Controladores Lógicos Programáveis · Motores Válvulas ... existem recursos do fabricante contemplando a utilização de softwares, ... quantos intertravamentos deverão ser realizados

Controladores Lógicos Programáveis

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Unidade 1 – Evolução Histórica e Características de Hardware

Evolução Histórica:

Os avanços tecnológicos ocorridos após a segunda metade do século XX se mostraram com velocidade crescente. Pesquisadores e estudiosos do assunto garantem que o tempo entre uma descoberta e outra vem diminuindo cada vez mais, demonstrando uma maior aceleração do número de descobertas e das criações de novas tecnologias a cada ano que passa, reforçando a idéia de que o crescimento do conhecimento científico vem se apresentando em progressão exponencial. Os controladores programáveis, junto com outros dispositivos inteligentes , estão inseridos neste quadro de evolução, ocupando uma importante função na área de automação industrial. Alguns fatores ligados às necessidades da indústria foram responsáveis pela idealização dos controladores programáveis, tais como “O aumento da produtividade e a flexibilidade de processo de produção”. Uma produção em escala adequada, assegurando a qualidade e o custo competitivo e esses fatores associados a uma linha de produção flexível, de fácil ajuste, permitindo uma mudança rápida nas características do produto, constituíram razões mais do que suficientes para a criação dos controladores programáveis. Fatores como economia de energia, espaço físico e tempo de manutenção reforçam o grau de importância desses equipamentos.


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Evolução dos Controladores Programáveis:

Primeira Geração:

Programação intimamente ligada ao hardware do equipamento.

Programação em assembler.

Para programar era essencial o conhecimento da eletrônica do projeto do controlador.

Necessidade de mão de obra altamente especializada para programação e manutenção.

Programa gravado em EPROM, normalmente no laboratório junto com a construção do controlador.

Segunda Geração:

Inclusão do sistema operacional no controlador.

Surgimento das primeiras linguagens de programação, menos dependentes do hardware do equipamento.

O sistema operacional verifica os estados das entradas, executa o programa e atualiza as saídas.

Necessidade de mão-de-obra menos especializada para programação e manutenção.

Surgimento das maletas de programação com gravadores de EPROM.

Terceira Geração:

Os controladores passam a ter uma entrada de programação através de um teclado ou programador portátil.

Possibilidade de inclusão, exclusão e alteração de programa, utilizando esta entrada de programação.

Inclusão de rotinas de testes nos controladores e nos programas.

Aparecem os sistemas modulares com racks e bastidores.

Quarta Geração:

Os controladores passam a ter uma interface serial dado a popularização dos PCs.

Primeiros softwares de programação utilizando os PCs.

Aparecimento de várias representações para linguagem de programação.

Surgimento de poderosas ferramentas de testes.

Programação orientada a endereço.


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Quinta Geração:

Padronização de alguns protocolos de comunicação permitindo a integração entre controladores de diferentes fabricantes.

Comunicação dos CLPs com outros produtos como computadores de processo, softwares de supervisão e redes internas.

Controladores voltados para a integração de grandes instalações. Os Controladores Programáveis estão intimamente relacionados com as variáveis encontradas no nível operacional, “chão de fábrica” e que através da sua lógica de controle, sensores e atuadores, interagem com o processo. As variáveis processadas são recebidas pelo nível de supervisão e controle para alimentar e dar base real aos gráficos de monitoramento e às telas de overview, alimentando as telas de alarmes e os cálculos de engenharia. O nível de supervisão permite ao operador navegar na realidade virtual das múltiplas etapas do processo, além de alimentar o nível estratégico com informações capazes de orientar a alta gerência no processo decisório.

Conceito:

Os controladores programáveis são dispositivos eletrônicos de estado sólido, microprocessados, com memória programável pelo usuário. Dispostos em forma modular, são compostos por uma unidade central de processamento, módulos de entradas e saídas digitais, entradas e saídas analógicas entre outros cartões acessórios com aplicações mais específicas , tendo como objetivo processar os dados recebidos do ambiente através de uma lógica de programa e assim tomar a decisão de interferir no processo por meio de elementos de acionamento (válvulas solenóides, contatoras, dispositivos hidráulicos e pneumáticos, entre outros atuadores).


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Diagrama de Blocos:

Unidade Central de Processamento:


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Mapeamento de memória:

Memória com mapeamento planejado no projeto. Os espaços de memória são previamente organizados, durante a elaboração do FIRMWARE. É feito desta forma, porque os controladores lógicos são equipamentos dedicados a aplicações específicas, admitindo apenas serem programados com softwares desenvolvidos pelo fabricante.

Segue exemplo de áreas previamente definidas.

As áreas destinadas aos pontos físicos de entradas e saídas, têm um ligação direta com o mundo exterior, que são os cartões de entradas e saídas digitais ou analógicas. Se chegar informação de tensão em uma entrada digital, no mesmo instante a memória recebe esta informação, passando o conteúdo de zero para um em tempo praticamente real, salvo o tempo gasto na varredura do programa. Existem áreas internas de memória que não apresentam uma comunicação direta com o ambiente físico, são as áreas destinadas aos pontos de flags, registros de números inteiros e de números reais. A área de pontos de flags serve para registrar resultados lógicos intermediários de uma dada expressão lógica que está sendo processada, de forma que somente o resultado final da saída da expressão seja exteriorizado. No caso das áreas destinadas aos temporizadores e contadores, são necessárias três palavras para cada elemento programado. Uma palavra destinada ao valor corrente acumulado (valor corrente de contagem de tempo ou evento); outra palavra para receber os valores de pré-seleção do tempo ou do evento; a terceira palavra destina-se aos bits de controle associados à própria instrução. A área destinada a registrar números inteiros guarda valores que não precisam da parte fracionária, o que não ocorre com a área destinada a registrar reais, cujo processo exige uma maior exatidão de valores manipulados, por exemplo, uma temperatura que apresenta 52,35 graus, necessita expressar décimos e centésimos.


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As figuras seguintes detalham as áreas destinadas aos endereços físicos de entradas e saídas.

No caso das áreas destinadas à temporizadores e contadores são necessárias três palavras, para cada elemento programado. Uma palavra destinada ao valor corrente acumulado (valor corrente de contagem de tempo ou evento), outra palavra para receber os valores de pré-seleção do tempo ou do evento. A terceira palavra destina-se aos bits de controle associados à própria instrução.


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Tempo de varredura:

O tempo gasto na varredura do programa do usuário é de fundamental importância. A atualização da imagem deverá ser suficientemente rápida para ser uma réplica das variáveis do processo. Tal fato merece tanto destaque, que um dispositivo interno do controlador denominado "cão-de-guarda" verifica se os limites do tempo de varredura não foram extrapolados. Em grande parte dos projetos a varredura do programa e a atualização da imagem ocorrem em tempos alternados. Entretanto, alguns controladores já admitem o processamento paralelo objetivando varrer o programa e atualizar a imagem de forma independente.

Como funciona: Para exemplificar suas funções, podemos fazer uma analogia com o ser humano, pois enquanto nós seres humanos estamos sujeitos a estímulos senhoriais, informações que nos chegam pelo olfato, tato, visão,...., sendo enviadas ao nosso cérebro e lá analisadas e processadas, que após a analise e processamento enviam uma resposta, ação que pode ser: falar, sorrir, andar,... logo comparando temos;

SISTEMA

INFORMAÇÃO

PROCESSAMENTO

TOMADA DE

DEVISÃO

Ser Humano

Estímulos Sensoriais

Cérebro Humano

Ações:

Falar

Andar

Gesticular

Controladores Programáveis

Sensores:

Ópticos

Indutivos

Capacitivos

Processamento

Digital

Acionamentos:

Motores

Válvulas

Alarmes


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Características:

Capacidade de comunicação com um sistema de coleta de dados.

Facilidade de expansão e preço competitivo com os sistemas de relés.

Resistentes a alta temperatura (60 graus C)

Transitório de rede 1500 V.

Variação de tensão de 85 a 140 VAC

Tolerância a vibração e a choque.

Obs: Resistência ao Ambiente

O ambiente industrial apresenta uma série de agentes físicos e químicos que agridem e comprometem a vida útil dos equipamentos utilizados no processo. Como exemplos mais comuns podemos citar os ruídos eletrostáticos, excesso de temperatura, vibrações mecânicas e as características nocivas da atmosfera. A robustez do equipamento é uma característica indispensável para que ele possa resistir ao ambiente por um largo intervalo de tempo, mantendo suas características individuais e a qualidade do seu desempenho.

Tamanho Físico: Esta é uma das vantagens apresentadas pelos controladores programáveis, pois no mercado encontramos controladores que cabem na palma da mão e são capazes de interagir com vários pontos de entrada e saída, apresentando um número satisfatório de instruções, entre elas temporizadores e contadores.


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Disposição Modular:

É a capacidade do corpo físico do equipamento poder se dividir em módulos, apresentando flexibilidade de escolha na configuração adequada, relativa a cada caso de automatização. Como exemplo, podemos citar os módulos de entradas e saídas digitais, entradas e saídas analógicas, módulos para leitura de termopares, CPU, fonte de alimentação, entre outros.

Facilidade de Programação:

A tendência do mercado é tornar cada vez mais intuitiva a programação e a operação dos equipamentos programáveis; os controladores programáveis estão incluídos neste contexto e admitem desde o início da sua concepção este princípio.


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Como mostrado na figura acima, temos todas as facilidades de programação através de um formato de comunicação humano-máquina bem amigável, onde pode ser utilizado um PC contendo um software de programação com todos os recursos necessários, tanto para programar, quanto para operar, monitorando todos os passos de evolução do processo em andamento. O programa é desenvolvido no PC e inclusive pode ser testado antes de ser descarregado definitivamente no CLP, existem recursos do fabricante contemplando a utilização de softwares, capazes de simular tanto as informações dos sensores quanto o processamento dessas informações, proporcionando o acionamento dos elementos finais, sejam eles: Válvulas, motores, atuadores hidráulicos, pneumáticos, entre outros. O programa do fabricante permite que toda a configuração necessária seja realizada, incluindo a porta de comunicação e a velocidade desejada. Observe que, em alguns casos, a porta de comunicação escolhida não condiz com a porta que já esta configurada no PC, sendo necessário trocar de COM, normalmente temos a opção COM1 ou COM2.

Principais Recursos Funcionais

Intertravamento

Sequenciamento

Temporização

Contagem de Eventos

Instruções Aritméticas

Movimentação de Arquivos

Medição e Totalização de Vazão

Controle PID

Comunicação com Outros Sistemas

Sistema de Visão

Intertravamento: A função de intertravamento está intimamente ligada à idéia de segurança. Fazendo analogia com um sistema bancário, por exemplo, temos uma série de protocolos sendo utilizados para tornar segura uma operação de saque. Esse sistema solicita a passagem do cartão, logo em seguida uma senha ou impressão digital, solicita sua data de nascimento, em resumo, todas as ações necessárias são realizadas para proteger tanto o banco quanto o usuário. O mesmo ocorre em sistemas industriais. Em uma refinaria, para transferimos um produto de um tanque de armazenamento para um navio, uma série de protocolos precisam ser cumpridos, o navio tem que estar pronto para receber, a refinaria tem que estar pronta para enviar, todas as válvulas precisam estar devidamente alinhadas, a bomba tem que estar com a pressão de sucção e


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descarga em valores adequados. Veja quantas variáveis são envolvidas para que seja realizada uma simples transferência de produto, quantos intertravamentos deverão ser realizados.

Sequenciamento: Em casos de seqüenciamento as aplicações são diversas, especialmente em processos de manufatura, como nas fábricas de automóveis. Sequências de acionamentos também são aplicadas nas indústrias farmacêutica, de cosméticos e de transformação em geral. As instruções de temporização e contagem de eventos (contadores), assim como as instruções aritméticas e as de movimentação de arquivos estarão envolvidas em programas com a finalidade de geração de sequências.

Medição e Totalização de Vazão: Em processos industriais é comum desenvolver a medição e a totalização de vazão utilizando-se de Controladores Programáveis. De acordo com o tipo de medidor utilizado, quem recebe o sinal do transmissor é um cartão analógico, à partir do recebimento da variável, cabendo ao controlador o tratamento matemático envolvido na medida, utilizando-se para isso instruções aritméticas. No caso da totalização, o volume recebido a cada tempo decorrido é registrado, havendo então um registro acumulativo, através da utilização de instruções de contagem de tempo e também de eventos, para cada bloco de volume recebido.

Controle PID: O controle de variáveis é uma prática comum na indústria e a sua implementação pode ser desenvolvida pelo SDCD, como também por controladores programáveis, utilizando-se para isso cartões dedicados ou não. Caso não sejam muitas as malhas de controle, este procedimento poderá ser realizado por instruções especializadas da própria biblioteca interna de blocos de funções da máquina, bastando para isto que, além de uma entrada e uma saída analógica, sejam disponibilizados registros internos para recebimento de parâmetros de controle como, por exemplo, o ganho, ação integral e ação derivativa.


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Comunicação Com Outros Sistemas: Com a evolução dos sistemas de comunicação em redes e com a necessidade de integração entre os diversos equipamentos e softwares, nos dias de hoje é imperativo que se faça uma total integração entre os diversos segmentos dos processos industriais, seja através de cabos ou rádio, independentemente dos protocolos utilizados tendo-se condições tecnológicas de interpretar e traduzir, tornando-se possível o entendimento entre as máquinas. Dentro deste contexto os controladores programáveis se comunicam entre si e também com outros sistemas e equipamentos, bastando para isto utilizarmos o meio físico adequado e cartões de comunicação apropriados.


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Sistema de Visão: Os módulos relacionados a sistemas de visão têm como objetivo o reconhecimento de imagens à partir de padrões pré-determinados. Desta forma, usando comparações de imagens digitalizadas e tratamento matemático adequado, será possível o reconhecimento da imagem, que poderá resultar ou não em uma tomada de decisão.

Estruturas Físicas dos Controladores Programáveis Rack ou Chassi

Fonte de Alimentação

CPU

Memória

Entradas e Saídas Digitais

Entradas e Saídas Analógicas

Interfaces de Comunicação

Rack ou Chassi:

É o bastidor onde são encaixados os cartões do CLP (Fontes, Cartões de Entradas e Saídas, CPU, Interfaces de Comunicação e etc). Tem como finalidades fornecer uma blindagem eletromagnética e dar proteção mecânica, suportando o barramento de interligações (Back Plane) ao qual são ligados os cartões.


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Os racks do CLP são fornecidos com diversos números de ranhuras (Slots) 4,8, 12 e 16. Com cartões instalados Sem cartões instalados

Cartões de entradas e saídas:

Entradas discretas: 24vcc, 48vcc, 125vcc

120 e 220 VCA

Saídas discretas: 24vcc, contato seco

Entradas analógicas: 1 a 5v, 4 a 20mA

Saídas analógicas: 1 a 5v, 4 a 20mA

Termopar

Termoresistência

Cartões de comunicação em rede

Entradas discretas 24vcc Entrada discreta AC

Saídas digitais utilizando triac Saídas digitais utilizando relé


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Entradas e Saídas Analógicas, circuitos internos:

O conversor analógico digital presente nas entradas do cartão irá receber um sinal padronizado de tensão ou corrente, convertendo este sinal em um valor digital, que terá tanto mais resolução quanto maior for a quantidade de BITs apresentados pelo conversor A-D. O esquema apresentado ao lado mostra de que forma o valor analógico é convertido no valor digital correspondente. A função do comparador é receber o valor analógico de entrada e comparar com o valor da saída D-A, que converte o valor de contagem criado internamente. A função do contador é criar o valor digital, que será incrementado à partir de um pulso local, cuja contagem somente será interrompida quando o seu valor se igualar ao valor da entrada. Neste instante a contagem será congelada. O relógio interno, irá habilitar a contagem crescente ou decrescente, buscando o valor exato a ser transferido, parando a contagem no instante em que os valores se igualarem e em seguida transferindo este valor ao latch (tipo de memória que registra o valor e o mantém armazenado). A habilitação do latch ocorre no

instante de cruzamento dos valores.

Considerando a figura ao lado, suponha que um dado valor numérico é representado por quatro bits, sendo D3 D2 D1 D0 por exemplo :1001, então passando para a base dez, teremos: 8+0+0+1 O NÚMERO 09, sendo D3 o mais significativo, o que apresenta o maior peso, então a sua contribuição na saída do circuito será maior e proporcional a posição que ocupa, portanto de acordo com a posição do bit , teremos um valor de ganho em particular. Todas as contribuições somadas, Irão compor o valor da tensão de saída (Vo).


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Unidade 2 - Sistemas de Numeração e Funções Lógicas

O nosso sistema de numeração apóia-se predominantemente na base “dez”, onde são realizados a maioria dos cálculos rotineiros no nosso dia a dia. O hábito não nos deixa perceber que tais operações aritméticas podem também ser realizadas em outras bases. Os controladores lógicos, por exemplo, realizam suas operações lógicas e aritméticas utilizando a base dois, pelo fato desta se adequar melhor ao processamento digital. Apresentando apenas dois algarismos (zero e um) que correspondem respectivamente a ausência e a presença de energia elétrica, a base dois torna-se indispensável ao trabalho de qualquer equipamento eletrônico microprocessado. Além da base dois, a utilização da base oito e da base dezesseis se fazem necessárias para se efetuar a operação e a programação dos controladores programáveis. O conhecimento e a familiarização com estas bases é de importância significativa e a aplicação deste conteúdo será constante ao longo de nossos estudos. Base: É o número ao qual se eleva a um expoente para se obter o valor da contribuição. Posição: Da direita para a esquerda de zero a N, sendo N a maior posição ocupada. Como exemplo, temos o número 373 abaixo, na base 10. O três mais à direita está na posição zero e é a mais baixa (3x100 = 3); o sete está na posição intermediária e tem peso igual a um (7x101 = 70); o outro três, que está na posição mais à esquerda, tem peso igual a dois e é a mais alta (3x102 = 300). Obs.: O termo peso ou contribuição se deve ao fato de que a maioria dos códigos descritos ao longo deste curso são ditos ponderados e, dependendo da posição ocupada, ele apresenta um valor que cresce em relação direta com a posição ocupada.


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Ordem: É o valor da posição ao longo do número e se aplica ao expoente da base. Algarismo: É o símbolo numérico. Ex.: a base dez apresenta dez algarismos ou símbolos diferentes de zero a nove. Obs: O algarismo de maior valor que uma base apresenta é sempre o valor da base menos uma unidade e, no caso da base 10, o símbolo de maior valor é o “9” (10 - 1= 9 ). A seguir apresentamos um exemplo com base, ordem e algarismo, que resulta em um valor numérico.

Conversão de bases numéricas: Um mesmo valor numérico pode ser escrito em diversas bases diferente mantendo sua magnitude. Conversão da base “10” para base “2” Nos exemplos seguintes temos a passagem de números da base dez para a base dois utilizando o método das divisões sucessivas.

6, 7 e 5 são os algarismos ou

símbolos que compõem o número 67510 6x102 + 7x101 + 5x100 = 600+70+5


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110101 = 1x25 + 1x2

4 + 0x2

3 + 1x2

2 + 0x2

1 + 1x2

0 = 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 53

O exemplo acima mostra de que forma um número na base ”2” pode ser convertido para a base “10” . Nota-se que, dependendo da posição em que o algarismo se encontra, a contribuição ou peso se manifesta de forma diferente, sempre crescendo da direita para a esquerda. A figura abaixo mostra o comportamento dessas contribuições ao longo de um número, lembrando que os pesos ou contribuições sempre serão potências exatas da base “2” .

A figura mostra potências de dois até 1024. Estes valores estarão sempre presentes nos nossos cálculos de conversão da base dois para a base dez.


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Continuando, como exemplo o número onze , seguimos com a identificação da ordem ou posição seguida do número na base dois e as respectivas contribuições ou pesos para cada posição.

1011 = 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 8, 4, 2 e 1 representam respectivamente as contribuições relativas às posições dos algarismos, que na base dois são o zero e o um. Na verdade, quando o algarismo for igual a zero, a contribuição será nula, mas quando este assumir “1” como valor, esta contribuição será uma potência exata de “2”. Na figura acima temos 8,4,2,1 como exemplos, porém dependendo da magnitude do número, haja a necessidade de se utilizar “16”, “32” ... “1024” etc.

Veja a seguir alguns exercícios resolvidos:

a) 7210

Resultado: 10010002

Retornando à base dez: 1x26 + 0x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 + = 7210


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b) 8610

Resultado:10101102

Retornando à base dez: 1x26 + 0x25 + 1x24 + 0x23 + 1x22 + 1x21 + 0x20 = 86

Abaixo será apresentada uma outra forma de conversão de números da base dez para base dois. Seja, por exemplo, o número 2810 Pergunta-se: Qual é a potência exata de dois mais próxima e menor que 28? Resposta:16 28-16=12 Pergunta-se: Qual é a potência exata de dois, menor ou igual e mais próxima de 12 ? Resposta: 8 12-8=4 Pergunta-se: Qual é a potência exata de dois menor ou igual e mais próxima de 4 ? Resposta:4

Compondo o número na base dois a partir das contribuições. Temos então 16, 8, e 4 para compor o número 28(16+8+4=28). Como a maior contribuição apresenta expoente igual a quatro (24 = 16), podemos concluir que


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o número escrito em binário apresenta cinco posições (começamos a contar as posições a partir de zero). 111002

Conversão da base “10” para base “8”

A base oito apresenta oito símbolos de zero a sete e freqüentemente é empregada nos endereçamentos dos pontos de entrada e saída dos controladores lógicos programáveis. O método utilizado para efetuar a mudança de base é o mesmo empregado anteriormente. Dado um número na base “10”, este será dividido sucessivamente por “8” até que o resto encontrado seja inferior a oito. Seja a passagem do número 12410 para a base “8”, lembrando que 12410 significa “cento e vinte e quatro, escrito na base dez” .

124

Resultado da operação originando as contribuições.

1 7 4 8

Retornando para a base 10: 1x82 + 7x81 + 4x80 = 12410

Seja a passagem do número 21010 para a base “8”

210

3 2 2 8

Retornando para a base 10: 3x82 + 2x81 + 2x80 + = 21010

8

8 15 4 7

1

8

8 26 2 2

3


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Conversão da base”8” para base “2”. Considerando o exemplo anterior 3228 , lembramos que na passagem da base oito para base dois, há de se converter separadamente, cada um dos algarismos que compõe o número em questão, como pode ser visto a seguir.

Passagem do número obtido para a base dez.

1x27 + 1x26 + 0x25 + 1x24 + 0x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 + = 21010

Seja o número 12810 passando para base oito, da base oito para base dois e em seguida retornando da base dois para base dez

3228

010 010 011

011010010 2

11010010 2

Valor obtido na base dois

zero a esquerda não apresenta valor

11010010 2

1x21 1x2

7 0x2

5 0x2

3

0x20 1x2

6 1x2

4 0x2

2

128 8

0 2

8 0 16


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Resultado obtido na base “8”= 200

Base dezesseis Comparando a base “16” com as outras bases estudadas, há de se destacar algarismos ainda não tão populares quanto os que são utilizados na base dez. Lembramos que quanto maior a base maior será também a quantidade de símbolos envolvidos e esta quantidade é exatamente igual ao valor da base. Tomando como exemplo uma comparação entre os símbolos da base “10” e da base “16”, concluímos a necessidade de acrescentarmos mais seis símbolos novos para compor os dezesseis símbolos existentes nesta base.

Símbolos ou algarismos presentes na base dezesseis: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Na tabela abaixo são apresentados os novos símbolos da base “16” e seus respectivos valores correspondentes na base “dez”

2008

000

000

010

Obs. : Símbolo e algarismo denotam o mesmo sentido.


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Conversão da base “10” para a base “16”. Seja o exemplo a seguir:

Seja o número 19610 que se deseja passar para base “16”

Retornando para a base dez: Cx161 + 4x160 = 12x16 + 4x1 = 19610 Conversão da base “16” para a base “2”. O método consiste na conversão individual de cada símbolo. Como o maior símbolo encontrado na base dezesseis é o F, que corresponde ao quinze da base dez, iremos reservar quatro bits para cada um dos algarismos da base em questão.

16

5 11

18110

O número onze corresponde ao símbolo B

Resultado B 516

Pergunta: Porque não 5 11 ?

Pergunta: Então por que não poderia ser 5 B ?

Resposta: Não existe o símbolo 11 na base dezesseis

Resposta: Todo e qualquer resultado obtido pelo método das divisões sucessivas, é invertido no final da operação.

19610 16

36

4 12

Resultado C 4 16


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Exemplo:

Convertendo o número encontrado na base “2” para a base “10” temos: 10111002 = 1x26 + 0x25 + 1x24 + 1x23 + 1x22 + 0x21 + 0x20 = 9210 Concluímos que ao se converter o número 5 C16 para a base dez encontrar-se-á o mesmo resultado “9210”, então temos que 5 C16 = 5x161 + Cx160 = 80 + 12 = 9210 Conclusão: Os resultados são idênticos.

O código BCD. Em determinados controladores lógicos existe a necessidade da aplicação do código BCD, que significa decimal codificado em binário. Este código se aplica sempre que for necessário exteriorizar um número binário para que este seja visualizado em display de sete segmentos ou então na programação de temporizadores e contadores. Em alguns tipos de controladores, portanto, existe uma diferença entre o código binário puro e simples e o código BCD. Exemplo: Seja o número 14210 . A estratégia utilizada para converter o número, consiste em efetuar a passagem de forma individual para cada algarismo em separado.

Zero a esquerda não apresenta valor.

0101 1100

Resultado 10111002

Seja o número 5 C16

14210

0010 0100

0001

Resultado 000101000010

0


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Outro exemplo: Seja o número 97510

Obs.: Se o número “975” for convertido para binário o resultado obtido não será o mesmo, pelo fato de se tratar de dois códigos de naturezas distintas, com objetivos de aplicação diferentes, embora ambos apresentem os mesmos símbolos para representá-los. A tabela abaixo mostra equivalência de valores em quatro bases diferentes e também no código BCD:

O Formato “Ladder” De Comunicação Homem /Máquina


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A tendência do mercado é tornar cada vez mais intuitiva a programação e a operação dos equipamentos inteligentes programáveis. Os controladores programáveis estão incluídos neste contexto e admitem este princípio desde o início da sua concepção. A opção pelo “Ladder” demonstra a intenção de adequar a linguagem de programação ao tipo de usuário. Na industria, a prática rotineira com os relés eletromecânicos inspirou os projetistas a desenvolver um tipo de formato que simulasse o mesmo ambiente que os eletricistas estavam acostumados a trabalhar, podendo então emular a realidade dos circuitos elétricos compostos pelos contatos e bobinas dos relés eletromecânicos. À partir desta idéia, o “Ladder” passou a ser o formato de comunicação mais bem aceito e popular do mercado, sendo adotado quase que pela totalidade dos fabricantes de controladores lógicos programáveis. O nome “Ladder” se originou baseado no fato de que os diagramas se pareciam com uma escada, que se traduz na língua inglesa pela palavra “Ladder”. OBS: Embora exista uma tendência de padronização, o “Ladder” não é considerado ainda um padrão; cada fabricante apresenta o seu “Ladder” particular, que são similares, mas não exatamente iguais. A seguir temos alguns exemplos de lógicas com seus circuitos equivalentes em “Ladder”:


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FUNÇÃO “OU”

OBS: Os contatos apresentados no diagrama “Ladder” são ditos do tipo normal abertos, pelo fato de estarem bloqueados no instante de normalidade, ou seja, quando nenhum

sinal do processo estiver energizando o endereço em questão. Alguns autores costumam denominar este tipo de contato de examine-on pelo fato de estarem verificando, permanentemente, a existência de energia que chega ao referido endereço.

saída S

>

=

1

A

B

entradas

(Simbologia para a porta lógica “OU”)

0 0 0

1 1 0

1 0 1

1 1 1

S B A

(Tabela Verdade da função “OU”) OBS: Considerando a tabela verdade

ao lado, concluímos que a saída só será verdadeira, se ao menos, uma das entradas for verdadeira.

B A

+

_

(Diagrama elétrico representando uma função “OU”)

L1

Para o diagrama “Ladder” abaixo, a forma de interpretar é basicamente a mesma, a diferença consiste em uma rotação de noventa graus no diagrama elétrico da figura ao lado. É bom lembrar que os pontos das entradas “A” e “B” são equivalentes a dois bits internos da memória do controlador programável e que os contatos “A” e “B” apenas permitirão a passagem de corrente para a bobina “S”, caso haja conteúdo verdadeiro (1) presente nos endereços “A” ou “B”, ou ainda, se houver conteúdo simultaneamente verdadeiros em ambos.

S _

( )

B

+

A

(Diagrama “Ladder” de uma função “OU”)

Veja no exemplo da figura acima que as duas chaves “A“ e “B“ tem como objetivo comum acionar a lâmpada “L1” e esta será ligada caso uma ou outra chave seja habilitada. Nos circuitos elétricos a função ou é caracterizada pelo paralelismo dos ramos.


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FUNÇÃO “E”

saída

A

B

S

&

(Simbologia para a porta lógica “E”)

Em função da tabela verdade ao lado , concluímos que a saída somente será verdadeira caso as duas entradas simultaneamente forem verdadeiras.

(Tabela Verdade da função “E”)

0 0 0

0 1 0

0 0 1

1 1 1

S B A

No circuito ao lado, a lâmpada h2 irá acender apenas quando as duas chaves(A e B) forem acionadas simultaneamente, caracterizando desta forma, a função “E”.

Obs:Lembramos que esse efeito apresentado pelo programa é uma simulação do diagrama elétrico correspondente.

No diagrama Ladder ao lado quando os conteúdos do endereço “A” e “B” forem simultaneamente iguais a “1” a linha estará permissiva para a passagem de corrente (imaginando que as extremidade do circuito estejam polarizadas), então para este caso, a bobina “S” será energizada.

(Diagrama elétrico representando a função “ E”)

_

A

B

h2

S _ +

( )

A B

+

_ _

B

(Diagrama ladder representando a função “ E”)


30

FUNÇÃO “ NÃO OU”

É a negação da função “OU”. Podemos observar na saída da porta lógica da figura 10, um minúsculo círculo que representa o inversor. A presença deste símbolo indica que tudo que for verdade para função “OU”, não será verdade para função “NÃO OU”. A tabela verdade da figura ao lado mostra a inversão do resultado.

O circuito elétrico da figura ao lado representa a função “NÃO OU”. As duas chaves em paralelo formam uma função do tipo “OU” que energiza a bobina do relé e, ao ser utilizado o contato fechado do relé, invertemos a função “OU”, dando origem a uma “NÃO OU”. Abaixo, à esquerda, o respectivo diagrama Ladder da função “NÃO OU”.

S’ A

B

+ S

( )

( ) S’

_

(Diagrama Ladder representando a função “ NÃO OU”)

h1

K1

B A

+

(Diagrama elétrico representando uma função “NÃO OU”)

K1

_


31

FUNÇÃO “ NÃO E”

Os endereços “A” e “B” da figura acima são as entradas da nossa função e correspondem respectivamente a dois bits internos na memória do controlador programável. As informações que vêm do processo chegam aos pontos de entrada física contidos nos módulos de entrada do controlador. Os dados recebidos são encaminhados para a memória, onde irão escrever zero ou um no endereço.

(Diagrama Ladder representando a função “NÃO E”)

A função “NÃO E” é a negação da função “E”. Tudo que for verdadeiro para função “E” não será verdadeiro para a função “NÃO E” .

entradas

&

(Simbologia para a porta lógica “NÃO E”)

A

S

B

saída

(Diagrama elétrico representando a função “NÃO E”)

_

A

B

fig.II.14

h2

K1

K1

1 0 0

1 1 0

1 0 1

0 1 1

S B A

(Tabela Verdade da função “NÃO E”)

_

S’ A B

+ S

( )

( ) S’

O diagrama “Ladder” à esquerda demonstra o conceito de link lógico que nos mostra uma ligação representada por S’. O fato de existir um contato normal fechado (examine off) com o mesmo endereço S’ determina a negação da função “AND” além de estabelecer a ligação lógica entre os dois pontos do circuito. O bit utilizado para este tipo de ligação normalmente não é um ponto real, não tem expressão no mundo físico, é portanto um bit interno que, dependendo do fabricante, poderá ser chamado de “flag”, bit auxiliar,etc.


32

>

=1

&

&

B A

S

0 0 0

1 1 0

1 0 1

0 1 1

S B A

(Representação da função “OU EXCLUSIVA” com portas lógicas)

FUNÇÃO “OU EXCLUSIVA”

A B (Diagrama LADDER representando a função “OU EXCLUSIVA”)

( )

S

B A

(Circuito elétrico representando a função “OU EXCLUSIVA”)

A tabela verdade abaixo mostra que a saída “S” somente será verdadeira caso as entradas “A” e “B” apresentem diferença no estado lógico ( falso verdadeiro ou verdadeiro falso)

O fato dos dois ramos estarem em paralelo, é suficiente para caracterizar o “OU lógico” entre os dois ramos do circuito, sendo que cada ramo representa uma função “E” com uma das entradas negada.

Os contatos K1 1-2 e K1 3-4 pertencem a bobina K1 e os contatos K2 1-2 e K2 3-4 pertencem a bobina K2. A lâmpada h1 representa a saída da função.

+

_

A

K2

K1

K2 1-2

K1 1-2

K2 3-4

K1 3-4

h1

B

(Saída “S”)


33

Exemplo de expressão lógica: S = [ (A+B).C + D.E ] . F

S

D E

B

C

A

F

( )

&

A

B

C

D

E

F

&

&

>

= 1

>

= 1

S


34

Unidade 3 - Programas comentados

Circuito de comutação

O circuito tem como objetivo comutar o acionamento das saídas O:2/0 e O:2/1 de forma que o acionamento de uma irá implicar no desligamento da outra e vice-versa. Isto ocorre em função do contato normal fechado das entradas I:1/0 e I:1/1 presentes nos ramos principais. Ao acionarmos I:1/0, a saída O:2/0 será ligada e esta será desligada quando acionarmos a entrada I:1/1 que também liga a saída O:2/1 .


35

Estruturas Retentivas

Botão Único p/ Ligar e Desligar

Em muitas situações de projeto torna-se necessária a retenção da informação de acionamento. Tocar um botão para acionar um dispositivo e manter este dispositivo acionado até que ocorra a necessidade de desligar. Existe uma instrução utilizada nos softwares de programação que é capaz de reter a informação (bobina liga) até que seja interessante desligar ( bobina desliga). Como exemplo, podemos citar os programas à esquerda, em que as duas estruturas são equivalentes. A instrução Latch escreve um no endereço, e a instrução Unlatch escreve zero.

No segundo instante, quando o botão é novamente pressionado, já existe em O:6/0 uma informação (conteúdo igual a 1), portanto, o contato aberto de endereço O:6/0 da linha três encontra-se permissivo e no instante em que I:1/0 receber conteúdo igual a um, a saída O:2/0 será desligada, no ato de soltar o botão , término do segundo pulso, o ponto O:6/0 será desligado e o programa retornará a condição inicial.

O programa tem como finalidade efetuar o acionamento e o desligamento de um ponto de saída utilizando para isso uma mesmo botão de entrada do tipo push-boton. No ato de pressionar o botão, a primeira linha do programa se faz permissiva, ligando a saída O:2/0, no ato de soltar o botão, já com O:2/0 ligada, a segunda linha de programa se faz permissiva, registrando a informação de que um pulso completo com borda de subida e descida já foi finalizado e que a saída O:2/0 já se encontra acionada.


36

Comando bimanual de Prensa

O objetivo do programa é fazer com que o operador acione uma prensa hidráulica mediante um comando bimanual. O operador tem que necessariamente utilizar as duas mãos para efetuar o acionamento, através de dois botões de comando, cujos endereços serão respectivamente I:1/0 e I:1/1. O ponto de saída O:2/0 será energizado, acionando o cilindro hidráulico da prensa. Os dois ramos em paralelo na entrada do temporizador T4:0 formam uma função lógica EX-OR, entretanto a saída O:2/0 somente será energizada caso os dois botões sejam pressionados com uma diferença de tempo mínima definido em 0,2 ms. Caso este tempo não seja respeitado, a saída de acionamento O:2/0 será bloqueada, impedindo a partida da prensa. Nesta situação será necessário efetuar o desbloqueio a parir do botão I:1/7.

O endereço O:2/2 está relacionado ao comando de retorno da prensa e este somente será acionado mediante o encontro do fim de curso de endereço I:1/5. O movimento de retorno somente será interrompido mediante o encontro do segundo fim de curso I:1/4, localizado na posição inicial da prensa. À partir deste instante a máquina voltará à sua posição inicial. Repare que a penúltima linha de programa é a que efetivamente aciona o avanço da prensa, através de O:2/0 e que para que seja acionado este ponto, a prensa deverá estar na posição correta (O:6/2 ligado), não deverá ter ocorrido nenhum problema com relação a diferença de tempo de acionamento entre um botão e outro (O:6/1 desligado), para garantir a segurança. Também não deverá ter chegado o fim de curso (I:1/5 ligado).


37

Acionamento em Sequência

Furadeira Elétrica

O objetivo do programa é desenvolver uma seqüência, de forma que apenas uma saída seja acionada sempre que a sua entrada correspondente receber uma transição. É importante ressaltar que o acionamento da saída seguinte irá implicar no desligamento da anterior; isso se explica pelo fato de existir, em série com o ramo principal de cada circuito, um contato normal fechado referente à saída seguinte. Cada entrada estará associada a uma saída correspondente e o acionamento de uma dada saída, implicará no desligamento da saída anterior, desenvolvendo uma seqüência cíclica. A seqüência poderá não ser respeitada caso o operador não siga uma mesma ordem de acionamento nos endereços I:1/0, I:1/1 e I:1/2. Por exemplo: caso o operador, após acionar I:1/0 venha a acionar I:1/2, o ciclo será interrompido.

O programa tem como objetivo comandar uma sequência automática de comando para uma furadeira. Os quatro estados da máquina são descritos na tabela ao lado onde o acionamento dos dispositivos de saída, os sensores e os respectivos estados são apresentados. A tabela serve como uma ferramenta de organização, disposta a orientar o desenvolvimento do programa. As colunas da tabela representam os estados.


38

Para cada estado representado na tabela temos um comportamento diferente de saídas e para cada combinação de saídas temos um bit de flag auxiliar (O:6/1, O:6/2, O:6/3, O:6/4). Estes bits, resultado de uma combinação de contatos, irão representar cada estado da máquina. O programa, na parte superior deste texto, à esquerda, mostra os acionamentos das saídas à partir de uma condição de entrada. Será necessário além da informação de entrada, estar no estado adequado para que haja a permissão de evolução.

Obs.: Todos os sensores envolvidos no projeto são sensíveis à transição, bastando apenas a passagem pelo sensor, para que uma mudança de estado seja percebida pela entrada do CLP.

O elemento de saída responsável pelo avanço do mandril é um cilindro pneumático de dupla ação que apresenta duas opções de velocidades (avanço rápido e avanço lento). A escolha do tipo de avanço será em função da posição do mandril. A quantidade de ar comprimido envolvida no deslocamento da haste do cilindro pneumático irá determinar a velocidade. Temos uma saída para cada alternativa de comando de velocidade totalizando dois pontos para esta finalidade. O sensor que determina o momento da troca do avanço rápido para lento,é o FCII. O recuo será acionado no término da operação, após a peça ser totalmente perfurada, quando o sensor FCIII for tocado. Ao término do recuo o sensor FCI será tocado, determinando o momento de desligar o motor da broca. A máquina neste momento fica aguardando um novo comando de start. O comando de reset tem como finalidade parar o avanço do mandril, ligando o recuo, mantendo assim a máquina no estado 4 e, em seguida, após ser atingido FCI, desligar o motor de rotação da broca.


39

Alarme de Primeira Falha

Anunciador de Alarmes

O objetivo do programa é registrar a primeira falha ocorrida em um dado processo. Suponha que existem três variáveis interdependentes que estejam sendo monitoradas. O fato de serem interdependentes sugere que a ocorrência de falha em uma das variáveis poderá ocasionar falha na segunda e terceira variável, provocando alarmes em cadeia. A idéia do programa é registrar somente a primeira variável a ser alarmada sem que as demais sejam registradas. No ramo principal de cada saída de alarme iremos encontrar contatos fechados das outras duas variáveis de forma que a primeira falha que entrar possa bloquear o alarme das outras duas.

O objetivo do programa é sinalizar através do endereço O:6/2 (sinal sonoro), a existência de uma falha. Quaisquer das três falhas poderá disparar o alarme sonoro, que será reconhecido pelo operador no instante que o endereço de entrada I:1/4 for energizado pelo botão de reconhecimento. A variável O:6/0 (bit interno) concentra um “ou” lógico entre as três falhas em questão e comunica esta condição a outros pontos do programa. O:6/1 é a variável que indica a presença do reconhecimento dado pelo operador no instante do alarme. Esta variável apresenta um contato normal fechado em série com o ramo principal de O:6/2 (sinal sonoro) com a finalidade de desligar o sinal sonoro. A variável O:6/1 permanecerá verdadeira até que todas as falhas sejam reparadas, então, o sistema irá retornar ao ponto de partida. As saídas O:2/1 , O:2/2 e O:2/3 são indicações luminosas das falhas ocorridas.


40

Temporizadores

Gerador de Pulsos

Acesso ao valor acumulado dos Temporizadores

Observação 1: O termo variável verdadeira, significa variável com conteúdo igual a “1”, caracterizando a energização do ponto em questão. Observação 2: Na ausência de falhas, os endereços dos contatos I:1/0 , I:1/1 , I:1/2 estão normalmente energizados e somente em caso de falha recebem conteúdo igual a “0” do processo. Esta estratégia facilita a identificação de um possível mal contato ou rompimento de cabo.

O programador que for utilizar a instrução temporizador, deverá escolher um endereço na área destinada a temporizadores e, à partir daí a instrução ficará aguardando as outras informações: a)Endereço; b)Valor de pré selecionado; c)Base de tempo.

Neste caso em particular a nossa base de tempo é fixa em 0,1s, mas dependendo do fabricante será necessário escolher uma base de tempo. No caso do TON e do TOF a linha habilitadora deverá estar permissiva para ser iniciado o incremento do valor acumulado, que irá evoluir em direção ao pré selecionado. Quando o valor de pré seleção for atingido, será energizado o bit DN, cujo endereço será T4:0/DN, conforme o exemplo. Este bit poderá ser utilizado para efetuar um dado acionamento.

O ciclo Liga/Desliga de O:2/0 se repete e o contato fechado em série com habilitadora de T4:0 irá proporcionar a sincronização entre os dois semi períodos.

O temporizador T4:0 no exemplo é o primeiro a partir, sendo incrementado o seu valor acumulado e atingindo o pré-selecionado, o bit DN é ligado dando um comando LIGA no endereço O:2/0. Após ligado, o seu contato irá habilitar o segundo temporizador, que irá contar o tempo de desligamento e, ao ser atingido o valor de pré- seleção, o contato T4:1/DN desligará o mesmo endereço O:2/0.


41

Acionamento por probabilidade

O exemplo ao lado mostra de que forma podemos ter acesso ao valor corrente da contagem de tempo, dentro da palavra do valor acumulado, bastando apenas utilizar a forma correta de escrever o endereço de cada bit da palavra em questão (T4:0.ACC/X) onde X é o endereço do bit escolhido. Observe que as quatro linhas de acionamento abaixo do temporizador estão codificadas de forma a se tornarem permissivas para valores determinados dentro da faixa de contagem de tempo.

O objetivo do programa é acionar duas bombas B1 e B2 de forma a dosar a probabilidade de acionamento para cada uma delas, criando um encontro entre o ato de acionamento e a janelas de tempo determinada pelos semi períodos gerados.. Essa aplicação se faz necessária quando para efeito de manutenção, houver a intenção de se poupar uma das bombas, acionando-se a bomba reserva apenas esporadicamente, evitando-se assim, problemas mecânicos por falta de uso. Os dois temporizadores tipo TON, T4:0 e T4:1 estão combinados de forma a originar a geração de um pulso de onda quadrada cujos semi períodos serão flexíveis de acordo com o tempo programado em cada temporizador. O endereço O:2/0 irá representar este pulso sendo ligado e desligado sistematicamente por cada um dos temporizadores.


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Contadores

Contadores UP/Down

Comparadores

Os contadores em particular se diferenciam dos temporizadores pelo fato do seu valor acumulado ser incrementado por eventos e não por tempo. Para que o valor acumulado de um contador seja incrementado, é necessário que ocorra uma transição na linha de habilitação, como, por exemplo, a abertura e o fechamento da chave I:1/0

Ao atingir o valor de referência da mesma forma que os temporizadores, o seu bit DN (C5:0/DN) será energizado, podendo efetuar um acionamento. O tipo de contagem poderá ser crescente ou decrescente conforme escolhido, entretanto, se o endereço é o mesmo o incremento ou o decremento irá ocorrer na mesma palavra, conforme o exemplo à esquerda. Observe que o contato I:1/0 servirá para escolher o tipo de contagem, ora habilitando crescente, ora decrescente. Os contadores precisam de uma instrução de reset para limpar o valor acumulado e, essa instrução deverá ser ligada ao contador através do seu endereço.

O bit O:2/0 irá seguir os tempos definidos pelos pré-selecionados de cada um dos temporizadores e será apresentado em série com o endereço I:1/0 (botão de Liga). Como podemos ver no programa, teremos para a primeira bomba (O:2/2 ) um contato aberto de O:2/0 e para a segunda bomba (O:2/4 ) um contato fechado de O:2/0, permitindo que somente uma delas seja ligada. A probabilidade de acionamento será dada pela razão entre os semi-períodos da onda quadrada gerada e essa proporção será determinada pelos valores pré-selecionados dos temporizadores. Em série com o ramo principal de cada estrutura teremos também o contato de reset e o próprio contato da saída de acionamento da bomba vizinha, este último, no sentido de proporcionar um intertravamento entre as bombas, evitando a ligação das duas ao mesmo tempo.


43

As instruções de comparação apresentam uma grande variedade de aplicações dentro das lógicas de controle e acionamentos. Os comparadores podem ser utilizados de forma a criar janelas de tempo ou na criação de alarmes para as variáveis utilizadas nos nossos processos. Os exemplos à esquerda mostram seis diferentes tipos de instruções de comparação. Vamos encontrar sempre um campo para variável fonte e esta será comparada com uma referência, que pode ser uma variável ou uma constante, dependendo do tipo de solução pretendida. Temos o caso do bloco “testa limites”, que apresenta duas referências de comparação, o limite baixo e o limite alto, sendo a variável de teste comparada com estas duas referências e, caso esteja entre os limites, o endereço de saída será acionado. Uma aplicação interessante para os comparadores são as chamadas janelas de tempo onde, à partir de períodos pré-estabelecidos e de comparadores, são acionados pontos de saídas para dadas funções de automatismo. Um exemplo típico são os semáforos onde cada lâmpada é acionada em um dado intervalo de tempo dentro de uma sequência pré- determinada. Os alarmes de alto, muito alto, baixo e muito baixo, para variáveis de processo a serem controladas, irão constituir outras opões de aplicações. A instrução poderá ser aplicada também em controle On/Off para variáveis de processo onde a ação de ligar e desligar uma dada carga será proveniente do resultado lógico de uma operação de comparação.


44

GRAFCET

Grafcet : É um processo gráfico de controle composto por estados e transições (Graf C E T). As iniciais entre parênteses mostram que é um processo gráfico de controle composto de estados e transições. Muitos autores se referem ao grafcet como uma linguagem, mas na verdade é uma metodologia que organiza de forma muito eficaz as informações para que possamos desenvolver o programa. Uma grande vantagem da programação que utiliza o Grafcet é a estruturação do programa que facilita o diagnóstico da manutenção quando a máquina para de funcionar. Esta parada ocorre porque a evolução fica paralisada em um determinado estado, o que caracteriza a não ocorrência de uma transição verdadeira. Visto isto, basta analisar as condições que compõem a transição para solucionar o problema. O Grafcet permite então que um sensor ou um atuador com defeito seja facilmente localizado com rapidez. Tabela de estados: A tabela de estados é uma ferramenta didática que auxilia no desenvolvimento do programa, permitindo a visualização das variáveis de estado (entradas e saídas) e da evolução da máquina ao longo dos seus diversos estados. Consideraremos como exemplo a tabela abaixo. Obs : A tabela de estados originalmente não faz parte do Grafcet, ela é simplesmente um recurso didático desenvolvido para facilitar o entendimento da metodologia. Máquina: Chamamos de máquina a um conjunto de estados separados por transições. Na verdade, a máquina é a situação problema que deverá ser resolvida. Estado : Corresponde ao momento da decisão, é o instante em que uma ou mais decisões são tomadas pelo controlador, normalmente essas decisões ocorrem precedidas por informações, provenientes de elementos sensores ou do próprio tempo; essas informações são denominadas de transições. Transição : A transição é a condição lógica existente entre um estado e outro e, quando verdadeira, promove uma evolução de estado, permitindo a passagem de um estado para outro estado.

As decisões tomadas em um dado estado particular da máquina podem servir para particularizar este estado. Eu estou no estado em que as saídas A e B estão acionadas e que a saídas C está desligada. Este comportamento pode particularizar o estado em que a nossa máquina se encontra e uma lógica entre os pontos A, B e C pode ser desenvolvida para criar um bit auxiliar que represente o estado.


45

TABELA DE ESTADOS

Ao analisarmos uma situação problema, em um primeiro momento estaremos separando as variáveis de entrada das variáveis de saída. Na tabela à esquerda, todas as variáveis de saída estão situadas em uma coluna reservada. A tabela separa a máquina em estados e, para cada estado, mostra a situação de cada ponto de saída.

As entradas irão compor as nossas condições de transição, permitindo a passagem de estado.

A tabela de estados é um recurso didático de introdução ao GRAFCET, facilitando o entendimento da metodologia em questão. O recurso nos permite uma visão plana da situação problema, onde é possível separar os diversos passos da máquina, analisando o comportamento dos pontos de saída entre cada passo. É necessário que a condição de transição seja verdadeira para que haja evolução de um estado para outro e então sejam modificados os pontos de saída. Os pontos de saída representam as decisões da máquina e as transições alimentam o programa de informação, para que novas decisões sejam tomadas. As entradas I1:1/0, I1:1/1, I1:1/2, representam os sensores que vão enviar informação para nossa máquina evoluir de um estado para outro. Neste exemplo, cada transição é apenas um único ponto de entrada, porém, em determinados casos, pode ser composta por uma expressão lógica agregando vários pontos. Tomamos como exemplo comparativo um indivíduo que vai decidir ligar um ventilador. Ele vai receber a informação de temperatura através da pele que representa uma entrada do elemento sensor, mas os seus olhos tambem recebem outras informações do ambiente, caso por exemplo, tenha papéis sobre a mesa, não seria uma boa ideia ligar um ventilador. Então ele precisa de mais de uma informação para decidir. Caso não tenha papéis sobre a a mesa e esteja calor, então liga ventilador. Este exemplo mostra duas informações de entrada em lógica AND para permitir a decisão de ligar o ventilador. Para desenvolver um programa em ”ladder”, considerando a metodologia do ”Grafcet”, teremos que respeitar alguns princípios básicos que determinam a consistência do método. Em uma primeira análise, para se passar de um estado para o outro é necessário cumprir a condição de transição e, além desta condição, será imperativo estar no estado anterior previsto na organização da máquina. Temos então uma condição “E”, estar no estado anterior e ao mesmo tempo cumprir a exigência da transição necessária à passagem de estado.


46

DIAGRAMA DE ESTADOS E TRANSIÇÕES

Consideraremos os seguintes endereços de saída: O:2/0, O:2/1, O:2/2. Teremos que caracterizar o estado em que se encontra a nossa máquina, daí então, de acordo com o estado das saídas, montaremos uma linha lógica compatível. Com uma saída auxiliar iremos representar o estado em questão. Exemplo: No estado zero todas as saídas estão em zero. A linha lógica contendo os endereços de saída será verdadeira apenas para este estado. Observe que os contatos são do tipo normal fechado, exatamente porque as saídas estão em zero, portanto, o endereço O:6/0 representa o estado zero. A estratégia de se utilizar as saídas latch e unlatch se destina a manter registrada a informação do estado atual, até que a máquina assuma o estado seguinte, quando a informação

passada deixa de existir, sendo desligada, dando lugar a nova informação atual de estado, então a cada passagem de estado o bit atual será setado e o antigo será resetado. O bit que representa o estado estará sempre em série com a condição de transição e, esta condição poderá ser um evento, um conjunto de eventos ou um período de tempo,que poderão estar associados ou não. Citamos como exemplo a máquina de lavar roupas que, na mudança de um estado para outro podemos ter uma informação de nível de de água representada por um sensor, ou simplesmente um intervalo de tempo para executar o batimento da roupa ou para executar a centrifugação.


47

A máquina de estados descrita na tabela abaixo mostra que na passagem do estado 0 para o estado 1 as saídas O:2/0 e O:2/2 são acionadas e a condição de transição responsável por essa passagem é a entrada I1:1/0.

Na passagem do estado um para o estado 2 a saída O:2/1 será acionada e a saída O:2/2 será desligada e a entrada responsável por essa passagem é a I1:1/1. Baseado na tabela temos a entrada a I1:1/1 executando uma dupla missão, acionando O:2/1 e desligando O:2/2 ,porque encontra-se no ramo principal do diagrama ladder, na última linha de programa. Na passagem do estado 2 para o estado zero, serão desligadas por I1:1/2 as duas saídas presentes no estado 2, O:2/0 e O:2/1.

Lembrar que o diagrama ladder escrito ao lado é um resultado obtido do estudo realizado através do diagrama de estados e da tabela de estados. Ambos nos permitem obter uma visão bastante analítica da situação problema e, após a analise, escrever o programa passa a ser apenas uma consequencia do estudo realizado. Observe que as duas partes do programa são de relativa importância. A geração dos contatos auxiliares permite definir os estados ao longo da evolução da máquina.

Os contatos auxiliares marcadores dos estados são de importância estratégica, não só para execução do programa em ladder, mas também para outras informações importantes na geração de diagnósticos para apoio à manutenção.


48

Situações Práticas de Automatismo: Portão de garagem:

O programa tem como objetivo criar uma lógica capaz de comandar a abertura e o fechamento de um portão de garagem, levando em consideração que em qualquer instante poderá parar a abertura ou o fechamento do portão. Conforme mostra a figura à esquerda, temos um painel onde são encontrados os botões de comando de abertura, fechamento e parada do portão. Entradas: Open – I:1/0 Close – I:1/1 Stop – I:1/2 (Chave normalmente enviando energia para o contato) LS1 – I:1/3 (Sensor normalmente enviando energia para o contato) LS2 – I:1/4 Saídas: MOTOR-UP - O:2/0 MOTOR-DOWN - O:2/1

Funcionamento do Programa: As saídas O:2/0 e O:2/1 irão respectivamente abrir ou fechar o portão. Estas saídas apresentam em ambos os casos os seus contatos de selo que irão mantê-las ligadas enquanto a chave limite de curso não abrir o ramo principal do circuito. Observe que o botão de Stop é normalmente energizado e só deixa de enviar energia para o contato quando for acionado, por isso trabalhamos com um contato normal aberto, o mesmo ocorre para o LS1-I:1/3 e LS2-I:1/4. Poderíamos implementar mais uma funcionalidade no circuito no sentido de intertravar a abertura com o fechamento do portão, bastando utilizar um contato fechado de cada endereço de saída com o ramo principal da outra saída e vice-versa.


49

Sistema de Transporte com Silo:

Endereço Descrição

I:1/00 Botão de partida

I:1/01 Botão de parada

I:1/03 Sensor de posição

I:1/04 Sensor de nível

O:2/00 Motor

O:2/01 Solenóide

O:2/02 Lâmpada de sinalização



Processo em Batelada

Endereço

I:1/00

O processo representado pela figura acima tem como finalidade preencher o nível do reservatório que se desloca pela esteira de forma contínua. Quando o reservatório encontra o sensor I:1/03 o motor da esteira é desligado, mantendo o reservatório na posição correta, pronto para ser abastecido e, nesse mesmo instante a solenóide é acionada. O sensor de nível percebe o instante exato em que o reservatório está cheio e desligar a solenóide, sendo acionado neste mesmo instante o motor que desloca o reservatório, mesmo ele estando sobre o sensor de posição. As linhas 1, 2 e 3 do programa garantem o acionamento do motor mesmo, estando o reservatório sobre o sensor de posição. Isso só se torna possível mediante a memorização de estados realizada pelos flags (O:6/0 e O:6/1). A primeira linha do programa é responsável por ligar e desligar o motor e a última linha de programa por ligar e desligar a solenóide.


50

Processo em Batelada:

Equipamento/Sensor Endereço Descrição

PUMP 1 O:2/01 Bomba para entrada de produto

PUMP 2 O:2/02 Bomba para entrada de produto

PUMP 3 O:2/03 Bomba para saída de produto

FLOWMETER 1 I:1/05 Medidor de Vazão de entrada 1

FLOWMETER 2 I:1/06 Medidor de Vazão de entrada 2

FLOWMETER 3 I:1/07 Medidor de Vazão de saída

MIXER O:2/00 Misturador

HEATER O:2/04 Fonte de aquecimento do produto

HI LEVEL I:1/04 Sensor de Nível Alto

LO LEVEL I:1/03 Sensor de Nível Baixo

THERMOSTAT I:1/02 Termostato

START I:1/00 Botão de partida

STOP I:1/01 Botão de parada

ENTRADA BCD I:3 Entrada de valor em BCD(binário codificado em decimal)

SAÍDA BCD O:4 Saída de valor em BCD (binário codificado em decimal)

ENTER I:1/08 Botão de entrada discreta

CHAVE DE SELEÇÃO

I:1/09/10/11 Chave seletora três variáveis discretas


51

O objetivo do programa é partir do estado 1, após o acionamento da chave I:1/0, migrando para o estado 2, quando temos o acionamento da bomba O:2/1; em seguida um temporizador é acionado iniciando a contagem de tempo e, após o tempo decorrido de três segundos, a bomba O:2/2 é ligada; ao ser atingido o nível alto, as bombas são desligadas e então se inicia o processo de aquecimento e batimento dos produtos. Ao ser atingida a temperatura de referência de 32 graus, o aquecimento e o batimento cessarão, iniciando então a descarga, até que seja atingido o nível baixo; quando isto ocorrer a máquina irá migrar para o estado 2, repetindo-se Novamente a sequência de etapas.


52

Análise do Programa:

O programa à esquerda é quem vai executar os passos que foram definidos na tabela de estados vista na página anterior. Considere que nós estamos migrando do estado 1 para o 2, constatamos que o auxiliar O:6/0 é quem representa estado 1 e estará presente em série com I:1/0 para permitir entrada estado 2. Observe também no ramo principal da estrutura que existem três contatos, todos com a finalidade de efetuar a abertura de selo, o contato I:1/1 representa a chave de emergência (Stop), que se encontra presente em todos os ramos principais de todas as estruturas de acionamento. O contato de selo realimentando a informação da saída para a entrada é outra estratégia que se repete ao longo das lógicas de acionamento. O temporizador T4:0 é habilitado assim que a primeira bomba de admissão entrar e após o tempo de 3 segundos, sairá a primeira, entrando

a segunda bomba. Após o enchimento do tanque o sensor I:1/4 desativa a segunda bomba e aciona o aquecimento juntamente com o misturador, até que a temperatura atinja os 32 graus; neste instante o sensor I:1/2 aciona a bomba de descarga O:2/3. O produto é descarregado até que seja atingido nível baixo; à partir de então o processo retorna ao estado 1, sendo repetida automaticamente toda a sequência de acionamentos. Os bits auxiliares (marcadores de estados) são gerados a partir da lógica de combinação de contatos nas últimas cinco linhas de programa.


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Aplicação dos Comparadores Semáforos

O problema consiste em se desenvolver um programa para comandar o funcionamento de um semáforo, conforme mostra a figura à esquerda. Consideremos que para cada um dos sinais luminosos teremos um endereço correspondente, conforme figura. Partindo de um primeiro estado em que apenas a saída O:2/2(verde) será acionada, permanecendo assim durante um período de 50 segundos, após esse tempo a saída O:2/1 (amarelo) será acionada, com o objetivo de avisar a proximidade da troca do verde pelo vermelho. A saída O:2/1 (amarelo), permanecerá durante um período de 10 segundos e em seguida O:2/0 (vermelho) será ligada. O mesmo raciocínio será aplicado às saídas O:2/6(verde), O:2/1 (amarelo) e O:2/4 (vermelho), considerando-se os mesmos tempos.

A tabela à esquerda nos ajuda a organizar o raciocínio utilizando-se as técnicas do GRAFCET. Consideramos que as informações que irão promover a migração de um estado para outro, será simplesmente o período de tempo de permanência de cada uma das saídas conforme descrito acima. As siglas utilizadas com terminação (.P) e (.S) serão para identificar semáforo principal e secundário. O programa abaixo irá utilizar o comparador de limites, que se aplica ao teste de uma faixa de tempo e o comparador tradicional (=), que simplesmente compara o valor do contador a uma referência de tempo.


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O gerador de pulsos associado ao contador será utilizado para gerar os tempos que serão utilizados no decorrer dos acionamentos dos seis endereços apresentados no programa. O temporizador com o contato fechado em série com a linha habilitadora, nos permite criar uma base de tempo fixa de 10 segundos que irá incrementar o contador. Os dez segundos de tempo foram pensados em função do período de tempo em que a lâmpada amarela permanecerá acionada, sendo este tempo, o menor de todos os outros tempos. Baseado nesse fato, forçaremos os dois outros tempos a ser um multiplo desse período, verde (50seg.) e vermelho (60seg.). Os 50 segundos do verde, serão correspondentes à cinco vezes o período do amarelo e o vermelho seis vezes.

Vamos iniciar o nosso ciclo de comparações direcionado para o verde principal(O:2/2), que irá permanecer 50 segundos ativo (5 pulsos). Após o verde principal, o próximo será o amarelo principal (O:2/1) permanecendo ativo apenas um único pulso (10seg.), logo em seguida o vermelho principal (O:2/0) permanecendo 60 segundos e encerrando seis pulsos, do sete ao doze, incluindo os limites. O mesmo procedimento será utilizado para os pontos referentes ao semáforo secundário, de forma a efetuar o acionamento sempre em um range de tempo correspondente à sua permanência de ativação.

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Controladores Lógicos Programáveis · Motores Válvulas ... existem recursos do fabricante contemplando a utilização de softwares, ... quantos intertravamentos deverão ser realizados