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Step 5 Básico
Tipologia: Notas de estudo
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Nesse capítulo iniciaremos alguns conceitos de fundamental importância na programação de PLCs assim como os métodos básicos de funcionamento do Simatic S5 e do software STEP5.
Os comandos podem ser classificados em dois tipos: PROGRAMADOS POR FIAÇÃO (convencionais) e PROGRAMADOS POR MEMÓRIA. Um comando com contatores ou reles é do tipo convencional, enquanto que um comando com controlador programável, ex. o S595U, como o próprio nome diz, é do tipo programado por memória.
Através de conexões entre elementos individuais - como os contatos de emissores, bobinas de válvulas solenóides, etc. - determina-se qual o programa a ser executado pelo sistema. A figura mostra um circuito série de botões de comando, chave fim-de- curso devem ser acionados para que a válvula seja energizada.
Uma alteração no “programa”, significa uma alteração na fiação do sistema, isto é, um comando convencional somente pode ser montado depois de conhecido o seu “programa”.
Em um comando programado por memória, a configuração do aparelho e a fiação são independentes do programa desejado, o que permite o uso de equipamentos padronizados. Assim, por exemplo, os contatos emissores de sinal e as bobinas de atuação, localizadas na máquina de processamento são ligados diretamente aos terminais do aparelho. O programa a ser processado é introduzido na memória de programa através de um terminal de programação (TP). Nesse programa determina-se em que seqüência devem ser verificados os contatos dos emissores de sinal, de acordo com quais regras de associação (E, OU) os mesmos serão associados e de que maneira os resultados serão transferidos às saídas, isto é, quando e como serão energizadas ou desenergizadas as bobinas de atuação.
No caso de uma alteração no programa, será alterado somente o conteúdo da memória do programa e não a fiação.
Um comando programado por memória é constituído de um controlador programável, emissores de sinal e elementos operadores ou lâmpadas. O controlador programável é constituído, como já vimos, basicamente de uma UCP com processador, memória de programa, os módulos de entrada e saída e um módulo fonte de alimentação.
A tensão proveniente dos emissores de sinal é ligada aos terminais dos MÓDULOS DE ENTRADA (entradas do controlador programável). Na UCP é processado o programa existente na memória, e é verificado se as entradas individuais do controlador estão sob tensão ou sem tensão. Dependendo deste estado nas entradas e do programa existente na memória, a UCP instrui o MÓDULO DE SAÍDA para que aplique tensão ou não aos terminais correspondentes. Dependendo da existência ou não existência de tensão nos terminais dos módulos de saída do controlador programável, são energizados ou desenergizados os ELEMENTOS OPERADORES ou LÂMPADAS.
No MÓDULO FONTE DE ALIMENTAÇÃO é obtida, a partir da tensão da rede, tensão necessária para os módulos eletrônicos do controlador programável. O valor desta tensão é de 5,0Vcc. A tensão para os emissores de sinal, elementos operadores e lâmpadas, que se encontra muito acima de 5,0Vcc (24Vcc a 220Vcc), é fornecida por fontes de alimentação externas ou transformadores de comando.
No item anterior foi descrito que a UCP do controlador programável verifica nas entradas os dois estados “existência de tensão” e “inexistência de tensão”, e que os elementos operadores a ele conectados são energizados ou desenergizados dependendo do estado de tensão das saídas.
Em ambos os casos trata-se de estados bem distintos entre si, para os quais a técnica de controles eletrônicos utiliza as seguintes definições:
NÍVEL LÓGICO “0” corresponde à inexistência de tensão - DESENERGIZADO.
NÍVEL LÓGICO “1” corresponde à existência de tensão - ENERGIZADO.
Estes dois níveis lógicos são os dois valores que podem ser assumidos por um SINAL BINÁRIO (= sinal com dois valores possíveis). O conceito de sinal binário é utilizado não somente para a descrição dos níveis lógicos das entradas e saídas, mas também para a descrição da posição dos elementos que participam no processamento de sinais dentro do controlador programável.
Na literatura de língua inglesa é comum a utilização da palavra “bit” (binary digit) como menor unidade da técnica de informações, termo esse também utilizado em português.
Nas páginas anteriores foi descrito que é feita uma verificação na entrada quanto ao nível lógico de sinal - de acordo com o programa a existência ou inexistência de tensão. É irrelevante o fato de o contato utilizado ser normalmente fechado ou normalmente aberto.
Depois de nos ocuparmos dos níveis lógicos e da programação de contatos normalmente fechados e normalmente abertos, devemos efetuar a conexão dos emissores de sinal com as entradas, e das saídas do controlador programável com os elementos operadores e lâmpadas.
Estas entradas e saídas não são designadas seqüencialmente, como se faz normalmente em terminais, mas sim com os símbolos de operandos, por ex. “I” para uma entrada ou “Q” para uma saída e o parâmetro 0.4, 1.2 ou 4.7 , etc. O parâmetro é uma combinação de endereço do byte (0, 1 ou 4) com o endereço do bit (.4, .2 ou .7). Isto será visto com mais detalhes na página seguinte.
Discutiremos inicialmente os conceitos de bit, e byte.
O bit é a unidade para uma posição binária ou um símbolo binário. Ele somente pode assumir os valores “0” e “1” (DIN 44300). Diversos símbolos binários reunidos em uma unidade maior constituem um byte ou uma palavra. Neste caso o número de bits é idêntico ao número de posições binárias da unidade em questão
Para uma unidade com 8 símbolos binários foi introduzido o conceito de byte (pronuncia-se bait). Pode-se dizer também que um byte tem um comprimento de 8 bits. Em um controlador programável, por exemplo, os níveis lógicos de 8 entradas ou de 8 saídas são reunidos em um “byte de entrada”, ou “byte de saída” e freqüentemente processados em conjunto no controlador programável. Cada posição binária individual de um byte pode assumir o valor “0” ou “1”.
A cada bit de um byte é dado um número, o endereço do bit. O bit da extrema direita tem o endereço de bit “0” e o da extrema esquerda tem o endereço “7”.
A base de qualquer representação de um programa é a “tarefa de comando” através da qual são descritas as funções, e a partir da qual é desenvolvido um programa.
Uma tarefa de comando apresentada através de um esquema elétrico pode ser convertido facilmente, através da linguagem de programação STEP 5, em um programa na forma de Diagrama de Contratos (LAD), Diagrama de Blocos Funcionais (CSF) ou Lista de Instruções (STL).
OBS. LAD- Ladder Diagram CSF – Control System Flowchart STL – Statment List
A figura mostra uma parte do esquema elétrico de um comando convencional, que deve ser convertido em um programa correspondente. Antes da programação propriamente dita, deve-se fazer corresponder aos contatos individuais dos emissores, como por exemplo, botões de operação e chaves limite, as entradas do controlador utilizadas, e as bobinas dos contatores, as saídas do controlador ( nas figuras, I 33.0 ... I 33.3 e Q 32.0 ...Q 32.2).
O Diagrama de Contatos - LAD - é a representação da tarefa de automação com símbolos usuais nos EUA. Ele tem certas semelhanças com o esquema elétrico; entretanto, para facilitar a representação em uma tela, os circuitos individuais de corrente são dispostos na posição horizontal, e não na vertical. Infelizmente, na interpretação dos símbolos, fala-se ainda de maneira inadequada em contatos normalmente fechados e contatos normalmente abertos e não na verificação de nível lógico “1” ou “0”.
O Diagrama de Blocos Funcionais - CSF - é a representação da tarefa de automação com símbolos de acordo com as normas DIN 40700 e DIN 40719. Cada função é representada por um símbolo. À esquerda do símbolo são dispostas as entradas, e a direita, as saídas da função.
A Lista de Instruções - STL - com a qual podem ser programados todas as funções, representa a tarefa de automação através de abreviações mnemônicas.
Convém notar que o programa é armazenado no controlador programável sempre em linguagem de máquina MC5, quer o programa tenha sido programado na forma de representação STL, LAD ou CSF.
Para o processamento através de um controlador programável, a tarefa de comando é dividida em instruções de comando individuais. Uma instrução de comando é a menor unidade independente deste programa. Ela representa a instrução de trabalho para a UCP e corresponde ao formato STL. Cada instrução de controle é introduzida em uma célula de memória. As instruções individuais são processadas pela UCP do controlador programável de forma seqüencial. Após o processamento da última instrução que se encontra na memória, a UCP começa novamente com a primeira instrução. Visto que o processamento das instruções se repete continuamente, usa-se o termo PROCESSAMENTO CÍCLICO. O tempo que o nosso aparelho necessita para o processamento de todas as instruções de um programa é denominado TEMPO DE CICLO.
Uma Instrução de Controle é constituída de duas partes: Operação e Operando (DIN 19239)
A parte de operação descreve a função a ser executada.
p.ex.: A formar uma associação E, (AND)
Uma instrução de comando, como já visto, é a menor unidade do programa e representa a instrução de trabalho para a UCP
Podem ser realizadas as seguintes instruções de comando com nosso equipamento de treinamento:
Associações binárias A I (entrada), Q (saída). F (flag), T (tempo), C (contador). AN I (entrada), Q (saída), F (flag), T (tempo), C (contador). O I (entrada), Q (saída), F (flag), T (tempo), C (contador). ON I (entrada), Q (saída), F (flag), T (tempo), C (contador). Funções de parênteses A(, O( , )
Função de memorização S Q, F; R Q, F; = Q, F
Operações de temporização SP T, SE T, SI T, SR T, SS T, SF T, R T;
Operação de contagem CU C, CD C, S.C, R C;
Operação de carregamento L IB, IW, QB, QW, FB, FW, DR, DL, DW, T, C, PB, PW, KS, KT;
Operação de transferência T IB, IW, QB, QW, FB, FW, DR, DL, DW, PB, PW;
Operações de comparação =F, >F, <F, >=F, <=F, ><F;
Operações aritméticas +F, - F; (números de ponto fixo!)
Chamadas de blocos JU PB, FB, SB; JC PB, FB, SB; C DB; BE, BEC, BEU;
As operações complementares não serão analisadas por não serem objeto deste curso. Para outros controladores programáveis a gama de operações correspondente pode ser obtida dos respectivos catálogos.
O programa completo para o comando de uma máquina ou de um processo é chamado de PROGRAMA DE USUÁRIO. Na ocasião de sua elaboração o programa de usuário é escrito não em um único módulo, mas sim dividido em diversas partes, chamadas blocos. A figura mostra todos os blocos que podem fazer parte da constituição de um programa. Cada bloco é identificado com duas letras e um número de bloco. Devido ao fato de serem os blocos de número 0 (zero), usados freqüentemente para fins específicos, encontram-se à disposição do programa de usuário 255 blocos de cada tipo:
Os PB’s (program blocks) contém as diversas “partes” do programa de usuário, aglutinados de acordo com a tecnologia aplicada. Constituem a “coluna vertebral” do programa de usuário.
OS FB’s (functions blocks) são funções e partes de programas de aplicação múltipla que podem ser usados para os mais diversos casos. Eles permitem, na maioria da vezes, a elaboração racional de um programa.
Os FB’s são abordados com detalhes no capítulo 8.
Os SB’s (step blocks) são usados para a programação de comandos seqüenciais. Eles contém as condições de liberação e comandos dos passos de comando seqüencial.
Os OB’s (organization blocks) organizam a seqüência de processamento do programa de usuário. Ao contrário dos demais tipos de blocos, o OB tem uma tarefa especial.
Dispomos dos seguintes aparelhos para o nosso treinamento:
O Módulo Fonte de Alimentação é integrado ao rack com a UCP, e fornece as seguintes tensões de operação:
A UCP é constituída de um processador de palavras, o qual executa as instruções STEP5 e supervisiona as seqüências de operação no bus. Além disso ele processa os temporizadores e contadores (integrados), supervisiona o tempo de processamento do software (supervisão do tempo de ciclo) e coloca à disposição uma interface autárquica do CP, com todas as exigências lógicas e temporais para a troca de informações com o terminal de programação. Além da memória do sistema operacional, a UCP possue uma RAM interna que pode ser utilizada para armazenagem de um programa de usuário.
O S5 95U tem os modos de operação RUN (ciclo) , STOP (pára) e COPY (cópia).
Acende-se o led vermelho PÁRA. Ele é selecionado através da chave seletora do modo de operação na posição PÁRA, ou através de comando pelo terminal de programação, ou ainda no caso de falhas que impedem a continuação do processamento do programa do usuário.
Acende-se o led verde CICLO. Ele é selecionado através da chave seletora do modo de operação na posição CICLO (aprox. 1 seg. após a comutação acende- se o led) ou através de comando pelo terminal de programação, sendo que para este fim, entretanto, a chave de seleção do modo de operação deve estar na posição CICLO. Neste modo de operação o programa do usuário é processado ciclicamente.
A UCP executa sempre o programa da memória RAM, a EPROM serve apenas como backup. Toda vez que é energizado a UCP, a transferência é feita automaticamente. Um pulso nesta chave seletora copia o programa em memória EPROM para a memória RAM.
Pode ser efetuado:
Nas seções a seguir aprenderemos as funções básicas das operações STEP 5 com base em exemplos de programa, e poderemos verificá-las no simulador.
Para a obtenção dos sinais de emissores utilizamos botões e chaves, com os quais podem ser simuladas as funções “contato NA” e “contato NF”. A posição da chave é indicada pelo led correspondente: led acesso: nível lógico 1. Os elementos operadores são simulados por lâmpadas. As lâmpadas acendem sempre que a saída correspondente tiver nível lógico 1.
Quando forem testados os exercícios, somente o bloco a ser testado deve ser chamado pelo OB1 para o processamento. Caso isto não seja observado, surgirão dificuldades, Visto que em todos os exemplos de treinamento, devido a quantidade limitada de lâmpadas, botões e chaves, são utilizadas sempre as mesmas entradas e saídas.
Durante o nosso treinamento observe a seguinte seqüência de operações:
O endereçamento deve ser absoluto ou simbólico? ABS: Com operandos absolutos (p.ex. Q 1.2) SYM: Com operandos simbólicos (p. ex. MOT1) DB: Nº do bloco de dados no qual se encontram as correspondências entre os operandos simbólicos e absolutos (p. ex. DB 200)
A cada segmento pode corresponder um comentário, o qual p. ex. identifica a função tecnológica (para este fim deve existir um PK, SK, etc.).
Quando da emissão de documentação através de uma impressora pode ser impresso um rodapé em cada folha, correspondendo aos dados do título de um desenho técnico (situação, revisão, projeto, preparado por, data, empresa, etc.).
No caso de inexistência de definição em um bloco de dados, é usado para todas as palavras de dados o formato DEFAULT (condição básica).
Depende do tipo do controlador programável.
Habilita a utilização de instruções do sistema STEP 5 (veja instruções de programação).
ON : Operação ON-LINE
A conexão entre o terminal de programação e o controlador programável é liberada após a entrada dos presets, desde que o cabo de conexão esteja encaixado.
OFF : Operação OFF-LINE
A conexão é bloqueada após a entrada dos presets, independentemente do cabo de conexão.
Yes *: Quando da transmissão para o controlador programável, é feita a soma dos dígitos (por palavra).
A alternativa selecionada é identificada por um * (asterisco).
Existe então a possibilidade de:
Depois de finalizada a seleção dos presets aparece o menu das teclas de funções na borda inferior da tecla.
Proceder conforme instruções descrito e representado na figura acima.
Preset “STL” na primeira linha “format” do menu e transfira os presets com a tecla INTERRUPT. O CP ainda está desligado.
Chamada do menu de presets
Caso durante a preparação ou processamento do programa seja necessária uma alteração dos presets, devem ser acionados, em seqüência, as teclas de comando F6, F6. ( Atenção! Antes disso, um bloco deve ser terminado com BE ou deve ser finalizada uma alteração de blocos!)
Chame novamente o menu de presets
Qual mensagem aparece na tecla e o que ela significa? (veja também o manual do aparelho).
Sem alterar o “menu de presets”, termine a operação, apertando a tecla INTERRUPT duas vezes. Como é usual na pratica, na maioria dos exercícios iremos gravar nossos programas (nossos blocos) em nosso disquete de usuário, e em um segundo posso transferi-los para o CP. Com o auxilio do CP, do simulador e do terminal de programação testaremos então testaremos cada bloco.
Para que um programa possa ser armazenado em um disquete virgem, o mesmo deve ser “formatado”. Entretanto, um disquete deve ser também formatado se o mesmo receber uma nova denominação, nova descrição ou novo conteúdo. Em geral, na ocasião da formatação pode-se atribuir ao disquete, para a identificação:
Um nome (max. 6 caracteres) e um código (max. 14 caracteres)
O disquete é então dividido em seções (pistas e setores) e é fixada a organização interna do disquete. Só assim o nosso disquete do usuário terá a possibilidade de armazenar blocos (programas) e estar pronto para uma chamada a qualquer instante.
Atenção! Ao se formatar um disquete, todos os programas existentes serão DESTRUÍDOS
Formate o seu disquete de usuário, procedendo como segue:
Iniciamos o exercício com a preparação do controlador programável:
Alterar preset: Modo de operação ON
O terminal de programação é programado de tal maneira que, ao ocorrer a transferência dos presets, é selecionado automaticamente o modo de operação ON (ON-LINE). Caso o CP não responda dentro de um determinado tempo, ele passa automaticamente para OFF (OFF-LINE) e emite uma mensagem de erro 3 ou 12. a causa pode ser o cabo de conexão não encaixado ou o CP desligado.
A fim de trabalhar no controlador programável com nosso próprios programas e sem qualquer influência de outros programas, flags, temporizadores e contadores antigos, apagamos todas as memórias. Este processo é denominado RESET GERAL (overall reset).
Podemos realizar isso de duas maneiras:
Levar chave de seleção do modo de operação para a posição PÁRA. Apertar o botão REINÍCIO, enquanto isso, apertar o botão RESET da fonte e soltá-lo novamente. Após alguns segundos os leds CICLO e PÁRA acendem juntos, em seguida , só o led PÁRA. Soltar o botão REINÍCIO e levar a chave de seleção do modo de operação para a posição CICLO. Inicialmente acendem novamente ambos os leds, depois somente o led vermelho (PÁRA). Levar a chave de seleção do modo de operação para a posição PÁRA e novamente para a posição CICLO, agora se acende também o led vermelho (CICLO) e em seguida ele se apaga.
levar CP para o modo de operação PÁRA acionar no TP os botões F5 (DELETE) e novamente F5 (BLOCKS) introduzir “PC” e ”A” no campo de comando. acionar a tecla ENTER; na tela aparece: DELETE? (Apagar?) acionar mais uma vez a tecla ENTER.
Durante o processo de apagamento, apaga-se o led vermelho na UCP ( máx. 30 seg.)
Efetue um reset geral de acordo com as duas possibilidades da pág. anterior e faça a verificação após cada reset geral, através da função “ INFO” (Informação do terminal de programação (teclas F7 e F2)).
Para isto, introduza “PC” no campo de comando:
OUTPUT DEV: PC BLOCK: PR:
e acione a tecla ENTER!
Verifique o conteúdo da memória do CP com “INFO DIR” (F7, F2).
Qual mensagem importante aparece então na tela?
Preparemos nosso CP para os exercícios “operações básicas” e “resultado da operação lógica” do próximo capítulo.
Para este fim chamamos, com as teclas F7, F1, a função “TRANSFER” do terminal de programação. Transferir o bloco
TRANSF. SOURCE DEV.: FD BLOCK: OB1 TARGET DEV.: PC BLOCK ( aparelho-fonte) (aparelho-destino)
Depois de acionada a tecla ENTER, o bloco OB1 é transferido para a memória de usuário do CP. Na realidade, o bloco é somente copiado, de maneira que mesmo após esta instrução de transferência o bloco OB1 ainda se encontra, como antes, no disquete B, além de se encontrar, também na memória do CP.
Esse tipo de associação está descrita logo abaixo, sendo auto explicativa.
Cada programa é constituído de uma série de associações que são dispostas seqüencialmente na memória do programa. Uma associação é constituída de uma ou diversas instruções para a “verificação” do nível lógico de entradas, saídas, temporizadores, contadores e de uma ou mais instruções para o comando de saídas, flags, temporizadores e contadores. Quando do processamento das verificações forma-se um resultado da operação lógica (RLO). Caso as verificações estejam satisfeitas, o RLO vale “1”; caso elas não sejam satisfeitas, o RLO vale “0”.
O RLO da última operação de verificação determina o nível lógico das saídas, flags, temporizadores e/ou contadores programados em seguida.