NSTALAÇÃO

DE

ISTEMAS

NDUSTRIAIS

Curso Técnico em Eletrônica 3° módulo

Automação com CLP’s Baseado no CLP KEYLOGIX KL640

PROFº Jonatas Xavier

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Índice

Introdução

Sistemas Automatizados Conceito de Sistema Sistemas Dinâmicos Elementos de um Sistema Automatizado Arquitetura da Automação Industrial Modelagem de Sistemas Automatizados

Sensoriamento Características Importantes Sensores de Contato Mecânico Sensores de Proximidade Sensores Indutivos Sensores Capacitivos Sensores Ultra-sônicos Sensores Ópticos Encoders Interfaceamento de Sensores Discretos com os CLP’s Consideração para Instalação de Sensores Aplicação de Sensores

CLP – Controladores Lógicos Programáveis Arquitetura de um CLP Princípio de Funcionamento Especificação de Controladores Lógicos Programáveis Introdução às Linguagens de Programação

CLP Keylogix KL640 Alimentação Endereçamento de Variáveis de E / S Entradas Saídas Comunicação com PC Endereçamento das Variáveis

Linguagem de Diagrama de Contatos (LADDER) Instruções e Comandos da Linguagem Ladder Endereçamento Regras Elementares Álgebra de Boole

Implementação de Projetos de Sistemas Combinacionais Resolução de Projetos de Sistemas Automáticos Modelamento de Sistemas Automáticos Desenvolvimento de Sistemas Combinacionais Exemplo de Projeto de Sistema Combinacional

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Blocos de funções Especiais Temporizadores Contadores Instruções de Comparação Operações Matemáticas

Implementação de Projetos de Sistemas Seqüenciais GRAFCET Descrição do Grafcet Estruturas de GRAFCET Exemplos de GRAFCET Conversão GRAFCET - LADDER

Software KEYPROGRAM v3.1 Área de Trabalho do KEYPROGRAM Transferindo um Projeto para o CLP Barra de Menus Barra de Ferramentas Barra de Ferramentas – Linguagem LADDER

Sistemas de Supervisão IHM SCADA IHM incorporada ao CLP KeyLogix KL640

Bibliografia

Introdução

A palavra automação (Automation) surgiu motivada pelo marketing da industria de

equipamentos na década de 60. Originalmente buscava enfatizar a participação do computador no controle automático industrial.

Hoje se entende por automação qualquer sistema em que se utilizem meios computacionais para realização de trabalho humano em favor da segurança de pessoas, qualidade dos produtos, redução de custos e aumento da produtividade. È comum pensar que a automação resulte apenas da necessidade de redução de custos. Isso não é verdade: ela decorre mais de necessidades como maior nível de qualidade expressa por especificações como tolerância, menores perdas de material e energia, mais disponibilidade da qualidade da informação sobre o processo e, sobre tudo, melhor planejamento e controle da produção.

A automação envolve a implantação de sistemas interligados e assistidos por redes de comunicação interligando elementos de controle, sistemas supervisórios, IHMs (interfaces homem máquinas) possibilitando aos operadores facilidades em detecção de falhas que eventualmente venham a ocorrer.

O desenvolvimento de circuitos integrados possibilitou a produção em larga escala e baixo custo de microprocessadores dedicados conhecidos como microcontroladores proporcionou profundas modificações conceituais no acionamento e controle de sistemas mecânicos integrando três áreas de conhecimento: Eletrônica, Computação e Mecânica.

Tenho, portanto, e esse é uma visão minha como profissional da área, que a melhor definição de Automação é a utilização de recursos computacionais e eletrônicos empregados no controle de sistemas mecânicos tendo como melhor característica a programabilidade, o que confere a um sistema a capacidade de se adaptar a obtenção dos mais variados objetivos (como, por exemplo, a produção de vários tipos de automóveis com uma única linha de produção).

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I - Sistemas Automatizados

O estudo no campo da automação requer o estabelecimento de alguns conceitos.

Conceito de Sistema

O conceito de sistema pode ser explanado nomes importantes no campo do

desenvolvimento de sistemas automatizados:

Castucci (1981) e David e Alla (1992): Um sistema é qualquer coleção de interação de elementos que funciona para alcançar um objetivo comum.

DeMarco (1979): Um sistema seria um conjunto complexo de coisas diversas que, ordenadamente relacionadas entre si, contribuem para determinado objetivo ou propósito.

Gane e Sarson (1979): Um sistema é um conjunto de elementos dinamicamente relacionados entre si que desempenham uma atividade para atingir um objetivo, operando sobre entradas (informação, energia ou matéria) e fornecendo saídas processadas (informação, energia ou matéria).

Sistemas Dinâmicos

A palavra “dinâmico” refere-se originalmente a mecânica newtoniana: forças aplicadas a massas geram acelerações que definem o movimento dos corpos no espaço; tais fenômenos são regidos matematicamente por equações diferenciais em que o tempo é a variável independente. Por analogia, estende-se o termo “dinâmico” a todos os fenômenos térmicos, químicos, fisiológicos, ecológicos, etc. São Sistemas Acionados pelo Tempo.

Nas últimas décadas surgiram inúmeros sistemas artificiais que não se podem descrever por meio de equações diferenciais: são os sistemas de chaveamento manual ou automático, as manufaturas, os computadores, etc. Sua estrutura impõe regras lógicas de causa e efeito e são conhecidos como Sistemas Acionados por Eventos podendo ser ainda: Determinístico (ocorrem com periodicidade exata) ou Estocástico (comportamentos aleatórios, imprevistos).

Em resumo, têm-se duas grandes classes de sistemas:

Acionados por Descritos por Nomes

Equações diferenciais (variável tempo) Contínuos no tempo

Tempo Equações diferenciais (variável tempo) Discretos no tempo

Eventos Álgebra de Boole, autômatos finitos, redes de Pétri, programas computacionais

A eventos discretos

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Classificação Geral dos Sistemas

Os sistemas de maior interesse em Automação são os “acionados por eventos”.

Elementos de um Sistema Automatizado

A complexidade crescente dos sistemas automatizados implica grande dificuldade por parte do usuário na definição clara, concisa e sem ambigüidade nas especificações funcionais associadas a esses sistemas.

Com o objetivo de padronizar a linguagem na descrição dos sistemas automatizados, uma norma internacional - IEC 61131-3, estabelecida pelo International Electrotechnical Comission, instituiu uma nomenclatura internacional para sistemas automáticos.

Essa nomenclatura divide um sistema automatizado em duas partes distintas: PO – Parte Operativa: corresponde a execução de trabalho efetivo. Constitui-se por

atuadores pneumáticos e hidráulicos, motores, válvulas, lâmpadas, etc. PC – Parte Comando: corresponde ao controle do processo, recebe informações

vindas do operador ou do próprio processo a ser controlado e emiti as informações que comandam as ações da parte operativa. Constitui-se por CLPs, computadores, placas eletrônicas de sistemas embarcados, painel de relés, etc.

Estáticos

Dinâmicos

Sistemas

Linares

Híbridos

Não-lineares

Híbridos

Determinísticos

Estocáticos

Contínuos no Tempo

Discretos no Tempo

Acionados pelo Tempo

Acionados

por Eventos

Híbridos

Híbridos

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Sistema Automatizado

Para cada processo a ser automatizado é necessário escolher, dentre as diferentes tecnologias de comando disponíveis, as mais adequadas e as que melhor se adaptam ao processo.

De uma forma geral, os sistemas de automação se constituem dos seguintes elementos:

Elementos de Ordem: São os dispositivos que permitem que o operador especifique um parâmetro ou comande as operações do processo. São geralmente: chaves e botoeiras.

Elemento Controlador: É o responsável por executar todo o processamento de informações e controlar a ações executadas. Para tanto, recebe sinais em suas entradas (provenientes de elementos de ordem ou de sensores) e geram sinais de controle em suas saídas que controlarão os atuadores. Podem ser empregados como elementos controladores: CLPs, computadores, painéis de relés, placas eletrônicas, etc.

Elementos Atuadores: São dispositivos que modificam uma variável controlada, os responsáveis por realizar a transformação de energia elétrica em outro tipo de energia que realize trabalho mecânico. Os elementos atuadores são controlados pelo elemento controlador e podem ser: motores elétricos, válvulas, lâmpadas, indicadores sonoros, atuadores pneumáticos e hidráulicos, etc.

Elementos Sensores: Dispositivos sensíveis a alguma forma de energia do ambiente (luminoso, térmica, cinética, etc) relacionando informações sobre uma grandeza que precisa ser medida, como: temperatura, pressão, vazão, velocidade, posição, aceleração, etc. Os elementos sensores enviam informações inerentes ao processo e ao meio ao controlador. Os sistemas que se utilizam de elementos sensores são chamados de Sistemas em Malha Fechada enquanto os que não utilizam esses elementos são chamados Sistemas em Malha Aberta.

Os Sistemas Dinâmicos Automatizados por Acionamento a Eventos podem ser classificados ainda como:

Automatismos Combinatórios, em que os estados das saídas dependem unicamente de combinações entre as entradas.

Automatismos Seqüenciais, em que os estados das saídas dependem, além de combinações das entradas, dos seus estados anteriores.

Sensores

CONTROLADOR

Atuadores

Ordens

Objeto de Controle

Ordens de Comando

Retorno de Informações

Ordens do Operador

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Arquitetura da Automação Industrial

Em uma planta industrial existem diferentes níveis de automação que podem ser

expressos pela seguinte pirâmide:

Pirâmide de Automação

Níveis da Pirâmide: Nível 1: É o que chamamos de chão-de-fábrica onde estão as máquinas , dispositivos e

componentes. Nível 2: Nível onde se encontram os equipamentos que executam o controle das

atividades do nível 1 e alguns supervisórios locais. Nível 3: Permite o controle do processo produtivo da planta, constituída por bancos de

das com informações dos índices de qualidade, relatórios e estatística. Nível 4: Responsável pela programação e planejamento da produção, realizando o

controle e a logística dos suprimentos. Nível 5: Gerenciamento de todo o sistema e administração dos recursos da empresa,

gestão de vendas e gestão financeira.

Modelagem de Sistemas Automatizados

A modelagem de um sistema pode ser definida como a representação de um objeto, sistema ou idéia em uma forma diferente da entidade propriamente dita. Modelo é a representação de alguma coisa, de forma simplificada com o propósito de estudá-la.

Uma linguagem para a modelagem de sistemas é o meio pelo qual se expressam modelos, tendo como objetivo a descrição de sistemas.

Nível 1: Dispositivos de Campo: Sensores e Atuadores

Sensores digitais e analógicos

Nível 2: Controle CLP, PC, CNC, SDCD

Nível 3: Supervisão PC, IHM

Nível 4: Gerenciamento da Planta

Workstation

Nível 5: Gerenciamento Coorporativo

Mainframe

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A maneira mais direta de representar formalmente um sistema controlável é mapear o

seu comportamento. Focando nossas intenções em Sistemas Dinâmicos Automatizados por Acionamento a Eventos temos como principais modelagens:

Álgebra de Boole;

Autômatos Finitos;

Redes de Petri;

Diagramas Trajeto-passo;

GRAFCET.

Exercícios Propostos

E1.1 – Por que a automação industrial é importante nos dias de hoje? Quais seriam as razões para a sua utilização nas empresas de manufatura?

E1.2 – Descreva com suas próprias palavras os níveis e as atividades principais da pirâmide de automação.

E1.3 – Defina Malha Aberta e Malha Fechada. Exemplifique os três casos.

E1.4 – Descreva o elementos constituintes de um sistema automatizado geral.

E1.5 – Um sistema transportador é constituído por três esteiras motorizadas com chaves fim de curso, nove sensores de proximidade, chaves liga-desliga e sinalizadores. São utilizados um controlador programável e uma interface homem-máquina. Estabeleça uma relação de todos os componentes e suas funções identificando quais as classes de cada elemento.

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II - Sensoriamento

Sensores são dispositivos amplamente utilizados em automação industrial que

transformam variáveis físicas, como posição, velocidade, temperatura, nível, pH, etc, em variáveis convenientes: tensão ou corrente.

Há sensores em que a amplitude do sinal elétrico de saída reproduz a amplitude do sinal de entrada: são os Sensores de Medição ou Transdutores e sua saída pode ser digital ou analógica. Outro tipo de sensor é aquele que identifica eventos, por exemplo, a presença ou não de um objeto, ou seja, sua saída é do tipo on-off ou binárias. A esses sensores denominamos Sensores Discretos.

Entre os sensores discretos há duas classes: de contato mecânico e de proximidade.

Características Importantes

Há uma série de características relacionadas aos sensores que devem ser levadas em consideração na hora da seleção do instrumento mais indicado para uma dada aplicação.

Tipo de Saída Digital ou binária: a saída do dispositivo é discreta, ou seja, só assume valores “0” ou

“1” lógicos. Analógica: o transdutor possui uma saída contínua. Neste caso a saída do transdutor é

quase uma réplica da grandeza física de entrada.

Sensibilidade Sensibilidade (ganho) é a razão entre o sinal de saída e de entrada para um dado

sensor ou transdutor. No caso de sensores analógicos, a sensibilidade está ligada à relação entre uma variação na grandeza em questão e a verificação na medida fornecida pelo instrumento, ou seja, um sensor muito sensível é aquele que fornece uma variação na saída para uma pequena variação da grandeza medida.

Exatidão Consiste no erro da medida realizada por um transdutor em relação a um medidor

padrão.

Precisão È a característica relativa ao grau de repetibilidade do valor medido por um transdutor.

Linearidade Esse conceito se aplica a sensores analógicos. É a curva obtida plotando os valores

medidos por um transdutor sob teste contra os valores de um padrão. Se o comportamento do transdutor ou sensor for ideal, o gráfico obtido é uma reta.

Alcance (Range) Representa toda a faixa de valores de entrada de um transdutor.

Estabilidade Está relacionada com a flutuação da saída do sensor. Se a flutuação for muito alta, ou

seja, se o sensor possuir uma baixa estabilidade, a atuação do controlador que utiliza esse sinal pode ser prejudicada.

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Velocidade de resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor ideal do processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar a eficiência do sistema de controle e até impedir que o sistema funcione a contento.

Sensores de Contato Mecânico

É necessária uma força entre o sensor e o objeto para efetuar a detecção. Um exemplo

é a chave fim-de-curso, um dispositivo eletromecânico que consiste em um atuador mecanicamente ligado a um conjunto de contatos. Quando um objeto entra e contato físico com o atuador o dispositivo opera os contatos para abrir ou fechar uma conexão elétrica. Possuem um corpo reforçado, para suportar forças mecânicas decorrentes do contato com os objetos. Entre eles podemos destacar:

Chaves Eletromecânicas;

Botoeiras;

Fim-de-curso;

Chaves de Nível;

Chaves de Pressão;

Chaves de Temperatura – bimetálicos.

Sensores de Proximidade

Nestes sensores, o objeto é detectado pela proximidade ao sensor. Existem cinco princípios de funcionamento para sensores discretos “sem contato”.

Indutivo: próprio para materiais metálicos, pois detecta variações de campo eletromagnético;

Capacitivo: próprio para materiais isolantes, pois detecta variações em campo eletrostático;

Ultra-sônico: próprio para objetos de grandes proporções, pois usa ondas acústicas e ecos;

Ópticos: detecta variações de luz infravermelha;

Efeito Hall: detecta alterações de campo magnético.

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Sensores Indutivos

Usados para detectar objetos metálicos, o sensor indutivo trabalha pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético, energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e causando uma queda de tensão.

O circuito de detecção do sensor percebe a queda de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor.

Diagrama de um sensor indutivo

O gerador indutivo de campo cria um campo indutivo na frente do sensor; o sensor de campo monitora este campo. Quando uma peça de metal penetra o campo, o rompimento no campo é detectado pelo sensor, e a saída muda de estado.

O alcance de detecção destes sensores é determinado pelo tamanho do campo gerado. Isto significa que quanto maior o alcance desejado, maior deve ser o diâmetro do sensor.

Detecção de distâncias: O alcance da detecção está relacionado ao tamanho da bobina do indutor e se a bobina do sensor é blindada ou não-blindada. Neste caso, a blindagem do sensor é feita por uma faixa de cobre (ver figura a seguir). Isto impede que o campo se estenda além do diâmetro do sensor, porém reduz a distância de detecção. O sensor blindado apresenta mais ou menos a metade do alcance de um sensor não-blindado. Entretanto, isto evita que o sensor detecte o próprio dispositivo ou estrutura em que esteja montado.

Hysteresis: A histerese significa que um objeto deve estar mais perto de um sensor para ligá-lo do que para desligá-lo (veja figura abaixo). O sentido e a distância de detecção são importantes. Se o objeto estiver se movendo em direção ao sensor, deve mover-se para o ponto mais próximo para ligá-lo. Uma vez ligado (on-point), permanece ligado até que o objeto se mova para o ponto de liberação (off-ponto). A histerese permite este efeito. O princípio é usado eliminar a possibilidade de “enganar” o sensor. O sensor está sempre ligado ou desligado.A histerese é uma característica interna nos sensores de proximidade que ajuda a estabilizar a detecção de peças. Imagine um frasco movendo-se numa correia transportadora. A vibração faz com que o frasco balance enquanto se move ao longo da transportadora. Se o

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on-point for o mesmo que o off-point e o frasco balançar enquanto passar pelo sensor, poderia ser detectado muitas vezes.

Quando a histerese for utilizada, entretanto, o on-point e o off-point ficam em distâncias diferentes do sensor.

Para ligar o sensor, o objeto deve estar mais próximo do que o on-point. A saída do sensor permanece “on” até que o objeto se afaste além do off-point, evitando múltiplas leituras indesejadas.

Sensores Capacitivos

Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos são mais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do que o são os sensores indutivos, mas os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os indutivos. A precisão pode variar de 10 a 15 por cento em sensores capacitivos.

Os sensores capacitivos operam baseados no princípio da capacidade eletrostática de maneira similar às placas de um capacitor. O oscilador e o elétrodo produzem um campo eletrostático (nota: o sensor indutivo produz um campo eletromagnético). O alvo (objeto a ser detectado) age como uma Segunda placa do capacitor.

Um campo elétrico é produzido entre o alvo e o sensor. Como a amplitude da oscilação aumenta, há um aumento da tensão do circuito do oscilador, e o circuito de detecção responde mudando o estado do sensor (ligando-o).

Um sensor capacitivo pode detectar quase qualquer tipo de objeto. A entrada do alvo (objeto) no campo eletrostático perturba o equilíbrio da corrente do circuito do sensor, causando a oscilação do circuito do elétrodo e mantém esta oscilação enquanto o alvo estiver dentro do campo.

Detecção de distâncias: Os sensores capacitivos são dispositivos não-blindados, não-empacotados. Isto significa que não podem ser instalados faceando uma estrutura de montagem porque neste a detectariam. Materiais condutores podem ser detectados mais afastados do que não-condutores porque os elétrons nos condutores estão mais livres para se mover. A massa do alvo afeta o alcance de detecção: Maior a massa, maior o alcance.

Alguns sensores capacitivos estão disponíveis com um parafuso de ajuste, que pode ser ajustado para detectar um produto dentro de um recipiente. A sensibilidade pode ser reduzida de modo que o recipiente não seja detectado, mas o interior do produto o seja.

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Sensores Ultra-sônicos

Um sensor ultra-sônico usa o som de alta freqüência para medir a distância emitindo ondas e medindo o tempo de retorno. A distância ao objeto é proporcional ao tempo de retorno. Um sensor ultra-sônico realiza medidas muito precisas; a precisão para objetos tão pequenos como 1.0 milímetro pode ser de mais ou menos 0.2 milímetro. Algumas câmeras fotográficas usam detecção ultra-sônica para determinar a distância ao objeto a ser fotografado.

Utilizando técnicas de interferometria, pode-se detectar distâncias de uma fração do comprimento de onda emitido. Desta maneira consegue-se uma precisão enorme, já que a luz emitida tem comprimento de onda na escala de 0.0005 milímetros.

Sensores Ópticos

Todos os sensores óticos usam a luz para detectar objetos. Uma fonte de luz (emissor) e um fotodetector sentem a presença ou a ausência da luz. Leds (diodos emissores de luz), que são diodos semicondutores que emitem luz, são usados tipicamente como fontes de luz porque são pequenos, resistentes, muito eficientes e podem ser ligados / desligados em velocidades extremamente elevadas. Operam em um comprimento de onda estreito e são muito confiáveis.

Os diodos emissores de luz não são sensíveis à temperatura, choque, ou à vibração e tem uma vida útil quase infinita. O tipo de material usado para o semicondutor determina o comprimento de onda da luz emissora.

Os diodos emissores de luz existentes nos sensores são usados normalmente em “pulsos”. O emissor de luz é pulsado (desligado e ligado repetidamente). O tempo de permanência “ligado” é pequeno comparado ao tempo “desligado”. Os Leds são pulsados por duas razões: para impedir que o sensor seja afetado pela luz ambiental, e para aumentar a vida útil do diodo emissor de luz. Isto é também chamado de “modulação”.

O fotodetector detecta a luz pulsante. O receptor e o emissor são ambos “ajustados” à freqüência da modulação. Assim, o fotodetector essencialmente ignora toda a luz ambiental e percebe somente a freqüência correta. As fontes de luz escolhidas são geralmente invisíveis ao olho humano e os comprimentos de ondas são escolhidos de modo que os sensores não sejam afetados por outras fontes de iluminação da fábrica. O uso de comprimentos de ondas diferentes permite que alguns sensores, chamados de sensores de marcação colorida, diferenciem diversas cores. Os métodos de pulsar a luz e o comprimento de onda escolhido fazem dos sensores óticos dispositivos muito confiáveis.

Algumas aplicações para sensores utilizam a luz emitida por materiais aquecidos ao rubro, tais como o vidro ou o metal. Nestas aplicações, utilizam-se receptores sensíveis à luz infravermelha. Todos os vários tipos de sensores óticos funcionam basicamente da mesma maneira. As diferenças estão na maneira em que a fonte de luz (emissor) e o receptor são configurados e encapsulados.

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Sensores de Reflexão Difusa

Um dos tipos mais comuns de sensores óticos é o tipo reflexivo ou de reflexão difusa. O emissor e o receptor de luz são encapsulados na mesma peça. O emissor emite a luz, que incide no produto a ser detectado. A luz refletida retorna ao receptor onde é detectada.

Os sensores reflexivos têm menor poder de detecção (alcance) do que outros tipos de sensores óticos porque dependem da luz refletida no produto.

Sensor de Retroreflexão

Este sensor é similar ao sensor de reflexão. O emissor e o receptor são ambos montados no mesmo pacote. A diferença é que a luz é refletida de um refletor em vez do produto. Este refletor é similar àqueles usados em bicicletas. Os sensores de retroreflexão possuem maior alcance do que sensores reflexivos comuns. É uma boa opção quando o “scanning” só pode ser feito a partir de um lado da aplicação, o que ocorre geralmente quando há limitação de espaço.

Sensor de Ruptura de Feixe

Nesta configuração o emissor e o receptor são empacotados separadamente. O emissor emite a luz através de um espaço e o receptor detecta a luz do outro lado. Se o produto passar entre o emissor e o receptor, a luz para de bater no receptor, dizendo ao sensor que um produto está interrompendo o feixe. Esta é provavelmente a modalidade de detecção mais confiável para objetos opacos (não transparentes).

Sensor de Fibra-óptica

Um sensor de fibra ótica é simplesmente uma mistura dos outros tipos. O emissor e o receptor são os mesmos, mas com um cabo de fibra óptica unindo a cada um dos dois. Os cabos são muito pequenos e flexíveis e funcionam como uma “tubulação” para carregar a luz. Existem cabos disponíveis nas configurações ruptura-de-feixe e reflexiva.

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Sensor de Marca de Cor

Um sensor da marca da cor é um tipo especial de sensor óptico reflexivo difuso que pode diferenciar cores; alguns podem mesmo detectar o contraste entre cores. É usado tipicamente para verificar etiquetas e classificar pacotes através de uma marca colorida. A cor de fundo do objeto é uma consideração importante. Os fabricantes do sensor fornecem cartas para a seleção apropriada de sensores de marca colorida.

Sensor Laser Um sensor a laser é usado também como uma fonte de luz para sensores ópticos que

executam funções de inspeções de precisão e qualidade que requerem medições muito exatas. Esta precisão pode chegar a ser tão pequena quanto alguns mícrons. Um LED de luz laser é usado como a fonte de luz. As saídas podem ser analógicas ou digitais. As saídas digitais podem ser usadas para sinalizar OK / Falha ou outras indicações. A saída analógica pode ser usada para monitorar e gravar medidas reais.

Encoders

Um método direto para medição de posição ou deslocamento angular em eixos é a utilização de codificadores digitais angulares: Encoders. Os codificadores digitais são de dois tipos:

Incrementais: são aqueles que requerem um sistema de contagem de incrementos gerados por um disco gigante.

Absolutos: fornecem uma saída digital para qualquer posição angular do eixo.

Encoder Incremental

Um codificador incremental cria uma série de ondas quadradas. Os codificadores incrementais estão disponíveis em várias resoluções, que são determinadas pelo número de frestas através das quais passa a luz. Por exemplo, um codificador 500-vezes produz 500 ondas quadradas em uma volta ou 250 pulsos em uma meia volta (180 graus).

Encoder Absoluto

O codificador absoluto fornece um conjunto de bits de saída com um único padrão que representa cada posição. Os Leds e os receptores são alinhados para ler o padrão do disco. Muitos tipos de esquemas de codificação podem ser usados para o padrão do disco; os mais comuns é o código GRAY e o BCD.

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Interfaceamento de Sensores Discretos com os CLP’s

Os sensores têm como sinal de saída, em geral, uma corrente oriunda de coletor de

um transistor, esta característica reduz consideravelmente a corrupção por ruídos eletromagnéticos do ambiente.

Com relação à ligação dos sensores aos CLP’s e fontes, pode-se dizer que são a dois ou três fios. Aqueles a dois fios são, por exemplo, do tipo contato seco, ao passo que aqueles a três fios são transistorizados: PNP ou NPN. Em qualquer caso a corrente poderá fluir para a entrada do CLP, caracterizando a montagem tipo sourcing ou, então, fluir para o sensor, caracterizando a montagem tipo sinking.

Sensores tipo sourcing – PNP Neste tipo de sensor o transistor interno é PNP, conforme a figura abaixo; O circuito de

saída, portanto, deve ser fechado entre o terminal de saída do sensor e o terminal negativo da fonte. Para a segurança do sinal “zero” é necessário que exista o resistor R (pull-down resistor) mostrado na figura.

Sensores tipo sinking - NPN Os sensores do tipo sinking são complementares aos do tipo sourcing; usam um

transistor NPN, conforme a figura abaixo. O circuito de saída deve ser fechado pela carga entre o terminal de saída e o terminal positivo da fonte. O resistor R é dito pull-up resistor.

Na automação industrial, as saídas dos sensores estão ligadas a entradas de um CLP:

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Consideração para Instalação de Sensores

Elétricas A consideração principal na instalação de sensores é o limite da corrente elétrica

aplicável. A corrente de saída (carga) deve ser limitada para a maioria dos sensores a uma corrente de saída bastante pequena. O limite da saída fica geralmente entre 50 e 200 miliampères. Se a carga aplicada for superior ao limite do sensor, o sensor falha e precisa ser substituído.

Na maioria das vezes, os sensores são inutilizados mais por cabeamento impróprio do que por defeito ou mau uso. É crucial que a corrente esteja limitada a um nível que o sensor possa suportar.

Os módulos de entrada do PLC limitam a corrente a níveis aceitáveis. Por sua vez, sensores com saídas de relé podem suportar correntes mais elevadas (tipicamente 3 ampères).

Se houver uma fiação de alta tensão na proximidade do cabo do sensor, este cabo deve ser protegido por uma canalização metálica para impedir que o sensor não detecte sinais falsos, não apresente mau funcionamento ou danos.

Mecânicas Os sensores mecânicos devem ser montados horizontalmente sempre que possível

para impedir o acúmulo das lascas e resíduos sobre o sensor, o que poderia causar falsas leituras. Em uma posição vertical, pequenas lascas, sujeira, óleo e assim por diante, podem acumular-se na superfície do sensor, causando mau funcionamento. Na posição horizontal, estes resíduos escorregam e caem. Se por acaso o processo exigir que o sensor deva ser montado verticalmente, deve ser previsto procedimentos e dispositivos para remover a sujeira periodicamente, normalmente através de sopros de ar ou banhos de óleo.

Um cuidado importante a se tomar é evitar que o sensor detecte sua própria estrutura de montagem. Por exemplo, um sensor indutivo instalado impropriamente em um dispositivo de aço pode detectar o próprio dispositivo. Além disso, se dois sensores forem montados demasiado juntos, podem interferir um com o outro e causar detecções erráticas.

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Aplicação de Sensores

Um dos usos os mais comuns de um sensor é na produção de onde há alimentação de

peças que se movem ao longo de uma correia transportadora ou em algum outro tipo de alimentador. O sensor notifica o PLC quando uma peça está em posição e está pronta para ser usada. Isto é chamado geralmente de verificação de presença / ausência. O mesmo sensor pode também fornecer ao PLC informações adicionais que PLC usa para contar peças enquanto são detectadas. O PLC pode também comparar as peças terminadas e o tempo decorrido de produção das mesmas para computar os ciclos de tempo para determinar taxas da produção e eficiência.

Um sensor simples permite que o PLC realize três tarefas:

As peças estão presentes?

Quantas peças foram utilizadas?

Qual o tempo de ciclo para cada peça? Sensores simples podem ser usados para decidir se o produto está presente. Imagine

um fabricante que produza três tamanhos diferentes de pacotes numa mesma linha de produção. Os tamanhos dos produtos são aleatórios ao longo de uma correia transportadora. Quando cada pacote chega na extremidade da linha produtiva, o PLC deve saber que tamanho de produto está presente.

Isto pode ser feito muito facilmente utilizando três sensores simples. Se somente um sensor estiver ligado, um produto pequeno está presente. Se dois sensores estiverem ligados, trata-se de um produto médio. Se os três sensores estiverem ligados, o produto é de tamanho grande. A mesma informação poderia então ser usada para seguir a produção dos produtos de todos os tamanhos e tempos de ciclo para cada um deles.

Sensores também podem ser usados para verificar se recipientes foram corretamente preenchidos. Imagine frascos de aspirina movendo-se ao longo de uma transportadora já lacrados e tampados. Sensores simples podem detectar através da tampa e do lacre e certificar que o frasco está cheio. Um sensor, chamado freqüentemente de “gate-sensor”, detecta quando um frasco estiver presente. Este tipo de sensor mostra quando um produto está no lugar. O PLC sabe então que um produto está presente e pode executar outras verificações. Um segundo sensor detecta a aspirina dentro do frasco. Se um frasco estiver presente, mas o sensor não detectar a aspirina em seu interior, o PLC sabe que o frasco da aspirina não foi preenchido.

Imagine por exemplo, um sensor monitorando a temperatura em um forno de uma padaria. O PLC pode então controlar o elemento calefator no forno para manter a temperatura ideal. A pressão é vital em muitos processos. Máquinas injetoras forçam o plástico aquecido em um molde sob uma dada pressão. Os sensores podem monitorar a pressão, a qual deve ser mantida com exatidão ou as peças sairão defeituosas. O PLC pode monitorar o sensor e controlar esta pressão.

Taxas de fluxo são importantes em processos industriais tais como a fabricação de papel. Os sensores podem monitorar os fluxos de líquidos e de outras matérias primas. O PLC pode usar estes dados para ajustar e controlar o fluxo do sistema. Departamentos de fornecimento de água monitoram a vazão com que a água circula para calcular as contas de água dos consumidores.

Ao escolher um sensor para uma aplicação em particular, diversas considerações importantes, como o material do objeto a ser detectado, são cruciais. O material é plástico? É metálico? É um metal ferroso? O objeto é transparente, ou reflexivo? É grande ou muito pequeno? Fatores físicos específicos da aplicação também determinam o tipo do sensor a se usar. Existe uma área grande disponível na qual pode-se montar o sensor? Contaminadores são um problema? Qual velocidade de resposta requerida? Qual o alcance de detecção requerido? Existe ruído elétrico excessivo? Qual a precisão requerida? Responder a estas questões auxilia no processo de escolha, que deve ser feita baseado em critérios tais como o custo e a confiabilidade do sensor assim como o custo da falha. O custo da falha é geralmente

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o guia de quando a detecção deve ser realizada. Se o custo for elevado, sensores devem ser usados para notificar o PLC dos problemas.

Algumas aplicações são mostradas a seguir:

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III – Controladores Lógicos Programáveis

O PLC (Programmable Logic Controller), também conhecido no Brasil como CLP

(Controlador Lógico Programável) é um dispositivo eletrônico que possui uma memória interna programável capaz de armazenar seqüências de instruções lógicas além de outros comandos.

O desenvolvimento de CLPs começou em 1968 em resposta a uma necessidade constatada pela General Motors sendo o primeiro dispositivo a atender às especificações desenvolvido pela Gould Modicon em 1969. Naquela época, se consumiam dias ou semanas para se alterar um sistema baseado em controle por relés, e isso ocorria sempre que se mudava um modelo de carro ou se introduziam modificações na linha de montagem. Para reduzir este alto custo, a GM especificou um sistema de estado sólido, com a flexibilidade de um computador, que pudesse ser programado. Também havia a necessidade de que o sistema suportasse o ar poluído, o ruído elétrico, as vibrações mecânicas e os extremos de temperatura e umidade encontrados no chão-de-fábrica.

Os novos dispositivos foram um sucesso substituindo os circuitos de relés, eram mais confiáveis, reduziam os custos de manutenção, ocupavam menos espaço e para realizar modificações na lógica de controle bastava modificar o programa, mantendo o hardware.

Diagrama de blocos da CPU do CLP

Arquitetura de um CLP

Um CLP é constituído basicamente por:

Fonte de Alimentação;

CPU – Unidade Central de Processamento;

Memórias;

Dispositivos de I / O – Entrada / Saída;

Terminal de programação.

Fonte de Alimentação Converte corrente alternada em contínua para alimentar o controlador.

CPU - Unidade Central de Processamento Responsável pela execução do programa do usuário e pela atualização da memória de

dados e da memória-imagem das entradas e saídas.

CLP

Sistema Automatizado

Saídas

Atuadores Entradas

Chaves, Botoeiras, Sensores

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Memória EPROM

Contém o programa monitor elaborado pelo fabricante que faz o start-up do controlador, armazena dados e gerencia a seqüência de operações. Este tipo de memória não é acessível ao usuário do controlador programável.

Memória FLASH Armazena o programa aplicativo do usuário. A CPU processa esse programa

atualizando a memória RAM.

Memória RAM Contém os dados referentes ao processamento do programa do usuário.

Memória Imagem das Entradas e Saídas Memória que reproduz o estado dos periféricos de entrada e saída.

Circuitos de Entrada são provenientes de chaves, sensores, etc.

Circuitos de Saída são destinados a motores, solenóides, lâmpadas, etc.

Unidade de Programação È o meio de comunicação entre o usuário e o Controlador nas fases de implementação

do software aplicativo. Permitem a leitura e transferência de um programa de usuário, autodiagnóstico e monitoração por meio de uma interface (RS-232 / RS-422 / RS-485 / USB / ETHERNET).

Diagrama de blocos da CPU do CLP

Módulos de I/O Permitem a comunicação do CLP com o sistema a ser automatizado.

Fonte

EPROM:

Sistema Operacional

Start-up do CLP

Seqüência de Operações

Microprocessador

Dispositivos de Comunicação

RAM:

Configuração de dados

Imagem de dados I/O

Buffers de comunicação

FLASH:

Programa do Usuário

Unidade de Programação

Módulo I/O

Estações Remotas de I/O

CPU

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Módulos de Saída (O / S / Q / A)

Basicamente, os módulos de saída dos controladores são acionados por três métodos:

Saída a relé: quando ativado o endereço da palavra-imagem de saída, um solenóide correspondente a ele é ativado, fechando-se o contato na borneira de saída do controlador.

A vantagem desse tipo de saída a relé está na robustez do módulo. No entanto, ele tem uma vida útil baixa permitindo um número total de acionamentos entre 150.000 e 300.000 com capacidade de até 5 A.

Saída a TRIAC: nesse caso o elemento acionador é um TRIAC. Pela própria característica do componente, esse elemento é utilizado quando a fonte é de corrente alternada. Possibilita até 10 x 106 acionamentos com capacidade de corrente de 1 A.

Saída a Transistor: O elemento acionador pode ser um transistor comum ou do tipo FET. Esse é o tipo de módulo mais usado e recomendado quando a fonte é de corrente contínua. Sua capacidade pode chegar até 1A permitindo um número de acionamentos de 10 x 106.

Módulos de Entrada ( I / E ) Os módulos de entrada dos controladores contém optoisoladores em cada um dos

circuitos. Quando um circuito interno é fechado através do seu sensor, um diodo emissor de luz (LED) sensibiliza um foto-diodo ou foto-transistor, fazendo circular corrente interna no

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circuito de entrada correspondente. O número de acionamentos é de 10 x 106 ao longo de sua vida útil com capacidade de até 100 mA.

Terminais Remotos de Entrada e Saída Ás vezes torna-se inviável ligar todos os dispositivos periféricos em portas de entrada e

saída do CLP, devido a grandes distâncias ou mesmo um grande número de dispositivos. Utilizam-se, então, os Terminais Remotos em comunicação com o CLP por meio de protocolos específicos. Cria-se assim o conceito de redes de Remotas.

Princípio de Funcionamento

O princípio fundamental de funcionamento do CLP é a execução, dentro da CPU, de um programa desenvolvido pelo fabricante que realiza ações de leituras das variáveis de entrada por meio do módulo de entrada do CLP, em conjunto com a execução de um programa armazenado e desenvolvido pelo usuário, destinado ao controle e monitoramento de tarefas específicas, onde, faz ou não intervenções nas variáveis de saída pelo módulo de saída do CLP.

O tempo necessário para que o CLP execute estas tarefas é chamado de Ciclo de Execução ou SCAN ou ainda Tempo de Varredura.

Portanto, em cada ciclo de Execução o CLP lê as entradas, processa o programa desenvolvido pelo usuário e atualiza suas saídas.

SCAN de um CLP

LEITURA DAS VARIÁVEIS

DE ENTRADA

ATUALIZAÇÃO DAS

VARIÁVEIS DE SAÍDA

EXECUÇÃO DO

PROGRAMA

I NÍCIO

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Especificação de Controladores Lógicos Programáveis

Na automação com CLP’s deve-se considerar:

Compatibilidade entre instalação elétrica e pontos de I / O;

Existência de chaves de proteção de software;

Tipo e forma de sinais aceitáveis;

Capacidade de memória.

Introdução às Linguagens de Programação

A Parte Comando de um sistema Automatizado deve ser bem especificada e documentada, a fim de evitar ambigüidades e dúvidas durante a sua implementação e/ou modificação. Para unificar e padronizar os símbolos gráficos e a seqüência do sistema, e também os diferentes componentes de automação e os CLP’s distribuídos por diferentes fabricantes, foi criado um comitê internacional da IEC (International Electrotechnical Comission) responsável pela especificação das etapas de projeto dos CLP’s, incluindo desde o projeto de hardware, teste, documentação, programação e comunicação até a instalação. O resultado disso foi uma norma internacional IEC 61131-3.

Linguagens Padronizadas pela Norma IEC 61131-3 Foram definidas cinco linguagens, sendo duas textuais e três gráficas.

Linguagens Textuais: IL – instruction list – É uma linguagem de baixo nível que se assemelha á linguagem

Assembly, baseada em comandos que apresentam alta eficiência. È uma linguagem de difícil aprendizado.

Exemplo: Tomemos a equação lógica S1 = (E1 + E2) . E3 Em IL teríamos:

LD E1 OR E2 LD E3 AND ST S1

ST – Structured Text – É uma linguagem de alto nível que se assemelha ao Pascal. Para a mesma equação lógica do exercício anterior teríamos em ST:

S1 = (E1 OR E2) AND E3

Linguagens Gráficas: LD – Ladder Diagram – Trata-se de uma linguagem gráfica baseada em símbolos e

esquemas elétricos, tais como relés, contatores e bobinas, proporcionando um entendimento intuitivo das funções.

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FBD – Function Blocks Diagram – É uma linguagem de programação que se utiliza

de blocos de lógica booleana para construção de procedimentos combinacionais.

SFC – Seqüencial Flow Chart – Nesta linguagem representa-se em seqüência as etapas do programa. Isto permite uma visualização objetiva e rápida da operação e do desenvolvimento da automação implementada. Também é conhecida por GRAFCET.

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IV – CLP Keylogix KL640

O CLP utilizado em nossa aulas práticas será o modelo KL640 da KeyLogix. São suas

principais características:

Possui IHM com display LCD de 4x16 (4 linhas por 16 dígitos) com Backlight, teclado numérico, teclas de funções especiais, teclas de navegação, led’s indicadores independentes;

Módulos de entradas digitais (tipo N ou tipo P);

Módulos de saídas digitais (tipo N ou tipo P);

Módulos de Entrada e Saída Analógicas;

Memória RAM de 32KB

Memória EERPOM de 30KB

Memória FLASH de 64KB

Canais de comunicação serial – RS232 e RS485

16 entradas e 12 saídas

32 Temporizadores

32 Contadores

8 Contadores Rápidos

Instruções de Comparação

Operações Matemáticas

O software KEYPROGRAM utilizado para programação do CLP KL640 pode ser obtido gratuitamente no site do fabricante www.keylogix.com.br

Alimentação

Os pinos (L1 e L2) devem ser alimentados com 110 VAC ou 220 VAC dependendo do modelo do equipamento. É apresentada a seguir, a figura dos pinos que devem ser alimentados para a ligação do PLC.

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Endereçamento de Variáveis de E / S

Para que o diagrama Ladder possa ser interpretado de forma correta é necessário que

a CPU possa identificar cada uma das entradas / saídas existentes no CLP. Estudamos anteriormente a respeito da Memória Imagem de Entrada e Saída: cada conexão física de entrada ou saída é representada por um endereço lógico que segue a seguinte normalização:

TIPO DE VARIAVEL BYTE. BIT Onde:

TIPO DE VARIÁVEL especifica Entrada ou Saída.

BYTE – endereço do módulo a começar por 0.

BIT – endereço da conexão a começar por 0.

Entradas

Há dois módulos de entradas cada um com 8 bits totalizando 16 entradas, embora no painel estejam disponíveis apenas 8. Ambos os módulos podem ser configurados para ser TIPO N ou TIPO P em 24 Vcc.

Módulo

Endereços

0 I0.7 / I0.6 / I0.5 / I0.4 / I0.3 / I0.2 / I0.1 / I0.0 1 I1.7 / I1.6 / I1.5 / I1.4 / I1.3 / I1.2 / I1.1 / I1.0

Padrão Tipo N – O CLP reconhece que uma entrada foi acionada quando a mesma receber nível lógico baixo (Gnd). Para que seja utilizado este padrão, deve-se conectar 24V nos terminais de alimentação dos módulos de entrada (I0+ e I1+).

Padrão Tipo P – O CLP reconhece que uma entrada foi acionada quando a mesma receber nível lógico alto (24 Vcc). Para que seja utilizado este padrão, deve-se conectar o terra (Gnd) nos terminais de alimentação dos módulos de entrada (I0+ e I1+).

Entradas - Padrão Tipo N Entradas - Padrão Tipo P

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O padrão utilizado no painel é o Tipo N.

Saídas

Há, também, dois módulos de saídas, porém o segundo módulo apresenta apenas 4

saídas, totalizando 12 saídas. Todas são saídas a transistor em 24 Vcc.

Módulo

Endereços

0 Q0.7 / Q0.6 / Q0.5 / Q0.4 / Q0.3 / Q0.2 / Q0.1 / Q0.0 1 Q1.3 / Q1.2 / Q1.1 / Q1.0

Assim como as entradas, as saídas também podem ser configuradas para trabalhar segundo o padrão TIPO P ou TIPO N a 24 Vcc.

Padrão Tipo N – O CLP aciona um endereço de saída enviando nível lógico baixo (Gnd) no respectivo endereço físico. Quando a saída encontra-se desligada tem-se nível lógico alto (24 V) no respectivo endereço físico.

Padrão Tipo P – O CLP aciona um endereço de saída enviando nível lógico alto (24 V) no respectivo endereço físico. Quando a saída encontra-se desligada tem-se nível lógico baixo (Gnd) no respectivo endereço físico.

Saídas - Padrão Tipo N Saídas - Padrão Tipo P

O padrão utilizado no painel é o Tipo N.

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Comunicação com PC

Este CLP possui dois canais de comunicação, possibilitando a comunicação pelo

canal RS-485, ou pelo canal RS-232. A programação e monitoração do CLP são realizadas por meio de um PC, utilizando como meio de comunicação a interface serial RS-232.

A interface RS-232 utiliza o protocolo de comunicação Keynet para a comunicação entre o CLP e o PC. A plataforma utilizada para programação do CLP é efetuada através do Software Keyprogram.

A taxa de transmissão (Baud rate) utilizada na comunicação de nosso equipamento, ao PC é de 115200 bps - taxa máxima suportada pelo meio físico. O equipamento utiliza um conector RJ-11 de seis pinos para conexão da interface RS-232 na parte traseira do equipamento.

O comprimento máximo na Interface RS-232 do cabo de comunicação do PLC deve ser de no máximo 10 m. Já para a Interface RS-485 o comprimento máximo permitido é de aproximadamente 1Km.

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Endereçamento das Variáveis

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V - Linguagem de Diagrama de Contatos (LADDER)

Nos circuitos a relés, cada contato, ao assumir dois estados (aberto ou fechado),

representa uma variável booleana, ou seja, uma variável que assume dois estados: verdadeiro ou falso.

Pela facilidade do desenho e da inspeção de circuitos, e pela longa experiência e tradição dos engenheiros projetistas dos quadros de comando elétrico, uma das primeiras técnicas de programação dos CLP’s foi chamada de linguagem de relés ou Ladder.

Assim o Ladder parte de duas linhas verticais, também chamadas de barras de alimentação. Cada representação é feita por uma linha horizontal. Esta linha, por usa vez, é formada por pelo menos um elemento controlado (saída) e um conjunto de elementos de controle desse elemento (entradas). O CLP examina a continuidade de cada linha, isto é, verifica se todas as variáveis de entradas são verdadeiras.

Instruções e Comandos da Linguagem Ladder

A linguagem Ladder é uma linguagem gráfica de alto nível que se assemelha muito a um circuito de comando elétrico. Há dois grandes grupos de instruções: entradas e saídas. Neste primeiro contato com a linguagem iremos abordar apenas as instruções mais elementares que irão permitir o controle de variáveis de entrada e saída. Mais adiante entraremos em instruções mais avançadas como contadores, temporizadores, aritméticos e manipulação de dados.

Instrução NA – Normalmente Aberto A CPU executa esta operação verificando o estado da entrada representada. Se a

entrada não estiver acionada, a instrução retorna com valor lógico falso e, portanto, não há continuidade lógica na linha em que a instrução está inserida. Se a entrada estiver acionada, a instrução retorna com valor lógico verdadeiro e, portanto, há continuidade lógica na linha em que a instrução se encontra.

Instrução NF – Normalmente Fechado É a operação lógica NOT (não). Se a entrada não estiver acionada, a instrução retorna

com valor lógico verdadeiro e, portanto, há continuidade lógica na linha em que a instrução está inserida. Se a entrada estiver acionada, a instrução retorna com valor lógico falso e, portanto, não há continuidade lógica na linha em que a instrução se encontra.

Instrução de Saída – Bobina de Saída A CPU executa esta instrução verificando se há ou não continuidade lógica na linha

que antecede a instrução. Caso haja continuidade lógica na linha, o bit endereçado pela instrução será colocado no estado lógico ligado. Se não houver continuidade na linha, o bit endereçado pela instrução será colocado no estado desligado.

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Instrução de Saída SET – Memorização

A CPU executa esta instrução verificando se há ou não continuidade lógica na linha que antecede a instrução. Casa haja continuidade lógica na linha, o bit endereçado pela instrução será colocado no estado lógico ligado. Entretanto, uma vez habilitada a saída a mesma só será desabilitada quando uma instrução RESET for executada no mesmo endereço.

Instrução de Saída RESET – Desmemorização A CPU executa esta instrução verificando se há ou não continuidade lógica na linha

que antecede a instrução. Casa haja continuidade lógica na linha, o bit endereçado pela instrução será colocado no estado lógico desligado.

Endereçamento

As instruções NA e NF podem ser endereçadas por:

Entradas Físicas do CLP (I B.b)

Saídas Físicas do CLP (Q B.b)

Bits de memória (M x) – Os bits de memória são variáveis auxiliares utilizadas para sinalização de eventos internos no programam aplicativo. O campo x especifica o endereço do bit que pode ser de 0 a 255.

As instruções de saída podem ser endereçadas por:

Saídas Físicas do CLP (Q B.b)

Bits de memória (M x) – Os bits de memória são variáveis auxiliares utilizadas para sinalização de eventos internos no programam aplicativo. O campo x especifica o endereço do bit que pode ser de 0 a 255.

Regras Elementares

Existem algumas regras que devem ser respeitadas na criação de um projeto utilizando-se como linguagem de programação o Ladder. A saber:

Uma instrução de saída sempre deverá ser o último elemento de uma linha horizontal, sendo que em uma linha horizontal somente deverá haver 1 instrução de saída;

Pode-se associar instruções de saída em paralelo, desde que as mesmas sejam dependentes, ou seja, irão assumir os mesmos estados lógicos;

O diagrama Ladder é divido em blocos chamados Lógica, sendo cada lógica responsável por parte do sistema total, ou seja, saídas independentes entre si devem estar em lógicas distintas.

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Álgebra de Boole

Em 1854, George Boole (1815-1864), filósofo e matemático inglês, apresentou um

trabalho intitulado “An Investigation of the Laws of Thought” que serviu como base para a teoria matemática das proposições lógicas. Em 1938, Claude Elwood Shannon, engenheiro americano, no seu trabalho “Symbolic Analysis of Relay and Switching”, aplicou a teoria de Boole na simplificação lógica de funções usadas em telefonia. Ele percebeu que as leis que governam as relações entre as proposições lógicas eram idênticas às leis válidas para dispositivos de chaveamento de dois estados. Tais dispositivos podem ter um dos seguintes estados diferentes: “ligado” ou “desligado”, tensão “alta” ou “baixa”, “verdadeiro” ou “falso”.

A Álgebra de Boole é estruturada sobre um conjunto de três tipos de operações: OU, E e COMPLEMENTO, e pelos caracteres 0 e 1. As operações E e OU serão simbolizadas, respectivamente, por um ponto (.) e por um sinal de mais (+), enquanto que o COMPLEMENTO será representado através de uma barra colocada em lado do elemento em questão.

Associação E É equivalente a ligação série de duas ou mais chaves ou contatos ou ainda instrução

NA ou NF:

Associação OU É equivalente a ligação paralela de duas ou mais chaves ou contatos ou ainda

instrução NA ou NF:

Exercícios Propostos

E5.1 – Transformar as expressões abaixo em diagrama Ladder: A) Q0.0 = (I0.0 + I0.1) . I0.2 B) Q0.1 = (I0.0 . I0.1) + I0.2 C) Q0.2 = I0.0 + (I0.1 . I0.2) + I0.3 D) Q0.3 = I0.0 . I0.1 . I0.2 E) Q0.4 = I0.0 . (I0.1 + I0.2 + I0.3) F) Q0.5 = I0.0 . /I0.1

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G) Q0.6 = (/I0.5 . /I0.6) + I0.7 H) Q0.7 = I0.0 . /I0.1 . I0.2 . /I0.3

E5.2 - Um sistema transportador é constituído por três esteiras motorizadas com chaves fim de curso, nove sensores de proximidade, chaves liga-desliga e sinalizadores. Desenhe o esquema de ligação elétrica entre todos os periféricos e o Controlador Lógico Programável.

E5.3 - Obter as expressões lógicas dos circuitos de chaveamento abaixo.

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VI - Implementação de Projetos de Sistemas Combinacionais

A especificação de um sistema refere-se a uma descrição de sua função e de outras características, necessárias para seu uso, como por exemplo, a velocidade, a tecnologia e o consumo de energia. Está relacionada com o que o sistema faz sem referir-se a como ele executa a operação. Uma especificação deve ser a mais completa possível e mais simples possível, de modo a descrever a função do sistema de uma maneira adequada para dois propósitos:

a) usar o sistema como um componente em sistemas complexos; b) servir como base para a implementação do sistema através de uma rede de

componentes mais simples. Uma implementação de um sistema refere-se a como o mesmo é construído a partir de

componentes mais simples, A análise de um sistema tem como objetivo a determinação de sua especificação a

partir de uma implementação. O sistema assim analisado pode ser um módulo num sistema de maior porte, resultando num processo de análise de múltiplos níveis.

O processo de projeto consiste na obtenção de uma implementação que satisfaça a especificação de um sistema. Se o sistema for complexo, também será necessário usar uma abordagem de múltiplos níveis.

Resolução de Projetos de Sistemas Automáticos

As etapas básicas de um projeto de sistema automático são:

Descrição O modo mais comum de descrever sistemas automáticos consiste em uma descrição

de sua estrutura através de uma forma gráfica (desenho), onde fornece um diagrama lógico do sistema em diferentes níveis, mostrando os módulos e suas interligações. Estes desenhos podem ser elaborados manualmente, porém, atualmente há ferramentas computacionais que permitem gerar e editar estes desenhos.

Projeto As ferramentas de síntese e otimização ajudam a obter uma implementação a partir de

determinada descrição e a melhorar algumas características como, por exemplo, o número de módulos e os retardos da rede.

Verificação As ferramentas de simulação são utilizadas para verificar a operação do sistema, onde

usam a descrição do sistema para produzir os valores dos sinais (internos e externos) para determinada entrada. A simulação é usada para detectar erros num projeto e para determinar

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características, como retardos e consumo de energia, as quais são difíceis de obter analiticamente.

Modelamento de Sistemas Automáticos

Assim como em eletrônica digital têm-se duas divisões para os circuitos

(combinacionais e seqüenciais) podemos usar as mesmas definições para sistemas de automação.

Os Sistemas Combinacionais são sistemas em que as saídas a serem controladas são unicamente dependentes de combinações das entradas. Para tanto utilizamos os métodos de modelagem já conhecidos: Tabela verdade e Equações Lógicas.

Os Sistemas Seqüenciais são sistemas em que as saídas controladas dependem de combinações de entradas e dos estados armazenados das próprias saídas. Dessa forma são utilizados blocos com funções de contadores, temporizadores, memórias e operadores aritméticos. Os métodos de modelagem para estes sistemas são: Redes de Petri e GRAFCET.

Desenvolvimento de Sistemas Combinacionais

A seqüência do processo de desenvolvimento de projetos de sistemas combinacionais se estabelece, inicialmente, com a análise da situação prática, buscando identificar as variáveis de entrada e de saída, bem como um modelo que irá solucionar o problema. Em seguida, constrói-se a tabela da verdade, simulando todas as possibilidades para as variáveis de entrada e obtendo-se os respectivos valores na(s) saída(s). Na continuação, obtêm-se as expressões lógicas simplificadas por um dos métodos já vistos. Por último, desenha-se o circuito lógico esquemático constituído de portas lógicas.

Tabela Verdade Os circuitos lógicos combinacionais não têm memória, por isso podem ser

completamente especificados definindo os valores para as saídas para cada um dos possíveis conjuntos de entrada. Esta descrição pode ser dada por uma estrutura conhecida como tabela verdade.

Para um circuito lógico com n entradas, existem 2n conjuntos possíveis de valores de entrada. A tabela verdade correspondente tem então 2n linhas, cada linha mostrando o valor da função para uma combinação diferente dos valores de entrada. Abaixo se ilustra três das funções lógicas mais simples que são NOT, AND e OR.

As tabelas verdade descrevem completamente qualquer função lógica combinacional. No entanto, elas tendem a crescer exponencialmente com o número de variáveis de entrada.

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Sendo, portanto, inviáveis quando o número de variáveis é muito grande. Uma forma de simplificar a tabela verdade seria criar a tabela somente com as combinações de entrada cujas saídas fossem verdadeiras.

Exemplo de Projeto de Sistema Combinacional

Sistema automático para controle dos semáforos em um Estacionamento

Descrição: Há duas ruas chamadas A e B onde estão instalados sensores que identificam a

presença ou não de carros em cada rua. Também há semáforos instalados com a finalidade de controlar o fluxo de carros pelas ruas. Têm-se as seguintes situações:

- carros na rua B: verde no semáforo 2 - carros na rua A: verde no semáforo 1 - carros nas ruas A e B: verde no semáforo 1, porque rua A é preferencial. Considere que os sensores enviam nível lógico 0 quando há a presença de veículos na

rua.

Passo 1: Tabela Verdade

Sensor A

Sensor B

Verde A

Vermelho A

Verde B

Vermelho B

Entradas Saídas

Passo 2: Expressões Lógicas

VERDE A = VERMELHO A = VERDE B = VERMELHO B =

Passo 3: Substituição das Variáveis por Endereços

Entradas SENSOR A = SENSOR B =

Saídas VERDE A = VERMELHO A = VERDE B = VERMELHO B =

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Passo 4: Implementação em Linguagem Ladder

Passo 5: Circuito Elétrico

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Exercícios Propostos

E6.1 - Projetar um circuito de alarme de automóvel onde há três chaves usadas para indicar respectivamente o estado da porta do motorista, o estado da ignição e o estado dos faróis. O alarme que tem como dispositivo uma sirene deve acionar quando ocorrer as seguintes condições:

Os faróis estão acesos e a ignição está desligada; A porta está aberta e a ignição está desligada.

E6.2 - Quatro grandes tanques em uma indústria química contêm diferentes líquidos sendo aquecidos. São usados sensores de nível de líquido para detectar sempre que o nível no tanque A ou no tanque B subir acima de um nível predeterminado. Os sensores de temperatura nos tanques C e D detectam quando a temperatura de um desses tanques cai abaixo de um determinado limite. Considere que os sensores de nível de líquido estejam no nível baixo quando o nível seja satisfatório e no nível alto quando o nível for muito alto. Além disso, os sensores de temperaturas serão nível baixo quando a temperatura for satisfatória e no nível alto quando a temperatura for muito baixa. Projete um sistema de controle que detecte sempre que o nível no tanque A ou no tanque B for alto ao mesmo tempo em que a temperatura em um dos tanques C ou D for muito baixa.

E6.3 – Uma empresa dispõe de um sistema de estufa para plantas. Neste sistema existe um sensor de temperatura, um sensor de luminosidade, um sensor de umidade e dois sensores que identificam a presença de funcionários dentro da estufa. Ainda há na estufa um dispositivo que controla o sistema de irrigação, um dispositivo que controla o sistema de iluminação artificial e um dispositivo que controla o sistema de aquecimento da estufa. O sistema de irrigação deve ser acionado sempre que a umidade no interior da estufa seja muito baixa (sensor em nível baixo) ou a temperatura esteja muito elevada (sensor em nível alto). Quando houver a presença de funcionários no interior da estufa, o sistema de irrigação não pode ser acionado. O sistema de aquecimento deve ser acionado se a temperatura estiver muito baixa (sensor em nível baixo) e a umidade não esteja baixa. Sempre que houver deficiência de iluminação na estufa, desde que a temperatura esteja baixa, deve-se acionar o sistema de aquecimento.

E6.4 – Projetar um sistema para controle de velocidade e direção de rotação de um motor DC. O sistema deve contar quatro entradas com as seguintes funções:

Chave 1: Rotação para direita; Chave 2: Rotação para esquerda; Chave 3: Liga com velocidade 1; Chave 4: Liga com Velocidade 2. Faz-se uso de uma ponte H com Relés para o controle do motor, como ilustra a figura

abaixo:

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Desafio

Projetar um sistema com CLP que permita o acionamento e o desacionamento de uma saída com apenas uma entrada.

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VII – Blocos de funções Especiais

Para que possamos passar ao modelamento de sistemas Seqüenciais é necessário

que se conheça as funções possíveis de se utilizar nesses sistemas, tais como:

Temporizadores

Contadores

Blocos Aritméticos e relacionais Cada Controlador (CLP) possui características próprias que os diferenciam de outros

fabricantes, portanto é necessário que se conheça a lógica de funcionamento de cada operador e ademais, mediante a consulta ao manual do fabricante, tenha-se ciência da correta utilização de cada bloco.

Temporizadores

TIMER ON - TON

Descrição: esta instrução conta um tempo a partir do instante em que a entrada Enable (E) for habilitada. Quando o valor atual do Timer (Txx.V) alcançar o tempo de preset (Txx.P), definido pelo usuário, a saída (Q) do Timer será acionada. Quando a entrada Enable for desabilitada, o valor atual do Timer será zerado, e a saída Q do Timer será desativada.

Exemplo de Aplicação Descrição de Funcionamento

No exemplo ao lado, a saída (Q) do Timer irá acionar enquanto a entrada (%I0.0) permanecer fechada (nível lógico 1) e o tempo atual do timer alcançar o valor do preset, acionando assim, o bit (%M0).

Quando a entrada (%I0.0) estiver aberta (nível lógico 0), imediatamente o valor atual do timer será zerado, irá ser desacionada a saída (Q) do timer, desacionando assim o bit (%M0).

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TIMER OFF - TOFF

Descrição: esta instrução conta um tempo a partir do instante em que a entrada Enable (E) do Timer estiver desabilitada. No momento que Entrada (E) for acionada a saída instantaneamente irá ser ativada.

Quando a Entrada do Timer mudar de estado (desligar), o valor atual do Timer (Txx.V) irá contar até chegar no valor de preset (Txx.P).

Quando o valor atual do Timer (Txx.V) alcançar o tempo de preset (Txx.P), definido pelo usuário, a saída (Q) do Timer será desacionada.

Quando a entrada Enable (E) for habilitada, o valor atual do Timer (Txx.V) será zerado e saída (Q) do Timer irá ser acionada.

Exemplo de Aplicação Descrição de Funcionamento

No exemplo ao lado, a saída (Q) do timer é acionada quando a entrada (%I0.0) estiver fechada (nível lógico 1). Enquanto a entrada (%I0.0) estiver aberta (nível lógico 0), o valor atual do timer irá contar até que ele se iguale ao valor do preset, quando se igualar, imediatamente a saída (Q) do timer irá ser desacionada, desacionando assim, o bit (%M0).

Quando a entrada (%I0.0) estiver aberta (nível lógico 0) , o valor de contagem atual do Timer (%Txx.V) terá o valor zero.

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TIMER PULSE

Descrição: esta instrução conta um tempo a partir do instante em que a entrada Enable (E) do Timer estiver habilitada. Neste momento a saída (Q) do Timer é acionada e o valor atual do Timer (Txx.V) começará a contar enquanto a entrada (E) permanecer habilitada.

Quando o valor atual (Txx.V) se igualar ao valor do Tempo de Preset (Txx.P), a saída (Q) do Timer será desativada.

Quando a entrada (E) estiver em desabilitada, o valor atual do Timer irá ser zerado e a saída (Q) será desativada.

Exemplo de Aplicação Descrição de Funcionamento

No exemplo ao lado, a saída (Q) do timer será acionada quando a entrada (%I0.0) estiver habilitada. Nesse mesmo momento, o timer começa a contar até chegar no tempo determinado pelo preset. Quando o valor atual do Timer for igual ao valor especificado pelo preset, a saída do timer (Q) será desacionada.

Se a entrada (%I0.0) for habilitada e em seguida desabilitada em um tempo menor que o valor especificado pelo preset, então a saída (Q) do timer será acionada e desacionada no mesmo intervalo de tempo da entrada (%I0.0).

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Parâmetro dos Temporizadores

O programador ao utilizar os Timer ON’s, OFF’s e de Pulsos deve seguir as seguintes regras:

%Txx: Número do Timer (T0 a T31), definido pelo usuário.

Timer Base: Base de Tempo do Timer (1s, 0.1s e 0,01s), definido pelo usuário.

%Txx.P: Valor do Preset do Timer, definido pelo usuário (Número inteiro de 0 a 65535).

%Txx.V: Valor Atual do Timer definido por software. (Número inteiro de 0 a 65535).

Q: Status de saída do Timer definido por software. É ativado quando o valor atual do Timer se igualar ao valor do preset do contador. Bit (0 ou 1).

E: Enable do Timer de Pulsos, definido pelo usuário. Quando ativado faz a contagem do Timer.Bit (0 ou 1).

Tipos de Operandos aceitos

Na saída Q dos Temporizadores os parâmetros aceitos são valores que contenham tamanho de 1 bit (nível 0 ou nível 1), ou seja, variáveis que contenham também tamanho de 1 bit. Elas podem ser:

%Qxx (Saídas Digitais);

%Mxx (Bits de Memória);

%MRxx (Bits de Memória Retentiva);

%Txx.Q (Saídas dos Temporizadores);

%Cxx.Q (Saídas dos Contadores);

%LTxx (Led da IHM). No valor de Preset do Timer os parâmetro aceitos são valores que contenham o

tamanho de 1 Word (valor de 0 a 65535).

48

Contadores

CONTADOR UP

Descrição: esta instrução faz a contagem de pulsos, com o incremento de uma unidade a cada vez que o contato associado à entrada (CU) muda de estado desligado (nível 0), para estado ligado (nível 1).

Quando o valor atual do Contador (%Cxx.V) se igualar ao valor de preset (%Cxx.P) então a saída (E) do Contador será acionada.

Quando o Reset (R) do contador for habilitado, o valor atual do Contador (%Cxx.V) será igual ao valor zero.

Exemplo de Aplicação Descrição de Funcionamento

No exemplo ao lado, o valor do preset está especificado com o número quatro (4), isto significa que, quando (%I0.0) passar de nível lógico 0 para nível lógico 1 quatro vezes, a saída (E) do contador será acionada. Note que a contagem começa de 0, que é o valor inicial, até o valor do preset do contador (%Cxx.P), especificado com o número 4. Se a entrada (%I0.1) for acionada, a saída (E) do contador será imediatamente desacionada e o valor atual do contador será zerado.

49

CONTADOR DOWN

Descrição: esta instrução faz a contagem de pulsos, com o decremento de uma

unidade a cada vez que o contato associado à entrada (CD) mudar de estado desligado (nível 0), para estado ligado (nível 1).

O valor atual do Contador (Cxx.V) é inicialmente carregado com o valor do preset (Cxx.P). Quando o valor atual do Contador se igualar a zero, a saída do Contador (E) será acionada.

Quando o Preset (P) do contador for habilitado, o valor do contador atual será igual ao valor do preset.

Exemplo de Aplicação Descrição de Funcionamento

No exemplo ao lado, o valor do preset está especificado com o número quatro (4), isto significa que, quando (%I0.0) passar de nível lógico 0 para nível lógico 1 quatro vezes, a saída (E) do contador será acionada.

Note que a contagem começa com o valor do preset, especificado com o número 4, até o número zero. Se a entrada (%I0.1) for acionada, a saída (E) do contador será imediatamente desacionada.

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CONTADOR UP / DOWN

Descrição: esta instrução faz a contagem de pulsos, com o incremento de uma unidade a cada vez que o contato associado à entrada (CU) muda de estado desligado (nível 0), para estado ligado (nível 1) ou com o decremento de uma unidade a cada vez que o contato associado à entrada (CD) muda de estado desligado (nível 0), para estado (nível 1).

Quando o valor atual do contador (%Cxx.V) for igual ou maior ao valor do preset (%Cxx:P), a saída (E) do contador será acionada. Já, quando o valor atual do contador for menor que o valor do preset, a saída será desacionada.

Quando o valor atual do contador se igualar a zero, a saída (D) será acionada. Quando o Reset (R) do contador estiver habilitado, o valor do contador atual será

zerado. Quando o Set (S) do contador estiver habilitado, o valor do contador atual será igual

ao valor do preset e a saída (E) imediatamente ficará acionada.

Parâmetros dos Contadores:

%Cxx: Número do contador (C0 a C31), definido pelo usuário.

%Cxx:P: Valor do Preset do contador, definido pelo usuário. (Número inteiro de 0 a 65535).

%Cxx.V: Valor Atual da contagem definido por software Este valor é incrementado a cada pulso recebido pela entrada (CU) do contador. (Número inteiro de 0 a 65535).

CU: Entrada dos pulsos do contador UP, definido pelo usuário. Bit (0 ou 1).

CD: Entrada dos pulsos do contador DOWN, definido pelo usuário. Bit (0 ou 1).

P: Preset, definido pelo usuário. Bit (0 ou 1).

S: Set definido pelo usuário. Quando ativado, a contagem atual do contador irá apresentar o valor do preset. Bit (0 ou 1).

R: Reset definido pelo usuário. Quando ativado, a contagem atual do contador irá apresentar o valor zero. Bit (0 ou 1).

E: Status de saída do contador Up definido por software. É ativada quando o valor atual de contagem se igualar ao valor do preset do contador. Bit (0 ou 1).

D: Status de saída do contador Down definido por software. É ativada quando o valor atual de contagem se igualar a zero.Bit (0 ou 1).

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CONTADOR RÁPIDO

Descrição: Esta instrução é destinada na contagem de pulsos recebidos pela entrada

rápida (pinos CR0+ e CR0-). Possibilitando uma freqüência máxima de 5 Khz. A cada pulso recebido na entrada rápida, é incrementado o valor atual de contagem

(Crx.V) no bloco do contador rápido (Cr0. a Cr7). Estando a entrada Enable (E) habilitada é feito uma comparação do valor atual

(Crx.V) com o valor do Preset (Crx.P) do bloco do contador rápido. Caso o valor atual for igual ou maior que o valor do preset o bit relacionado ao bloco (Crx.Q) será acionado.

Caso a entrada Enable (E) não estiver habilitada, a comparação não será efetuada, no entanto, o valor atual da visualização continua sendo incrementado a cada pulso recebido da entrada rápida.

O valor atual do bloco do contador rápido pode ser zerado a qualquer instante através do acionamento do Reset (R) no bloco do contador rápido.

Parâmetros do Contador rápido

%CRx: Número do bloco do contador rápido (Cr0 a Cr7), definido pelo usuário. Podendo ter até 8 blocos em apenas um programa;

%CRx.P: Valor do Preset do contador definido pelo usuário. (Número inteiro de 0 a 65535).

%CRx.V: Valor Atual da contagem definido por software Este valor é incrementado a cada pulso recebido pela entrada (E) do contador. (Número inteiro de 0 a 65535).

R: Reset do contador definido pelo usuário . Bit (0 ou 1);

E: Entrada do contador definido pelo usuário. Bit (0 ou 1).

%CRx.Q: Status de saída do contador rápido. Bit (0 ou 1). Indica que o valor atual do contador rápido (Crx.V) já chegou ao valor de preset (Crx.P) do contador rápido, acionando, portanto, esta saída.

Tipos de operandos aceitos

O programador ao utilizar os Contadores UP, DOWN, UP-DOWN e Rápido, devem seguir as seguintes regras:

Na saídas dos Contadores os parâmetros aceitos são valores que contenham tamanho de 1 bit (nível 0 ou nível 1), ou seja, variáveis que contenham também tamanho de 1 bit. Elas podem ser:

%Qxx (Saídas Digitais);

%Mxx (Bits de Memória);

%MRxx (Bits de Memória Retentiva);

%Txx.Q (Saídas dos Temporizadores);

%Cxx.Q (Saídas dos Contadores);

%LTxx (Led da IHM). No valor de Preset dos contadores os parâmetro aceitos são valores que contenham o

tamanho de 1 Word (valores inteiros de 0 a 65535).

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Instruções de Comparação

Estas instruções têm como função comparar dois valores, caso estes valores

satisfaçam a condição de comparação e a entrada do comparador estiver acionada, então a saída do comparador será acionada, habilitando assim, por exemplo, uma saída.

IGUAL (= =)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação de igualdade entre o operando 1 e o operando 2. Caso eles sejam iguais, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for diferente ao operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

MAIOR QUE (>)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação entre o operando 1 e o operando 2. Caso o operando 1 seja maior que o operando 2, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for menor ou igual ao operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

MENOR QUE (<)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação entre o operando 1 e o operando 2. Caso o operando 1 seja menor que o operando 2, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for maior ou igual ao operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

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MAIOR OU IGUAL QUE (> =)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação

entre o operando 1 e o operando 2. Caso o operando 1 seja maior ou igual ao operando 2, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for menor que operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

MENOR OU IGUAL QUE (< =)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação entre o operando 1 e o operando 2. Caso o operando 1 seja menor ou igual ao operando 2, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for maior que o operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

NÃO IGUAL (< >)

No exemplo acima, quando a entrada %I0.0 estiver habilitada inicia-se a comparação de igualdade entre o operando 1 e o operando 2. Caso eles sejam diferentes, o resultado será nível lógico 1, e conseqüentemente a saída será acionada. Já, se o operando 1 for igual ao operando 2, o resultado será nível lógico 0, e conseqüentemente a saída será desacionada.

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Operações Matemáticas

Estas instruções têm como função executar operações aritméticas de dois operandos e

colocá-lo em um operando de resposta (RES).

Soma

Quando habilitado através da entrada E, executa a soma de OPR1 + OPR2 e coloca o resultado em RES.

Subtração

Quando habilitado através da entrada E, executa a Subtração em OPR1 do valor de OPR2 e coloca o resultado em RES.

Multiplicação

Quando habilitado através da entrada E, executa a multiplicação de OPR1 por OPR2 e coloca o resultado em RES.

Divisão

Quando habilitado através da entrada E, executa a divisão de OPR1 por OPR2 e coloca o resultado em RES.

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Exercícios Propostos

E7.1 – Projetar um sistema de alarme contra intrusos em um setor industrial. Um sensor instalado na porta de entrada envia nível lógico baixo quando a porta esta aberta e nível lógico alto quando a mesma está fechada. Sempre que a porta se abre, dispara-se um temporizador que conta 15 segundos e se ao fim da contagem o sistema não estiver desarmado (mediante o acionamento de um interruptor) uma sirene é acionada identificando a entrada de uma pessoa não autorizada.

E7.2 – Um sistema de furação deve ser automatizado. Ele é constituído por um sensor de presença de peça, uma chave habilitadora de processo, uma chave de emergência, um motor, um eletroímã e um sinalizador luminoso. Estando a chave habilitadora acionada, quando o operador depositar uma peça que será reconhecida pelo sensor de presença, aciona-se o eletroímã para fixação da peça e o sinalizador luminoso indicando que o processo está em execução. Também se aciona o motor que fará a furação e o mesmo deve permanecer acionado por 5 segundos. Após este tempo, desliga-se o motor, desliga-se a sinalização luminosa e o eletroímã. Se alguma situação de risco for identificada pelo operador, mediante o acionamento da chave de emergência, todas as saídas devem ser desacionadas.

E7.3 – Projete um multivibrador astável que deve colocar em uma saída do CLP um freqüência de 10Hz.

E7.4 – Idem ao anterior com freqüência de 35Hz.

E7.5 – Otimizar um sistema de iluminação de um hall de recepção de uma empresa. Há um sensor que identifica a chegada de pessoas ao hall. Sempre que houver pessoas no hall deve-se acionar a iluminação que é controlada por uma saída do CLP. Quando o sensor de presença for desacionado, aguarda-se 5 segundos para que a iluminação apague.

E7.6 – Um estacionamento contém 200 vagas. O acesso ao estacionamento é controlado por um semáforo com uma lâmpada vermelha e uma lâmpada verde. Há um sensor que identifica a chegada de carros e um sensor que identifica a saída de carros. Se houver vagas disponíveis no estacionamento o semáforo deve apresentar o semáforo verde ligado, caso não haja vagas deve apresentar a lâmpada vermelha ligada informando ao motorista que não há vagas disponíveis.

E7.7 – Automatizar um cancela de supermercado. O sistema deverá conter um sensor para verificar a presença de veículos. Um motor é o responsável por controlar a cancela, sendo que há 2 saídas dedicadas ao controle do motor (abre e fecha). Quando o veículo se retirar do campo de atuação do sensor deve-se contar um tempo de 5 segundos para que a cancela seja fechada.

E7.8 – Uma empresa de conformação de materiais pretende diminuir em 7% os gastos referentes com a concessionária de energia elétrica. Para tanto, o engenheiro especifica que os motores das 4 máquinas de conformação não devem ser ligados ao mesmo tempo. Implemente um sistema que realize esta operação com o uso de uma chave que ao ser acionada liga o 1º motor e a cada 9 segundos liga o próximo motor.

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VIII – Implementação de Projetos de Sistemas Seqüenciais

Para desenvolvimento de sistemas seqüenciais há uma metodologia muito eficaz que

já tem sido adotada como uma linguagem de programação de CLP’s: GRAFCET.

GRAFCET

Em 1975, um grupo de trabalho chamado Logical Systems da AFCET - Association Française de Cybernétique Economique et Technique por iniciativa de Michel Blanchard, líder do grupo, criar um comitê para mudança da padronização de sistemas lógicos automatizados. Gerentes industriais e pessoas do meio acadêmico se reuniram com um difícil objetivo: tentar definir um formalismo simples, aceito por todos e bem adaptado para representação da evolução de sistemas seqüenciais de modo a facilitar a implementação de projetos tanto do ponto de vista de hardware como software. No início o trabalho consistia em desenhar diferentes aproximações para o modelamento dos sistemas automáticos. Três grandes ferramentas se distinguiram: gráficos seqüenciais, gráficos de estado e sistemas lógicos evolutivos.

A análise dos prós e contras destas ferramentas originou o GRAFCET em 1977 cujo nome marcava tanto a origem desta ferramenta de modelagem quanto sua identidade (Graphe Fonctionnel de Commande Etape-Transition).

No dia 13 de Dezembro de 1979, 250 professores, pesquisadores e gerentes industriais se reuniram para explicar e tentar difundir a ferramenta de modelamento GRAFCET e, então Michel Blanchard e seu sucessor Laurent Tourres propuseram a padronização pela associação francesa AFNOR que foi cedida em 1982, já muito difundida nos meios acadêmicos.

Em 1987 (em seu 10º aniversário) foi apresentado um relatório constando o grande sucesso na área de Educação e declarando como requisito aos elevados programas de formação técnica e, como já começou a despertar grande interesse internacional, documentos referentes ao GRAFCET começaram a ser traduzidos em inglês, alemão, japonês e russo.

Com o grande sucesso o grupo Logical Systems desejava obter os primeiros retornos em nível industrial e graças aos incansáveis esforços de Paul BRARD (La Télémécanique Electrique), o GRAFCET foi padronizado internacionalmente em 1988 com o nome de SFC – Sequential Function Chart.

Características do GRAFCET

Facilidade de interpretação;

Modelagem do seqüenciamento;

Modelagem de funções lógicas;

Modelagem da concorrência;

Origem na França nos meados dos anos 70;

Norma IEC 848 (norma francesa NF C03-190);

Fabricantes de CLP adotam o GRAFCET como linguagem de programação;

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Descrição do Grafcet

O GRAFCET (GRÁfico Funcional de Comando Etapa Transição) é um método gráfico

que permite descrever, em forma de diagrama, as fases de funcionamento de automatismos seqüenciais.

È constituída pelos seguintes elementos: etapas, transições, arcos, receptividade, ações e regras de evolução.

Etapa Uma etapa é um estado no qual o comportamento do circuito de comando não se

altera frente a entradas e saídas. Em um dado instante uma etapa pode estar ativa ou inativa. O conjunto de etapas ativas num determinado instante determina a situação em que se

encontra o Grafcet. Etapa inicial é a etapa que se torna ativa logo após início do funcionamento do Grafcet.

Transição Representada graficamente por traços nos arcos orientados que ligam etapas, a

significar a evolução do Grafcet de uma situação para outra. Em um dado instante, uma transição pode está válida ou não. Uma transição está válida quando todas as etapas imediatamente precedentes

estiverem ativas. A passagem de uma situação para outra só é possível com a validade de uma

transição, e se dá com a ocorrência da transição.

Receptividade Representa uma condição associada a uma transição, cujo valor depende do estado do

processo físico e que autoriza o disparo dessa transição. Quando em estado lógico verdadeiro, irá habilitar a ocorrência de uma transição válida. Uma receptividade é associada a:

Variáveis lógicas oriundas de sinais de entrada do sistema

Variáveis internas de controle

Resultado da comparação de contadores e temporizadores

Informação do estado de uma outra etapa

Condicionada a uma determinada situação do Grafcet

Arcos orientados Indicam a seqüencialização do Grafcet pela interligação de uma etapa a uma transição

e desta a outra etapa. O sentido convencionado é de cima para baixo, quando não for o caso, deve-se indicá-lo.

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Ação

As ações representam os efeitos que devem ser obtidos sobre os mecanismos controlados em uma determinada situação (“o que deve ser feito”). Representam também ordens de comando (“como deve ser feito”).

As ações por sua vez podem conter as seguintes ordens de comando:

Ordem CONTÍNUA

Tipo de ordem de comando cuja emissão depende da ativação da etapa a qual estiver associada.

Ordem CONDICIONAL

Tipo de ordem de comando cuja emissão além da ativação da etapa associada, depende de uma outra condição lógica a ser satisfeita.

Com RETARDO

Trata-se do caso particular de ordem condicional em que a dependência é associada a um retardo de tempo.

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LIMITADA NO TEMPO

A ordem é emitida logo após a ativação da etapa, porém com duração limitada a um

valor de tempo específico.

IMPULSIONAL

Semelhante à limitada, mas com tempo de duração “infinitesimalmente” pequeno (corresponde ao ciclo de varredura do CLP comum).

MEMORIZADA

Ação específica para ligar (SET) e outra para desligar (RESET).

Alternância Etapa – Transição Qualquer que seja uma seqüência percorrida em um GRAFCET deve sempre existir

uma alternância entre Etapa e Transição, isto é: Duas etapas nunca podem estar ligadas diretamente, pois devem estar separadas por

uma transição.

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Duas transições nunca podem estar ligadas diretamente, mas devem estar separadas

por uma etapa. Sendo assim, não são permitidas as seguintes estruturas:

Em um modela GRAFCET, tipicamente:

Os sinais provenientes dos detectores são associados às receptividades;

As ordens enviadas aos atuadores estão associadas às ações;

As etapas e as transições definem a estrutura do programa do controlador.

Situação inicial Conjunto de etapas que devem estar ativas quando do início do funcionamento do

sistema de comando. Composta de pelo menos uma etapa. A simbologia da(s) etapa(s) inicial(s) é composta por um quadrado com a borda em negrito ou mesmo com um quadrado interno.

Evolução entre situações A evolução de um Grafcet de uma situação a outra corresponde à ocorrência de uma

transição. A ocorrência de uma transição possui tempo de duração impulsional (ciclo de varredura

no CLP comum). Na ocorrência de uma transição, ocorre a desativação de todas as etapas

imediatamente precedentes, e a ativação de todas as etapas imediatamente seguintes.

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Estruturas de GRAFCET

Seqüência Única

Caracteriza-se por apresentar um fluxo unidirecional, sem ramificações:

Divergência em OU Caracteriza-se por ramificações onde há a opção de mais de um fluxo para a evolução

do sistema. A transição a ocorrer primeiro conduzirá a seqüência do automatismo.

Possíveis Representações

Divergência em E ou Paralelismo Quando duas ou mais seqüências devem ser executadas ao mesmo tempo. O paralelismo só é encerrado quando todas as suas seqüências estiverem concluídas

(sincronicidade).

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Exemplos de Sistemas baseados em GRAFCET

Máquina de Estampar Peças

O sistema é constituído de um dispositivo de carregamento de peças que atua por gravidade. Sendo acionada a chave de partida (PTD) o cilindro 1, comandado pela eletro-válvula EV1, empurra a peça ao local de estampagem (detectado pelo sensor S1). Dessa forma, o estampo desce, mediante o acionamento da eletro-válvula EV2 e deve permanecer estampando a peça por 2s. O sensor S2 indica o fim-de-curso do cilindro onde está o estampo. Após este tempo, aciona-se o cilindro 3 por meio da EV3 deslocando a peça para cima e ao mesmo tempo aciona-se a EV4 para com um jato de ar descartar a peça já estampada. O descarte é confirmado pelo acionamento do Foto-sensor.

Modelo de GRAFCET

Melhore o desempenho do sistema provendo um contador de peças estampadas. O contador devidamente programado pelo usuário deve desligar automaticamente quando o número de peças estampadas for igual ao programado e acionar um sinal sonoro.

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Máquina Dispensadora de bebidas

A máquina é capaz de liberar três tipos de bebidas: café, chocolate quente e leite com café. O sistema começa a trabalhar quando a chave de partida (PTD) for acionada, assim o dispositivo alimentador de copos é ligado colocando o copo em posição para preparo de bebida, identificado pelo sensor SC. Os silos onde se encontram os ingredientes liberam-nos mediante o acionamento de suas respectivas eletro-válvulas. Há 3 botões por meio dos quais o usuário informa a quantidade de açúcar na bebida: A1 – Sem Açúcar; A2 – Doce; A3 – Muito doce; Também há 3 botões que selecionam o tipo de bebida: B1 – Café (3 segundos) e água quente (5 segundos); B2 – Café (2 segundos), leite (3 segundos) e água quente (5 segundos); B3 – Leite (2 segundos), Chocolate (3 segundos) e água quente (5 segundos).

Modelo de GRAFCET

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Sistema de Carregamento de Vagões

Com a chave de partida acionada (PTD), ao chegar um novo vagão (sensor S3 acionado) liga-se o motor da esteira, a eletro-válvula Y1 que libera o minério contido no silo, e desliga-se o solenóide Y2 que impede que o vagão se mova. O Sensor B1 é um sensor de pesagem que aciona quando o vagão se encontrar carregado. Quando isso ocorrer, a eletro-válvula Y1 deve desligar e aguarda-se 7 segundos para que todo o minério presente na esteira possa ir para o vagão. Após este tempo, aciona-se o solenóide Y2 possibilitando o movimento do vagão.

A partir deste instante sem em 15 segundos não houver chegado um novo vagão, o motor da esteira desliga-se, caso contrário, dá-se inicio ao processo de enchimento do vagão.

Modelo de GRAFCET

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Célula de Manufatura em Mesa Circular

A célula de manufatura é constituída de três subsistemas: Alimentador de peças, furação e controle de qualidade. Para tanto, temos como atuadores: - Cinco atuadores pneumáticos lineares: A, B, C, D, E; - Um atuador pneumático angular: F; - Dez sensores fim-de-curso para cada atuador pneumático: X+: fim-de-curso de avanço;

X-: fim-de-curso de retorno; - Sensores de presença de peça em cada Pallet: PP1, PP2, PP3; - Chave de partida: P;

Os três processos devem acontecer de forma simultânea devido o motivo de que com a rotação da mesa (atuador F) todos os pallets são deslocados para a próxima etapa.

Para o início do processo é necessário que a chave de partida seja acionada e que todos os atuadores pneumáticos estejam recuados além de que haja, pelo menos, um pallet carregado com peça.

O sistema 1 deve alimentar o pallet mediante o acionamento do atuador A que desloca a peça para o pallet e o retorno do atuador a posição recuada. O sistema de furação deve fixar a peça (avanço do atuador B) e realizar a furação com o avanço e retorno do atuador C e, por fim, recuar o atuador B para que a peça fique livre. O sistema de verificação ocorrerá da seguinte maneira: O atuador D avança sobre o furo e se o atuador realizar todo seu avanço em menos de 5 segundos está comprovado que a furação está correta e a peça deverá ser enviada para uma esteira para continuação do processo (avanço e retorno do atuador E), caso isso não ocorra, o atuador D retorna e é necessário que a peça seja retirada pelo operador.

Modelo de GRAFCET

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Conversão GRAFCET-LADDER

Muitos CLP’s já trazem suporte a linguagem GRAFCET ou SFC como visto pela norma

IEC61131-3, entre eles podemos citar: Siemens, Allen Bradley, Schneider, Rockwell Automation, e outros. Porém há uma gama de fabricantes, principalmente de pequeno e médio porte que possuem como linguagens de programação apenas o LADDER e IL.

Para tanto é interessante desenvolvermos uma metodologia que nos permita aplicar as facilidades proporcionadas pelos conceitos de elaboração de sistemas automatizados com GRAFCET.

Será abordado, portanto, um método que consiste na obtenção do diagrama LADDER em três etapas: LADDER das transições, LADDER das etapas e LADDER das ações. Para uma imediata assimilação, tomaremos o exemplo a Máquina de estampar peças.

LADDER das Transições

Para cada transição do GRAFCET será alocado um bit de memória do CLP (para o CLP KL640, endereçados por %Mn). Como à cada transição está associada uma Receptividade (função lógica) o que fazemos é converter esta função lógica em linguagem LADDER tendo como saída a memória associada a respectiva transição.

GRAFCET LADDER Transições

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LADDER das Etapas

Assim como para cada transição foi associado um bit de memória, para cada etapa também haverá um bit de memória. Todas etapas serão acionadas por instruções do tipo SET e serão desacionadas por instruções do tipo RESET.

Como visto anteriormente, a condição para que o sistema evolua, ou seja, para que o processo ocorra é que a etapa a ser acionada depende de que a etapa anterior esteja acionada e a transição ocorra e, assim a etapa anterior desliga e a etapa posterior aciona-se.

LADDER Etapas

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Eventualmente podem-se unir os LADDER de Transições e Etapas não utilizando bits de memória para as transições e aplicando diretamente suas receptividades no LADDER das Etapas. Neste caso haverá uma economia de utilização de memória de dados e de programa, o que é vital para processos de grande complexidade.

LADDER das Ações

Nesta última fase do projeto utilizaremos os bits de memória de cada etapa para acionar as saídas do CLP que comandarão os atuadores no processo. As etapas que não possuem ações não será inseridas no diagrama LADDER.

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Exercícios Propostos

E8.1 - Controle de 3 Esteiras com monitoramento dos Motores

Missão: Comandar o ligamento e desligamento de três esteiras em diferentes tempos. Há um circuito de monitoramento de falha em motores que deve ser utilizado para segurança do sistema.

Três esteiras que transportam amendoins João Ponês ser inicializadas e desligarem em diferentes tempos.para garantir um transporte seguro e sem interrupções. Quando o botão de inicio for pressionado, as esteiras devem ligar seqüencialmente em intervalos de 5 segundos sendo a esteira 3 a primeira a ligar. Quando o botão de parada for pressionado, as esteiras desligam também seqüencialmente em 5 segundos porém a primeira a desligar deve ser a esteira 1. Falha de Motor Cada motor possui um sensor de corrente que uma vez acionado indica que o mesmo está sobrecarregado.

Quando qualquer dos três motores estiver nessas condições, todos devem imediatamente ser desligados e um painel com três lâmpadas deve informar qual motor está com defeito.

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E8.2 - Controle de Temperatura e Ventilação de Estufa

Missão: Controlar a luminosidade e a temperatura de uma estufa mediante um sistema automático de abertura e fechamento do teto.Há um sistema de aquecimento interno que é ativado quando a temperatura cai abaixo de um determinado valor. Todos os motores devem ser monitorados e para que suas falhas possam ser informadas.

A estufa também é um local de mostra e venda de plantas. O teto solar é aberto para ventilação e fechado dependendo da temperatura. Controle de Ventilação: O teto solar é controlado por um motor AC 3~ com reversão (M1). Há dois fins-de-curso que detectam as posições limite do teto (S2 – aberto e S3 – fechado). Sistema de Aquecimento: Quando a temperatura no interior da estufa cai abaixo de determinado valor, o ventilador M2 é acionado para espalhar ar quente. Quando a temperatura retornar ao valor desejado é desligado.

Falha dos Motores: Há sensores instalados nos motores que são acionados quando a corrente nos mesmos estiver muito elevada. Quando qualquer um dos motores estiver com falha, ambos devem permanecer desligados e um painel com dois sinalizadores luminosos deve informar onde ocorreu o problema. Sistema Manual: Há ainda uma chave que uma vez acionada permite fazer a seleção entre teto automático e teto fechado. Quando esta chave estiver acionada, o teto deve permanecer fechado.

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E8.3- Controle de Iluminação em um hall de produção

Missão: Controlar o acendimento automático da iluminação de um hall de produção. As lâmpadas acender e pagar gradativamente em resposta as mudanças do nível de iluminação natural. Também é possível acender ou apagar automaticamente cada nível de iluminação. Falhas no sistema de iluminação devem ser sinalizadas. Há três grupos de iluminação cada um composto por 12 luminárias para lâmpadas fluorescentes. Este sistema garante uma iluminação adequada, economia de energia e promove um nível de iluminação constante durante todo o dia. Sensoriamento: Há um sensor de luminosidade que apresenta 4 saídas digitais: cada saída corresponde a um nível de iluminação. Sistema das Luminárias: Como o sistema elétrico é trifásico e as Lâmpadas são de 220V, há um arranjo especial para garantir a correta tensão em cada lâmpada:

Fase 1: Todas as 1ªs, 4ªs, 7ªs e 10ªs luminárias. São ativadas por um contator K1. Fase 2: Todas as 2ªs, 5ªs, 8ªs e 11ªs luminárias. São ativadas por um contator K2. Fase 3: Todas as 3ªs, 6ªs, 9ªs e 12ªs luminárias. São ativadas por um contator K3.

Estágios de Iluminação: Os estágios são controlados pelas saídas do sensor, dessa forma há quatro estágios: Estágio 0: Todas as lâmpadas apagadas; Estágio 1: Fase 1 ligada; Estágio 2: Fase 1 e 2 ligadas; Estágio 3: Fase 1, 2 e 3 ligadas.

Operação manual: Há um chave que seleciona operação manual se a mesma estiver ligada. Assim sendo,

são habilitadas 3 chaves que podem ligar ou desligar cada fase. Sinalização de falha:

Os contatores que comandam as três fases têm suas correntes medidas por sensores que identificam sobre-carga e estando algum deles acionado, deve-se desligar o respectivo contator e em sinalizar em um painel luminoso a fase com falha.

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E8.4 - Indicação de Nível em Tanque

Missão: Monitorar o nível de enchimento em três tanques. Quando for atingido o nível máximo deve ser indicado por um sinal luminoso e sonoro.

O nível de enchimento de três tanques distintos de água em um Zoológico é monitorado. Ao ser pressionado um botão dá-se iniciou ao enchimento dos três tanques simultaneamente por meio de eletro-válvulas instaladas nas entradas de cada tanque. Há um painel com três leds onde cada led corresponde a um tanque. Quando um tanque estiver cheio, o respectivo led deve acender e a respectiva eletro-válvula deve ser desligada.

Um sinal sonoro deve soar por 3 segundos informado ao operador que todos os tanques já se encontram cheios.

E8.5 - Monitoramento de Acesso em um Estacionamento

Missão: Monitorar a ocupação de um estacionamento. Só podem entrar carros se houver vagas disponíveis. O acesso é controlado por um sistema com cancela.

A entrada no estacionamento é feita mediante a leitura do cartão do funcionário e, sendo válido atica uma entrada do CLP. Quando um veículo deixa o estacionamento é enviado um sinal a uma outra entrada do CLP por um sistema sensor montado em três lombadas. Um painel display na entrada do estacionamento deve mostrar a mensagem Livre se houver vagas e uma mensagem Cheio se não houver vagas. A cancela deve ser controlada pelo CLP. Nela há um sensor que identifica quando o carro não está mais em sua frente e então ela pode abaixar.

Contador de veículos: As entradas e saídas dos veículos devem ser contadas e o número de vagas do

estacionamento deve ser configurado pelo operador. Operação manual:

O operador pode a qualquer instante abrir ou fechar a cancela mediante o acionamento de duas chaves de entrada.

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E8.6 - Painéis de Propaganda em um Estádio

Missão: Controlar em painel de propaganda em um estádio. O Painel triangular contém 3 propagandas e é acionado por um motor de passo.

Para iniciar o processo é necessário que a chave de partida esteja acionada. Assim a cada 40 segundos deve-se ser mostrada a próxima mensagem no painel. O painel é acionado por um motor de passo. O tempo entre cada pulso para o controle do motor de passo deve ser de 50 ms (0.05 s).

E8.7 - Controle de um Portão Automático

Missão: Controlar o portão de um estacionamento subterrâneo. O portão deve abrir mediante uma requisição e fechar após um certo tempo.

O portão pode ser aberto com o pressionar de um botão do lado de fora (BT1) ou por um botão do lado de dentro (BT7). Quando o carro entrar, o motorista deve prover o fechamento do portão pressionando o botão BT7, porém se o motorista se esquecer de pressionar o botão, o portão deverá fechar decorrido o tempo de 10 segundos. O processo de saída é análogo à entrada. O portão também pode ser aberto e fechado pela sala de controle (BT1 abre e BT2 fecha). O fechamento do portão deve ser indicado por um sinal sonoro e lâmpadas vermelhas devem estar

ligadas na entrada e na saída do portão.

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IX - Software KEYPROGRAM v3.1

Uma vez instalado o software KeyProgram v3.1 (gratuito no site do fabricante

www.keylogix.com.br) iremos utilizá-lo acessando-o por seu ícone desktop ou menu Iniciar > Todos os Programas > KeyProgram.

Tela Inicial Logo na inicialização do software teremos este janela:

A tela Inicial é composta por Barra de Ferramentas, Barra de Menus e Barra de Tarefas. Quando é apresentada a Tela inicial, os únicos ícones que estarão habilitados para uso, serão os ícones Novo Projeto, Abrir Projeto e Conectar ao CLP, pertencentes à Barra de tarefas. Já os Menus que estarão disponíveis na inicialização são: Menu Projeto e Menu Configurações, pertencentes ao a barra de Menus.

Criando um Novo Projeto

Clicando no ícone

Novo Projeto, aparecerá uma janela como esta:

A Janela de Configuração Inicial é composta dos seguintes itens:

Nome do Projeto: Indica o nome do projeto.

Modelo de CLP: Nesta opção são mostrados todas os modelos disponíveis para essa edição do Keyprogram.

Autor: Representa o autor do projeto.

Localização: é definido em qual diretório será salvo o programa.

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No item Nome do Projeto, digite o nome do Projeto;

No item Modelo de CLP, escolha o modelo KL640, que é o modelo que estamos utilizando;

No item Autor, digite o nome do autor do projeto;

Clique em OK;

Salvando um Projeto Depois de feito as alterações no projeto, deve-se salvar o mesmo para que as

alterações não sejam perdidas. Clique no menu Projeto (Alt+P) e depois Salvar Projeto (Ctrl+B), ou na Barra de

Ferramentas clique no botão .

Fechando um Projeto Depois de se modificar um projeto, pode-se fechá-lo para que um novo projeto possa

ser criado. Clique no menu Projeto e depois no item Fechar Projeto.

Área de Trabalho do KEYPROGRAM

A tela abaixo indica como será apresentada a tela para a edição da área lógica. Esta tela é disposta de 8 linhas e 8 colunas por lógica, onde o programador irá inserir

seus contatos, bobinas, etc. nesta área, respeitando a quantidade do número de linhas e colunas por lógica.

Note que agora na Tela da Área de Trabalho, os guias da Barra de menus estão completos e outros ícones da Barra de tarefas estão disponíveis.

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Transferindo um Projeto para o CLP

Após a conclusão da edição do programa aplicativo, seguir os passos para que o

mesmo possa ser transferido ao CLP:

1 – Clicar em

Compilar Lógica - Isso fará com que o seu programa seja

compilado, ou seja, seja convertido em linguagem de máquina (.hex) para que possa transferido ao CLP.

2 – No Menu Configurações – Porta de Comunicação (PC) configure a porta onde será conectado o CLP (selecionar 1). Clicar em OK.

3 – No Menu CLP, clicar em Conectar (ou clique no ícone ). Note que se a conexão for estabelecida os demais ícones deste menu deverão ser habilitados.

4 – No Menu CLP, clicar em Download (ou clique no ícone ) para enviar o programa ao CLP.

5 – Confirmar as mensagens posteriores em OK e notar que quando a transmissão começar aparecerá uma barra de estado de transmissão no monitor do PC e simultaneamente na IHM do CLP.

6 – Finalizada a transmissão, colocar o CLP no estado RUN: Menu CLP, opção RUN,

ou então clique no ícone

Caso queira realizar o monitoramento do programa, isso pode ser feito acessando o menu CLP, opção Monitorar.

Sempre que não houver mais a necessidade de transferir um programa para o CLP, é recomendado desconectar o PC do CLP: Menu CLP, opção Desconectar.

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Barra de Menus

Na Área de Trabalho do Keyprogram serão indicados abaixo os significados de todos

os itens dos Menus da Barra de menus:

Menu Projeto

Novo projeto

- Cria um novo projeto (programa da lógica do CLP em diagrama ladder e telas de IHM). Antes da criação do projeto o Keyprogram mostrara uma janela com algumas propriedades do novo projeto, que devem ser preenchidas corretamente para a criação eficaz do projeto. Abrir projeto - Abre um projeto já existente. Deve-se informar ao Keyprogram a localização do projeto. Todos os arquivos do projeto ficam em um único diretório e em um diretório só existem arquivos de um único projeto. A extensão do arquivo de projeto é “.prk". Fechar projeto

- Fecha o projeto que está aberto atualmente. Ao fechar o projeto o Keyprogram questionará ao usuário se deseja salvar ou não as ultimas alterações feitas, caso elas aconteçam. Salvar projeto - Salva o projeto que está aberto atualmente. Salvar Projeto Como: Salva o projeto atual com um nome diferente. Importar programa IHM: Importa um arquivo com telas de IHM. Esse arquivo deve ter sido exportado de um outro projeto. Exportar programa IHM: Exporta um arquivo com a programação de telas feita no projeto atual. Nova Sub-rotina: Cria uma nova sub-rotina dentro do projeto atual. Importar Sub-rotina: Importa um arquivo exportado de um outro projeto para ser utilizado no projeto aberto atualmente como sub-rotina. Excluir Sub-rotina: Exclui uma sub-rotina do projeto atual Exportar Sub-rotina: Exporta uma sub-rotina para ser utilizada em um outro projeto. Imprimir: Abre uma janela onde se pode imprimir: a programação ladder, a lista de instrução, as telas de IHM, a tabela de símbolos. Arquivos recentes: Exibe os quatro últimos arquivos abertos recentemente. Sair: Fecha o Keyprogram.

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Menu Edição

Copiar lógica: Armazena uma determinada lógica para ser colada em um outro local do programa. Recortar lógica: Apaga uma determinada lógica e armazena para ser colada em um outro local do programa. Colar lógica: Cola um uma posição determinada do programa a lógica que antes havia sido armazenada. Insere lógica: Insere uma nova lógica em uma determinada posição do programa ladder. Ir para lógica: Mostra uma determinada lógica na tela do Keyprogram. Copiar bloco de lógicas: Copia um bloco de lógica e cola este bloco em uma outra posição do programa. As posições iniciais e finais do bloco e a posição que o bloco será colado deve ser informado ao usuário. Recortar Área marcada: Apaga e armazena para ser colada uma área que estiver selecionada na lógica. Copiar Área marcada: Armazena para ser colada uma área que estiver selecionada na lógica. Colar Área marcada: Cola uma área que foi seleciona. Esta área é colada na posição atual do cursor. Inserir Linha: Insere uma nova linha na lógica que estiver aberta na posição em que estiver selecionado. Inserir Coluna: Insere uma nova coluna na lógica que estiver aberta na posição em que estiver selecionado. Nome da Sub-rotina: Altera o nome da sub-rotina que estiver selecionada na guia de páginas inferior.

Menu Exibir

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Diagrama Ladder: Este item do menu exibir só aparece quando oKeyprogram estiver na parte de programação da IHM. Ele passa o Keyprogram para a programação em Diagrama Ladder. Programa de IHM: Este item do menu exibir só aparece quando o Keyprogram estiver na parte de programação do diagrama ladder. Ele passa o Keyprogram para a programação das telas da IHM. Toolbar: Configura o Keyprogram para exibir ou não o toolbar. O toolbar é uma barra de ferramentas que fica logo abaixo no menu superior. Ela contém os ícones de novo projeto, nova sub-rotina etc. Caso o usuário opte por não visualizar esta barra de ferramentas, todas as funções devem ser escolhidas através do menu superior. Statusbar: Configura o Keyprogram para a exibição ou não do Statusbar. O Statusbar é uma barra de informações que fica na parte inferior do Keyprogram, e ele mostra o estado atual do keyprogram quanto à comunicação com o CLP e outras informações de edição do projeto. Menu de Edição: Configura o Keyprogram quanto à maneira como será exibido o menu de edição. É através do menu de edição que o usuário insere novos componentes no diagrama ladder. Há duas opções de visualização deste menu: • Exibir no topo: Exibe o menu de edição logo abaixo da barra de ferramentas superior. • Menu Móvel: Deixa o menu de edição de uma maneira móvel. A vantagens dessa opção é aumentar a área útil da edição do ladder. A desvantagem é que o menu acaba atrapalhando a edição do diagrama ladder. Endereço: Os operandos dos componentes do diagrama ladder são mostrados com seu endereço. (Ex.: %I0.0, %Q0.0 e etc). Símbolo: Os operandos dos componentes do diagrama ladder são mostrados com seu símbolo. Caso um endereço não possua símbolo associado a ele através da tabela de símbolos, é mostrado o seu endereço. Endereço e Símbolo: Os operandos dos componentes do diagrama ladder são mostrados com seu símbolo e endereço simultaneamente. Tabela de Símbolo: Exibe um formulário que permitira a edição da tabela de símbolos. Essa tabela associa a um endereço utilizado no projeto um símbolo com 9 caracteres. Esse símbolo é usado edição de cada componente do diagrama ladder e na visualização desse diagrama como um todo. Tabela de Símbolo: Exibe um formulário que permite a edição da tabela de strings. Essa tabela indexa strings que são enviadas para o CLP por meio do download do projeto. Essas strings são usadas na programação da IHM, nos campos string e seletora. Tabela de compartilhamento: Exibe um formulário que permite a edição da tabela de compartilhamento. Essa tabela configura quais CLP´s e quais endereços o CLP que receberá este projeto estará lendo valores. Essa tabela só se preenche quando o CLP é Mestre na rede.

Menu Ferramenta

Busca instrução: Busca no diagrama ladder a partir da posição atual do cursor uma determinada instrução. Ex: Caso queira buscar a próxima instrução de contato normalmente aberto, digite CNA. Uma tabela completa com as instruções e as respectivas siglas pode ser encontrada no manual do Keyprogram.

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Próxima busca instrução: Busca a partir da posição em que foi encontrada a ultima instrução, um próximo componente no digrama ladder com a mesma instrução. Busca Operando: Busca no diagrama ladder a partir da posição atual do cursor um componente que possua um determinado operando. Esse operando pode ser buscado tanto por endereço, como por símbolo. Próxima busca operando: Busca a partir da posição em que foi encontrado o último operando, um próximo componente no digrama ladder com o mesmo operando. Substituir operando: Substitui em um bloco do diagrama ladder, um determinado endereço por outro. Essa substituição pode ser feita através do endereço ou do símbolo associado ao endereço. Monitoramento: Exibe uma janela para se monitorar os endereços do CLP que estiver conectado ao Keyprogram. Monitoramento Serial: Exibe uma janela para se monitorar todos os endereços e valores que estão sendo enviados e recebidos através da interface serial.

Menu CLP

Conectar: Abre a porta de comunicação serial e tenta estabelecer uma comunicação com o CLP. Caso essa comunicação ocorra com sucesso, a barra de Status mostrará: Status Online. Caso não houver resposta do CLP será mostrado: Status Offline e numa freqüência de 3s o Keyprogram tentará estabelecer a comunicação com o CLP. Desconectar: Fecha a porta de comunicação serial. Download: Transfere o projeto (programa do CLP, telas de IHM, tabela de strings, tabela de compartilhamento) aberto atualmente no Keyprogram para o CLP. Upload: Transfere o projeto (programa do CLP, telas de IHM, tabela de strings, tabela de compartilhamento) que estiver na memória do CLP para o Keyprogram. Run: Passa o CLP para modo de execução RUN. Neste modo o CLP executa a lógica que estiver em sua memória. Obs.: Só é possível passar para esse modo se o programa que estiver na memória do CLP for igual ao que estiver aberto no Keyprogram. Stop: Passa o CLP para modo STOP. Neste modo o CLP para de executar o programa que estiver em sua memória. Monitorar: Mostra no diagrama ladder o valor de cada operando que estiver no mesmo. Compara: Compara o programa aberto atualmente no Keyprogram com o programa residente na memória do CLP. Apaga memória: Apaga a memória do CLP. O projeto que estiver no CLP (lógica, telas, tabela de strings são apagadas). Memória utilizada: Informa ao usuário qual o tamanho do programa atual no Keyprogram e do programa que estiver no CLP.

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Configura relógio: Abre uma janela que permite configurar o relógio do CLP. Modelo do CLP: Exibe uma caixa de texto contendo o modelo do equipamento que está sendo utilizado.

Menu Configurações

Comunicação: Abre uma janela para se configurar qual a porta serial será utilizada para se comunicar com o CLP. Gerais: Abre uma janela para a edição de varias configurações do projeto. Temporizadores: Dá acesso a uma tabela com as configurações dos temporizadores utilizados atualmente no projeto. Essas configurações podem ser mudadas através dessa tabela. Contadores: Dá acesso a uma tabela com as configurações dos contadores utilizados atualmente no projeto. Essas configurações podem ser mudadas através dessa tabela.

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Barra de Ferramentas

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Barra de Ferramentas – Linguagem LADDER

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X – Sistemas de Supervisão

Sistemas surpevisórios são sistemas digitais de monitoração e operação da planta que

gerenciam variáveis de processo. Estas são atualizadas continuamente e podem ser guardadas em bancos de dados locais ou remotos para fins de registros históricos.

Como exemplo, tomemos um circuito elétrico constituído de um interruptor e uma lâmpada-piloto situada a 500 metros de distância. Estando o operador junto à lâmpada, esse circuito permite acompanhar a abertura ou o fechamento dos sensores e atuadores, instantaneamente, no processo industrial.

O interruptor poderia ser substituído por qualquer sinal a ser monitorado: um contato auxiliar do contator de um motor, uma chave de nível de um tanque. Um sensor de presença de segurança, sensores ópticos, etc.

Os sistemas supervisórios podem ser classificados de acordo com a complexidade, robustez e número de entradas e saídas monitoradas.

Os dois grandes grupos atualmente conhecidos são: HMI / IHM – Human Machine Interface / Interface Homem Máquina; SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition – Aquisição de dados e Controle

Supervisório.

IHM

São sistemas utilizados em chão-de-fábrica, geralmente caracterizados por um ambiente agressivo. Possuem construção extremamente robusta, resistentes a jatos de água, umidade, temperatura e poeira de acordo com o IP (grau de proteção) necessário. Assim, a IHM está normalmente próxima a linha de produção, instalada na estação de trabalho, traduzindo sinais do CLP em sinais gráficos de fácil entendimento aos usuários.

A aplicação de IHM’s pode ir desde simples máquinas de lavar pratos até cabines de aeronaves.

Antigamente a melhor interação do homem com o processo industrial era realizado por painéis sinóticos que faziam uso de botoeiras, alarmes e lâmpadas que permitiam ao usuário comandar ou visualizar estados definidos como ligado / desligado, alto / baixo, quente / frio.

Com o desenvolvimento tecnológico para atender esta demanda, surgiram os displays de segmentos. No entanto, esse tipo de interface trazia dois problemas: o primeiro era a dimensão da superfície do painel, que muitas vezes necessitava ser ampliada para alojar tantos displays e botões, e o segundo toda a complexa fiação para interligar sensores e atuadores aos displays e chaves digitais.

O desenvolvimento de IHM’s com displays de cristal líquido, teclados e comunicação serial, trouxe consigo os seguintes benefícios:

Economia de fiação e acessórios, pois a comunicação com o CLP se dá de mediante a uma protocolo de comunicação serial com um ou dois pares de fios trançados, economizando vários pontes de entrada e saída do CLP;

Redução da mão-de-obra para montagem, pois em vez de vários dispositivos apenas a IHM é montada;

Eliminação do painel sinótico;

Aumento da capacidade de comando e controle, pois a IHM pode auxiliar o CLP em algumas funções tais como, por exemplo, memória para armazenar dados;

Maior flexibilidade para eventuais alterações necessárias;

Operação amigável;

Facilidade de programação e manutenção.

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Uma IHM é, portanto, um equipamento composto por um display

LCD Touch-screen ou mesmo um display LCD comum com teclas de funções. Há várias aplicações para uma IHM:

Visualização de alarmes gerados por uma condição anormal do sistema;

Visualização de dados dos equipamentos de uma linha de produção;

Visualização de dados de processo de máquina;

Operação em modo manual de componentes da máquina;

Alteração de configurações de equipamentos.

SCADA

O sistema SCADA foi criado para supervisão e controle de quantidades elevadas de várias de entrada e saída digitais e analógicas distribuídas.

Sua aplicação tem sido implementada tanto na área civil quanto na industrial. Esses sistemas visam à integridade física das pessoas, equipamentos e produção, consistindo muitas vezes em sistemas redundantes de hardware e meio físico (canal de informação) e permitindo pronta identificação de falhas.

Um sistema SCADA é geralmente constituído de um conjunto de softwares para PC, totalmente integrados e de comprovada eficiência em aplicações industriais e prediais no mundo todo.

Dentre os principais sistemas de supervisão existentes no mercado, podemos destacar:

Wizcon (Emation)

Ifix (Intellution)

Intouch

Elipse

Cimplicity (GE Fanuc)

ActionView

Unisoft, Factory link.

Eis as principais características que um sistema de supervisório deve conter:

Geração automática de relatórios, com controle estatístico do processo;

Histórico de tendências (acompanhamento das variáveis controladas);

Facilidade para interação com outros aplicativos;

Acesso a banco de dados;

Conexão em rede;

Gerenciamento de condições de alarme.

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IHM incorporada ao CLP KeyLogix KL640

O CLP KL640 possui uma IHM

integrada com as seguintes especificações:

Display LCD 16 x 4;

4 teclas direcionais;

4 teclas de funções com leds;

10 teclas numéricas;

Tecla de alteração de campo;

Tecla Enter.

Área de Trabalho da IHM

Para entrar na área de programação da IHM clique no ícone

, localizado na barra de ferramentas. Note que, quando se clica neste ícone, ele se modifica indicando agora a entrada para o modo de Programação Ladder. É mostrada abaixo, a Área de Programação Ladder:

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Campo de Edição

Endereço: Endereço da variável (byte ou Word). Formato da Variável: Formato da variável a ser impresso na tela. Senha: Indica se a o campo será ou não protegido por senha. Nível da Senha: Define o nível da senha que será protegido. Valor Mínimo: Valor mínimo de edição da variável. Valor Máximo: Valor máximo de edição da variável.

Campo de Visualização

Endereço: Endereço da variável (byte ou Word). Formato da Variável: Formato da variável a ser impresso na tela. Senha: Indica se a o campo será ou não protegido por senha. Nível da Senha: Define o nível da senha que será protegido.

Campo String

Endereço: Endereço da variável (byte ou Word). Formato da Variável: Formato da variável a ser impresso na tela.

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Campo Seletor de String

Endereço: Endereço da variável (byte ou Word). Formato da Variável: Formato da variável a ser impresso na tela.

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Bibliografia

Livros:

Engenharia de Automação Industrial Cícero Couto de Moraes e Plínio de Lauro Castrucci, LTC

Princípios de Mecatrônica João Maurício Rosário, PEARSON / PRENTICE HALL

Projetando Controladores Digitais com FPGA César da Costa, NOVATEC

Sensores Industriais - Fundamentos e Aplicações Daniel Thomazini e Pedro Urbano Braga de Albuquerque, ERICA

Web-sites:

http://www.lurpa.ens-cachan.fr/grafcet/groupe/gen_g7_uk/geng7.html (Jan/2008) Norme Française NF C 03-190 + R1 : Diagramme fonctionnel "GRAFCET" pour la description des systèmes logiques de commande

http://www.orkan.com.br/ihm.php (Jan/2008) Orkan Automação Industrial

http://www.cefetsp.br (Jan/2008) CEFET – SP Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo

Documentos PDF:

EASY Application Cases Moeller Electric

Petri Nets and GRAFCET: Tools for Modelling Discrete Event Systems R. DAVID, H. ALLA

Controlador Lógico Programável KL640 Manual do Usuário

Automação de Processos Industriais GRAFCET IST / DEEC / SSC

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INSTALAÇÃO

DE

SISTEMAS

INDUSTRIAIS

MODELO DE RELATÓRIO

TURMA:

DATA

DE

ENTREGA:

ESCOLA:

NOMES

/

Nº:

TÍTULO:

DESCRITIVO:

CIRCUITO

ELÉTRICO:

96

ENDEREÇAMENTO

DE

VARIÁVEIS:

DIAGRAMA

LADDER:

97

DIAGRAMA

LADDER:

98

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