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relatório de automação industrial com conceitos teóricos sobre CLP e resolução de exercício prático realizado no laboratório
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Relatório da Aula Prática de Comandos elétricos apresentado para avaliação da Disciplina de Automação industrial do 10º semestre do Curso de Engenharia Mecânica da Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba sob orientação do Prof. Marcelo Eurípedes
1.0 Objetivo
Este trabalho tem o objetivo de apresentar os principais conceitos referentes a controladores lógicos programáveis e descrever a montagem e funcionamento dos circuitos montados no laboratório de motores.
2.0 Fundamentos teóricos
2.1 – Controladores lógicos programáveis
Segundo Franchi (2008) pode-se considerar os controladores lógicos programáveis (CLP), um computador projetado para trabalhar no ambiente industrial. Um controlador lógico programável é definido pelo IEC ( International Electrotechnical Commission) como:
“Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções específicas, tais como lógica, sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar , através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas.”
O CLP pode ser visto como um equipamento eletrônico de processamento que possui uma interface amigável com o usuário que tem como função executar o controle de vários tipos e níveis de complexidade (FRANCHI, 2008). Sua aplicação abrange desde processos de fabricação industrial até qualquer processo que envolva transformação de matéria-prima.
2.3 – Utilização dos CLPs
Sua aplicação abrange desde processos de fabricação industrial até qualquer processo que envolva transformação de matéria-prima. De acordo com Franchi (2008) todos os sistemas de controle (figura 1) podem ser divididos em três partes com funções bem definidas: os transdutores (sensores), os controladores e os atuadores.
Sensores/transdutores : dispositivo que converte uma condição física em um sinal elétrico para ser utilizado pelo CLP (botão, sensor); Atuadores : converte o sinal elétrico proveniente do CLP em uma condição física, normalmente ligando ou desligando um elemento (motores elétricos, cilindros). Controladores : de acordo com os estados de suas entradas, o controlador utiliza um programa de controle para calcular os estados das suas saídas. Alguns controladores mostram o estado do processo em uma tela ou display.
Figura 1: Representação dos sistemas de controle Fonte: Franchi, 2008, p.
O controlador monitora o status do processo em tempo real de uma planta através de um número definido de transdutores, que convertem as grandezas físicas em sinais elétricos, os quais são conectados com as entradas dos CLPs.
2.4 Princípio de funcionamento
Os CLPs são projetados e construídos para operarem em ambientes severos e, portanto devem resistir a altas temperaturas, ruídos elétricos, ambientes úmidos. Os primeiros controladores lógicos programáveis tinham como função básica substituir os relés utilizados na indústria e realizar somente operações sequenciais. Segundo Franchi (2008, p. 31), um controlador lógico programável pode ser dividido em duas partes (figura 2): Uma unidade central de processamento; Sistemas de interface de entrada/saída.
Figura 2: Diagrama de blocos de um controlador lógico programável Fonte: Franchi, 2008, p.
A Unidade Central de Processamento (UCP) é responsável pelo processamento do programa e comanda todas as atividades do CLP. A UCP é formada por: Processador; Sistemas de memórias; Fonte de alimentação.
Em cada etapa o CLP realiza as tarefas descritas abaixo.
Início: Verifica o funcionamento da C.P.U, memórias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existência de um programa de usuário, emite aviso de erro em caso de falha. Desativa todas as saídas. Verifica o estado das entradas: Lê cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo é chamado de ciclo de varredura. Compara com o programa do usuário: Através das instruções do usuário sobre qual ação tomar em caso de acionamento das entradas o CLP atualiza a memória imagem das saídas. Atualiza as saídas: As saídas são acionadas ou desativadas conforme a determinação da CPU. Um novo ciclo é iniciado.
Figura 4: Ciclo de varredura Fonte: Sales, 2008, p.
2.5 Linguagens de programação
Franchi (2008, p. 95), define linguagem de programação como “conjunto padronizado de instruções que o sistema operacional é capaz de reconhecer”. Para uniformizar as várias metodologias de programação dos CLPs, a norma IEC 61131-3 definiu sintática e semanticamente cinco linguagens de programação: Diagrama de blocos de funções (FBD- Function Block Diagram ); Linguagem Ladder (LD- Ladder Diagram ); Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC- System Function Chart ); Lista de Instruções (IL- Instruction List ); Texto Estruturado (ST- Structured Text ).
2.5.1 Linguagem Ladder
A linguagem Ladder, ou diagrama de contatos, foi a primeira a surgir, pois se assemelhava muito aos diagramas elétricos (ver figura 5), facilitando assim o entendimentos dos técnicos e engenheiros da época (SALES, 2008).
Figura 5: Exemplo de um programa em Ladder utilizado para partida com reversão. Fonte: Sales, 2008, p.
Figura 7: Controle de duas portas com chave de segurança Fonte: Sales, 2008, p.
2.5.5 Diagrama de blocos de funções
É uma das linguagens gráficas de programação, cujo elementos são expressos por blocos interligados, semelhantes ao utilizados em eletrônica digital (FRANCHI, 2008). Segundo Siemens (2006, p.65), “um bloco é uma função, que converte as informações de entrada em informações de saída”. Os blocos mais simples são as funções lógicas (função inversora (NOT), função E (AND), função OU (OR), etc.). Há também as funções especiais como:
Relé de impulso de corrente Contador crescente/decrescente Retardamento de ligação Softkey
Na figura 8 é mostrada uma indicação de display típica do LOGO! (modelo CLP da Siemens).
Figura 8: Representação de bloco no display LOGO! Fonte: Siemens, 2006, p.
Sempre que insere um bloco num programa de comutação, o LOGO! atribui a este bloco um número de bloco (figura 9).
Figura 9: número de blocos Fonte: Siemens, 2006, p.
Figura 12: Representação Bloco AND Fonte: Siemens, 2006, p.
Os botões S1 e S2 ligados em paralelo. A conexão em paralelo representa ou corresponde a um bloco OR (figura13).
Figura 13: Representação Bloco OR Fonte: Siemens, 2006, p.
Os interruptores S1 a S3 devem ser ligados aos terminais roscados do LOGO! : S1 ao borne I1 do LOGO! S2 ao borne I2 do LOGO! S3 ao borne I3 do LOGO! A saída do bloco AND comanda o relé na saída Q1. Na saída Q1 está ligado o consumidor E1. A figura 14 representa as ligações.
Figura 14: Ligação dos componentes no CLP Fonte: Siemens, 2006, p.
O LOGO! Divide os elementos em relações. Essas relações são:
↓Co: Lista dos bornes (Connector) ↓GF: Lista das funções básicas AND, OR, etc. ↓SF: Lista das funções especiais ↓BN: Lista dos blocos já prontos e reutilizáveis no circuito
Constantes e bornes (engl. Connectors = Co) designam as entradas, saídas, marcadores e nível de tensão (constantes). As entradas digitais (Figura 15) são caracterizadas por um I. Os números das entradas digitais (I1, I2, ...) corresponde ao numero dos bornes nas entradas. As saídas digitais são assinaladas com um Q. Os números das saídas(Q1, Q2 ...Q16) correspondem aos bornes de saída.
Figura 15: Entradas e saídas Fonte: Siemens, 2006, p.
A lista de funções GF são funções lógicas simples de Álgebra booleana.A figura 16 representa os principais blocos para as funções básicas da lista GF.
As funções especiais (lista SF) diferenciam-se à primeira vista das funções básicas devido às designações diferentes das suas entradas. As funções especiais contêm funções de tempo, remanência e diferentes possibilidades de parametrização para a adaptação do programa de comutação às necessidades individuais. Alguns blocos de funções especiais são mostrados na figura 17.
Figura 17: Exemplo de blocos Lista SF Fonte: Siemens, 2006, p.
Disjuntores Relé Botoeira pulsadora Contatores Motor trifásico CLP Siemens LOGO! 12/24 RC
Primeiro deve-se fazer a ligação elétrica do comando conforme figura 18.
Figura 18: Ligações elétricas de comando e potência com CLP LOGO! 24RL
