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1
Controladores LógicosControladores Lógicos
ProgramáveisProgramáveis
Faculdade de Engenharia de Sorocaba
e Flash Engenharia e Desenvolvimento
Ltda
Instrutores – Joel Rocha Pinto
Willerson Moreira Ferraz
2
IntroduçãoIntrodução
No início da industrialização a produção era
composta por estágios nos quais as pessoas
desenvolviam sempre as mesmas funções.
Com o passar do tempo e a valorização do
trabalhador as máquinas passaram a fazer o trabalho
pesado e o homem a supervisioná-la.
3
ControleControle
Controlar uma grandeza física consiste em
controlar seu valor intencionalmente de acordo com as
necessidades do processo
Controle manual - há um operador observando em
tempo integral as variáveis envolvidas. Se o operador
falhar, todo o processo é comprometido.
Controle automático – a presença do operador torna-
se quase indispensável. O sistema é monitorado e
controlado por um sistema eletroeletrônico, tornando-
se mais rápido e confiável
4
Evolução dos sistemas deEvolução dos sistemas de
controlecontrole
1ª Geração - Relés e contatores assumem as operações
básicas de acionamento dos processos;
2ª Geração – Resistores, capacitores e transistores se unem
aos relés e contatores (menor espaço físico e maior
durabilidade);
3ª Geração – Implementação de álgebra booleana utilizando
circuitos integrados. Menor espaço físico e maior
flexibilidade na realização de tarefas. As malhas de
controle assumem um papel fundamental na sobrevivência
das empresas;
4ª Geração – sistemas programáveis que permitem a
implementação da malha de controle através de softwares
dedicados.
5
Malha de controleMalha de controle
Conjunto de elementos destinados a comandar um
processo.
– Sensores;
– Contatores;
– Temporizadores;
– Chaves fim de curso;
– Botoeiras;
– Sinalizadores;
6
Exemplo práticoExemplo prático
Uma indústria de caixas metálicas deseja utilizar uma
esteira automatizada para transportar seus produtos do
setor de produção até o setor de expedição. O sistema
deve:
– Reconhecer que o produto foi colocado sobre a
esteira;
– Iniciar o transporte;
– Verificar se a altura está dentro do especificado;
– Acionar sistema de alarme em caso de produto
reprovado ou enviá-lo para a expedição em caso de
aprovação.
7
Implementação da malhaImplementação da malha
A empresa responsável pelo projeto não trabalha com
controladores programáveis e utilizará os seguintes
elementos na malha:
– Contatores;
– Temporizadores;
– Sinalizadores;
– Motor;
– Sensores ópticos
8
Lógica de funcionamentoLógica de funcionamento
a) Aguardar sinal do sensor óptico de entrada;
b) Alimentar o motor da esteira;
c) Aguardar sinal dos sensores ópticos de controle de altura;
Altura dentro do especificado – acender lâmpada verde;
Aguardar sinal do sensor óptico de final de linha;
Interromper alimentação do motor;
Aguardar retirada da caixa;
Retornar a rotina de inicialização;
Altura fora do especificado – acender lâmpada vermelha
Interromper alimentação do motor;
Aguardar retirada da caixa da área de teste;
Retornar a rotina de inicialização.
9
10
CLPCLP –– Controlador LógicoControlador Lógico
ProgramávelProgramável
Equipamento comandado por processador dedicado
que tem a finalidade de monitorar entradas e
atualizar saídas a partir de um programa pré-definido
pelo usuário.
É utilizado pelas indústrias com a finalidade de
automatizar processos, permitindo controle rápido
com mínima possibilidade de erros.
11
CLPCLP -- ParticularidadesParticularidades
Limitação – espaço de memória e número de entradas
e saídas disponíveis.
Implementação – A principal dificuldade na
implementação de CLP’s em malhas de automação
não é o custo, mas sim a “falta de mão-de-obra
especializada” para trabalhar com o mesmo.
Mercado – o mercado de automação utilizando
controladores programáveis movimenta 4 bilhões de
dólares anuais.
12
FuncionamentoFuncionamento
13
HistóricoHistórico
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.
Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evoluiu
nos controladores lógicos, tais como:
– tipos de entrada e saída;
– velocidade de processamento;
– modo de programação;
– interface com o usuário .
14
Modos de programaçãoModos de programação
De acordo com o modo de programação os CLP´s
podem ser classificados em 5 gerações:
1a. Geração: programação intimamente ligada ao
hardware do equipamento. Para poder programar era
necessário conhecer profundamente o projeto
construtivo do CLP.
15
2ª Geração2ª Geração
Aparecem as primeiras “linguagens de programação” ,
graças a inclusão de um “programa monitor”
responsável pela conversão das instruções do
programa em linguagem de máquina.
Os terminais de programação eram gravadores de
memória EPROM. Depois de programadas as
memórias eram colocadas no CLP para que o mesmo
executasse o programa do usuário.
16
3ª Geração3ª Geração
Os CLPs passam a ter uma entrada de programação
na qual um teclado ou programador portátil é
conectado, permitindo gravar, apagar ou alterar o
programa, além de realizar testes no equipamento.
Sistemas modulares com bastidores ou racks
ganham força no mercado.
17
4ª Geração4ª Geração
CLP´s passam a ter uma entrada para a comunicação
serial.
A utilização de microcomputadores na programação
dos CLP’s possibilitou o surgimento de novas
linguagens de programação , operações de simulação
e teste e a criação de ferramentas extremamente
inteligentes e amigáveis.
18
5ª Geração5ª Geração
A atual geração tem como principal preocupação a
padronização dos protocolos de modo a proporcionar
a comunicação entre equipamentos de fabricantes
diferentes, bem como a comunicação do CLP com
controladores de processos, sistemas supervisórios,
redes internas de comunicação etc.
19
CaracterCaracteríísticas tsticas téécnicascnicas
Nano e Micro CLP’s
– Pouca capacidade de E/S (máximo 32 pontos);
– Normalmente digitais;
– Compostos de um único bloco;
– Baixo custo;
– Capacidade de memória reduzida;
20
CLPCLP´´s de Ms de Méédio Portedio Porte
– Estrutura modular;
– Capacidade de 256 pontos de E/S;
– Módulos analógicos e digitais;
– Memória de programa de até 2K.
21
CLPCLP´´s de Grande Portes de Grande Porte
– Estrutura modular constituída de fonte de
alimentação, CPU principal, CPU´s auxiliares,
módulos de E/S digitais e analógicos, módulos de
E/S especializados, módulos de redes de
comunicação,
– Capacidade de até 4096 pontos de E/S
22
ProcessamentoProcessamento
A lógica da operação do CLP é dividida em três
etapas: entrada, processamento e saída.
23
ProcessamentoProcessamento –– EstruturaEstrutura
BBáásicasica
– Os sinais dos sensores são aplicados às entradas
do controlador;
– A cada ciclo são lidos e transferidos para a
unidade de memória interna denominada memória
imagem de entrada;
– O programa do usuário é processado pela CPU;
– Os resultados são transferidos à memória imagem
de saída e aplicados aos terminais de saída.
24
25
Inicialização
Quando o CLP é ligado ele executa uma série de operações
gravadas gravadas em seu programa monitor.
– Verifica o funcionamento eletrônico da CPU,
memórias e circuitos auxiliares;
– Verifica a configuração interna e compara com os
circuitos instalados;
– Verifica o estado das chaves principais;
– Desativa as saídas;
– Verifica a existência de um programa usuário;
– Emite aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.
Rotinas de processamentoRotinas de processamento
26
Verificação das entradas
O CLP lê o estado de cada um dos I/O’s.
O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de
Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro
segundos ( scan time ).
Transferência para a memória
Após o ciclo de varredura, o CLP armazena os
resultados em uma região de memória chamada de
Memória Imagem das Entradas e Saídas.
Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer
do processamento.
Rotinas de processamentoRotinas de processamento
27
Rotinas de processamentoRotinas de processamento
Comparação com o programa do usuário
O CLP executa o programa após consultar a
memória imagem das entradas e atualiza o estado da
memória imagem das saídas, de acordo com as
instruções definidas pelo usuário.
Atualizar o estado das saídas
O CLP escreve o valor contido na memória imagem
das saídas nas interfaces ou módulos
correspondentes. Inicia-se então, um novo ciclo de
varredura.
28
ComparaComparaçãção com malha deo com malha de
controle discretacontrole discreta
– Menor espaço;
– Menor consumo de energia elétrica;
– Reutilizáveis;
– Maior confiabilidade;
– Maior flexibilidade;
– Maior rapidez na elaboração dos projetos;
– Interfaces de comunicação;
– Maior vida útil;
– Manutenção fácil e rápida.
29
Introdução ao hardware
Para proporcionar o controle automático de uma malha o
CLP possui alguns elementos básicos que podem ser
classificados da seguinte forma:
– Fonte de alimentação – tem como função converter a
tensão da rede elétrica, manter a carga da bateria e
fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas.
– CPU - é responsável pelo funcionamento lógico de
todos os circuitos e suas características mais comuns são:
Endereçamento de memória de até 1 Mbyte;
Velocidade de CLOCK variando de 4 a 30 Mhz;
Manipulação de dados decimais, octais, e hexadecimais.
30
Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware
Memória do programa monitor
Armazena o programa monitor, responsável pelo
funcionamento geral do CLP e gerenciamento de todas as
atividades do mesmo. O programa monitor funciona de
maneira similar ao Sistema Operacional dos
microcomputadores, não pode ser alterado pelo usuário e
fica armazenado em memórias do tipo PROM , EPROM
ou EEPROM
31
Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware
Memória do usuário
É onde se armazena o programa desenvolvido pelo
usuário. Pode ser do tipo RAM (cujo programa é mantido
pelo uso de baterias) , EEPROM e FLASH-EPROM ,
sendo também comum o uso de cartuchos de memória que
permitem a troca do programa com a troca do cartucho de
memória. A capacidade desta memória varia bastante de
acordo com o marca/modelo do CLP, sendo normalmente
dimensionadas em Passos de Programa.
32
Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware
Memória de dados
É a região de memória destinada a armazenar os dados do
programa do usuário. Estes dados são valores de
temporizadores, contadores, códigos de erro, senhas de
acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do
CLP. Os valores armazenados na memória de dados serão
consultados e ou alterados durante a execução do
programa do usuário. Em alguns CLPs , utiliza-se bateria
para reter os valores desta memória em caso de queda de
energia.
33
Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware
Memória imagem das entradas / saídas
Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas
ou executa uma modificação nas saídas ela armazena o
estados de cada uma delas em uma região de memória
denominada Memória Imagem das Entradas / Saídas. Essa
região de memória funciona como uma espécie de “ tabela
” onde a CPU irá obter informações das entradas ou
saídas para tomar as decisões durante o processamento do
programa do usuário.
34
IntroduIntroduçãção ao hardwareo ao hardware
Porta de comunicação
É responsável pela troca de informações entre o
software de controle e o CLP e entre o CLP e outros
periféricos (IHM, controladores de processo, etc.).
35
Circuitos auxiliaresCircuitos auxiliares
Power on reset
Circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se
energiza o equipamento, a fim de evitar que ocorra acionamento
indevido de uma saída.
Power down
Utilizado para evitar que o conteúdo das memórias seja perdido,
em caso de falta de alimentação. Quando o valor da tensão cair
abaixo de um limite pré-determinado, o circuito solicita a CPU
que armazene o conteúdo das memórias imediatamente.
Watch dog timer
Para garantir no caso de falha do microprocessador que o
programa não entre em “ loop” , existe um circuito denominado
“ Cão de Guarda “ , que deve ser acionado em intervalos de
tempo pré-determinados. Caso isto não ocorra, ele assume o
controle do circuito sinalizando falha geral.
36
MMóódulos ou interfaces dedulos ou interfaces de
entradaentrada
Tornar compatíveis os níveis de sinais de tensão e
corrente que são provenientes dos sensores de campo,
com o nível de sinal com o qual a CPU pode receber
suas informações.
Há 2 tipos básicos de entradas:
– Entradas Digitais;
– Entradas Analógicas.
37
Entradas digitaisEntradas digitais
São aquelas que possuem apenas dois estados
possíveis.
38
Entradas digitaisEntradas digitais
As entradas podem ser construídas para operarem em
corrente contínua ( 24 VCC ) ou em corrente alternada
( 110 ou 220 VCA). As entradas de 24 VCC são
utilizadas quando a distância entre os dispositivos de
entrada e o CLP não excedam 50 m
39
Exemplo de circuito de entrada digital 24 VCC
Entrada 24 Vcc
CPU
40
Exemplo de circuito de entrada digital 110/220 Vca
CPU
110/200 Vca
41
Entradas analEntradas analóógicasgicas
Podem assumir qualquer valor entre dois limites
determinados.
42
Grandezas analógicasGrandezas analógicas
As grandezas tratadas por estes módulos são
normalmente tensão ou corrente:
Para entrada em tensão, as faixas de utilização;
• 0 ⇒ 10 VCC;
• 0 ⇒ 5 VCC;
• 1 ⇒ 5 VCC;
• -5 ⇒ +5 VCC;
• -10 ⇒ +10 VCC.
Para entrada em corrente, as faixas de utilização:
• 0 ⇒ 20 mA;
• 4 ⇒ 20 mA.
43
Entradas analEntradas analóógicasgicas
Os principais dispositivos utilizados como entradas
analógicas são :
Sensores de pressão manométrica;
Sensores de pressão mecânica (strain gauges -
utilizados em células de carga);
Tacogeradores;
Transmissores de temperatura;
Transmissores de umidade relativa;
A aquisição consiste na conversão do sinal analógico
em um valor digital. Desta maneira, uma das
informações mais importantes a respeito das
entradas analógicas é a sua resolução, que é
normalmente medida em bits.
44
Exemplo de circuito de entrada analógica
CPUEntrada
45
MMóódulos especiais dedulos especiais de
entradaentrada
– Módulos contadores;
– Módulos para encoder;
– Módulos para termopares (Tipo J, K, L , S, etc);
– Módulos para termoresistências (PT-100, Ni-100,
Cu-25 ,etc);
– Módulos para sensores de ponte balanceada do
tipo Strain-Gauges;
– Módulos para leitura de grandezas elétricas;
46
MMóódulos ou interfaces dedulos ou interfaces de
sasaíídada
Os módulos ou interfaces de saída adequam
eletricamente os sinais vindos do microprocessador
para que possamos atuar nos circuitos controlados .
Existem dois tipos básicos de interfaces de saída : as
digitais e as analógicas .
47
SaSaíídas digitaisdas digitais
Admitem apenas dois estados : ligado e
desligado.
48
SaSaíídas digitaisdas digitais
Com as saídas digitais podemos controlar
dispositivos do tipo :
– Reles ;
– Contatores ;
– Reles de estado-sólido;
– Solenóides;
– Válvulas;
– Inversores de frequência.
49
Exemplo de saída digital à relé
CPU
SAÍDA
50
Exemplo de saída digital à Transistor
CPU
SAÍDA
51
Exemplo de saída digital à Triac
CPU
SAÍDA
52
SaSaíídas analdas analóógicasgicas
Os módulos de saída analógica converte valores
numéricos, em sinais de saída em tensão ou corrente.
Os módulos de saída em tensão usuais são:
– 0 ⇒ 10 VCC;
– 0 ⇒ 5 VCC;
Os módulos de saída em corrente usuais são:
– 0 ⇒ 20 mA;
– 4 ⇒ 20 mA.
53
SaSaíídas analdas analóógicasgicas
Com as saídas digitais podemos controlar
dispositivos do tipo :
– Válvulas proporcionais;
– Motores C.C.;
– Servomotores C.C;
– Inversores de frequência;
– Posicionadores rotativos;
54
Exemplo de circuito de saída analógica
55
MMóódulos especiais de sadulos especiais de saíídada
– Módulos PWM;
– Módulos para controle de servomotores;
– Módulos para controle de motores de passo;
– Módulos para IHM.
56
DefiniDefiniçõções e caracteres e caracteríísticassticas
Existem dois padrões básicos de nomenclatura das
entradas e saídas de um CLP: o padrão IEC e o
padrão Alemão.
Padrão IEC
I ⇒ quer dizer Entrada.
Q ⇒ quer dizer Saída.
Padrão Alemão
E ⇒ quer dizer Entrada.
A ⇒ quer dizer Saída.
57
Tabela padrão deTabela padrão de
nomenclatura IECnomenclatura IEC
58
CLPCLP SiemensSiemens
A linha de CLP’s Simatic S7 da Siemens é extremamente
versátil e dividida basicamente em três categorias.
S7-200 – micro PLC’s
S7-300 – PLC’s de pequeno e médio porte
S7-400 – PLC’s de médio e grande porte
A escolha do CLP deverá ser realizada após um estudo
detalhado das características e necessidades da malha de
controle a ser implementada.
59
SoftwareSoftware
Para implementação de malhas utilizando CLP’s a
Siemens desenvolveu um conjunto de programas
denominado SIMATIC Software.
O SIMATIC Software é um projeto modular que
consiste do software básico STEP 7 e pacotes
opcionais para diagnósticos, simulações,
documentação, etc.
60
CLP S7CLP S7--200200
Micro CLP da família SIMATIC S7, totalmente
compacto, incorporando fonte de alimentação, CPU e
entradas / saídas em um único dispositivo.
Características
Pode ser expandido em até sete módulos;
Baixo preço;
Alimentação das entradas digitais (sensores)
integrada;
Possibilidade de forçar entradas e saídas;
61
Dados TDados Téécnicoscnicos -- CPU 216CPU 216
Dimensões - 218x80x62mm
Memória de trabalho – 4 Kbyte
Memória de instruções – 2,5 Kbyte
I/O on board – 24 DI e 16 DO
Capacidade de expansão – 7 módulos
Contadores / temporizadores – 256 / 256
Tempo de execução – 0,8 us
62
Módulos de expansãoMódulos de expansão
Módulo de sinal SM
Responsável pela interfaceamento entre os sinais
elétricos do campo e os sinais suportados pela
CPU.
Exemplos
– Entrada / saída digital;
– Entrada / saída analógica
63
Módulos de expansãoMódulos de expansão
64
MMóódulos de expansdulos de expansããoo
Módulo de interface IM
Permite a configuração de vários trilhos / bastidores
de expansão. É composto basicamente de um módulo
de transmissão, conectado ao rack central e um
módulo de recepção conectado ao rack de expansão.
Módulo de Comunicação CP
Permitem a configuração de redes de comunicação
ponto a ponto, Profibus e Industrial Ethernet.
65
Indicadores de status e chaveIndicadores de status e chave
seletoraseletora
Os indicadores de status refletem o modo de
operação do CLP, definido pela posição da chave
seletora. A chave seletora do CLP possui três
posições distintas:
RUN – a CPU executa o programa do usuário;
STOP - a CPU interrompe o processamento do
programa do usuário;
TERM – nesta posição, o modo de operação é
determinado pelo programador através do PC.
66
Indicadores de status e chave seletoraIndicadores de status e chave seletora
Entradas Saídas Chave seletora
Indicadores de status
67
Indicadores de statusIndicadores de status
SF – Vermelho indica erro
RUN – Verde indica que o CLP está executando
o programa.
STOP – Amarelo indica que o programa não está
sendo executado.
68
AlimentaAlimentaçãçãoo
O S7-200 pode ser conectado a uma fonte
24 VDC ou a rede alternada 127 / 220 V
dependendo da CPU utilizada.
69
CLP S7CLP S7--300300
É um CLP modular destinado a aplicações de pequeno e
médio porte.
Principais características
– Diversas CPU´s com diferentes capacidades;
– Vários módulos de expansão disponíveis:
– Pode ser expandido em até 32 módulos:
– Sem regras para alocação de placas;
– Pode ser ligado em rede com interface multipoint (MPI),
PROFIBUS e Industrial Ethernet.
70
CLP S7CLP S7--300300
Por tratar-se de um CLP modular, o S7-300 possui
algumas particularidades em relação ao endereçamento
das entradas, saídas e demais módulos de expansão.
A Siemens adotou o padrão slot-orientado para os módulos
de I/O, comunicação e funções (módulo FM), isto é, o
seu endereço depende da posição do módulo no trilho.
Os três primeiros slots são reservados para os módulos
PS (fonte de alimentação), CPU e IM (módulo de
interface para expansão)
71
S7S7--300300 -- EndereEndereççamentoamento
72
S7S7--300300 –– EndereEndereççamentoamento
Slot 1 - não é associado nenhum endereço ao slot
reservado para a fonte de alimentação.
Slot 2 - não é associado nenhum endereço ao slot
reservado para CPU.
Slot 3 - não é associado nenhum endereço ao slot
reservado ao módulo de interface IM. É importante
observar que mesmo que o módulo IM não esteja
presente, o slot 3 não pode ser utilizado por outro módulo.
Slots 4–11 - Módulos de sinais - O slot 4 é considerado o
primeiro slot para módulos de entrada e saída, CP ou FM.
73
EndereEndereççamento digitalamento digital
74
EndereEndereççamento digitalamento digital
75
EndereEndereççamento analamento analóógicogico
76
EndereEndereççamento analamento analóógicogico
Cada módulo analógico ocupa 16 bytes de endereços,
sendo 2 bytes destinados a cada canal.
As I/O’s analógicas não possuem uma tabela imagem
atualizada a cada ciclo. Ao invés disto, o programador
define quando os dados serão atualizados (lidos /
escritos) manipulando o endereço analógico
correspondente ao I/O.
O endereço identificador para uma entrada analógica é PIW
e para a saída analógica é PQW.
No exemplo dado, para acessar os dados do segundo canal
no primeiro módulo do rack 2, o endereço da entrada
analógica a ser utilizado é PIW 514.
77
S7S7--300300 –– Indicadores de statusIndicadores de status
e chave seletorae chave seletora
78
S7S7--300300 –– Indicadores de statusIndicadores de status
e chave seletorae chave seletora
Chave seletora
MRES – reset da memória;
STOP – o programa não é executado;
RUN – o programa é processado e não pode ser
alterado pelo terminal de programação;
RUN-P – a CPU processa o programa e permite que
o terminal de programação possa acessar/alterar o
programa e o modo de operação.
79
S7S7--300300 -- Indicadores deIndicadores de
statusstatus
SF – erro interno da CPU ou erro de diagnóstico nos
módulos;
BATF – sem bateria ou carga baixa;
DC5V – fonte +5V
Acesa – indica tensão DC correta;
Piscando – indica sobrecarga;
FRCE – indica que pelo menos uma entrada ou saída
está forçada;
RUN – piscando durante a inicialização da CPU, acesa
quando a CPU está em modo Run;
STOP – pisca se um reset da memória e necessário,
acesa indica que a CPU está no modo STOP.
80
CLP S7CLP S7--400400
Projeto modular que abrange aplicações de médio e
grande porte. Caracteriza-se por um set de
instruções poderoso e endereçamento simples.
Principais Características
– Comunicação via MPI, ponto a ponto, Profibus e
Industrial Ethernet;
– Possibilidade de multiprocessamento (até 4
CPU’s).
81
LLóógica de programagica de programaçãçãoo
Para facilitar a programação dos CLPs foram
desenvolvidas diversas linguagens de programação.
Essas linguagens constituem-se em um conjunto de
símbolos, comandos, blocos e/ou figuras que
obedecem algumas regras pré-determinadas.
Um programa nada mais é do que um conjunto de
instruções que especifica as operações que o CLP
deverá executar para controlar um determinado
processo.
82
MMéétodos de representatodos de representaçãçãoo
a) Linguagem de alto nível : C, Pascal, Basic, etc.
b) STL (lista de instruções) : assemelha-se a instruções
escritas em mnemônicos e apresenta o seguinte formato:
002: LD I 3.0
Onde:
002 – é o endereço relativo
LD – operação ou comando lógico.
I - identificação do operando (entrada).
3.0 – endereço do operando.
c) CFS (Diagrama de blocos de funções) : blocos de
funções digitais.
d) LAD (Diagrama de contatos) : contatos de reles.
83
MMéétodos de representatodos de representaçãçãoo
Cada método de representação apresenta suas próprias
características portanto, um bloco de programa
criado em STL não necessariamente poderá ser
convertido em CFS ou LAD.
Os três métodos de representação não são compatíveis.
Entretanto, programas em CFS ou LAD poderão
sempre ser convertidos em STL.
84
Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo
Para solucionar tarefas complexas se faz necessário
dividir o programa em pequenas partes. Estas
partes serão chamadas blocos de programa. Cada
bloco irá executar uma parte da tarefa e estas
partes serão gerenciadas por um bloco único de
organização.
85
Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo
A ferramenta SIMATIC software apresenta os seguintes
tipos de blocos, para a formação de um programa
estruturado:
OB (Bloco de Organização) : responsável pela
organização dos blocos de controle. Pode ser
considerado o programa principal do sistema (OB1).
PB (Bloco de Programa) : são blocos utilizados para a
programação das partições da tarefa a ser executada.
Podem ser numerados de 0 a 255 – PB0 a PB255.
86
Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo
FB (Bloco de Função) : são utilizados quando uma parte
da tarefa exige operações avançadas ou suplementares ou
quando uma determinada tarefa se torne repetitiva no
programa. Podem ser numerados de 0 a 255 – FB0 a
FB255.
Existem FB’s que são padronizados para determinadas
tarefas. (PID, posicionamento, conversão numérica, etc..)
DB (Bloco de Dados) : são áreas de memória destinadas ao
armazenamento de dados.
87
Acesso a memAcesso a memóóriaria
A região reservada ao armazenamento de dados no CLP é
divida em duas partes:
a) Memória de dados – região da memória que armazena:
Variáveis de memória (V0 – V511, V512 –
V4095);
Registrador de imagem das entradas; (I 0.0 – I
7.7);
Registrador de imagem das saídas; (Q 0.0 – Q
7.7);
Bits de memória; (M0.0 – M31.7);
Bits de memória especiais. (SM0.0 – SM29.7,
SM30.0 – SM85.7)
88
Acesso a memAcesso a memóóriaria
Dados de Objetos – região da memória que armazena
dados referentes aos:
Temporizadores (T0 – T127);
Contadores (C0 – C127);
Entradas analógicas (AIW0 – AIW30);
Saídas analógicas (AQW0 – AQW30);
Acumuladores (AC0 – AC3).
89
Formas de acesso a memFormas de acesso a memóóriaria
As cinco regiões da memória de dados podem ser
acessadas em forma de bit, byte, word ou double word.
Para que uma instrução de acesso a memória de dados
seja válida ela deve conter:
Código de identificação de área (I, Q, M, SM, V)
Forma de acesso ( Bit, Byte, Word, Double word);
Endereço.
Exemplo : V B 7
Sendo:
V – identificador da área de variáveis de memória;
B – modo de acesso = byte;
7 – endereço do byte.
90
Formas de acesso a memFormas de acesso a memóóriaria
Para acessar dados dos objetos, tais como temporizadores,
contadores e I/O´s analógicos utiliza-se o código de área
e o endereço do objeto.
Exemplo: Para acessar o contador 10 devemos utilizar a
seguinte notação:
T 10
Sendo:
T – identificador de área destinada a temporizadores;
10 – endereço do temporizador
91
LinguagemLinguagem LadderLadder
A Ladder (LAD) é uma linguagem de programação que
utiliza símbolos semelhantes a contatos de reles para
representar suas funções.
Contato : seu funcionamento é idêntico ao funcionamento
de uma botoeira. Pode ser normalmente aberto ou
normalmente fechado.
Saída : quando energizada, envia nível lógico 1 ao
equipamento conectado a ela.
Caixas : suas funções mais comuns são contadores,
temporizadores operações matemáticas, etc.
Network : linha de programação que pode ser
compreendida como um circuito, onde a corrente flui da
esquerda para a direita.
92
LadderLadder
Contato
Saída
Caixa – contadores,
temporizadores, funções, etc.
93
ComoComo éé executado umexecutado um
programa emprograma em LadderLadder??
O programa em Ladder é representado, de forma
simplificada, como uma seqüência de chaves,
blocos e saídas, e esta seqüência constitui um
programa.
O CLP executa o programa da esquerda para a
direita, do início ao fim. Este ciclo é repetido
continuamente e cada ciclo é chamado de Scan.
94
LLóógica matemgica matemáática e bintica e binááriaria
A lógica matemática ou simbólica visa superar as
dificuldades e ambigüidades de qualquer linguagem. Para
evitar essas dificuldades, criou-se uma linguagem lógica
artificial (linguagem binária) que possui apenas dois
valores possíveis : 0 e 1.
A partir desses conceitos foram criadas as portas lógicas,
circuitos utilizados para combinar níveis lógicos digitais
de formas específicas.
95
Portas lógicas básicasPortas lógicas básicas
96
Estrutura da linguagemEstrutura da linguagem
Exemplo: acionamento de uma lâmpada L a partir de
um botão liga/desliga.
Na figura abaixo temos o esquema elétrico tradicional, o
programa e as ligações no CLP.
97
Estrutura da linguagemEstrutura da linguagem
Programa
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.
98
LLóógicagica combinacionalcombinacional
Podemos desenvolver programas para CLPs que
correspondam às operações lógicas combinacionais
básicas da álgebra de Boole, tal como a operação AND.
Na eletricidade a operação AND corresponde a associação
em série de contatos, como indicado na figura abaixo.
99
LLóógicagica combinacionalcombinacional
Outra operação lógica básica que pode ser
implementada é a função OR, que corresponde a
associação em paralelo de contatos, como indicado
na figura a seguir.
100
LLóógicagica combinacionalcombinacional
Assim podemos afirmar que todas as funções lógicas
combinacionais podem ser desenvolvidas em programação
e executadas por CLPs, uma vez que as mesmas derivam
das operações básicas: NOT, AND e OR.
Com as informações vistas até o presente momento podemos
comprovar que as alterações lógicas podem ser efetuadas
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.

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Curso clp siemens

  • 1. 1 Controladores LógicosControladores Lógicos ProgramáveisProgramáveis Faculdade de Engenharia de Sorocaba e Flash Engenharia e Desenvolvimento Ltda Instrutores – Joel Rocha Pinto Willerson Moreira Ferraz
  • 2. 2 IntroduçãoIntrodução No início da industrialização a produção era composta por estágios nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções. Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador as máquinas passaram a fazer o trabalho pesado e o homem a supervisioná-la.
  • 3. 3 ControleControle Controlar uma grandeza física consiste em controlar seu valor intencionalmente de acordo com as necessidades do processo Controle manual - há um operador observando em tempo integral as variáveis envolvidas. Se o operador falhar, todo o processo é comprometido. Controle automático – a presença do operador torna- se quase indispensável. O sistema é monitorado e controlado por um sistema eletroeletrônico, tornando- se mais rápido e confiável
  • 4. 4 Evolução dos sistemas deEvolução dos sistemas de controlecontrole 1ª Geração - Relés e contatores assumem as operações básicas de acionamento dos processos; 2ª Geração – Resistores, capacitores e transistores se unem aos relés e contatores (menor espaço físico e maior durabilidade); 3ª Geração – Implementação de álgebra booleana utilizando circuitos integrados. Menor espaço físico e maior flexibilidade na realização de tarefas. As malhas de controle assumem um papel fundamental na sobrevivência das empresas; 4ª Geração – sistemas programáveis que permitem a implementação da malha de controle através de softwares dedicados.
  • 5. 5 Malha de controleMalha de controle Conjunto de elementos destinados a comandar um processo. – Sensores; – Contatores; – Temporizadores; – Chaves fim de curso; – Botoeiras; – Sinalizadores;
  • 6. 6 Exemplo práticoExemplo prático Uma indústria de caixas metálicas deseja utilizar uma esteira automatizada para transportar seus produtos do setor de produção até o setor de expedição. O sistema deve: – Reconhecer que o produto foi colocado sobre a esteira; – Iniciar o transporte; – Verificar se a altura está dentro do especificado; – Acionar sistema de alarme em caso de produto reprovado ou enviá-lo para a expedição em caso de aprovação.
  • 7. 7 Implementação da malhaImplementação da malha A empresa responsável pelo projeto não trabalha com controladores programáveis e utilizará os seguintes elementos na malha: – Contatores; – Temporizadores; – Sinalizadores; – Motor; – Sensores ópticos
  • 8. 8 Lógica de funcionamentoLógica de funcionamento a) Aguardar sinal do sensor óptico de entrada; b) Alimentar o motor da esteira; c) Aguardar sinal dos sensores ópticos de controle de altura; Altura dentro do especificado – acender lâmpada verde; Aguardar sinal do sensor óptico de final de linha; Interromper alimentação do motor; Aguardar retirada da caixa; Retornar a rotina de inicialização; Altura fora do especificado – acender lâmpada vermelha Interromper alimentação do motor; Aguardar retirada da caixa da área de teste; Retornar a rotina de inicialização.
  • 9. 9
  • 10. 10 CLPCLP –– Controlador LógicoControlador Lógico ProgramávelProgramável Equipamento comandado por processador dedicado que tem a finalidade de monitorar entradas e atualizar saídas a partir de um programa pré-definido pelo usuário. É utilizado pelas indústrias com a finalidade de automatizar processos, permitindo controle rápido com mínima possibilidade de erros.
  • 11. 11 CLPCLP -- ParticularidadesParticularidades Limitação – espaço de memória e número de entradas e saídas disponíveis. Implementação – A principal dificuldade na implementação de CLP’s em malhas de automação não é o custo, mas sim a “falta de mão-de-obra especializada” para trabalhar com o mesmo. Mercado – o mercado de automação utilizando controladores programáveis movimenta 4 bilhões de dólares anuais.
  • 13. 13 HistóricoHistórico 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. Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos, tais como: – tipos de entrada e saída; – velocidade de processamento; – modo de programação; – interface com o usuário .
  • 14. 14 Modos de programaçãoModos de programação De acordo com o modo de programação os CLP´s podem ser classificados em 5 gerações: 1a. Geração: programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. Para poder programar era necessário conhecer profundamente o projeto construtivo do CLP.
  • 15. 15 2ª Geração2ª Geração Aparecem as primeiras “linguagens de programação” , graças a inclusão de um “programa monitor” responsável pela conversão das instruções do programa em linguagem de máquina. Os terminais de programação eram gravadores de memória EPROM. Depois de programadas as memórias eram colocadas no CLP para que o mesmo executasse o programa do usuário.
  • 16. 16 3ª Geração3ª Geração Os CLPs passam a ter uma entrada de programação na qual um teclado ou programador portátil é conectado, permitindo gravar, apagar ou alterar o programa, além de realizar testes no equipamento. Sistemas modulares com bastidores ou racks ganham força no mercado.
  • 17. 17 4ª Geração4ª Geração CLP´s passam a ter uma entrada para a comunicação serial. A utilização de microcomputadores na programação dos CLP’s possibilitou o surgimento de novas linguagens de programação , operações de simulação e teste e a criação de ferramentas extremamente inteligentes e amigáveis.
  • 18. 18 5ª Geração5ª Geração A atual geração tem como principal preocupação a padronização dos protocolos de modo a proporcionar a comunicação entre equipamentos de fabricantes diferentes, bem como a comunicação do CLP com controladores de processos, sistemas supervisórios, redes internas de comunicação etc.
  • 19. 19 CaracterCaracteríísticas tsticas téécnicascnicas Nano e Micro CLP’s – Pouca capacidade de E/S (máximo 32 pontos); – Normalmente digitais; – Compostos de um único bloco; – Baixo custo; – Capacidade de memória reduzida;
  • 20. 20 CLPCLP´´s de Ms de Méédio Portedio Porte – Estrutura modular; – Capacidade de 256 pontos de E/S; – Módulos analógicos e digitais; – Memória de programa de até 2K.
  • 21. 21 CLPCLP´´s de Grande Portes de Grande Porte – Estrutura modular constituída de fonte de alimentação, CPU principal, CPU´s auxiliares, módulos de E/S digitais e analógicos, módulos de E/S especializados, módulos de redes de comunicação, – Capacidade de até 4096 pontos de E/S
  • 22. 22 ProcessamentoProcessamento A lógica da operação do CLP é dividida em três etapas: entrada, processamento e saída.
  • 23. 23 ProcessamentoProcessamento –– EstruturaEstrutura BBáásicasica – Os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador; – A cada ciclo são lidos e transferidos para a unidade de memória interna denominada memória imagem de entrada; – O programa do usuário é processado pela CPU; – Os resultados são transferidos à memória imagem de saída e aplicados aos terminais de saída.
  • 24. 24
  • 25. 25 Inicialização Quando o CLP é ligado ele executa uma série de operações gravadas gravadas em seu programa monitor. – Verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares; – Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados; – Verifica o estado das chaves principais; – Desativa as saídas; – Verifica a existência de um programa usuário; – Emite aviso de erro caso algum dos itens acima falhe. Rotinas de processamentoRotinas de processamento
  • 26. 26 Verificação das entradas O CLP lê o estado de cada um dos I/O’s. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro segundos ( scan time ). Transferência para a memória Após o ciclo de varredura, o CLP armazena os resultados em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento. Rotinas de processamentoRotinas de processamento
  • 27. 27 Rotinas de processamentoRotinas de processamento Comparação com o programa do usuário O CLP executa o programa após consultar a memória imagem das entradas e atualiza o estado da memória imagem das saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário. Atualizar o estado das saídas O CLP escreve o valor contido na memória imagem das saídas nas interfaces ou módulos correspondentes. Inicia-se então, um novo ciclo de varredura.
  • 28. 28 ComparaComparaçãção com malha deo com malha de controle discretacontrole discreta – Menor espaço; – Menor consumo de energia elétrica; – Reutilizáveis; – Maior confiabilidade; – Maior flexibilidade; – Maior rapidez na elaboração dos projetos; – Interfaces de comunicação; – Maior vida útil; – Manutenção fácil e rápida.
  • 29. 29 Introdução ao hardware Para proporcionar o controle automático de uma malha o CLP possui alguns elementos básicos que podem ser classificados da seguinte forma: – Fonte de alimentação – tem como função converter a tensão da rede elétrica, manter a carga da bateria e fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas. – CPU - é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos e suas características mais comuns são: Endereçamento de memória de até 1 Mbyte; Velocidade de CLOCK variando de 4 a 30 Mhz; Manipulação de dados decimais, octais, e hexadecimais.
  • 30. 30 Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware Memória do programa monitor Armazena o programa monitor, responsável pelo funcionamento geral do CLP e gerenciamento de todas as atividades do mesmo. O programa monitor funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos microcomputadores, não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM , EPROM ou EEPROM
  • 31. 31 Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware Memória do usuário É onde se armazena o programa desenvolvido pelo usuário. Pode ser do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias) , EEPROM e FLASH-EPROM , sendo também comum o uso de cartuchos de memória que permitem a troca do programa com a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante de acordo com o marca/modelo do CLP, sendo normalmente dimensionadas em Passos de Programa.
  • 32. 32 Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware Memória de dados É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dados são valores de temporizadores, contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do CLP. Os valores armazenados na memória de dados serão consultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns CLPs , utiliza-se bateria para reter os valores desta memória em caso de queda de energia.
  • 33. 33 Introdução ao hardwareIntrodução ao hardware Memória imagem das entradas / saídas Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas ela armazena o estados de cada uma delas em uma região de memória denominada Memória Imagem das Entradas / Saídas. Essa região de memória funciona como uma espécie de “ tabela ” onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário.
  • 34. 34 IntroduIntroduçãção ao hardwareo ao hardware Porta de comunicação É responsável pela troca de informações entre o software de controle e o CLP e entre o CLP e outros periféricos (IHM, controladores de processo, etc.).
  • 35. 35 Circuitos auxiliaresCircuitos auxiliares Power on reset Circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento, a fim de evitar que ocorra acionamento indevido de uma saída. Power down Utilizado para evitar que o conteúdo das memórias seja perdido, em caso de falta de alimentação. Quando o valor da tensão cair abaixo de um limite pré-determinado, o circuito solicita a CPU que armazene o conteúdo das memórias imediatamente. Watch dog timer Para garantir no caso de falha do microprocessador que o programa não entre em “ loop” , existe um circuito denominado “ Cão de Guarda “ , que deve ser acionado em intervalos de tempo pré-determinados. Caso isto não ocorra, ele assume o controle do circuito sinalizando falha geral.
  • 36. 36 MMóódulos ou interfaces dedulos ou interfaces de entradaentrada Tornar compatíveis os níveis de sinais de tensão e corrente que são provenientes dos sensores de campo, com o nível de sinal com o qual a CPU pode receber suas informações. Há 2 tipos básicos de entradas: – Entradas Digitais; – Entradas Analógicas.
  • 37. 37 Entradas digitaisEntradas digitais São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis.
  • 38. 38 Entradas digitaisEntradas digitais As entradas podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 24 VCC ) ou em corrente alternada ( 110 ou 220 VCA). As entradas de 24 VCC são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o CLP não excedam 50 m
  • 39. 39 Exemplo de circuito de entrada digital 24 VCC Entrada 24 Vcc CPU
  • 40. 40 Exemplo de circuito de entrada digital 110/220 Vca CPU 110/200 Vca
  • 41. 41 Entradas analEntradas analóógicasgicas Podem assumir qualquer valor entre dois limites determinados.
  • 42. 42 Grandezas analógicasGrandezas analógicas As grandezas tratadas por estes módulos são normalmente tensão ou corrente: Para entrada em tensão, as faixas de utilização; • 0 ⇒ 10 VCC; • 0 ⇒ 5 VCC; • 1 ⇒ 5 VCC; • -5 ⇒ +5 VCC; • -10 ⇒ +10 VCC. Para entrada em corrente, as faixas de utilização: • 0 ⇒ 20 mA; • 4 ⇒ 20 mA.
  • 43. 43 Entradas analEntradas analóógicasgicas Os principais dispositivos utilizados como entradas analógicas são : Sensores de pressão manométrica; Sensores de pressão mecânica (strain gauges - utilizados em células de carga); Tacogeradores; Transmissores de temperatura; Transmissores de umidade relativa; A aquisição consiste na conversão do sinal analógico em um valor digital. Desta maneira, uma das informações mais importantes a respeito das entradas analógicas é a sua resolução, que é normalmente medida em bits.
  • 44. 44 Exemplo de circuito de entrada analógica CPUEntrada
  • 45. 45 MMóódulos especiais dedulos especiais de entradaentrada – Módulos contadores; – Módulos para encoder; – Módulos para termopares (Tipo J, K, L , S, etc); – Módulos para termoresistências (PT-100, Ni-100, Cu-25 ,etc); – Módulos para sensores de ponte balanceada do tipo Strain-Gauges; – Módulos para leitura de grandezas elétricas;
  • 46. 46 MMóódulos ou interfaces dedulos ou interfaces de sasaíídada Os módulos ou interfaces de saída adequam eletricamente os sinais vindos do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados . Existem dois tipos básicos de interfaces de saída : as digitais e as analógicas .
  • 47. 47 SaSaíídas digitaisdas digitais Admitem apenas dois estados : ligado e desligado.
  • 48. 48 SaSaíídas digitaisdas digitais Com as saídas digitais podemos controlar dispositivos do tipo : – Reles ; – Contatores ; – Reles de estado-sólido; – Solenóides; – Válvulas; – Inversores de frequência.
  • 49. 49 Exemplo de saída digital à relé CPU SAÍDA
  • 50. 50 Exemplo de saída digital à Transistor CPU SAÍDA
  • 51. 51 Exemplo de saída digital à Triac CPU SAÍDA
  • 52. 52 SaSaíídas analdas analóógicasgicas Os módulos de saída analógica converte valores numéricos, em sinais de saída em tensão ou corrente. Os módulos de saída em tensão usuais são: – 0 ⇒ 10 VCC; – 0 ⇒ 5 VCC; Os módulos de saída em corrente usuais são: – 0 ⇒ 20 mA; – 4 ⇒ 20 mA.
  • 53. 53 SaSaíídas analdas analóógicasgicas Com as saídas digitais podemos controlar dispositivos do tipo : – Válvulas proporcionais; – Motores C.C.; – Servomotores C.C; – Inversores de frequência; – Posicionadores rotativos;
  • 54. 54 Exemplo de circuito de saída analógica
  • 55. 55 MMóódulos especiais de sadulos especiais de saíídada – Módulos PWM; – Módulos para controle de servomotores; – Módulos para controle de motores de passo; – Módulos para IHM.
  • 56. 56 DefiniDefiniçõções e caracteres e caracteríísticassticas Existem dois padrões básicos de nomenclatura das entradas e saídas de um CLP: o padrão IEC e o padrão Alemão. Padrão IEC I ⇒ quer dizer Entrada. Q ⇒ quer dizer Saída. Padrão Alemão E ⇒ quer dizer Entrada. A ⇒ quer dizer Saída.
  • 57. 57 Tabela padrão deTabela padrão de nomenclatura IECnomenclatura IEC
  • 58. 58 CLPCLP SiemensSiemens A linha de CLP’s Simatic S7 da Siemens é extremamente versátil e dividida basicamente em três categorias. S7-200 – micro PLC’s S7-300 – PLC’s de pequeno e médio porte S7-400 – PLC’s de médio e grande porte A escolha do CLP deverá ser realizada após um estudo detalhado das características e necessidades da malha de controle a ser implementada.
  • 59. 59 SoftwareSoftware Para implementação de malhas utilizando CLP’s a Siemens desenvolveu um conjunto de programas denominado SIMATIC Software. O SIMATIC Software é um projeto modular que consiste do software básico STEP 7 e pacotes opcionais para diagnósticos, simulações, documentação, etc.
  • 60. 60 CLP S7CLP S7--200200 Micro CLP da família SIMATIC S7, totalmente compacto, incorporando fonte de alimentação, CPU e entradas / saídas em um único dispositivo. Características Pode ser expandido em até sete módulos; Baixo preço; Alimentação das entradas digitais (sensores) integrada; Possibilidade de forçar entradas e saídas;
  • 61. 61 Dados TDados Téécnicoscnicos -- CPU 216CPU 216 Dimensões - 218x80x62mm Memória de trabalho – 4 Kbyte Memória de instruções – 2,5 Kbyte I/O on board – 24 DI e 16 DO Capacidade de expansão – 7 módulos Contadores / temporizadores – 256 / 256 Tempo de execução – 0,8 us
  • 62. 62 Módulos de expansãoMódulos de expansão Módulo de sinal SM Responsável pela interfaceamento entre os sinais elétricos do campo e os sinais suportados pela CPU. Exemplos – Entrada / saída digital; – Entrada / saída analógica
  • 64. 64 MMóódulos de expansdulos de expansããoo Módulo de interface IM Permite a configuração de vários trilhos / bastidores de expansão. É composto basicamente de um módulo de transmissão, conectado ao rack central e um módulo de recepção conectado ao rack de expansão. Módulo de Comunicação CP Permitem a configuração de redes de comunicação ponto a ponto, Profibus e Industrial Ethernet.
  • 65. 65 Indicadores de status e chaveIndicadores de status e chave seletoraseletora Os indicadores de status refletem o modo de operação do CLP, definido pela posição da chave seletora. A chave seletora do CLP possui três posições distintas: RUN – a CPU executa o programa do usuário; STOP - a CPU interrompe o processamento do programa do usuário; TERM – nesta posição, o modo de operação é determinado pelo programador através do PC.
  • 66. 66 Indicadores de status e chave seletoraIndicadores de status e chave seletora Entradas Saídas Chave seletora Indicadores de status
  • 67. 67 Indicadores de statusIndicadores de status SF – Vermelho indica erro RUN – Verde indica que o CLP está executando o programa. STOP – Amarelo indica que o programa não está sendo executado.
  • 68. 68 AlimentaAlimentaçãçãoo O S7-200 pode ser conectado a uma fonte 24 VDC ou a rede alternada 127 / 220 V dependendo da CPU utilizada.
  • 69. 69 CLP S7CLP S7--300300 É um CLP modular destinado a aplicações de pequeno e médio porte. Principais características – Diversas CPU´s com diferentes capacidades; – Vários módulos de expansão disponíveis: – Pode ser expandido em até 32 módulos: – Sem regras para alocação de placas; – Pode ser ligado em rede com interface multipoint (MPI), PROFIBUS e Industrial Ethernet.
  • 70. 70 CLP S7CLP S7--300300 Por tratar-se de um CLP modular, o S7-300 possui algumas particularidades em relação ao endereçamento das entradas, saídas e demais módulos de expansão. A Siemens adotou o padrão slot-orientado para os módulos de I/O, comunicação e funções (módulo FM), isto é, o seu endereço depende da posição do módulo no trilho. Os três primeiros slots são reservados para os módulos PS (fonte de alimentação), CPU e IM (módulo de interface para expansão)
  • 72. 72 S7S7--300300 –– EndereEndereççamentoamento Slot 1 - não é associado nenhum endereço ao slot reservado para a fonte de alimentação. Slot 2 - não é associado nenhum endereço ao slot reservado para CPU. Slot 3 - não é associado nenhum endereço ao slot reservado ao módulo de interface IM. É importante observar que mesmo que o módulo IM não esteja presente, o slot 3 não pode ser utilizado por outro módulo. Slots 4–11 - Módulos de sinais - O slot 4 é considerado o primeiro slot para módulos de entrada e saída, CP ou FM.
  • 76. 76 EndereEndereççamento analamento analóógicogico Cada módulo analógico ocupa 16 bytes de endereços, sendo 2 bytes destinados a cada canal. As I/O’s analógicas não possuem uma tabela imagem atualizada a cada ciclo. Ao invés disto, o programador define quando os dados serão atualizados (lidos / escritos) manipulando o endereço analógico correspondente ao I/O. O endereço identificador para uma entrada analógica é PIW e para a saída analógica é PQW. No exemplo dado, para acessar os dados do segundo canal no primeiro módulo do rack 2, o endereço da entrada analógica a ser utilizado é PIW 514.
  • 77. 77 S7S7--300300 –– Indicadores de statusIndicadores de status e chave seletorae chave seletora
  • 78. 78 S7S7--300300 –– Indicadores de statusIndicadores de status e chave seletorae chave seletora Chave seletora MRES – reset da memória; STOP – o programa não é executado; RUN – o programa é processado e não pode ser alterado pelo terminal de programação; RUN-P – a CPU processa o programa e permite que o terminal de programação possa acessar/alterar o programa e o modo de operação.
  • 79. 79 S7S7--300300 -- Indicadores deIndicadores de statusstatus SF – erro interno da CPU ou erro de diagnóstico nos módulos; BATF – sem bateria ou carga baixa; DC5V – fonte +5V Acesa – indica tensão DC correta; Piscando – indica sobrecarga; FRCE – indica que pelo menos uma entrada ou saída está forçada; RUN – piscando durante a inicialização da CPU, acesa quando a CPU está em modo Run; STOP – pisca se um reset da memória e necessário, acesa indica que a CPU está no modo STOP.
  • 80. 80 CLP S7CLP S7--400400 Projeto modular que abrange aplicações de médio e grande porte. Caracteriza-se por um set de instruções poderoso e endereçamento simples. Principais Características – Comunicação via MPI, ponto a ponto, Profibus e Industrial Ethernet; – Possibilidade de multiprocessamento (até 4 CPU’s).
  • 81. 81 LLóógica de programagica de programaçãçãoo Para facilitar a programação dos CLPs foram desenvolvidas diversas linguagens de programação. Essas linguagens constituem-se em um conjunto de símbolos, comandos, blocos e/ou figuras que obedecem algumas regras pré-determinadas. Um programa nada mais é do que um conjunto de instruções que especifica as operações que o CLP deverá executar para controlar um determinado processo.
  • 82. 82 MMéétodos de representatodos de representaçãçãoo a) Linguagem de alto nível : C, Pascal, Basic, etc. b) STL (lista de instruções) : assemelha-se a instruções escritas em mnemônicos e apresenta o seguinte formato: 002: LD I 3.0 Onde: 002 – é o endereço relativo LD – operação ou comando lógico. I - identificação do operando (entrada). 3.0 – endereço do operando. c) CFS (Diagrama de blocos de funções) : blocos de funções digitais. d) LAD (Diagrama de contatos) : contatos de reles.
  • 83. 83 MMéétodos de representatodos de representaçãçãoo Cada método de representação apresenta suas próprias características portanto, um bloco de programa criado em STL não necessariamente poderá ser convertido em CFS ou LAD. Os três métodos de representação não são compatíveis. Entretanto, programas em CFS ou LAD poderão sempre ser convertidos em STL.
  • 84. 84 Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo Para solucionar tarefas complexas se faz necessário dividir o programa em pequenas partes. Estas partes serão chamadas blocos de programa. Cada bloco irá executar uma parte da tarefa e estas partes serão gerenciadas por um bloco único de organização.
  • 85. 85 Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo A ferramenta SIMATIC software apresenta os seguintes tipos de blocos, para a formação de um programa estruturado: OB (Bloco de Organização) : responsável pela organização dos blocos de controle. Pode ser considerado o programa principal do sistema (OB1). PB (Bloco de Programa) : são blocos utilizados para a programação das partições da tarefa a ser executada. Podem ser numerados de 0 a 255 – PB0 a PB255.
  • 86. 86 Estrutura de programaEstrutura de programaçãçãoo FB (Bloco de Função) : são utilizados quando uma parte da tarefa exige operações avançadas ou suplementares ou quando uma determinada tarefa se torne repetitiva no programa. Podem ser numerados de 0 a 255 – FB0 a FB255. Existem FB’s que são padronizados para determinadas tarefas. (PID, posicionamento, conversão numérica, etc..) DB (Bloco de Dados) : são áreas de memória destinadas ao armazenamento de dados.
  • 87. 87 Acesso a memAcesso a memóóriaria A região reservada ao armazenamento de dados no CLP é divida em duas partes: a) Memória de dados – região da memória que armazena: Variáveis de memória (V0 – V511, V512 – V4095); Registrador de imagem das entradas; (I 0.0 – I 7.7); Registrador de imagem das saídas; (Q 0.0 – Q 7.7); Bits de memória; (M0.0 – M31.7); Bits de memória especiais. (SM0.0 – SM29.7, SM30.0 – SM85.7)
  • 88. 88 Acesso a memAcesso a memóóriaria Dados de Objetos – região da memória que armazena dados referentes aos: Temporizadores (T0 – T127); Contadores (C0 – C127); Entradas analógicas (AIW0 – AIW30); Saídas analógicas (AQW0 – AQW30); Acumuladores (AC0 – AC3).
  • 89. 89 Formas de acesso a memFormas de acesso a memóóriaria As cinco regiões da memória de dados podem ser acessadas em forma de bit, byte, word ou double word. Para que uma instrução de acesso a memória de dados seja válida ela deve conter: Código de identificação de área (I, Q, M, SM, V) Forma de acesso ( Bit, Byte, Word, Double word); Endereço. Exemplo : V B 7 Sendo: V – identificador da área de variáveis de memória; B – modo de acesso = byte; 7 – endereço do byte.
  • 90. 90 Formas de acesso a memFormas de acesso a memóóriaria Para acessar dados dos objetos, tais como temporizadores, contadores e I/O´s analógicos utiliza-se o código de área e o endereço do objeto. Exemplo: Para acessar o contador 10 devemos utilizar a seguinte notação: T 10 Sendo: T – identificador de área destinada a temporizadores; 10 – endereço do temporizador
  • 91. 91 LinguagemLinguagem LadderLadder A Ladder (LAD) é uma linguagem de programação que utiliza símbolos semelhantes a contatos de reles para representar suas funções. Contato : seu funcionamento é idêntico ao funcionamento de uma botoeira. Pode ser normalmente aberto ou normalmente fechado. Saída : quando energizada, envia nível lógico 1 ao equipamento conectado a ela. Caixas : suas funções mais comuns são contadores, temporizadores operações matemáticas, etc. Network : linha de programação que pode ser compreendida como um circuito, onde a corrente flui da esquerda para a direita.
  • 93. 93 ComoComo éé executado umexecutado um programa emprograma em LadderLadder?? O programa em Ladder é representado, de forma simplificada, como uma seqüência de chaves, blocos e saídas, e esta seqüência constitui um programa. O CLP executa o programa da esquerda para a direita, do início ao fim. Este ciclo é repetido continuamente e cada ciclo é chamado de Scan.
  • 94. 94 LLóógica matemgica matemáática e bintica e binááriaria A lógica matemática ou simbólica visa superar as dificuldades e ambigüidades de qualquer linguagem. Para evitar essas dificuldades, criou-se uma linguagem lógica artificial (linguagem binária) que possui apenas dois valores possíveis : 0 e 1. A partir desses conceitos foram criadas as portas lógicas, circuitos utilizados para combinar níveis lógicos digitais de formas específicas.
  • 96. 96 Estrutura da linguagemEstrutura da linguagem Exemplo: acionamento de uma lâmpada L a partir de um botão liga/desliga. Na figura abaixo temos o esquema elétrico tradicional, o programa e as ligações no CLP.
  • 97. 97 Estrutura da linguagemEstrutura da linguagem Programa 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.
  • 98. 98 LLóógicagica combinacionalcombinacional Podemos desenvolver programas para CLPs que correspondam às operações lógicas combinacionais básicas da álgebra de Boole, tal como a operação AND. Na eletricidade a operação AND corresponde a associação em série de contatos, como indicado na figura abaixo.
  • 99. 99 LLóógicagica combinacionalcombinacional Outra operação lógica básica que pode ser implementada é a função OR, que corresponde a associação em paralelo de contatos, como indicado na figura a seguir.
  • 100. 100 LLóógicagica combinacionalcombinacional Assim podemos afirmar que todas as funções lógicas combinacionais podem ser desenvolvidas em programação e executadas por CLPs, uma vez que as mesmas derivam das operações básicas: NOT, AND e OR. Com as informações vistas até o presente momento podemos comprovar que as alterações lógicas podem ser efetuadas 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.