladores Programáveis30 Figura 3.2: Dispositivos para entradas analógicas: (1) potenciômetro; (2) sensor de pressão; (3) termopar; (4) sensor de vazão; (5) sensor de distância Fontes: (1) CTISM (2) http://www.automacoes.com/2008_11_01_archive.html (3) http://www.zurichpt.com.br/?pagina=produtos2.php&categoria_id=27&categoria_nome=Sensores%20de%20Temperatura (4) http://www.tecnicaindustrial.net/Medidor_de_vazao_por_turbina_tangencial.htm (5) http://shop.di-el.de/shop/navigation 3.2.1 Aplicação prática Consideremos um CLP controlando a temperatura de uma sala. Se utilizar- mos um termostato regulado para 20ºC acoplado a uma entrada digital, o CLP terá apenas duas informações de temperatura (abaixo de 20ºC ou acima de 20ºC), o que permite a utilização da estratégia de controle on-off, mas não permite a utilização de estratégias de controle mais sofisticadas como proporcional, integral ou derivativa. Porém, se utilizarmos um termopar aco- plado a uma entrada analógica, o CLP receberá informações instantâneas da temperatura, interpretando, além do valor atual, a intensidade das variações. Isto permite um controle mais preciso da temperatura, onde, dependendo das saídas do CLP, poderão ser utilizadas estratégias de controle proporcio- nal, integral ou derivativa. e-Tec BrasilAula 3 - Dispositivos de entrada e saída para CLP 31 3.3 Dispositivos para saídas digitais Como as saídas digitais comportam-se como chaves abertas ou fechadas, podemos utilizá-las para comutar um circuito elétrico com tensão compatível com os terminais do CLP e com os equipamentos elétricos conectados à saída, acionando-os ou desacionando-os. Entretanto, o CLP é um equipa- mento lógico, projetado para acionar pequenas cargas elétricas, geralmente dispositivos eletromecânicos ou eletrônicos de acionamentos, tais como contatores, lâmpadas de sinalização, soft-starters, válvulas eletro-hidráuli- cas ou eletro-pneumáticas, etc, capazes de acionar cargas elétricas de maior potência, como mostra a Figura 3.3. Figura 3.3: Dispositivos para saídas digitais: (1) contator; (2) soft-starter; (3) lâmpadas de sinalização; (4) válvula eletrohidráulica Fonte: CTISM 3.3.1 Aplicação prática Consideremos um CLP controlando o funcionamento de um sistema de bombeamento d’água. Este sistema possui sensores de nível, motobomba principal, motobomba reserva e lâmpadas de sinalização que indicam caixa d’água vazia e motobomba reserva em funcionamento. Para o acionamento dos motores são utilizados contatores; já as lâmpadas de sinalização são acionadas diretamente pelo CLP. Note que os equipamentos elétricos con- trolados pelo CLP (motobombas e lâmpadas) possuem somente dois estados operacionais diferentes (ligados ou desligados), em função de suas carac- contator É um dispositivo eletromecânico que permite, a partir de um circuito de comando, efetuar o acionamento de cargas elétricas em circuitos de potência. São constituídos de uma bobina, mola e contatos. A bobina é responsável pela produção de força magnética capaz de comutar os contatos. Com a bobina desenergizada, a mola reestabelece as condições de repouso dos contatos. O contator possui contatos de força (para o circuito de potência) e auxiliares (para a lógica de comando). Os contatos de força são do tipo NA, enquanto que os auxiliares podem ser do tipo NA ou NF. e-Tec Brasil Controladores Programáveis32 e-Tec Brasil Aula 4 – Instalação e programação Objetivos Compreender as características de instalação de CLP, utilizando di- ferentes dispositivos para entradas e saídas. Reconhecer diferentes estruturas de linguagem para programação de CLP. Diferenciar funções básicas, combinadas e especiais da linguagem Ladder, compreendendo sua estrutura de funcionamento. Os fabricantes de CLPs, em seus manuais técnicos, orientam quanto às características de instalação e programação dos CLPs comercializados. Em função dos fabricantes, modelos, classificações e aplicações, poderão existir diferenças significativas nas instruções de instalação e programação. Nesta aula será apresentado um modelo genérico de instalação do CLP, bem como as características básicas da linguagem de programação mais utilizada em CLP’s, denominada linguagem Ladder. 4.1 Instalação Para o entendimento de um modelo genérico de instalação de um CLP, consideremos um CLP com alimentação em 24 Vcc que possui 8 entradas digitais, 2 entradas analógicas de 0 a 10 V, 4 saídas digitais à relé e 2 saídas analógicas de 0 a 10 V. Note, na Figura 4.1, que estão sendo utilizadas 3 entradas digitais, 1 entrada analógica, 3 saídas digitais e 1 saída analógica. 35Aula 4 - Instalação e programação Figura 4.1: Modelo genérico de instalação de um CLP Fonte: CTISM Em relação à Figura 4.1, podemos fazer as seguintes observações: a) Poderá ser utilizada uma quantidade inferior de entradas/saídas disponí- veis. Não há ordem no uso das mesmas, sendo que o programa definirá quais serão utilizadas. b) As entradas digitais I1, I3 e I6 receberão 0 V (baixo nível) ou 24 V (alto nível), dependendo do estado aberto ou fechado dos contatos corres- pondentes ao interruptor, chave fim de curso e sensor indutivo. Note que está sendo utilizado um contato normalmente aberto (NA) do interruptor e do sensor indutivo, e um contato normalmente fechado (NF) da cha- ve fim de curso. Isto significa que, para as entradas I1 e I6 ficarem em alto nível, deverá ser pressionado o interruptor ou aproximada uma peça metálica do sensor, respectivamente. Em relação à chave fim de curso, está sendo utilizado um contato NF, o que significa que a entrada I3 está constantemente em alto nível, deixando de estar somente quando algu- ma peça tocar a chave fim de curso. e-Tec Brasil Controladores Programáveis36 c) A entrada analógica IA1 recebe do sensor de vazão um sinal que poderá variar de 0 V a 10 Vcc, correspondente aos limites de vazão do disposi- tivo. Este sinal de tensão é recebido pelo CLP em apenas um terminal, tendo como referência o terminal negativo da fonte de alimentação. d) As saídas digitais à relé comutam independentemente, acionando os cir- cuitos elétricos a elas conectados. Note que a saída Q1, quando fechada, alimenta um contator com tensão 220 Vca. Já a saída Q3 recebe um sinal 24 Vcc de um soft-starter, e, quando fechada, devolve este sinal ao soft-starter, o que corresponde a uma solicitação do CLP. Já a saída Q4 alimenta uma lâmpada de sinalização com tensão de 127 Vca. e) A saída analógica QA2 produz um sinal que poderá variar de 0 a 10 Vcc, o qual é recebido por um conversor de frequência, que controla a rota- ção de um motor de indução em função das informações provenientes do CLP. f) Como a função principal de um CLP é o controle lógico de um proces- so, suas saídas possuem limitação de potência. É importante consultar a capacidade máxima de tensão e corrente das saídas, fornecidas pelo fabricante, utilizando sempre dispositivos auxiliares para o acionamento de equipamentos elétricos de potência. 4.2 Programação A programação de um CLP está diretamente relacionada à configuração de instalação. Portanto, o primeiro passo é definir as entradas e saídas que serão utilizadas no processo, bem como os dispositivos a elas conectados. Após isto, a implementação de um programa poderá ser iniciada, a qual, utilizando-se de lógica combinacional e sequencial, relacionará as informa- ções de entrada resultando em ações de saída. Existem diversas linguagens de programação para CLP, as quais, utilizando um conjunto de símbolos, blocos, figuras, comandos, etc, permitem ao pro- gramador manifestar as relações entre as entradas e saídas do CLP. Na atual geração de CLP, são empregadas linguagens de alto nível, que pos- suem uma série de instruções de programação pré-definidas. Isto aproxima as linguagens de alto nível da linguagem humana, facilitando assim o trabalho do programador. As chamadas linguagens de programação de baixo nível, ou em linguagem de máquina, exigem maior habilidade do programador, o qual necessitará de uma boa compreensão do hardware do equipamento, programando bit a bit, como é o caso da linguagem assembly. Pesquise mais sobre a linguagem assembly, acessando: http://pt.wikipedia.org/ wiki/linguagem_de_ programa%c3%a7%c3%a3o_ de_baixo_n%c3%advel e-Tec BrasilAula 4 - Instalação e programação 37 Figura 4.5: Função NF Fonte: CTISM Observe que, na função NF, o estado da saída digital é inverso ao da entrada digital. Assim, quando I1 estiver em alto nível, a saída Q1 estará desativada; e, quando I1 estiver em baixo nível, a saída Q1 estará ativada. A Figura 4.4 mostra o circuito de instalação do CLP que também é aplicado no programa da Figura 4.5. 4.2.1.3 Função E A Figura 4.6 mostra a função E em Ladder, bem como o circuito elétrico e lógica digital correspondente. Figura 4.6: Função E Fonte: CTISM Observe que, na função E, o estado da saída digital depende da combinação das entradas digitais. Assim, quando I1 e I2 estiverem simultaneamente em alto nível, a saída Q1 estará ativada; e, quando qualquer uma das entradas, ou ambas, estiverem em baixo nível, a saída Q1 estará desativada. A Figura 4.7 mostra o circuito de instalação do CLP para o programa da Figura 4.6. e-Tec Brasil Controladores Programáveis40 Figura 4.7: Circuito de instalação: função E Fonte: CTISM 4.2.1.4 Função OU A Figura 4.8 mostra a função OU em Ladder, bem como o circuito elétrico e lógica digital correspondente. Figura 4.8: Função OU Fonte: CTISM Observe que, na função OU, o estado da saída digital depende da combina- ção das entradas digitais. Assim, quando I1 ou I2, ou ambos, estiverem em alto nível, a saída Q1 estará ativada; e, somente quando I1 e I2 estiverem simultaneamente em baixo nível, teremos a saída Q1 desativada. A Figura 4.7 mostra o circuito de instalação do CLP que também é aplicado no pro- grama da Figura 4.8. e-Tec BrasilAula 4 - Instalação e programação 41 4.2.2 Funções combinadas em Ladder 4.2.2.1 Função NA-NF série A Figura 4.9 mostra a função NA-NF série em Ladder, bem como o circuito elétrico e lógica digital correspondente. Figura 4.9: Função NA-NF série Fonte: CTISM Observe que, na função NA-NF série, o estado da saída digital depende da combinação das entradas digitais. Assim, somente quando I1 estiver em alto nível e I2 em baixo nível, teremos a saída Q1 ativada. Para qualquer outra situação, teremos a saída Q1 desativada. A Figura 4.7 mostra o circuito de instalação do CLP que também é aplicado no programa da Figura 4.9. 4.2.2.2 Função NA-NF paralelo A Figura 4.10 mostra a função NA-NF paralelo em Ladder, bem como o circuito elétrico e lógica digital correspondente. Figura 4.10: Função NA-NF paralelo Fonte: CTISM e-Tec Brasil Controladores Programáveis42 Observe na Figura 4.14 que se o tempo em alto nível da entrada I1 for menor que o parametrizado no temporizador, a saída Q1 não será aciona- da. Desta forma, para que a saída Q1 seja acionada, é necessário que a en- trada I1 permaneça em alto nível por um tempo superior ao parametrizado T. Observe ainda que, no modo retardo na energização, quando a entrada I1 for para baixo nível, a saída Q1 será desacionada imediatamente. b) Retardo na desenergização Considere, na Figura 4.13, que o temporizador foi configurado na fun- ção temporizador com retardo na desenergização. Desta forma, a saída Q1 será acionada imediatamente quando a entrada I1 ficar em alto nível, entretando, quando a entrada I1 for para baixo nível, a saída Q1 perma- necerá acionada pelo tempo parametrizado T. Na Figura 4.15 temos o diagrama de tempo do temporizador com retardo na desenergização, onde T é o tempo de atraso no desligamento da saída Q1. Os demais modos de temporização partem basicamente destes dois tipos de retardo, cujas configurações variam dependendo do CLP. Figura 4.14: Diagrama de tempo do temporizador com retardo na energização Fonte: CTISM Figura 4.15: Diagrama de tempo do temporizador com retardo na desenergização Fonte: CTISM e-Tec BrasilAula 4 - Instalação e programação 45 4.2.3.4 Função contador Esta função tem por finalidade ativar uma memória ou uma saída após uma determinada contagem de eventos. A Figura 4.16 mostra a função e simbo- logia do contador em Ladder, segundo a norma IEC 1131-3. Figura 4.16: Função contador Fonte: CTISM Observe que, na função contador, a entrada I1 recebe pulsos provindos de chaves externas ou sensores, enviando para o contador C1. No programa, C1 foi para- metrizado para 4 contagens. Após C1 receber 4 pulsos (quatro energizações/ desenergizações), o contato NA do contador C1 fecha-se, acionando a saída Q1. O contador pode ser crescente, decrescente ou até mesmo crescente/decres- cente (up/down). Para a última finalidade, o bloco contador é composto de mais uma entrada que fará a contagem regressiva, conforme Figura 4.17. Figura 4.17: Contador up/down Fonte: CTISM Analizando a Figura 4.17, observamos que I1 faz a contagem crescente, I2 a contagem decrescente, e I3 aciona o reset. Na Figura 4.18 temos o diagrama de tempos do contador up/down. e-Tec Brasil Controladores Programáveis46 Figura 4.18: Diagrama de tempos do contador up/down Fonte: CTISM Note que, após concluir o ciclo de contagem (4 contagens), Q1 fica acio- nado, independentemente do estado de I1. A saída Q1 pode ser desativada resetando o contador C1. 4.2.3.5 Função relógio Esta função tem por finalidade ativar/desativar uma memória ou uma saída em horários e dias da semana específicos. A Figura 4.19 mostra a função relógio em Ladder. Figura 4.19: Função relógio Fonte: CTISM Observe que, na função relógio, a entrada I1 habilita o funcionamento do relógio. Enquanto a entrada I1 manter acionado o relógio R1, este, através de seu contato NA, ativa/desativa Q1 em função dos parâmetros de dia da semana e intervalo de horário parametrizados no programa. Assim, a saída Q1 será ativada às 08h15min e desativada às 14h30min, de segunda-feira a sexta-feira. Note que desativando o relógio R1 pela entrada I1 interrompe o controle da saída Q1, tornando-a desativada. e-Tec BrasilAula 4 - Instalação e programação 47 2. A figura seguinte mostra o funcionamento de um reservatório de água, cujo nível deve ser mantido entre um valor máximo e mínimo, forneci- dos por dois sensores de nível, S1 (contato NA em nível máximo) e S2 (contato NA em nível mínimo). A bomba centrífuga usada para encher o tanque deverá ser ligada quando o sensor S2 for desativado (nível mí- nimo), e desligada quando o sensor S1 for ativado (nível máximo). Um interruptor Ch1 deverá ser usado para interromper manualmente este controle automatizado e uma lâmpada de sinalização L1 deverá perma- necer ligada enquanto o sensor de nível mínimo S1 estiver desativado. Projete uma solução para este processo, apresentando diagrama de ins- talação do CLP, bem como o programa desenvolvido. 3. O esquema abaixo representa o funcionamento de uma esteira movi- da através do motor trifásico M1 que deverá deslocar uma determinada peça desde a mesa do operador até os motores trifásicos M2 e M3 e após, retornar a peça para a mesa do operador. As posições normais e-Tec Brasil Controladores Programáveis50 de parada da peça na mesa do motor 2 e mesa do motor 3 serão con- troladas através de chaves de fim de curso (FC); na mesa do operador o início e o fim do processo será controlado por sensor. Este sistema deverá conter um botão de emergência que desligue todos os motores acio- nados, independente da posição em que se encontra a peça. Seguindo a seqüência de funcionamento abaixo, projete um sistema de controle para este processo, apresentando o diagrama de instalação do CLP, bem como o programa desenvolvido. Sequência de funcionamento: 1º - O operador coloca a peça e o sensor aciona a esteira (M1) que leva a peça até a mesa do motor M2; 2º - Ao chegar a mesa do motor M2 a esteira para e o motor M2 liga e permanece durante 10s; 3º - Após 10s, o motor M2 desliga e a esteira leva a peça até a mesa do motor M3; 4º - Ao chegar a mesa do motor M3 a esteira para e o motor M3 liga e permanece durante 15s; 5º - Após 15s, o motor M3 desliga e a esteira retorna a peça até a mesa do operador; 6º - Ao chegar à mesa do operador, a esteira desliga e o operador retira a peça. 4. Um determinado processo é constituído de duas esteiras, sendo que a esteira 1 tem apenas um sentido de deslocamento, enquanto a esteira 2 possui dois sentidos de deslocamento. A esteira 1 transporta a peça e-Tec BrasilAula 5 - Projetos com controladores programáveis 51 para avaliação de altura e posteriormente para a esteira 2. A esteira 2, em função do teste de altura feito anteriormente, desloca a peça para o lado relativo a sua situação, isto é, boa ou ruim. Após a identificação e deslocamento de 5 peças ruins, uma lâmpada de sinalização L1 deverá ser acionada, desligando apenas quando a contagem for reiniciada (reset) através de um botão pulsante B1. A sequência completa de funcionamento, conforme esquema abaixo, é a seguinte: 1º - O operador coloca a peça na esteira 1, sendo esta ligada pelo sensor 1; 2º - Ao passar pelas chaves fim de curso 1 e 2, a esteira 2 deverá ligar no sentido referente às condições da peça, isto é, se a altura estiver abaixo da FC2 ou acima da FC1 será ruim; já se estiver entre a FC1 e FC2 será boa. 3º - Após a peça passar pelas chaves fim de curso FC1 e FC2, a esteira 1 deverá desligar, pois a peça já passou para a esteira 2. 4º - Após ligada, a esteira 2 permanece durante 5 segundos, tempo sufi- ciente para deslocar a peça até seu destino. e-Tec Brasil Controladores Programáveis52