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