Apostila Automação e Controle

2012PRTICA PROFISSIONAL III - Automao e Controle -

Trabalho elaborado pelo Prof. Jairo Ramos Jr. como material didtico do curso tcnico em eletrotcnica da Escola Estadual de FurnasPrimeira Edio

06/02/2012

ESCOLA ESTADUAL DE FURNAS CURSO TCNICO EM ELETROTCNICA

ndiceSistemas -------------------------------------------------------------------------------- 03 1- Sistemas de Automao e Controle ------------------------------------------- 04 2- A estrutura de um Sistema de Automao Flexvel ----------------------- 04 3- Atuadores -------------------------------------------------------------------------- 06 Motor -------------------------------------------------------------------------- 06 Eletroim --------------------------------------------------------------------- 06 Freio Magntico ------------------------------------------------------------- 07 Fechadura Magntica ------------------------------------------------------ 07 Servo Motor ------------------------------------------------------------------ 07 Vlvula Solenoide ----------------------------------------------------------- 08 Calefador --------------------------------------------------------------------- 08 Lmpada ---------------------------------------------------------------------- 08 4- Processo -----------------------------------------------------------------------------09 5- Sensores -----------------------------------------------------------------------------09 Fototransistor ---------------------------------------------------------------- 09 LDR- Resistor Dependente da Luz -------------------------------------- 10 Chaves Fim de Curso (Micro Switch) ---------------------------------- 11 Termistor --------------------------------------------------------------------- 11 Sensor Magntico (Reed Switch) -----------------------------------------12 6- O Controlador --------------------------------------------------------------------- 13 Classificao dos CLPs --------------------------------------------------- 14 7- Estrutura de um CLP------------------------------------------------------------ 15 8- Nveis Lgicos --------------------------------------------------------------------- 16 9- Entradas ---------------------------------------------------------------------------- 17 Entradas Digitais ------------------------------------------------------------ 17 Entradas Analgicas --------------------------------------------------------17 Circuito das entradas CLP Proxsys CP-WS11EX ------------------- 18 2

Prof. Jairo Ramos JuniorAutomao e Controle


10- Sada Digital (Q) -----------------------------------------------------------------18 11- Linguagens de Programao --------------------------------------------------19 12- LADDER --------------------------------------------------------------------------20 13- Programao LADDER ------------------------------------------------------- 22 Funo Selo ------------------------------------------------------------------ 23 Diagramas Eltricos -------------------------------------------------------- 24 Funo Intertravamento ---------------------------------------------------26 14- Operadores Lgico -------------------------------------------------------------- 27 15- Sada Lgica (R) ----------------------------------------------------------------- 27 16- Sada Temporizador (T) ------------------------------------------------------- 29 17- Sada Contador (C) ------------------------------------------------------------- 32 18- Sada Reset Contador (CRT) ------------------------------------------------- 33 19- Sada SET (Q ou R) ------------------------------------------------------------- 36 20- Sada RESET (Q ou R) ---------------------------------------------------------37 Editorial sobre o software Editor LADDER SCPWS1 ---------------------- 39 1



Sistemas.

Uma agregao ou montagem de coisas de tal formacombinada pela natureza ou pelo homem que forma um todo integral ou complexo. [Enciclopdia Americana]

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Um grupo de coisas interatuantes e interdependentes que formam um todo unficado. [Dicionrio Webster's]

Uma combinao de componentes que agem conjuntamente para completar uma funo no possvel para quaisquer das partes individuais. [Dicionrio Padro da IEEE de Termos Eltricos e Eletrnicos]



1- Sistemas de Automao e Controle.A palavra automao est diretamente ligada ao controle automtico, ou seja aes que no dependem da interveno humana. Este conceito discutvel pois a mo do homem sempre ser necessria, pois sem ela no seria possvel a construo e implementao dos processos automticos. Entretanto no o objetivo deste trabalho este tipo de abordagem filosfica, ou sociolgica. Historicamente, o surgimento da automao est ligado com a mecanizao, sendo muito antigo, remontando da poca de 3500 e 3200 a.C., com a utilizao da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforo braal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponvel para outros afazeres, valorizando o tempo til para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento. Mas com a revoluo industrial o homem se viu na necessidade de produzir mecanismos cada vez mais eficientes de modo a otimizar a produo. Sob o ponto de vista produtivo, a automao industrial pode ser dividida em trs classes: a rgida, a flexvel e a programvel, aplicadas a grandes, mdios e pequenos lotes de fabricao, respectivamente. A automao industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de trs reas: a eltrica responsvel pelos hardwares, circuitos e dispositivos de ptencia e controle, a mecnica na forma de dispositivos e mecanismos e a informtica responsvel pela programao que ir controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta rea exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formao muito ampla e diversificada dos profissionais, ou ento um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Neste trabalho enfatizaremos o Controle eltrico por meio do Controlador Lgico Programvel, o CLP, que uma poderosa ferramenta para a automao de sistemas. A essa rea da daremos o nome de Automao Flexvel, pois permite, a qualquer momento, alterar a lgica do sistema sem, necessariamente, fazer alteraes fsicas nas instalaes. Como exemplo utilizaremos o CLP Proxsys CP-WS11EX, o qual possui 16 Entradas Digitais e 8 Sadas a rel, sua linguagem de programao o LADDER, programao esta que feita atravs de seu software Editor Ladder SCPWS1.

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2- A estrutura de um Sistema de Automao Flexvel.Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples mquina ou em toda indstria, como o caso das usinas de cana e acar. A diferena est no nmero de elementos monitorados e controlados, denominados de pontos. Estes podem ser simples vlvulas ou servomotores, cuja eletrnica de controle bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1.1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores.



Figura 1.1 - Diagrama simplificado de um sistema de controle automtico Os sensores so os elementos que fornecem informaes sobre o sistema, correspondendo as entradas do controlador. Esses podem indicar variveis fsicas, tais como presso e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumtico. Os atuadores so os dispositivos responsveis pela realizao de trabalho no processo ao qual est se aplicando a automao. Podem ser magnticos, hidrulicos, pneumticos, eltricos, ou de acionamento misto. O controlador o elemento responsvel pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instrues do programa inserido em sua memria. Esse elemento o denominado Controlador Lgico Programvel (CLP). A completa automatizao de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1.1, seja o sistema de pequeno, mdio ou grande porte. Estes ltimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicao e hierarquia dos elementos similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1.2 mostra de forma simplificada este tipo de organizao.Figura 1.2 Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado

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Nota-se que os elementos mostrados na figura 1.1 pertencem a primeira e segunda camadas. Na terceira camada esto os sistemas supervisrios, operados pela mo humana, onde so tomadas decises importantes no processo, tal como paradas programadas de mquina e alteraes no volume de produo. Esses tambm esto integrados com os sistemas gerenciais, responsveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris. Dentro do contexto apresentado, o objetivo deste trabalho o de estudar um sistema automatizado at o nvel do elemento controlador. Apresenta-se a sua interface com os sensores e atuadores, bem como sua linguagem de programao LADDER.. Para finalizar importante dizer que alm dos conceitos aqui apresentados, de forma resumida, a Automao Industrial compreende um campo de atuao amplo e vasto. Para se ter uma noo, cada elemento sensor ou atuador tem o seu prprio funcionamento, que em algumas aplicaes tem de ser bem entendidos. No caso dos sensores todo o comportamento previsto atravs de efeitos fsicos, so, geralmente, aplicados na alimentao das entradas do CLP. Os atuadores so a parte final do Sistema, onde ser resultado o trabalho para qual o sistema foi criado.

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3- Atuadores.Os atuadores so os dispositivos responsveis pela realizao de trabalho no Sistema. Podem ser magnticos, hidrulicos, pneumticos, eltricos, ou de acionamento misto. Alguns exemplos de atuadores: Motor: Como estudado anteriormente o motor uma mquina que converte a energia eltrica e energia mecnica (movimento rotativo), possui construo simples e custo reduzido, alm de ser muito verstil e no poluente. O motor eltrico tornou-se um dos mais notrios inventos do homem ao longo de seu desenvolvimento tecnolgico. A finalidade bsica dos motores o acionamento de mquinas, equipamentos mecnicos, eletrodomsticos, entre outros, no menos importantes. Seus principais mtodos de acionamento sero conhecidos ao longo desta disciplina. Eletroim: Em aplicaes como o transporte de peas de ferro ou nquel, em guindastes, ou garras de robs e travas magnticas, so empregados eletroims, apesar do alto consumo de energia. Este equipamento funciona com o princpio do eletromagnetismo, onde um condutor de cobre sistematicamente enrolado de forma a criar um campo eletromagntico quando sofre uma d.d.p. entre seus terminais. Esse tipo de atuador bastante difundido na forma de sapatas ou bases magnticas.



Freio Magntico: Um tipo de eletroim que paralisa o movimento rotativo de um motor. H 2 tipos: aqueles cuja trava feita por molas, liberadas por ao do eletroim, que fica normalmente ligado durante o giro, e o tipo acionado diretamente na frenagem, normalmente desligado. comum em sistemas com reverso de sentido de rotao, reduzindo o golpe mecnico e o pico de corrente na reverso. Fechadura Magntica: 7

Em sistemas de segurana, cofres e porteiros eletrnicos se utiliza uma fechadura cuja trava liberada atravs de um eletroim, com um brev e pulso. Em certos casos o fechamento no manual, mas atravs de outro eletrom. Servo Motor: Um servo motor um dispositivo eletromecnico com caractersticas especiais que possibilitam o posicionamento preciso de um eixo em qualquer ngulo entre 0 e 180. Geralmente possui alto torque devido s redues por meio de engrenagens.

Os servomotores sero importantes aliados nas aulas prticas, muito aplicado nos trabalhos e experimentos tem baixo custo e so facilmente encontrados, a imagem ao lado ilustra a aplicao de servo motores em um experimento:



Vlvula Solenide:

Empregado em controle de fluxo de lquidos, em indstrias. Consiste de um ou mais caminhos que so interceptados por pistes, acoplados a eletroims, que liberam ou no o fluxo. O tipo normalmente aberto, NA, tem o fluxo interrompido quando o eletroim acionado, no tipo normalmente fechado os pistes so pressionados por molas, que so liberadas pelo eletroim, abrindo a vlvula. Existem vlvulas solenides comutadoras, que atuam como chaves que direcionam o fluxo para uma das vrias sadas, cujo eletroim foi acionado. 8

Calefatores: Em certas aplicaes como estufas, fornos industriais e fornos eltricos residenciais, so usados calefatores ("resistncias"). So geralmente feitos com ligas, como nquelcromo, ou tungstnio, se a temperatura for muito alta, recobertos por material isolante, bom condutor de calor.

Lmpadas: Os sistemas de iluminao acionados por sistemas automticos usam lmpadas incandescentes, fluorescentes, lmpadas eletrnicas, mistas, etc. como Atuadores. Produzindo o efeito luminoso pretendido para diversos fins, tais como: iluminao pblica, semforos, sistemas de emergncia, etc.



4- Processo.O Processo a etapa do Sistema na qual os atuadores realizaram o trabalho esperado, os sensores identificam, e o controlador informado. Por exemplo, a figura abaixo ilustra um processo em que uma caixa colocada sobre a esteira, o sensor A1 identifica sua presena, dando essa informao ao controlador CLP que por sua vez liga o atuador M, d-se ento inicio ao PROCESSO, que, neste caso, consiste em levar a caixa at que o sensor A2 identifique o fim de seu curso, passe essa informao para o controlador CLP que ir desligar o atuador M, findando o PROCESSO. 9

5- Sensores.O sensor um dispositivo que responde a um estimulo fsico que pode ser o efeito trmico, magntico, luminoso, mecnico, etc. Atravs dos sensores podemos obter informaes ou leituras de um determinado sistema, essas informaes so passadas ao controlador, que far a interpretao de acordo com oque foi programado. Exemplos de sensores: Fototransistor O fototransistor um dispositivo que funciona baseado no fenmeno da fotocondutividade. Ele pode, ao mesmo tempo, detectar a incidncia de luz e fornecer um ganho de tenso dentro de um nico componente. Como o transistor convencional, o fototransistor uma combinao de dois diodos de juno, porm, associado ao efeito transistor aparece o efeito fotoeltrico. Em geral, possui apenas dois terminais acessveis.



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LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) - resistor dependente da luz O LDR possui a interessante caracterstica de ser um componente eletrnico cuja resistncia eltrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilizao deste componente para desenvolver um sensor que ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia luminosa.

A resistncia do LDR varia de forma inversamente proporcional quantidade de luz incidente sobre ele, isto , enquanto o feixe de luz estiver incidindo, o LDR oferece uma resistncia muito baixa. Quando este feixe cortado, sua resistncia aumenta. Exemplos de Circuitos com LDR:



Chaves fim de curso (micro switch)

So interruptores do tipo contato momentneo. So utilizados amplamente em ambiente industrial, para delimitar o curso de um determinado mecanismo. Esses interruptores possuem uma haste onde a presso mecnica provoca a comutao de seus contatos. 11

Termistores

So dispositivos eltricos que tm a sua resistncia eltrica alterada termicamente, isto , apresentam um valor de resistncia eltrica para cada temperatura absoluta. So muito usados para controlar / alterar a temperatura em dispositivos eletroeletrnicos , como alarmes, termmetros, "relgios", circutos eletrnicos de compensao trmica, dissipadores de calor, ar condicionados, etc. Existem dois tipos bsicos de termistores: o termistor PTC (Positive Temperature Coeficient), que aumenta sensivelmente a sua resistncia eltrica com o aumento da temperatura, e, o termistor NTC(Negative Temperature Coeficient), que diminui sensivelmente a sua resistncia eltrica com o aumento da temperatura. O termistor no polarizado eletricamente.



Sensor magntico - Reed Switch

Os reed-switches ou interruptores de lminas consistem em dispositivos formados por um bulbo de vidro no interior do qual existem lminas flexveis feitas de materiais que podem sofrer a ao de campos magnticos. O bulbo de vidro cheio com um gs inerte de modo a evitar a ao corrosiva do ar sobre as lminas, o que afetaria o contato eltrico em pouco tempo. Na sua verso mais simples temos duas lminas, montadas conforme mostra a figura 1.

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Nas condies normais, as lminas esto separadas e nenhuma corrente pode circular atravs do componente. Ele opera como uma chave aberta. Aproximando-se um m permanente do dispositivo, veja a figura 2, a ao do campo magntico faz com que as lminas se magnetizem e com isso se atraiam, unindo-se. Nestas condies, o contato eltrico fechado.

Em outras palavras, o reed-switch abre e fecha seus contatos conforme a ao de um campo magntico externo.



6- O Controlador.O CLP ou PLC do ingls (Programmable Logic Controller), foi idealizado pela necessidade de poder se alterar uma linha de montagem sem a necessidade de alteraes significativas nos painis eltricos e rels (contatores). O CLP foi criado dentro da indstria automobilstica, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e a sua especificao atenderia toda a maioria das indstrias na poca. Segundo a ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) um equipamento eletrnico digital com hardware e software compatveis com aplicaes industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association), um aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria programvel para armazenar internamente instrues e para implementar funes especficas, tais como lgica, seqenciamento, temporizao, contagem e aritmtica, controlando, por meio de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de mquinas ou processos. Conclumos que os Controladores Lgicos Programveis (CLPs) so equipamentos eletrnicos modernos, todo baseado em microprocessadores, utiliza uma memria programvel para armazenamento de instrues, utilizado para controle discreto, na automao flexvel, executa operaes aritmticas, funes lgicas, seqenciamento, temporizao, contagem, Intertravamento, controle Proporcional Integral Derivativo (PID), etc. Tem como principal caracterstica a programabilidade e der ser projetado para atuar em ambiente industrial, extremamente til e verstil, podendo associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores na sada. Algumas caractersticas: Facilidade de implementar a sua lgica; Facilidade de manuteno, com conceito plug-in; Alta confiabilidade; Dimenses menores que painis de Contatores, para reduo de custos; Envio de dados para processamento centralizado; Preo competitivo; Expanso em mdulos; Permite alteraes no Sistema sem ter que fazer alteraes fsicas nas instalaes. Podemos dividir os CLP's, de forma didtica e histrica de acordo com sua evoluo conforme a seguir: 1 Gerao: Os CLP's de primeira gerao se caracterizam pela programao intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessrio conhecer a eletrnica do projeto do CLP. Assim a tarefa de programao era desenvolvida por uma equipe tcnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memria EPROM, sendo realizada normalmente no laboratrio junto com a construo do CLP. 13



2 Gerao: Aparecem as primeiras Linguagens de Programao no to dependentes do hardware do equipamento, possveis pela incluso de um Programa Monitor no CLP, o qual converte (compila), as instrues do programa, verifica o estado das entradas, compara com as instrues do programa do usurio e altera o estado das sadas. Os Terminais de Programao (ou maletas, como eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memria EPROM. As memrias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usurio fosse executado. 3 Gerao: Os CLP's passam a ter uma Entrada de Programao, onde um Teclado ou Programador Porttil conectado, podendo alterar, apagar, gravar o programa do usurio, alm de realizar testes (Debug) no equipamento e no programa. A estrutura fsica tambm sofre alteraes sendo a tendncia para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4 Gerao: Com a popularizao e a diminuio dos preos dos microcomputadores (normalmente clones do IBM PC), os CLP's passaram a incluir uma entrada para a comunicao serial. Com o auxlio dos microcomputadores a tarefa de programao passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilizao de vrias representaes das linguagens, possibilidade de simulaes e testes, treinamento e ajuda por parte do software de programao, possibilidade de armazenamento de vrios programas no micro, etc. 5 Gerao: Atualmente existe uma preocupao em padronizar protocolos de comunicao para os CLP's, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante converse com o equipamento outro fabricante, no s CLP's, como Controladores de Processos, Sistemas Supervisrios, Redes Internas de Comunicao e etc., proporcionando uma integrao a fim de facilitar a automao, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexveis e normalizadas, fruto da chamada Globalizao. Existem Fundaes Mundiais para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicao. A grande dificuldade tem sido uma padronizao por parte dos fabricantes. Com o avano da tecnologia e consolidao da aplicao dos CLP's no controle de sistemas automatizados, freqente o desenvolvimento de novos recursos dos mesmos. Classificao dos clp's Os CLP's so classificados de acordo com a complexidade de sua estrutura e o nmero de entradas e sadas. NANO E MICRO CLP (com at 32 entradas/sadas) Construdos com nmero reduzido de entradas e sadas sendo composto por um nico bloco, capacidade de memria reduzida, baixa complexidade e custo reduzido. CLP DE PEQUENO PORTE (com at 256 entradas/sadas) Maior nmero de entradas e sadas, capacidade maior de memria, sua estrutura fsica pode ser composta por vrios blocos de circuitos, (mdulos de expanso).

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CLP DE MDIO PORTE (com at 1024 entradas/saidas) Utilizado em aplicaes de grande complexidade, com capacidade de expanso de memria e pode ter mais de uma Unidade de Processamento (CPU), CLP DE GRANDE PORTE (com mais de 1024 entradas/saidas) Utilizado em aplicaes de extrema complexidade, com grande capacidade de memria normalmente com mais de uma Unidade de Processamento (CPU), custo elevado.

7- Estrutura de um CLPA Estrutura bsica de um controlador programvel baseada no hardware bsico de um computador. Podemos afirmar que o CLP um computador criado para aplicaes especficas. Para ser possvel entender como funciona um CLP necessrio conhecer sua estrutura, os micro CLP's e os de grande porte possuem a mesma estrutura bsica conforme veremos a seguir: 123456Entradas Unidade Central de Processamento Memria de Programas e Armazenamento de dados Dispositivos de Programao e Comunicao Sadas Fonte de Alimentao.

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FONTE DE ALIMENTAO

CIRCUITO DAS ENTRADAS

UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO MEMRIA DE PROGRAMA E DE DADOS CIRCUITO DAS SADAS DISPOSITIVOS DE PROGRAMAO E COMUNICAO



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CLP utilizado nas aulas prticas

8- Nveis Lgicos.Remetendo a nmeros binrios denominamos nvel lgico o estado que se encontra o contato ou operador do CLP, sendo eles 0 e 1. Sendo o nvel lgico 0 a posio de repouso, ou posio off e nvel lgico 1 quando determinado contato ou operador se encontra atuado.

Podemos assimilar os nveis lgicos com as populares chaves ligadesliga, onde encontramos constantemente representados por O e I, as teclas desliga e liga, respectivamente.



6- Entradas Entradas Digitais Nesse tipo de entrada, s so possveis dois nveis, 1 ou 0, sendo que o estado ser 1 quando essa entrada for alimentada com a tenso nominal da entrada do CLP, e ser 0 quando a entrada no estiver alimentada. Normalmente essas entradas so alimentadas em corrente contnua, devendo ser observada a polaridade em relao a fonte de alimentao. A tenso nominal de entrada do CLP pode variar para cada fabricante. Nos CLP comercializados no Brasil comum essa tenso ser de 24Vcc.: Exemplo:

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Conexo da entrada digital do CLP fonte de alimentao com interruptor

O CLP recebe as informaes atravs da alimentao de suas entradas, o interruptor ilustrado na imagem pode pertencer a qualquer dispositivo sensor que faa esse processo de seccionamento. Por exemplo: Deseja-se que determinada entrada do CLP seja alimentada a noite, neste caso podemos utilizar um sensor fotoeltrico, usando seu contato Normalmente Aberto para seccionar a alimentao da entrada.

Entradas Analgicas

Nesse tipo de entrada, possvel variar a tenso da entrada de 0 (zero) ao valor de tenso nominal, nesta entrada o CLP possui um conversor A/D (Analgico/Digital) que converte o valor da tenso presente na entrada em um dado digital que ser processado pela CPU. Neste caso tambm necessrio observar a polaridade da fonte de alimentao.



Circuito das Entradas CLP Proxsys

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Entradas Digitais do CLP Proxsys, usado como exemplo.

O controlador Proxsys CP-WS11EX, adotado nas aulas de Prtica Profissional possui apenas entradas digitais e so denominadas pelo operador I, so um total de 16, sendo ento classificadas pelo operador, seguido de seu respectivo numero. Por exemplo, a entrada n 7 do controlador recebe o nome de I7, e todos os contatos a que forem atribudos esse operador na programao da funo desejada responderam diretamente ao nvel lgico dessa entrada.

10- Sada Digitai (Q)O CLP possui sadas, as quais so responsveis pela parte final de um determinado processo. Saidas Rel ou Digitais- Essas sadas se constituem basicamente por um rel eletromecnico onde so disponibilizados seu contatos do tipo NA para que seja possvel comandar uma determinada carga, lembrando que necessrio respeitar a corrente mxima que os contatos do rel suportam ao conectarmos a carga. Relembrando: Rel um dispositivo eletromecnico acionado eletromagneticamente, quando por sua bobina circula uma corrente eltrica cria-se um campo magntico que atrai um determinado contato, fazendo com que comute.



O CLP Proxsys possui oito sadas digitais cada uma com seu respectivo rel com um contato do tipo NA, representadas pelo operador Q, sendo elas Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7 e Q8. Elas obedecem a uma lgica dentro do programa e quando no nvel lgico 1 o contato de seu rel comuta.

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O desenho acima representa a alimentao de uma lmpada por meio de um CLP, nesta condio sempre que, de acordo com a configurao do sistema, o Operador Q1 estiver no nvel lgico 1 a lmpada ser acesa.

11- Linguagens de ProgramaoA programao da funo que o CLP vai desempenhar em determinado sistema feito pelo usurio atravs das Linguagens de Programao A Programao do CLP um conjunto de instrues ou comandos desenvolvido pelo usurio do equipamento, para que ele execute determina ao. As linguagens de programao estabelecem regras para combinar as instrues de forma a atender o que desejado. Quando o CLP foi inventado, a linguagem de programao era o Assembly, no entanto por se tratar de uma "linguagem de baixo nvel", ou seja, linguagem de difcil assimilao, demorava-se muito tempo para programar o CLP para executar uma funo simples.



No entanto, as linguagens de programao "de alto nvel", assim chamadas por ser mais prxima da linguagem utilizada para comunicao entre pessoas, reduziram drasticamente o tempo de programao do CLP por no ter o inconveniente de obrigar o programador a conhecer detalhadamente a arquitetura do Microprocessador do CLP. So utilizadas linguagens de alto nvel como o Basic, Pascal e C, porm s Linguagens mais utilizadas atualmente para programar CLP's so a LADDER, e a linguagem de instrues tambm chamada de BOOLEAN.

12- LADDERConhecida tambm como linguagem de contatos ou Linguagem de Comandos Eltricos, a linguagem de programao de CLP mais difundida, pois assemelha-se muito com os diagramas eltricos dos circuitos com contatores e rels. Existem pequenas variaes no modo de programao LADDER de acordo com cada fabricante de CLP. Tomaremos como exemplo o CLP modelo CP-WS11EX da marca Proxsys. Para cada entrada e sada de um CLP, atribuido um "nome" que passaremos a chamar de operador. No CLP Proxsys, as entradas recebem o operador "I" e o nmero da entrada. J as sadas recebem o operador "Q" e o nmero da sada, como visto em captulos anteriores. 20

FIXANDO: A entrada 1 do CLP recebe o nome de "I1" (Operador I1) A entrada 3 do CLP recebe o nome de "I3" (Operador I3) A saida 4 do CLP recebe o nome "Q4" (Operador Q4) A saida 7 do CLP recebe o nome "Q7" (Operador Q7) O CLP utilizado como exemplo, possui 16 entradas digitais e 8 saidas rel, portanto As entradas sero mapeadas de "I1" at "I16" As saidas sero mapeadas de "Q1" at "Q8". E estes so os operadores fsicos.



O software utilizado na programao do CLP Proxsys CP-WS11EX se comunica em linguagem LADDER e seu software para interface entre o programador e o controlador o Editor LADDER SCPWS1.

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Interface do software.

Para que seja possvel desenvolver o programa para atender a lgica de funcionamento dos circuitos necessrio conhecermos a estrutura de programao: Todos componentes contidos na programao so lgicos ou virtuais, ou seja, existem apenas na memria do controlador, com exceo das entradas e sadas digitais, que como visto tambm possui um contato fsico. Dentre esses componentes esto os contatos, que podem ser de dois tipos, NA ou NF.

O desenho ao lado descreve a representao grfica dos contatos NA e NF e de uma bobina de sada, que outro componente do editor LADDER.



Programao LADDER

No diagrama LADDER acima foi inserido um contato do tipo aberto e uma sada digital. Note que ao contato aberto atribumos o operador "I1", de uma entrada digital, e para a sada digital atribumos o operador "Q1". Isso significa que todos os elementos do programa a que forem atribudos um operador lgico, respondero ao estado lgico desse mesmo operador, ou seja, no caso do contato aberto, este estar aberto se o operador I1 esteja em nvel lgico 0 (entrada I1 sem alimentao), mas se o operador I1 tiver o seu estado lgico modificado para 1 (entrada alimentada) esse contato ter seu estado alterado para o seu oposto, ou seja, ser fechado. Verificamos que no final dessa linha temos uma sada digital a qual foi atribudo o operador Q1, e fazendo analogia a um circuito com contatores quando fechamos o contato, ligamos a sada. Para resumir o que o diagrama LADDER acima representa: "Quando alimentamos a entrada I1, ou seja, o operador lgico I1 muda seu estado lgico de 0 para 1 o operador Q1 ter seu estado lgico alterado de 0 para 1 e consequentemente a sada digital Q1 a rel ter o seu contato fechado".

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No caso de inserirmos no Diagrama LADDER um contato fechado este ser seu estado em nvel lgico 0, se o nvel lgico for 1 o contato fechado se abre.

No diagrama LADDER acima temos a seguinte situao: "Pelo fato do contato ao qual foi atribudo o operador I1 ser do tipo fechado, naturalmente a sada digital Q1 est em nvel lgico 1. Porm se alimentarmos a entrada I1 fazendo com que o seu respectivo operador seja 1 , o contato se abrir , desligando assim a sada digital Q1".



Funo SELO

23 No diagrama LADDER acima, verificamos a insero de mais um contato aberto e a este foi atribudo o operador Q1 e foi posicionado em paralelo ao contato aberto que est associado ao operador I1. Isso significa que quando o operador Q1 tiver seu estado lgico modificado de 0 para 1, esse novo contato se fechar estabelecendo uma condio de SELO semelhante ao que acontece nos circuitos com contatores.

Nesse novo diagrama LADDER, foi inserido um contato fechado e a ele atribudo o operador I2. Desta maneira ao alimentarmos a sada digital Q1 atravs da entrada I1 o contato aberto de Q1 inserido em paralelo ao de I1 oferece condio para que o operador Q1 continue no nvel lgico 1. Ao alimentarmos a entrada I2 ela passa ao nvel lgico 1, fazendo com que seu contato comute e abra o circuito naquele ponto, levando o operador Q1 ao nvel lgico 0 e consequentemente seu contato aberto que dava a condio para que ele estivesse alimentado anteriormente.



Diagramas Eltricos

O Diagrama abaixo representa um dispositivo de partida direta para motor trifsico com proteo por rel trmico, com contatores.

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Para que possa ser construido utilizando um CLP devemos realizar as ligaes eltricas conforme a seguir:

220V

No entanto, somente as ligaes eltricas so insuficientes para que o sistema funcione adequadamente, pois necessrio ainda criar o programa para relacionarmos as entradas e as sadas.



Exerccio:

De acordo com o que foi estudado, desenvolva o digrama LADDER para que o circuito acima execute a mesma funo do circuito de partida com contatores:

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Funo INTERTRAVAMENTO

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A funo intertravamento utilizada como bloqueio, impedindo que seja alterado o nvel lgico de determinada sada em determinada situao dentro do sistema. Temos como exemplo no diagrama acima as sadas Q1 e Q2 que esto intertravadas por meio de contatos normalmente fechados, pertencentes a cada uma das sadas, inseridos em srie na linha de comando da sada oposta. Exerccio: A figura abaixo apresenta uma esteira que se movimenta da esquerda para a direita, atravs do motor M. O sistema iniciado atravs do boto LIGA e desligado caso seja detectada uma pea grande ou caso seja acionado o boto DESLIGA. Elabore o diagrama LADDER para programao desse circuito.



14- Operadores lgicosAlm dos operadores fsicos, que fazem leitura do estado lgico das entradas e que alteram o estado lgico das sadas, temos outros operadores com funes especficas, chamados de operadores lgicos.

15- Sada Lgica (R)A esse tipo de sada atribuido o operador "R" seguido do nmero respectivo. 27

O diagrama LADDER acima informa ao sistema que toda vez que a entrada I3 for alimentada, o operador lgico I3 ter nvel lgico 1 e o contato atribudo a esse operador se fechar , e consequentemente acionando a sada lgica R1 que ter nvel lgico 1. No entanto as sadas lgicas no tem funo fsica, ou seja, apenas mudam o estado desse operador na memria RAM do CLP, para entender a finalidade desse tipo de sada veja o diagrama a seguir:

Para uma correta anlise do diagrama LADDER acima afirmamos que:

"Quando a entrada I3 alimentada, seu operador respectivo passa a ter nvel lgico 1 e a sada lgica R1 tambm passa para nvel lgico 1, essa sada permanece em nvel lgico 1 mesmo aps retirarmos a alimentao da entrada I3 devido a funo SELO. Apesar da sada lgica R1 no ter funo fsica, todos os elementos a que forem atribudos o mesmo operador tero seu nvel lgico tambm em 1 nesse caso o contato aberto R1 fecha e aciona a sada digital Q4".



Exerccio: O diagrama LADDER abaixo representa um sistema no qual usada uma botoeira alimentando a entrada I1 do controlador de modo que ligue o circuito, dando condio para que as Sadas digitais Q1 a Q6 possam ser controladas pelas entradas I3 a I8, cada uma para sua respectiva sada digital. A entrada I2 alimentada por outra botoeira, de modo que, quando pressionada, desligue todo o circuito e impea que ele seja religado a menos que a botoeira que alimenta I1 seja pulsada novamente. Denomine os operadores para que correta programao desse sistema. 28



16- Sada Temporizador (T)Esta uma funo poderosa do CLP. Pois podemos criar intervalos de tempo dentro de um programa com preciso de dcimos e at centsimos de segundos de acordo com o modelo do CLP. A sada temporizador muda seu nvel lgico apenas aps decorrido o tempo pr-ajustado depois que essa sada fora alimentada. No caso do Proxsys, atribumos sada, o operador T. 29

Representao Grfica da Sada Temporizador.

No exemplo abaixo a sada temporizador tem preciso de centsimos de segundos, como est configurada para 500 centsimos, portanto, 5 segundos.

Analisando o diagrama LADDER acima:

"Ao alimentarmos a entrada I7, a sada lgica R1 acionada, todos os contatos e a prpria saida que possui o operador lgico R1 tero nivel lgico 1. Com isso a saida T1 acionada, mas pelo fato de ser uma saida temporizador s passara nivel lgico 1 depois do tempo programado. Decorrido o tempo, o operador T1 ter nvel lgico 1 assim como seus contatos, fato que aciona a saida digital Q6".



Exerccio: Analise a lgica LADDER abaixo :

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Exerccio: O sistema abaixo representa um semforo de determinado cruzamento virio. Elabore o diagrama LADDER, de modo que a partir do momento que a entrada I1 for alimentada as luzes se acendam e apaguem automaticamente em um ciclo que terminar apenas quando a entrada I2 for alimentada.

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17- Sada Contador (C)Para a sada contador atribumos o operador "C", e essa sada tem a funo de contar pulsos lgicos. Ao inserirmos a sada contadora no diagrama LADDER necessrio indicar a quantidade de pulsos que sero contados.

32Representao grfica sada contador

Exemplo:

Analisando: "Ao alimentarmos a entrada I8, o operador respectivo passa ao nvel lgico 1 , dessa forma a sada C1 incrementa uma unidade de contagem. Quando retiramos a alimentao da entrada, o nvel lgico de I8 volta a ser 0 encerrando o primeiro pulso lgico. Quando tornamos a alimentar I8 esta volta a nvel lgico 1 fazendo o contador C1 incrementar mais uma unidade, em seguida retiramos a alimentao de I8 encerrando assim o segundo pulso. O operador C1 s ter nvel lgico 1 quando incrementar 5 unidades (conforme indicado no programa). Nesse caso o seu contato com operador C1 acionar a sada digital Q1".



18- Sada Reset Contador (CR)Quando uma sada contador atinge o nmero de pulsos para o qual foi programada, a sada muda o estado lgico de seu operador de 0 para 1 e assim permanece. possvel reiniciar esse contador para que esteja pronto para uma nova contagem, utilizamos a sada Reset Contador, cujo operador "CR". Vale lembrar que o nmero atribudo ao operador CR deve ser o mesmo da sada contador que se deseja reiniciar. 33

Representao grfica sada Reset Contador

Exemplo:

Anlise do diagrama LADDER acima: "Ao inserirmos pulsos lgicos na sada contador C1, atravs da entrada I8, a sada incrementa uma unidade a cada pulso, porm a qualquer momento, se alimentarmos a entrada I7 a sada Reset Contador CR1 reinicia o contador C1".



Exerccio: Elabore o diagrama LADDER para o sistema abaixo: Onde,Esteira 1: Vem com pacotes da linha de produo; Ela movementada pelo atuador Q1; Sensor que alimenta a entrada I3: Faz a contagem dos pacotes; Esteira 2: Vem com caixas vazias do depsito, para sob Esteira 1, quando so lanados 5 pacotes dentro dela, ela segue at o caminho; Ela movimentada pelo atuador Q2; Sensor que alimenta a entrada I4: Detecta a presena/existncia de uma caixa sob a esteira 1; Sensor que alimenta a entrada I5: Detecta a existncia de um caminho no final da esteira 2; Botoeira que alimenta a entrada I1: Liga o sistema; Botoeira que alimenta a entrada I2: Desliga o sistema;

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19- Sada SET (Q ou R)A saida SET muda o estado lgico de uma sada fsica de cujo operador "'Q" ou de uma sada lgica cujo operador "R". Neste tipo de sada, por mais que seja cortada a linha de alimentao que alimenta essa sada no diagrama depois de uma vez alimentada ela permanece no nvel lgico 1. 36

Analisando o Diagrama LADDER temos: " Ao alimentarmos a entrada I4 seu operador muda de 0 para 1 e aciona a funo SET no operador Q1 que muda seu estado lgico de 0 para 1 permanecendo assim mesmo retirando a alimentao de I4. E se alimentarmos a entrada I5, seu operador ser 1 e acionar a funo SET no operador R1 mudando seu nvel lgico para 1 que assim permanecer mesmo retirando alimentao de I5". Exerccio: Justifique o uso do contato aberto da sada Q1 colocado em paralelo com o contato aberto da entrada I4.



Sadas RESET (Q ou R)A sada RESET realiza o oposto da sada SET e s possvel realizar uma funo RESET aps a realizao de uma funo SET. A funo RESET usada para retornar ao nvel lgico 0 uma determinada sada digital ou lgica na qual foi usado a funo SET.

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Anlise: "Quando alimentamos as entradas I4 e I5 seus operadores tero estado lgico 1 e respectivamente acionaro a funo SET nos operadores Q1 e R1 , no caso de pressionarmos I6 e I7 e seus niveis lgicos mudarem para 1 ambas acionaro respectivamente as funes RESET em Q1 e R1 respectivamente e mudando seus estados lgicos para 0".



Exerccio: Construa o diagrama LADDER que faa a programao do sistema abaixo.

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Editor LADDER SCPWS1Este editorial mostra algumas das funes do software Editor LADDER SCPWS1.

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Barra de menus.

A barra de menus do editor LADDER possui trs menus: 40 Menu Arquivo: Oferece as opes de abrir um determinado arquivo ou diagrama, com domnio .LD, que fora previamente salvo. Salvar um diagrama para que seja usado posteriormente. Configurar o modelo de Controlador que ser conectado ao PC.

Menu Comunicao: Se refere as configuraes de interface entre o software e o controlador, como ajustar a porta serial de conexo com a maquina e gravar o firware de rede.

Menu Simulaes: O Editor LADDER SCPWS1 foi projetado direcionado a aplicaes didticas. Por isso inclui sistemas para serem simulados.



rea de Edio:

A rea de edio destinada a insero dos componentes e traos do diagrama, o espao destacado com um retngulo a clula que est selecionada para edio no momento, os dizeres Lin: 2 e Col:2 localizados logo acima da rea de edio representam a localizao da clula a ser editada, correspondendo ao numero da Linha e Coluna respectivamente. 41

Barra de Funes:

As funes bsicas do Editor se encontram na Barra de funes



Compilar o ato de solicitar ao programa que rena as informaes que o programador inseriu na rea de edio. A partir disto ele far a interpretao da lgica e funcionamento do diagrama.

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Dado o comando Compila aberta uma caixa de dialogo com o status do Processo, vista na imagem acima.

O comando Conecta/Grava PLC usado quando o diagrama foi elaborado e compilado e est pronto para ser gravado na memria do CLP, imprescindvel que o CLP esteja conectado ao PC, feito a conexo e a gravao a programao fica gravada na memria do controlador.

Aps escolhermos a funo Conecta/Grava PLC aberta uma caixa de dilogo para que seja selecionado o controlador utilizado.



Aps compilado o diagrama h como simular seu funcionamento, para isso essa funo deve ser ativada. Barra de Bobinas e Final de Linha:

Se refere aos dispositivos finais da linha de programao, podem ser inseridos somente na ultima coluna da rea de edio. 43

Bobina: Representa as sadas digitais Q, Sadas Lgicas R e Sadas Reset Contador (CR). Tecla de atalho: B

Bobina R: Representa as Sadas RESET. Tecla de atalho: R

Bobina S: Representa as Sadas SET. Tecla de atalho: S

Final de Linha TON: Representa a Sada Temporizador. Tecla de atalho: T

Final de Linha CNT: Representa a Sada Contador. Tecla de atalho: C



Barra de Contatos e Edio:

Permite inserir linhas, contatos e fazer edies na rea de edio.

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Insere uma linha horizontal. Tecla de atalho: H

Insere uma linha vertical. Tecla de atalho: V

Insere um contato do tipo NA. Tecla de atalho: A

Insere um contato do tipo NF. Tecla de atalho: F

So as ferramentas de edio para inserir ou eliminar elementos, e ainda limpar todo diagrama da rea de edio.



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Apostila Automação e Controle

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