Programação CLP

 

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curso de controladores lógicos programáveis faculdade de engenharia laboratório de engenharia elétrica programa prodenge sub-programa reenge universidade do estado do rio de janeiro

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curso de controladores lógicos programáveis agradecimentos esta apostila é um produto do esforço do laboratório de engenharia elétrica e da faculdade de engenharia da uerj e mostra a tenacidade de alguns profissionais dedicados a causa da educação tecnológica e a crença de que é possível desenvolver um ambiente que estimule a criatividade e iniciativa dos alunos muitas pessoas contribuíram para o seu desenvolvimento no laboratório gostaríamos de agradecer aos bolsistas de iniciação científica joana figueiredo konte jorge luís pinheiro teixeira pat evie alves estagiários luciana faletti hélio justino mattos filho marcelo da silveira sobrinho robson ramirez césar cunha de souza karla karraz walder flávia delduque lima funcionários andré vallim jair medeiros júnior marcos augusto mafra paulo bulkool josé emílio gomes antônio marcos medeiros alberto avelar santiago joão elias souza luiz roberto fagundes sueli ferreira carla aparecida c de almeida gostaríamos de agradecer a direção da faculdade de engenharia e em especial ao diretor desta nival nunes de almeida pelo incentivo dado a todas as atividades do lee esta apostila é parte do material didático dos cursos de controladores lógicos programáveis clps que serão ministrados no âmbito do laboratório de engenharia elétrica agradecemos ao cnpq que é o órgão financiador do programa prodenge ­ sub-programa reenge do qual faz parte este curso pelo apoio financeiro recebido este trabalho constitui uma ampliação das notas sobre programação do clp s7-200 na versão dos do step7 elaborada pelos funcionários jair medeiros júnior e marcos augusto mafra que foram utilizadas em treinamento interno bernardo severo da silva filho chefe do lab de engenharia elétrica orientador

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curso de controladores lógicos programáveis sumÁrio 1 introdução mercado atual ­ rápido e flexível automação histórico vantagens 2 princípio de funcionamento 3 introdução a programação lógica matemática e binária 4 acessórios e novas tecnologias 5 siemens simatic-s7-200 o que é necessário para instalar o software como é a comunicação do software características do software o que são entradas e saídas o que são entradas e saídas analógicas e digitais o que são contatos de memória o que são entradas e saídas imaginárias tela de abertura 6 step-7 microwin 2.0 tela de abertura uma visão geral dos menus os menus project e edit o menu view o menu cpu o menu debug o menu setup o menu help o que é a rede de lógica escalar exemplo blocos de saídas específicas saída set e reset ctu ­ contador crescente ctud ­ contador crescente e decrescente ton ­ temporizador sem paradas tonr ­ temporizador com paradas end 1 1 1 3 3 4 5 5 8 11 11 11 11 12 13 13 13 14 14 15 15 15 16 16 16 17 18 18 20 20 21 22 22 22 23 i

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curso de controladores lógicos programáveis guia de programação como implementar o seu programa clear clp memory compile upload from clp download to clp run e stop monitorando o sistema ladder status como alterar o programa 7 exercícios 24 24 25 25 25 25 25 26 27 29 ii

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curso de controladores lógicos programáveis introduÇÃo os controladores lógicos programáveis ou clps são equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível são ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamentos e controle e por isso são utilizados em grande escala no mercado industrial permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas desta forma podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de saída 1 mercado atual ­ rápido e flexível a roda viva da atualização da qual fazemos parte movimenta e impulsiona o mercado mundial atualmente os profissionais buscam conhecimentos para se tornarem mais versáteis adequando-se às necessidades das empresas que por sua vez buscam maior variedade e rapidez de produção para atender ao cliente que se torna cada vez mais exigente as empresas estão se reorganizando para atender as necessidades atuais de aumento de produtividade flexibilidade e redução de custos destas necessidades surgiram as necessidades de os equipamentos se adequarem rapidamente às alterações de configurações necessárias para produzirem diversos modelos de produtos com pequenas alterações entre si 2 automação em princípio qualquer grandeza física pode ser controlada isto é pode ter seu valor intencionalmente alterado obviamente há limitações práticas uma das inevitáveis é a restrição da energia de que dispomos para afetar os fenômenos por exemplo a maioria das variáveis climatológicas poder ser medida mas não controlada por causa da ordem de grandeza da energia envolvida o controle manual implica em se ter um operador presente ao processo criador de uma variável física e que de acordo com alguma regra de seu conhecimento opera um aparelho qualquer válvula alavanca chave que por sua vez produz alterações naquela variável no início da industrialização os processos industriais utilizavam o máximo da força da mão-de-obra a produção era composta por etapas ou estágios nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções especializando-se em certa tarefa ou etapa da produção assim temos o princípio da produção seriada o mesmo ocorria com as máquinas de produção que eram específicas para uma aplicação o que impedia seu uso em outras etapas da produção mesmo que tivesse características muito parecidas com o passar do tempo e a valorização do trabalhador foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas e equipamentos de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções inadequadas à estrutura física do homem a máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem a supervisioná-la introdução 1

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curso de controladores lógicos programáveis com a finalidade de garantir o controle do sistema de produção foram colocados sensores nas máquinas para monitorar e indicar as condições do processo o controle só é garantido com o acionamento de atuadores a partir do processamento das informações coletadas pelos sensores o controle diz-se automático quando uma parte ou a totalidade das funções do operador é realizada por um equipamento freqüente mas não necessariamente eletrônico controle automático por realimentação é o equipamento automático que age sobre o elemento de controle baseando-se em informações de medida da variável controlada como exemplo o controle de temperatura de um refrigerador o controle automático por programa envolve a existência de um programa de ações que se cumpre com base no decurso do tempo ou a partir de modificações eventuais em variáveis externas ao sistema no primeiro caso temos um programa temporal e no segundo um programa lógico automatizar um sistema tornou-se muito mais viável à medida que a eletrônica avançou e passou a dispor de circuitos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada e gerar respectivos sinais de saída com este avanço o controlador os sensores e os atuadores passaram a funcionar em conjunto transformando processo em um sistema automatizado onde o próprio controlador toma decisões em função da situação dos sensores e aciona os atuadores os primeiros sistemas de automação operavam por meio de sistemas eletromecânicos com relés e contatores neste caso os sinais acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado acionam circuitos lógicos a relés que disparam as cargas e atuadores as máquinas de tear são bons exemplos da transição de um sistema de automação rígida para automação flexível as primeiras máquinas de tear eram acionadas manualmente depois passaram a ser acionadas por comandos automáticos entretanto estes comandos só produziam um modelo de tecido de padronagem de desenho ou estampa a introdução de um sistema automático flexível no mecanismo de uma máquina de tear tornou possível produzir diversos padrões de tecido em um mesmo equipamento com o avanço da eletrônica as unidades de memória ganharam maior capacidade e com isso armazenam todas as informações necessárias para controlar diversas etapas do processo os circuitos lógicos tornaramse mais rápidos compactos e capazes de receber mais informações de entrada atuando sobre um número maior de dispositivos de saída chegamos assim aos microcontroladores responsáveis por receber informações das entradas associá-las às informações contidas na memória e a partir destas desenvolver um a lógica para acionar as saídas toda esta evolução nos levou a sistemas compactos com alta capacidade de controle que permitem acionar diversas saídas em função de vários sinais de entradas combinados logicamente um outra etapa importante desta evolução é que toda a lógica de acionamento pode ser desenvolvida através de software que determina ao controlador a seqüência de acionamento a ser desenvolvida este tipo de alteração da lógica de controle caracteriza um sistema flexível os clps são equipamentos eletrônicos de controle que atuam a partir desta filosofia 2 introdução

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curso de controladores lógicos programáveis 3 histórico o controlador lógico programável ­ clp ­ nasceu dentro da general motors em 1968 devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controle dos painéis de comando a cada mudança na linha de montagem tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro sob a liderança do engenheiro richard morley foi preparada uma especificação que refletia as necessidades de muitos usuários de circuitos e relés não só da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira nascia assim um equipamento bastante versátil e de fácil utilização que vem se aprimorando constantemente diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicações o que justifica hoje um mercado mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais 4 vantagens · · · · · · · · menor espaço menor consumo de energia elétrica reutilizáveis programáveis maior confiabilidade maior flexibilidade maior rapidez na elaboração dos projetos interfaces de comunicação com outros clps e computadores introdução 3

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curso de controladores lógicos programáveis princÍpio de funcionamento podemos apresentar a estrutura de um clp dividida em três partes entrada processamento e saída entradas unidade central de processamento s a Í d a s figura 1 ­ estrutura básica de um clp os sinais de entrada e saída dos clps podem ser digitais ou analógicos existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adequam as necessidades do sistema a ser controlado os módulos de entrada e saídas são compostos de grupos de bits associados em conjunto de 8 bits 1 byte ou conjunto de 16 bits de acordo com o tipo da cpu as entradas analógicas são módulos conversores a/d que convertem um sinal de entrada em um valor digital normalmente de 12 bits 4096 combinações as saídas analógicas são módulos conversores d/a ou seja um valor binário é transformado em um sinal analógico os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador e a cada ciclo varredura todos esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de memória interna denominada memória imagem de entrada estes sinais são associados entre si e aos sinais internos ao término do ciclo de varredura os resultados são transferidos à memória imagem de saída e então aplicados aos terminais de saída este ciclo esta representado na figura 2 inicializaÇÃo leitura das entrada e atualizaÇÃo das imagens programa atualizaÇÃo das saÍdas referidas À imagem figura 2 ­ ciclo de processamento dos clps 4 princípio de funcionamento

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curso de controladores lógicos programáveis introduÇÃo a programaÇÃo 1 lógica matemática e binária a lógica matemática ou simbólica visa superar as dificuldades e ambigüidades de qualquer língua devido a sua natureza vaga e equívoca das palavras usadas e do estilo metafórico e portanto confuso que poderia atrapalhar o rigor lógico do raciocínio para evitar essas dificuldades criou-se uma linguagem lógica artificial a lógica binária possui apenas dois valores que são representados por 0 e 1 a partir desses dois símbolos construímos então uma base numérica binária a partir desses conceitos foram criadas as portas lógicas que são circuitos utilizados para combinar níveis lógicos digitais de formas específicas neste curso aprenderemos apenas as portas lógicas básicas and or e not portas lógicas not and símbolo expressão s=a s a b ladder or s a+b os clps vieram a substituir elementos e componentes eletro-eletrônicos de acionamento e a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvidos por eletrotécnicos e profissionais da área de controle esta linguagem é denominada linguagem de contatos ou simplesmente ladder a linguagem ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais seqüenciais e circuitos que envolvam ambas utilizando como operadores para estas lógicas entradas saídas estados auxiliares e registros numéricos a tabela 1 nos mostra os 3 principais símbolos de programação tipo contato aberto contato fechado saída símbolo equipamento elétrico introdução à programação 5

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curso de controladores lógicos programáveis para entendermos a estrutura da linguagem vamos adotar um exemplo bem simples o acionamento de uma lâmpada l a partir de um botão liga/desliga na figura 3 temos o esquema elétrico tradicional o programa e as ligações no clp para entendermos o circuito com o clp vamos observar o programa desenvolvido para acender a lâmpada l quando acionamos o botão b1 figura 3 ­ acionamento de uma lâmpada o botão b1 normalmente aberto está ligado a entrada i0.0 e a lâmpada está ligada à saída q0.0 ao acionarmos b1 i0.0 é acionado e a saída q0.0 é energizada caso quiséssemos que a lâmpada apagasse quando acionássemos b1 bastaria trocar o contato normal aberto por um contato normal fechado o que representa a função not podemos desenvolver programas para clps que correspondam a operações lógicas combinacionais básicas da álgebra de boole como a operação and na área elétrica a operação and corresponde a associação em série de contatos como indicado na figura 4 figura 4 ­ função and 6 introdução à programação

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curso de controladores lógicos programáveis outra operação lógica básica é a função or que corresponde a associação em paralelo de contatos como indicado na figura 5 figura 5 ­ função or assim podemos afirmar que todas as funções lógicas combinacionais podem ser desenvolvidas em programação e executadas por clps uma vez que todas derivam dos básicos not and e or a flexibilidade dos clps é percebida neste momento pois as alterações lógicas podem ocorrer com grande facilidade sem que sejam necessárias alterações do hardware ou inclusão de componentes eletrônicos ou elétricos esta é a principal característica dos sistemas de automação flexíveis e o que faz dos clps ferramentas de grande aplicação nas estruturas de automação além da linguagem de contatos existem outras formas de programação características de cada fabricante concluímos então que os projetos de automação e controle envolvendo clps reduzem o trabalho de desenvolvimento de hardware dos circuitos lógicos do acionamento bem como os dispositivos e potência para acionamento de cargas e dos atuadores uma vez que podemos escolher módulos de saída já prontos adequados ao tipo de carga que desejamos acionar a utilização desses controladores contemplam por conseguinte alguns passos genéricos definição da função lógica a ser programada transformação desta função em programa assimilável pelo clp implementação física do controlador e de suas interfaces com o processo neste curso introdutório estaremos tratando da programação básica do clp s7-200 através do programa step 7 para windows serão consideradas apenas os recursos básicos que são contato normal aberto contato normal fechado contadores e temporizadores introdução à programação 7

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curso de controladores lógicos programáveis acessÓrios e novas tecnologias os módulos de saída podem ser encontrados com drivers a transistor para carga dc a relé para cargas ac e dc e a tiristores para cargas ac de potência as configurações de clps variam de fabricante a fabricante e os módulos de entradas e saídas sejam elas digitais ou analógicas podem ser encontrados em grupos separados ou associados existem também cartões de comunicação entre clps ou entre computadores sejam eles industriais ou pcs estes cartões são muito utilizados e de extrema importância na automação de processos e máquinas pois permitem que um sinal recebido por um plc possa acionar um contato de outro plc ou de uma placa conversora a/d instalada em um computador que estejam distantes outro acessório importante é a ihm interface homem-máquina que é uma painel de controle programável que apresenta para o usuário mensagens de acordo com as condições dos sinais de entrada e saída permitindo que um operador normal tome ciência da condição do sistema ou equipamento que está sendo controlado este acessório é utilizado como sistema supervisório e apresenta mensagens de emergência ou de parada por problemas técnicos atualmente estes painéis estão sendo substituídos por telas de computador onde é possível reproduzir com grande perfeição o processo industrial o que torna a interface com o operador muito mais amigável e segura dentre os softwares mais conhecidos no mercado estão o fix e lookout lookout conforme a tecnologia avança novos equipamentos e estruturas vão sendo inventados uma nova estrutura está sendo difundida e implantada que é a field bus ou barramento de campo nesta nova estrutura os sensores e atuadores são interligados por um par trançado de fios o que torna a instalação mais barata para adicionar novos sensores e atuadores basta plugá-los neste barramento e reconfigurar o sistema sem ter que gastar tempo e dinheiro para passar novos fios até a sala de controle o que é muito complicado em instalações industriais essa estrutura é similar a de um computador onde existem vários slots e podemos conectar ou substituir diversos tipos de placas como placas de vídeo fax controladoras de drivers conversores a/d ou d/a etc essa estrutura está sendo regulamentada e padronizada por associações internacionais como a fieldbus foundation 8 acessórios e novas tecnologias

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curso de controladores lógicos programáveis um sistema similar é o field point esse sistema possui um computador central e o barramento com os módulos espalhados pelo chão de fábrica esses módulos possuem entradas e saídas analógicas e digitais possui vantagens similares ao fiedbus como a fácil instalação de módulos auxiliares e fácil modificação da estrutura de controle tudo é controlado via software instalado no computador central uma outra área avança com grande força que é a instrumentação virtual onde os sensores e atuadores são conectados a um computador e um software processa as informações enviando posteriormente as respostas as grandes vantagens desses softwares são linguagem de programação gráfica ferramenta de simulação interativa aquisição de dados e controle monitoramento e processamento de imagens dentre os softwares mais utilizados estão o labview e o bridgeview programação gráfica acessórios e novas tecnologias 9

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curso de controladores lógicos programáveis 10 acessórios e novas tecnologias

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curso de controladores lógicos programáveis siemens simatic s7-200 a família de controladores programáveis s7-200 foi desenvolvida para o controle de uma ampla gama de aplicações de controle e automação há varias opções de programação e a possibilidade de escolha dos equipamentos e da linguagem de programação o que é necessário para instalar o software o software da siemens s7-200 for windows pode ser instalado em qualquer pc ibm ou compatível com no mínimo um processador intel 386/33mhz ,08 mb ram display vga color hd com espaço livre de 35 mb e windows 3.1 3.11 ou 95 como é a comunicação do software o software da siemens s7-200 comunica-se com a cpu s7-200 através da porta do programador na parte inferior da cpu você pode usar um cabo pc/ppi para conectar o seu programador nas comunicações online o computador necessitará de uma porta serial rs-232-c de 09 pinos para fazer a comunicação caso o micro tenha uma porta serial db-25 será necessário um adaptador para db-09 características do s7-200 cpu 214 dimensões 197 x 80 x 62 mm fonte 24 volts faixa de tensão 20,4 à 28,8 vcc corrente típica de alimentação 60 ma max 500ma entradas 14 portas estado on faixa de 15 à 35 vcc estado off faixa de 0 à 5,0 vcc i 0.0 à i 0.3 0,2 ms i 0.4 à i 1.5 1,2 ms i 0.6 à i 1.5 usando hsc1 e hsc2 30 µs corrente máxima por saída 400 ma tempo de resposta saídas 10 portas memória 2 k words ram autonomia 190 hs 2 k words eeprom memória extra siemens simatic s7-200 11

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