CONTROLADOR PROGRAMÁVEL COMPACTLOGIX 5320

Este texto tem por objetivo descrever as principais características de ligação e

programação do controlador programável CompactLogix 5320 (1769-INC047C-EN-P,

1769-IN028A-EN-P, 1769-IN050A-EN-P, 1769-IN057A-EN-P, 1769-IN015B-MU-P e

1756-5.46) e do programa RSLogix 5000 (1756-QB107B-PT-P), ambos produzidos pela

empresa Rockwell Automation.

Características do Controlador Compact Logix 5320

O controlador programável da série Compact Logix é composto por uma CPU,

uma fonte, um módulo digital e outro analógico e pelo cabo de programação. A CPU é

composta das partes ilustradas na Figura 1.1, cujas partes são descritas após a figura.

Figura 1.1: CPU do controlador programável

1 – Puxador para encaixe em trilho DIN;

2 – Suporte para a fixação por parafuso;

3 – Trilho para conexão com outros módulos;

4 – Conector de conexão do barramento de dados e alimentação;

5 – Indicadores de estado de funcionamento;

6 – Chave para a seleção dos modos de funcionamento (PROG, REM e RUN);

7 – Indicação de funcionamento do canal 0 da porta RS-232;

8 – Porta de RS-232;

9 – Botão para selecionar o canal 0 da RS-232 como padrão de comunicação;

12 – Compartimento para a bateria de lítio;

13 – Indicação de polaridade da bateria e pinagem da RS-232;

14 – Bateria de lítio;

15 – Conector da bateria.

Os modos de operação da CPU são PROG, REM e RUN.

No modo PROG é possível desligar as saídas, carregar e descarregar projetos

entre o controlador programável e o computador, criar e modificar programas. O

controlador não executa ciclos de varredura no programa e não é permitido mudar o modo

de operação através do software de programação.

No modo REM é possível habilitar o modo de operação pelo programa de

aplicação. Três opções são possíveis:

- Remote Run: o programa é executado pelo controlador programável, as saídas

ficam habilitadas e o programa pode ser editado em funcionamento;

- Remote Program: as saídas ficam inoperantes, é possível criar e modificar

programas, pode ser feito o donwload do projeto, o valor das tags podem ser modificados, o

controlador programável não executa o programa;

- Remote Test: a edição do programa é on-line e durante a execução do

programa e as saídas não funcionam, pode ser utilizado para testes em sistemas de controle,

para evitar que uma instabilidade na fase de testes e aquisição de dados cause avaria nos

equipamentos.

No modo RUN é possível executar o programa e habilitar as saídas, não é

permitido criar ou suprimir tarefas, programas, ou rotinas e não é permitido mudar a modo

de operação usando o software de programação.

Para ser possível a programação do controlador é necessário ligá-lo ao

computador através do cabo RS-232 (1756-CP3). O conector fêmea deve ser conectado ao

controlador programável (Channel 0) e o conector macho ao canal 0 da porta RS-232 do

computador.

Os LED’s de sinalização da CPU servem para verificar o funcionamento do

controlador e alarmar os erros. Vejamos na Tabela 1.1 a seguir o significado das cores das

sinalizações:

Tabela 1.1: LED’s de sinalização da CPU

RUN

DesligadoNão há rotinas em execução;

O controlador está em modo de programação (PROG).

VerdeHá rotinas em execução;

O controlador está em modo de execução (RUN).

FORCE

Desligado Não há forças de entrada e saída habilitadas.

Âmbar Há forças de entrada e saída habilitadas.

Âmbar

piscante

Há forças de entrada e saída na máscara de força, porém não

estão ativas.

BATDesligado

A bateria de lítio está fornecendo tensão suficiente para manter

a memória.

Vermelho A bateria deve ser trocada.

I/O

DesligadoOs módulos de entrada e saída não estão configurados no

programa.

VerdeA comunicação está perfeita com todos os módulos de entrada

e saída.

Verde piscanteUm ou mais módulos de entrada e saída estão com falha de

comunicação.

Vermelho

piscanteNenhum módulo de entrada e saída estão comunicando.

OKDesligado A fonte não está fornecendo tensão à CPU.

Verde O controlador está funcionando normalmente.

Vermelho

piscante

Há falha recuperável no controlador, é necessário desliga-lo,

revisar as ligações e ligá-lo novamente.

VermelhoHá falha permanente no controlador. É necessário substituí-lo

e envia-lo para conserto.

DCH0Desligado

A comunicação não está configurada para o Channel 0 da

CPU, é realizada por outro dispositivo.

Verde A comunicação está configurada para o Channel 0 da CPU.

Channel

0

Desligado Não há comunicação pela porta RS-232.

Verde Comunicação realizada pelo protocolo DH485.

Verde piscante Comunicação realizada pelo protocolo DF1.

A fonte fornece tensão contínua para o barramento, sendo responsável pelo

fornecimento de tensão estabilizada para a CPU e para os módulos. A alimentação da fonte

1769-PA2 é feita em tensão alternada sinusoidal com valores entre 120 e 240V e freqüência

entre 47 e 63Hz. Além da tensão fornecida ao barramento, a mesma fornece 24Vcc

(250mA) para a ligação de circuitos que acionem entradas digitais 24Vcc dos módulos

conectados ao mesmo barramento. O aterramento é conectado em um conector específico.

Na Figura 1.2, são descritos os conectores existentes na fonte de alimentação e

também a descrição dos módulos de entrada e saída.

Figura 1.2: Conectores de ligação da fonte e módulos de entrada e saída

O módulo digital 1769-IQ6XOW4 possui 6 canais de entrada 24Vcc (2mA por

canal) e 4 canais de saída a relé de 5 a 265Vac (2,5A por canal e 8A na soma de todos os

canais de saída do módulo) ou de 5 a 125Vcc (1A por canal).

Os diagramas simplificados dos canais de entrada e saída estão na Figura 1.3:

Figura 1.3: Canal de entrada digital e saída digital

Na Figura 1.4 está a forma de ligação das entradas e saídas digitais com os

dispositivos de campo.

Figura 1.4: Ligação do módulo digital

O módulo analógico 1769-IF4OF2 possui 4 canais de entrada e 2 canais de saída

(0 a 10Vcc ou 0 a 20mA).

Todos os terminais comuns do módulo (ANLG COM) estão conectados no

módulo analógico e o mesmo não está conectado à terra.

Os módulos de saída possuem proteção contra curto-circuito e circuito aberto e

os canais não estão isolados uns dos outros.

As saídas de tensão (Vout 0+ e Vout 1+) estão referenciadas aos terminais

comuns ANLG COM e a resistência de carga de um canal de saída de tensão deve ser igual

ou superior a 1kΩ.

As saídas de corrente (Iout 0+ e Iout 1+) fornecem corrente que devem retornar

ao ANLG COM. A resistência de carga de um canal de saída deve estar entre 0 e 300Ω.

As tensões de Vin+, V/Iin- e Iin+ devem estar numa faixa entre 0 e 10Vcc em

relação ao ANLG COM e a corrente dos canais de entrada de corrente não pode ultrapassar

a 20mA.

Na Figura 1.5, estão as formas de ligação das entradas e saídas analógicas:

Figura 1.5: Tipos de ligação do módulo analógico

Programação e Configuração

Para o entendimento do desenvolvimento de uma aplicação, serão

demonstrados os principais passos de programação e configuração de um projeto

no RSLogix 5000.

Criação do projeto

Para a criação de um novo projeto no RSLogix 5000, deve-se abrir o

programa e selecionar a opção “Novo”.

Aparecerá na tela uma janela (Figura 1.6) de configuração para definir-

se a referência do controlador utilizado. Neste projeto foi utilizado o “Controller

CompactLogix 5320, 1769-L20” e o nome do arquivo com uma descrição.

Figura 1.6: Criação do projeto e definição do controlador

Atualização de firmaware

O programa de execução (Firmware) corresponde ao programa

desenvolvido pelo fabricante do controlador programável, o qual determina como o

sistema deve operar, incluindo a execução do programa de aplicação, controle de

serviços periféricos, atualização dos módulos de entrada e saída, etc.

A firmware pode ser atualizada periodicamente por versões mais

recentes A atualização pode ser realizada através do disco de instalação

(Firmware kits and service packs) ou pelo site:

http://support.rockwellautomation.com/ControlFlash .

Para a realização da atualização do firmware, o cabo de comunicação

deve estar conectado no controlador programável e no computador. O computador

e o controlador programável devem estar ligados a um no-break, caso houver uma

falta de energia elétrica ou falha de comunicação durante a atualização de

firmware, o controlador deve ser enviado para a manutenção da Rockwell pois a

firmware do controlador é semelhante a BIOS do computador, se a instalação da

firmware for interrompida, o controlador fica inoperante.

Os passos para a atualização de firmware são os seguintes:

a) Instalar e iniciar o programa ControlFLASH;

b) Pressionar Next>;

c) Selecionar na lista de controladores o “1769-L20”;

d) Expandir a rede até encontrar o controlador. Se a rede requerida não for

mostrada, configurar primeiramente um caminho para a rede no programa

de RSLinx;

e) Selecionar o controlador e pressionar OK;

f) Selecionar a revisão a ser instalada (no caso foi 13.00) e pressionar Next>;

g) Iniciar a instalação.

Seleção dos módulos de entrada e saída

Clicando-se com o botão direito no campo “CompactBus Local” e

selecionando a opção “Novo Módulo...”, aparecerá o campo de seleção do tipo de

módulo, conforme a Figura 1.7.

Figura 1.7: Definição dos módulos de entrada e saída

No exemplo apresentado o módulo digital está localizado na primeira

ranhura, após a CPU e a fonte é o 1769-IQ6XOW4 com entrada de dreno ou fonte

de 6 pontos 24Vcc e saída a relé CA/CC de 4 pontos, a seleção deste módulo é

apresentado na Figura 1.8.

Figura 1.8: Seleção do módulo digital

Selecionando este módulo pode-se configurá-lo com um nome, uma

descrição, a ranhura (posição), conexão (podendo inibir o seu funcionamento) e a

determinação do estado que cada saída deve ficar quando o controlador entra em

falha ou em modo de programação, as janelas para estas configurações estão nas

Figura 1.9 e Figura 1.10.

Figura 1.9: Configuração geral do módulo digital

Figura 1.10: Configuração de falha do módulo digital

Para informar a existência do módulo analógico ao programa, repete-

se o procedimento descrito na Figura 1.7. Com o campo de seleção do módulo

aberto podemos selecionar apenas o tipo de cartão que estamos trabalhando,

neste caso apenas o campo “Analógico” foi selecionado, diminuindo as opções de

escolha na tela para apenas os módulos analógicos.

O módulo analógico, instalado na segunda ranhura, é o 1769-IF4XOF2

com entrada de 4 canais e saída de 2 canais analógicos (16 bits, 0 a 10Vcc ou 0 a

20mA), conforme a Figura 1.11.

Figura 1.11: Seleção do módulo analógico

Selecionando-se o módulo pode-se configurar o nome do módulo, a

descrição, a ranhura, a conexão (podendo inibir o seu funcionamento), a seleção

das entradas e saídas que devem funcionar e o estado que devem ficar as saídas

quando o controlador entra em falha ou modo de programação. Estas

configurações são apresentadas nas Figura 1.12 e Figura 1.13.

Figura 1.12: Configuração geral, das entradas e das saídas do módulo analógico

Figura 1.13: Configuração de falha do módulo analógico

Tags associadas aos módulos de entrada e saída

Na opção “Tags do Controller”, pode-se monitorar os valores, em escala

de 16 bits, das entradas e saídas. Também pode-se utilizar a opção “máscara de

força” que será visto mais adiante neste capítulo.

No campo de edição de Tags, pode-se relacionar uma Tag base e Aliás

para referenciá-las às Tags do programa.

Uma visão parcial das Tags relacionadas ao módulo digital podem ser

observadas na Figura 1.14.

Figura 1.14: Tags relacionadas ao módulo digital

E uma visão parcial das Tags relacionadas ao módulo analógico podem

ser observadas na Figura 1.15:

Figura 1.15: Tags relacionadas ao módulo analógico

Ajuste do caminho de comunicação pelo RSLinx

Com a firmware instalada e o cabo de comunicação ligado

corretamente pode-se ajustar o caminho de comunicação pelo programa RSLinx,

como mostrado na Figura 1.16.

Figura 1.16:Ajuste de caminho pelo RSLinx

Envio do programa ao controlador

No RSLogix 5000, selecionando-se a opção “Who ativo” pode-se gravar

o programa editado no computador (Descarregar), baixar o programa gravado no

controlador programável (Carregar), acompanhar a execução de um programa

(Entrar on-line) ou atualizar a firmware.

Para enviar o programa ao controlador é necessário pressionar o botão

“Descarregar” da janela “Who ativo”, mostrada na Figura 1.17.

Figura 1.17: Envio do programa ao controlador

Após é pedida uma confirmação, conforme a Figura 1.18.

Figura 1.18: Envio do programa ao controlador

Para a criação de novos componentes no projeto (rotina em ladder, tag,

módulo ou programa) basta selecionar o menu “Arquivo” conforme a Figura 1.19.

Figura 1.19: Novo componente

Data Types

É uma definição do tamanho e leiaute da memória que será alocada

quando uma tag da Data Type for criada.

O usuário pode criar uma matriz de dados criando uma Data Type no

subdiretório “Definido pelo módulo”. Nesta opção o usuário pode criar tipos de

variáveis para inserir no campo “Tipo” nas tags do programa.

O subdiretório “Grupos” possui a matriz de dados STRING, esta matriz

aceita 82 caracteres alfanuméricos em ASCII, sendo utilizado para a manipulação

de textos no programa, possibilitando que o sistema de supervisão envie ou

receba textos na comunicação com o controlador programável.

O subdiretório “Predefinido” (Figura 1.20) possui todas as matrizes de

dados das funções predefinidas no RSLogix 5000. Quando o programa está em

execução, os valores das matrizes das funções utilizadas no programa podem ser

monitorados e forçados na opção “Tags do Program”. São exemplos de Data

Types predefinidos: PID, BOOL, REAL, INT, etc.

E no subdiretório “Definido pelo módulo” (Figura 1.20) estão as matrizes

de dados de todos os módulos de entrada e saída declarados no projeto. Quando

o programa está em execução, estes valores podem ser monitorados e forçados

na opção Tags do Controller.

Figura 1.20: Data Types “Predefinido” e “Definido pelo Módulo”

Criação de um programa

No subdiretório “Main Program”, tem-se os campos “Tags do Program” (Figura 1.21), e “Main Routine”.

Figura 1.21: Tags do programa

O campo “Tags do Program” é utilizado para a criação das tags. Para

criar uma tag, é dado um nome, uma descrição e o tipo de dado, podendo ser do

tipo inteiro (INT), real (REAL), bloco PID (PID), texto (STRING), entre outros

definidos nos “Data Types” do tipo: Definido pelo usuário, Grupos e Predefinido.

Na criação das tags, tem-se o campo “Aliás para”, que serve para

referenciar uma tag a outra. Por exemplo: declarar uma tag para escrever o ganho

proporcional em um controlador PID declarado no programa, criar uma tag para

referenciar um valor em uma saída do controlador programável ou ler uma

entrada.

Para testar o funcionamento do programa ou da planta é possível forçar

os valores de entrada e saída. Para isto, o programa deverá estar em execução no

modo RUN, o RSLogix 5000 deve estar monitorando a execução do programa, o

menu “Lógico” deve estar selecionado e as forças de I/O devem ser ativadas,

conforme a Figura 1.22.

Figura 1.22: Habilitação da “Máscara de Força”

Após esta etapa, a janela de tags do programa ou do controlador

deverá ser selecionada na opção “Monitorar tags”. Com a monitoração de tags

aberta na tela (Figura 1.23), devemos digitar o valor a ser forçado na tag desejada

na coluna “Máscara de força”. As variáveis digitais podem assumir valores de

apenas 0 ou 1 e variáveis analógicas podem assumir valores de 0 a 32767, pois a

resolução do módulo analógico utilizado neste projeto é de 16 bits (215=32768). A

variação de 0 a 32767 é diretamente proporcional à variação do sinal de tensão de

0 a 10,5Vcc ou do sinal de corrente de 0 a 21mA, pois estes são os valores de

fundo de escala do módulo analógico.

Figura 1.23: Digitação dos valores na “Máscara de Força”

A opção “Main Routine” abre o editor de programação em diagrama

ladder do RSLogix 5000, neste editor estão os controladores PID do sistema de

controle de nível (Figura 1.24) e temperatura, a entrada digital do botão de

emergência, o bit de inicialização do programa e as saídas digitais para habilitar o

funcionamento da bomba, das resistências, do transmissor de temperatura e do

sensor ultrassônico (Figura 1.25).

Figura 1.24: Bloco PID no diagrama ladder

Figura 1.25: Habilitação dos atuadores e sensores

Pode-se alterar os valores dos contatos digitais no programa ladder

com o mesmo em execução, clicando-se com o botão direito do mouse no contato

e selecionando a opção “Alternar bit”. Esta opção é útil para a realização de testes

de funcionamento do programa e da planta.

Para a criação do bloco PID e necessário selecionar o grupo de

elementos “Especial”, posicionar o local do diagrama onde o bloco PID será

inserido e clicar no botão “PID”. Após a criação do bloco PID é necessário

configurá-lo, indicando a variável analógica de entrada e de saída nos campos

“Variável de Processo” e “Variável de Controle”, respectivamente. Clicando-se na

“Caixa de diálogo de exibição de configuração de tag” abrem-se as caixas de

configuração de ajuste, configuração, alarmes, conversão de escala e tag.

A configuração de ajustes (Figura 1.26) permite o ajuste do set-point,

dos ganhos proporcional, integral e derivativo. Também permite ajustar a saída

com o sistema em malha aberta, selecionando-se a opção “Manual de software” e

digitando-se em valores percentuais o sinal de saída a ser aplicado no atuador,

esta opção é muito útil para a realização dos ensaios em malha aberta com a

aplicação de uma excitação em degrau.

Figura 1.26: Ajustes do bloco PID

A caixa de configuração do PID (Figura 1.27) tem as funções de determinar se

a equação de controle é dependente ou independente, determinar se a ação de controle é

calculada pelo set-point diminuído da variável de processo ou o oposto, se a ação derivativa

é calculada em função da variável de processo ou do erro, o tempo de atualização da malha,

limites altos e baixos da variável de entrada, valor da banda morta (zona morta), harmonia

derivativa, cálculo de bias, cruzamento zero para banda morta, rastreamento da variável de

processo e colocação da malha em cascata como mestre ou escravo.

Figura 1.27: Configuração do bloco PID

A caixa de configuração dos alarmes (Figura 1.28) é utilizada para acionar os

bits respectivos na matriz de memória do PID. Os valores podem ser ajustados e quando

ocorrer o alarme, o bit correspondente terá nível alto e possibilitando a leitura pelo

supervisório, indicando o alarme.

Figura 1.28: Alarmes do bloco PID

A conversão de escala (Figura 1.29) serve para transformar os valores de tensão

0 a 10,5V e corrente 0 a 21mA no número de degraus da resolução do controlador 0 a

32767. Os valores de tensão ou corrente são proporcionais à escala de 16 bits (resolução do

módulo analógico). A variável de processo é referenciada no valor sem escala e na unidade

de engenharia em valores máximos e mínimos, respectivamente. A variável de saída pode

ser limitada nos valores máximo e mínimo através da escala de 0 a 32767. Os valores do

tyeback devem ser iguais aos dos limites da variável de processo.

Figura 1.29: Conversão de escala do bloco PID

A configuração de tag (Figura 1.30) possui um campo para a descrição da

função do bloco PID no projeto.

Figura 1.30: Tag do bloco PID