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  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Universidade Federal de Itajubá CLP - Controlador Lógico Programável SIEMENS Professor: Luiz Lenarth Gabriel Vermaas Data: 23/06/2010 Alunos: Adèle Braz Magalhães – 14019 Fábio Vicente Ribeiro - 14489 Renan Victor Introdução CLP SIEMENS 1
  2. 2. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Este trabalho tem como objetivo apresentar alguns dos modelos de Controladores Lógicos Programáveis (CLP) da família SIMATIC da SIEMENS. A partir dessas apresentações, será possível aprender um pouco sobre as características, aplicações e programações desses modelos em questão. Família SIMATIC A Fam’lia SIMATIC SIEMENS SIMATIC HMI S IM A T IC O P 1 7 K 1 K 2 K 3 K 4 K5 K 6 K 7 K 8 H E L P S H I F T H E L P S H IF T A C K SIMATIC NET MPI Industrial Ethernet PROFIBUS A família Simatic IT foi lançada em 2004 pela Siemens e se trata de uma solução de MES (sistemas para execução da manufatura) que integra tecnologia da informação, automação e gerenciamento da produção. Composta pelos aplicativos Historian, CLP SIEMENS 2 SIMATIC Controller SIEMENS SIMATIC S F RUN S TOP Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 S7-200 CPU 212 Qui ckTime™ and a decompressor a re needed t o se e this pi cture. SIMATIC PG SIMATIC PC PG 7 40 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 . D E F A B C I N S D E L E S C E N T E R K 9 K 1 0 K 11 K 1 2 K 1 3 K 14 K 1 5 K1 6 ASI FM SV SIMATIC DP PROFIBUS-DP SIMATIC NET
  3. 3. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Production Suite, Unilab e Interspec; a família Simatic IT permite, entre outras funções, a coleta de dados da produção, em tempo real, e a integração das mesmas com os sistemas de gerenciamento empresarial das indústrias. Ela consiste numa solução de MES (sistemas para execução da manufatura) que integra tecnologia da informação, automação e gerenciamento da produção. A família Simatic IT é composta por vários aplicativos e possui diversas funções, o que significa que com o Simatic IT é possível unificar as informações do processo produtivo e ajustá-las, automaticamente, ao sistema administrativo e de compras. A família Simatic IT foi escolhida para integrar a linha de produção com o sistema de gestão empresarial (ERP) de grandes indústrias do mundo como Unilever (Gerenciamento de Laboratório e de Ciclo de Vida de Produtos implementado), Danone, Degussa, entre outras. No Brasil, a Renault (Controle de toda a produção), Fiat, Pirelli, Termoelétrica Ibirité também utilizam a solução. Na família Simatic IT, existem os CLPs S7-200, S7 300 e S7 400, que serão analisados individualmente a seguir: SIMATIC S7-200 • é um micro CLP S7-200 ; • aplicações na área de automação de pequeno porte; • elevada performance; • excelente modularidade; • elevada conectividade. Elevado desempenho CLP SIEMENS 3
  4. 4. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 • pequeno e compacto – ideal para as aplicações onde o espaço disponível é crítico; • rápido – oferece um excelente comportamento em tempo real, garantindo maior qualidade, eficiência e confiabilidade ao processo; • recursos amigáveis de programação – pode ser programado de maneira rápida, simples e conveniente. Excelente modularidade • soluções podem ser desenvolvidas sob medida e ampliadas conforme a demanda composta de CPU's com diferentes níveis de memória e diferentes números de entradas e saídas integradas; • vasta gama de módulos de expansão para diversas funções, bem como diversas possibilidades de painéis de comando e visualização. Elevada conectividade • as interfaces integradas padrão RS485 suportam taxas de transferência de dados até 187,5 Kbps; • trabalham no modo Freeport, que aceita protocolo definido pelo usuário; • através de módulos de expansão específicos, é possível a comunicação via modem, PROFIBUS-DP, AS-Interface e até Ethernet. Características Funcionais A própria CPU já vem equipada com diversos recursos, como: • entradas e saídas digitais integradas; • interface RS485 integrada; • protocolo PPI (mestre/escravo), MPI (escravo), ou outros como Modbus (programável via Freeport); • contadores rápidos; • saídas de pulso rápido; • memória retentiva; CLP SIEMENS 4
  5. 5. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 • entradas de interrupção; • relógio de tempo real (opcional para alguns modelos) ; • cartão de memória removível ; • potenciômetro. Comunicação • a interface RS485 integrada possibilita a comunicação com um máximo de 126 estações ou nós; • no modo Freeport, a interface RS485 integrada possibilita ligar o S7-200 em aparelhos tais como modens, impressoras, leitores de código de barras, PC's, PLC's externos e muito mais; • utilizando o protocolo USS para acionamentos de velocidade variável, é possível controlar até 31 inversores de freqüência do tipo MICROMASTER; • com o módulo de comunicação via modem, é possível comunicar com o S7- 200 em quase todos os locais do mundo, através da rede fixa ou móvel. Isso permite que seja feita de forma rápida e fácil, a assistência técnica remota, economizando no deslocamento de técnicos; • cada módulo permite ligar até 62 estações, representando um total de 248 entradas e 186 saídas digitais. Interfaces Homem-Máquina Uma linha de painéis de operação específicos para o uso com o S7-200 foi desenvolvida, os Micro Painéis: • T: display de texto de duas linhas com teclas programáveis, velocidade de até 187,5 Kbps e extremamente fácil de usar; • T: painel gráfico com tela de 5,7” do tipo “touch-screen” com elevado contraste”. Programação e Parametrização A programação do SIMATIC S7-200 é feita através do software STEP 7- Micro/WIN, é uma ferramenta que possibilita a programação nas linguagens LAD, FDB e STL (SIMATIC), ou KOP e FUP (IEC 1131). Sua aparência e operação são idênticas às aplicações padrão Windows, agilizando a ambientação do usuário. CLP SIEMENS 5
  6. 6. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Aplicações O SIMATIC S7-200 pode ser usado em: • máquinas industriais em geral; • prensas ; • máquinas de usinagem de madeira; • aparafusadeiras; • manipuladores; • máquinas de solda; • estações de tratamento de efluentes; • estações de bombeamento de fluidos; • elevadores; • transportadores de cargas; • máquinas de lavar veículos; • sistemas de empacotamento; • automação predial; • sistema de alarme com monitoramento remoto. SIMATIC S7-300 Características O S7-300 é um sistema modular amplamente utilizado em aplicações centralizadas ou distribuídas de pequeno a médio porte. Com uma arquitetura modular o SIMATIC S7-300 provê economia de espaço, flexibilidade de configuração e rápida expansão. O CLP S7-300 não necessita de racks com números predefinidos de slots para ser montado, o conjunto de módulos é encaixado e aparafusado sobre um trilho DIN padrão, os módulos são interligados uns aos outros através de um bus modular que fica embutido no trilho. Um amplo espectro de CPU’s está disponível para aplicações simples ou aplicações de grande performance. As CPU’s possibilitam curtos tempos de ciclo, até 1μs. por instrução binária, através de seus eficientes processadores. Para algumas tarefas especiais, existem CPU’s compactas com I/O’s, funções tecnológicas e interfaces de comunicação já integradas. Módulos de Comunicação (CP) CLP SIEMENS 6
  7. 7. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 • Profibus DP / FMS • Ethernet • AS-interface • Serial ponto-a-ponto • Modbus Módulos de I/O (SM) • Digitais (24Vdc, 48-130Vuc, 120/230VAC, Relé, etc.) • Analógicos (±5V, 0-10V, 0/4 até 20mA, Hert, etc.) Módulos de Função (FM) • Contadores rápidos • Saída de pulso rápida • Controle de posição • Controle de Motor de Passo • Controle de malha fechada (PID) Um total de até 32 módulos de expansão pode ser utilizado em uma configuração centralizada. Os módulos de expansão para S7-300 também são utilizados na estação de I/O distribuído ET 200M, possibilitando economia com peças de reposição em uma configuração distribuída com CLP S7-300 e ET 200M. Especificações Pode ser instalado diretamente nos equipamentos, por possuir IP 20, está protegido contra incidência direta da luz do sul, da chuva e de respingos de água. • Possui 8 tipos de CPU, as especificações mostradas abaixo, são referentes ao CPU 313: • alimentação: • tensão de entrada: 93 a 264 V AC ou 16.8 a 138 V DC; • corrente de entrada: 0,8 a 4 A; • tensão de saída: 24 V DC ; • memória principal: 32Kbytes; • tempo de processamento: • operações binárias: 0,1μs; • operações com palavras: 0,5μs; • área total de endereçamento de I/O: 1024/1024 byte; • canais totais: CLP SIEMENS 7
  8. 8. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 • analógicos: 1024; • digitais I/O: 256/128; • I/O integrados: • entradas digitais: 24; DC 24V; todos canais podem ser usados para alarmes de processo; • saídas digitais: 16; 24V DC; 0,5 A; • entradas analógicas: 4: ± 10V, 0..10V, ± 20mA, 0/4...20mA; 1: ...600Ω, PT100; • saídas analógicas: 2: ± 10V, 0-10V, ± 20mA, 0/4-20mA; • funções integradas: • contadores: 3 encoders incrementais 24V/30 kHz; saídas de pulsos: 3 canais de modulação largura de pulso máx. ,5kHz; medição de freqüência: 3 canais máx. 30kHz; controle de malhas: Regulador PID; dimensão: 80 X 125 X 130 mm; peso: 530 g. Comunicação Além dos diversos módulos de comunicação que podem ser agregados a configuração, toda CPU da série S7-300 traz integrada a si uma porta de comunicação MPI. Através desta porta a CPU é programada e parametrizada. Com a porta MPI é possível ainda implementar uma rede de pequeno porte com equipamentos SIEMENS, tais como: • CLPs SIMATIC S7-200/300/400 • Controladores SIMATIC C7 • Interfaces Homem Máquina SIMATIC HMI • Computadores Industriais SIMATIC PC Além da interface MPI, alguns modelos de CPU possuem uma segunda interface de comunicação integrada Profibus ou Serial Ponto-a-Ponto. Aplicações CLP SIEMENS 8
  9. 9. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 O SIMATIC S7-300 oferece soluções para as mais diversas tarefas de automação, nas seguintes áreas: • Indústria automobilística; • Indústria de embalagens; • Processamento de plástico; • Indústria alimentícia e de cigarro; • e outras. Programação Implementada através do software STEP 7, nas versões STEP 7 Lite, STEP7 e STEP 7 Professional. SIMATIC 400 A solução para sistemas baseados em engenharia de produção e processos. É uma plataforma de CLP ideal para as mais sofisticadas soluções em automação, tais como controle de processos com grande volume de dados ou gerenciamento de sistemas de manufatura que exijam um alto nível de performance. Instalação e Configuração O S7-400 possui instalação simples e robusta com configuração modular. Não há regras para a disposição dos slots, nem há necessidade de instalação de ventiladores de refrigeração. Um espectro graduado de CPU’s esta disponível para a configuração do sistema de controle. Todas as CPU’s possuem uma grande capacidade de armazenamento de programa e interfaces de comunicação integradas. Diversas CPU’s podem operar em regime de Multiprocessamento, trabalhando juntas para garantir uma maior performance. A grande velocidade de processamento e o tempo de reação determinístico da CPU possibilitam curtos ciclos de máquina, o que CLP SIEMENS 9
  10. 10. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 aumenta a produção. A diversidade de módulos de I/O, Função e Comunicação permitem compor expansões centralizadas e arquiteturas distribuídas – seus módulos podem ser substituídos “a quente", garantido assim uma grande disponibilidade do sistema. Programação O SIMATIC S7-400 trabalha com o software de programação STEP7 , estando em conformidade com o padrão IEC 61131-3 e possibilita a utilização de linguagens de programação de alto nível como SCL, ferramentas gráficas para o controle de seqüenciais, diagrama de status e diagramas tecnológicos. Todo o projeto de software pode ser armazenado na própria CPU juntamente com símbolos e comentários, o que facilita futuras modificações ou mesmo manutenções. Aplicações O S7-400 deve ser utilizado em aplicações que exijam alta performance, ele é especialmente popular na Indústria Automotiva e Geração e Distribuição de energia. O S7-400 é a base para o sistema de controle de processos PCS7 especialmente empregado em indústrias químicas, farmacêuticas e petroquímicas. Estão disponíveis variações de produtos para aplicações específicas. Sistemas redundantes que possibilitam alta disponibilidade e segurança intrínseca podem ser implementados com o sistema S7-400H. Para aplicações de falha segura (failsafe), o S7-400F é a escolha ideal. Com o módulo de comunicação Industrial Ethernet CP443-1 IT é possível receber e enviar e-mails, carregar páginas Web e implementar supervisão, controle e monitoração de diagnósticos de qualquer lugar do mundo. Processos utilizando CLP da Siemens SIMATIC S7-200 no tratamento de água na Itália Com freqüência, para tornar potável a água primária, é necessário percorrer um longo caminho através das mais variadas etapas de purificação. A empresa Sintec, de Perugia, Itália, apresenta agora a instalação Ecofilter-Comby, uma solução autônoma móvel para rápida obtenção de água potável através de tratamento bacteriológico. CLP SIEMENS 10
  11. 11. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 O equipamento Ecofilter-Comby é um sistema de tratamento de água a base de radiação ultravioleta (UV) completamente automatizado com SIMATIC S7-200. A água circula através de tubos de teflon e filtros auto-limpantes ecológicos. No sistema atuam duas bombas que impulsionam a água até os filtros. O primeiro filtro retém as partículas de até 16 microns e o segundo alcança até as de 5 microns. Na seqüência, a água circula pelo equipamento de UV, onde um tratamento ultravioleta de choque elimina até 99,99% das bactérias que o líquido poderia conter. Os ensaios realizados pelo departamento de Higiene da Universidade de Perugia confirmaram esses valores e a ótima qualidade final do produto. Na saída do equipamento UV, o recipiente coletor com duas torneiras permite obter imediatamente amostras de água para verificar sua qualidade. A água purificada chega a um tanque onde o dosador administra cloro granulado para evitar a proliferação de bactérias. A água potável é extraída desse tanque por meio de uma bomba de circulação, que pode, inclusive, bombeá-la até o local de consumo. O sistema de filtros ecológicos trabalha de forma completamente automática e sem a adição de produtos químicos. Um sensor supervisiona a pressão interna do sistema de filtros e, quando esta alcança o limite prefixado, é iniciado um processo de auto-limpeza, que consiste em uma lavagem por contra-corrente combinada com centrifugação. Na ausência de rede elétrica, esse sistema de tratamento de água funciona em qualquer lugar com um grupo gerador à Diesel. O sistema SIMATIC S7-200 que controla toda a instalação demonstra novamente sua capacidade de administrar um alto grau de automação com um gasto mínimo. CLP SIEMENS 11
  12. 12. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Aplicação Monitoramento de posição de guindastes Sistema de Posicionamento Global (GPS) e CLP S7-200 Vistas gerais dos guindastes em operação O objetivo do projeto é monitorar em tempo real a posição absoluta e relativa de dois guindastes de contêineres no porto de Montevidéu, Uruguai, e dar aviso ao operador e/ou bloquear a operação sempre que necessário Os dois guindastes podem se deslocar livremente pelo cais, por cerca de 300 metros, mas devem obedecer a certas limitações de operação, de acordo com sua posição absoluta no cais, seu estado e posição relativa – de um guindaste em relação ao outro. Requisitos O sistema que determina a posição de cada um dos guindastes devia cumprir certos requisitos: · Trabalhar em condições de intempérie à beira mar; · Dispor de uma referência de posição confiável, sem necessidade de mover o guindaste de 800 t até um ponto fixo para obter a referência; · Os elementos do sistema de posicionamento não devem ser afetados ou danificados pelos equipamentos e/ou materiais que habitualmente operam no cais; · O cais deve permanecer livre de qualquer obstáculo para a operação de carga e descarga, devido aos tipos distintos de veículos que são utilizados; CLP SIEMENS 12
  13. 13. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 · Cada guindaste deve conhecer a posição do outro a todo o momento para evitar operações não autorizadas. Equipamento Para atender a todos os requisitos exigidos, optou-se por uma solução que combina a eficácia do CLP S7-200 ao Sistema de Posicionamento Global (GPS). Assim, cada guindaste foi dotado de um GPS acoplado a um equipamento de transmissão por rádio com entradas e saídas digitais embutidas. Como existe sempre um pequeno desvio na posição informada por um GPS, foi utilizado outro GPS em um ponto fixo, cujas coordenadas já eram precisamente conhecidas, que servia de referência para a correção da posição em tempo real. Finalmente, o CLP SIMATIC S7- 200, CPU 226, foi conectado a um equipamento de transmissão por rádio e ao GPS fixo, através de suas duas portas de comunicação. Funcionamento A cada segundo, o CLP recebe a posição do GPS fixo e compara com sua posição previamente conhecida, determinando instantaneamente o desvio na posição informada pelo GPS. Depois, envia uma solicitação a cada guindaste para saber sua posição e estado de operação (com ou sem carga). Imediatamente após a solicitação, cada guindaste responde com a posição lida por seu GPS e seu estado de operação. Uma vez obtidas às posições dos dois guindastes, o CLP as corrige com base no desvio calculado anteriormente e realiza a transformação das coordenadas, expressas em milésimos de graus de Latitude e Longitude, para dois eixos perpendiculares com as distâncias medidas em metros. Determinadas as posições reais dos dois guindastes e seus estados, o CLP determina os sinais de aviso e/ou bloqueio para cada um e os transmite pelo rádio. Além disso, conta com uma rotina de controle de falhas que dá um alarme em casos de perda de comunicação, erro na leitura de posição ou defeito nos equipamentos. CONCLUSÃO Com este trabalho, pudemos nos familiarizar um pouco mais com os Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s) da Siemes. Com o avanço da tecnologia e com um mercado bastante competitivo, os CLP’s se tornaram mais baratos, substituindo cada vez mais processos que funcionavam com lógica de relés. CLP SIEMENS 13
  14. 14. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 Para especificar um CLP, antes de mais nada, é de fundamental importância que se tenha um profundo conhecimento sobre o processo que será controlado, pois praticamente para todas as situações há uma família e tipo de CLP que se adequará com maior facilidade. Bibliografia · www.siemens.com · http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/ en/Pages/Default.aspx · http://www.taginfo.com.br/publico · http://www.clubedotecnico.com/S7-Bas-01.ppt · Revista GO! Edição Latino-Americana Nº 2 | 2002 CLP SIEMENS 14
  15. 15. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703 CLP SIEMENS 15

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