Apostila clp avançado by Carlos Carlim

Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” Campinas - SP

Controladores Lógicos Programáveis – Módulo avançado

Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Sumário Item

Página

Controladores programáveis Siemens

Módulos do CLP S7-300

Instalação e configuração

Características funcionais

O Gerenciador Simatic

Configurando e parametrizando

Conjunto de instruções avançadas do Step7 Instruções de lógica de bit 1) Set / Reset de flip-flop

2) Reset / Set de flip-flop

23 30

Instruções de temporização 1) Extended pulse S5 timer (S_PEXT)

2) Retentive on-delay timer (S_ODT)

Instruções matemáticas com números inteiros

Formato de dados do tipo inteiro

1) Add integer (ADD_I)

2) Subtract integer (SUB_I)

3) Multiply integer (MUL_I)

4) Divide integer (DIV_I)

Instruções matemáticas com números em ponto flutuante (reais)

1) Add floating-point numbers (ADD_R)

2) Subtract floating-point numbers (SUB_R)

3) Multiply floating-point numbers (MUL_R)

4) Divide floating-point numbers (DIV_R)

5) Valor absoluto de um número real (ABS_R)

6) Raiz quadrada de um número real (SQRT_R)

7) Logaritmo natural de um número real (LN_R)

Instruções de comparação com números inteiros

Instruções de conversão de dados

1) Conversão I_BDC

2) Conversão BCD_I

3) Conversão DI_BCD

4) Conversão BCD_DI

5) Conversão I_DI

6) Complemento de 1 de um número inteiro (INV_I)

7) Complemento de 1 de um número duplo inteiro (INV_DI)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 8) Complemento de 2 de um número inteiro (NEG_I)

9) Complemento de 2 de um número duplo inteiro (NEG_DI)

Instruções de deslocamento e rotação de dados 1) Deslocamento de um número inteiro à direita (SHR_I)

2) Deslocamento de número duplo inteiro à direita (SHR_DI)

3) Rotação de palavra dupla à direita (ROR_DW)

4) Rotação de palavra dupla à esquerda (ROL_DW)

Instruções de salto 89

1) Jump incondicional Instruções para controle de programas

1) Função Master Control Relay (MCR) A) Master Control Relay Activate (MCRA) B) Master Control Relay ON (MCR<) C) Master Control Relay OFF (MCR>) D) Master Control Relay Deactivate (MCRD)

2) Chamada de funções (FC) Criando blocos de dados (DB)

109

Criando um programa com blocos de funções (FBs) e blocos de dados (DBS)

113

Instruções para conversão A/D e D/A

123

O módulo analógico SM334

128

Instruções de conversão

130

Controle PID no CLP Siemens Simatic S7-315 2DP

144

Proporcional

144

Derivada

145

Integral

146 148

O Controle PID no CLP Procedimento para criação de um projeto com controle PID

150

Controles PID com blocos de função

158

Parâmetros de configuração de entrada do PID “CONT_C” FB41

161

Parâmetros de configuração de saída do PID “CONT_C”

164

Conjunto de instruções em STL

166

Exercícios complementares

171

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Controlador Programável SIEMENS Simatic S7-300 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS SIEMENS A linha SIMATIC S7 consiste de três tipos de controladores programáveis classificados de acordo com o desempenho de cada um deles. SIMATIC S7-200 É um micro PLC desenhado para aplicações de baixo desempenho. É controlado por seu pacote de software específico, os quais não estão inclusos na série S5 e S7. SIMATIC S7-300 É um mini controlador modular desenhado para aplicações de baixo desempenho. SIMATIC S7-400 O S7-400 é projetado para aplicações de desempenho intermediário a alto. Para referências mais fáceis, os nomes dos módulos S7-300 sempre iniciam com um “3” e os módulos S7-400 iniciam com um “4”. ESTRUTURA DE HARDWARE DO S7-300

Com exceção de sistemas de pequeno porte, onde podemos utilizar apenas uma fonte e uma CPU Compacta, um sistema de controle baseado no CLP SIMATIC S7-300 geralmente é composto por: SENAI

Programação Avançada CLP Siemens S7-300 • • • • • •

Fonte (PS) CPU Módulos de Expansão Módulos de I/O (SM) Módulos de Comunicação (CP) Módulos de Função (FM)

RACKS DE EXPANSÃO Chamamos de Rack Central (CR) o trilho que acomoda a CPU, no qual podemos acoplar até 8 módulos de expansão. Caso haja a necessidade de mais módulos de expansão, dependendo do modelo de CPU, a configuração pode ser ampliada através de Módulos de Interface (IM) num total de até 3 Racks de Expansão (ER) cada qual com mais 8 Módulos de Expansão, totalizando 32 módulos para uma configuração centralizada. Caso a aplicação exija um número maior de módulos ou mesmo uma distância maior entre o Rack Central (CR) e os Racks de Expansão (ER) a configuração pode ser expandida através de uma rede Profibus-DP e estações de I/O remoto ET 200. Tal expansão pode ser implementada através da interface Profibus-DP já integrada a algumas CPUs ou através de um Módulo de Comunicação.

MÓDULOS DO CLP S7-300 RACK 1 - UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO A CPU utilizada no S7-300 é de modelo 312IFM, a qual já inclui os módulos de entradas e saídas digitais incorporados (10 entradas e 6 saídas digitais). O part number deste módulo é 312-5AC02-0AB0

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 RACK 2 - FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte utilizada neste CLP é a de modelo PS 307 2A, com alimentação direta de 120 / 230V de entrada e 24VDC 2A de saída. O part number deste módulo é 1BA00-0AA0 RACK 4 - MÓDULO DE SINAL ANALÓGICO Os módulos de sinal do SIMATIC S7-300 são comparáveis nas funções aos módulos de entrada e saída do S5. Contudo, em adição aos módulos simples de sinal, o S7 também provê módulos que podem receber parâmetros e que têm capacidade de diagnóstico. O módulo analógico do CLP é composto pelo modelo SM334, com 4 entradas e 2 saídas analógicas de 8 bits de resolução cada uma.

O part number deste módulo é 334-0CE01-0AA0 Instalação e Configuração Com uma arquitetura modular o SIMATIC S7-300 provê economia de espaço, flexibilidade de configuração e rápida expansã. O CLP S7-300 não necessita de racks com números predefinidos de slots para ser montado, o conjunto de módulos é encaixado e aparafusado sobre um trilho DIN padrão, os módulos são interligados uns aos outros através de um bus modular que fica embutido no trilho.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS Um amplo espectro de CPU’s está disponível para aplicações simples ou aplicações de grande performance. As CPU’s possibilitam curtos tempos de ciclo, até 1µs. por instrução binária, através de seus eficientes processadores. Para algumas tarefas especiais, existem CPU’s Compactas com I/O’s, funções tecnológicas e interfaces de comunicação já integradas. A grande diversidade de módulos de expansão permite a adaptação da configuração para qualquer tipo de aplicação, estão disponíveis: Módulos de I/O (SM) • •

Digitais (24Vdc, 48-130Vuc, 120/230VAC, Relé etc) Analógicos (±5V, 0-10V, 0/4 até 20mA, Hert etc)

Módulos de Comunicação (CP) • Profibus DP / FMS • Ethernet • AS-interface • Serial Ponto-a-Ponto • Modbus Módulos de Função (FM) • • • • •

Contadores rápidos Saídas de pulso rápida Controle de posição Controle de motor de passo Controle em malha fechada (PID)

Um total de até 32 módulos de expansão pode ser utilizado em uma configuração centralizada. Os módulos de expansão para S7-300 também são utilizados na estação de I/O distribuído ET 200M, possibilitando economia com peças de reposição em uma configuração distribuída com CLP S7300 e ET 200M. Comunicação Alem dos diversos módulos de comunicação que podem ser agregados a configuração, toda CPU da série S7-300 traz integrada a si uma porta de comunicação MPI (interface multi-ponto). Através desta porta a CPU é programada e parametrizada. Com a porta MPI é possível ainda implementar uma rede de pequeno porte com equipamentos SIEMENS, tais como: • • • •

CLPs SIMATIC S7-200/300/400 Controladores SIMATIC C7 Interfaces Homem Máquina SIMATIC HMI Computadores Industriais SIMATIC PC

Além da interface MPI, alguns modelos de CPU possuem uma segunda interface de comunicação integrada Profibus ou Serial Ponto-a-Ponto.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Programação e Parametrização A programação do CLP SIMATIC S7-300 é suplementada através do software STEP7 disponível em três versões STEP7 Lite, STEP7 e STEP7 Professional, desenvolvidas para melhor atender as suas necessidades. Aplicações O SIMATIC S7-300 oferece soluções para as mais diversas tarefas de automação, nas seguintes áreas: • • • • • • • •

Engenharia de produção Indústria automobilística Construção de máquinas especializadas Construção de máquinas em série (todos os tipos de máquinas de produção), OEM Processamento de plástico Indústria de embalagens Indústria alimentícia e de cigarros Engenharia de processos (p. e. saneamento, automação predial)

Para aplicações especiais, estão disponíveis produtos adicionais dedicados que complementam a linha SIMATIC S7-300: • Aplicações à prova de falhas, com a nova CPU 315F desenvolvida de acordo com as diretrizes TUV, assim como com os respectivos I/Os, agora é possível programar o conceito de falha segura em aplicações centralizadas ou distribuídas. • Componentes especiais para instalação em locais agressivos suportam condições ambientais rigorosas, p.e. níveis de temperatura maiores. • SIMATIC C7, CPU’s da série SIMATIC S7-300 com interface homem-máquina (IHM) integrada, ideal para aplicações em que o espaço para instalação é extremamente restrito.

COMBINANDO HARDWARE E SOFTWARE Usando o software SET7, você pode criar seu programa S7 dentro de um projeto. O controlador programável S7 monitora e controla o processo com este programa.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Esquema básico de controle via CLP

O GERENCIADOR SIMATIC Iniciando o SIMATIC Manager e criando um projeto O ponto inicial de acesso do gerenciador Simatic é o ícone dele, chamado de STEP7. Este ícone abre a janela deste gerenciador na qual podemos configurar todo o hardware do CLP, bem como abrir um novo projeto de programação. Todo programa criado deve ser feito sobre um projeto que possui diversos objetos, sendo este objeto chamado de OB1. Deste gerenciador podem-se acessar todas as funções instaladas no sistema (sistema padrão e todos os softwares). Desta janela podemos fazer o seguinte: •

Montar os projetos

•

Configurar e fornecer parâmetros de hardware

•

Configurar as configurações de comunicação

•

Criar os programas

•

Testar os programas e iniciar sua execução SENAI

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ESTRUTURA DE UM PROJETO S7 Definição de um projeto Os projetos contêm todos os dados e programas para uma solução de automação. O propósito deles é prover um armazenamento organizado de dados e programas criados para cada aplicação. Projetos no SETP7 No S7 um projeto contém todos os arquivos criados para um programa usuário no arquivo de projeto. Este arquivo de projeto contém informação necessária para edição e manutenção do programa do usuário, tais como ajustes de parâmetros, bem como os catálogos e nomes de arquivos.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 PROCEDIMENTO BÁSICO DE USO DO STEP7 Antes de você criar um projeto, você deve saber que os projetos no STEP7 podem ser criados em diferentes ordens.

Se você criar programas com muitas entradas e saídas, recomendamos que você configure o hardware do CLP em primeiro lugar. A vantagem disto é que o S7 mostra os endereços possíveis no editor de configuração de hardware (Hardware Configuration Editor). Se você escolher a segunda opção, você terá que determinar cada endereço e, dependendo dos componentes selecionados você não poderá chamar esses endereços via STEP7. Na configuração de hardware, você pode não somente definir endereços, mas também alterar os parâmetros e propriedades dos módulos. Estrutura de projeto no Simatic Manager

Projeto A estrutura de um projeto de automação se inicia pelo ícone de projeto, localizado no primeiro nível, o qual é identificado pelo nome do projeto. Simatic 300 Station (Estação de Hardware) Para definir e parametrizar o hardware deve-se criar a estação de HW (S7-300). A estação criada (S7-312IFM) pode ter seu nome alterado pelo usuário e seus módulos são definidos pela ferramenta Station Configuration. Ao se definir os módulos, o sistema automaticamente cria os subdiretórios respectivos (CPU, Programa, Blocks, etc.). SENAI

Programação Avançada CLP Siemens S7-300 S7 PROGRAM (PROGRAMAS S7) O programa do usuário referente a um CLP propriamente dito é localizado sob o diretório S7 Programs. Este diretório pode estar associado ou não a uma estação específica criada. Associada a um HW, o diretório se encontra subordinado à CPU. Caso contrário, fica subordinado diretamente ao projeto. Nos subdiretórios Source e Blocks estão localizados os programas do usuário, em arquivos fonte ou em blocos S7, respectivamente.

CONFIGURANDO E PARAMETRIZANDO O S7 Pré-requisito: Para configurar o hardware um projeto já deverá ter sido criado. Inserindo uma estação Para criar uma nova estação no projeto, siga estes passos: 1. Selecione um projeto 2. Crie o objeto para o hardware solicitado selecionando o comando do menu (Insert – Station) No sub-menu você pode selecionar as seguintes opções: •

Estação Simatic S300

•

Estação Simatic S400

•

Dispositivos de programação

•

Outras estações

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CONFIGURAÇÃO DE HARDWARE Configuração de hardware O termo configuração se refere ao arranjo de racks, módulos, racks de I/O distribuídos e submódulos de interface na janela da estação. Os racks são representados por uma tabela de configuração que permite um número específico de módulos serem inseridos, assim como em um rack real. Na tabela de configuração, o Step7 automaticamente aloca um endereço para cada módulo. Você pode alterar esses endereços na estação se a CPU puder ser acessada livremente (um endereço pode ser alocado livremente para cada canal do módulo, independente do seu slot). Você pode copiar sua configuração tão frequentemente quanto você desejar para outros projetos Step7, modifica-los se necessário e fazer o download para uma ou mais plantas existentes. Quando o CLP iniciar, a CPU compara a configuração criada com a atual configuração da planta. Quaisquer erros serão então reconhecidos imediatamente e reportados. Com esta ferramenta é possível: •

Definir os módulos utilizados (CPU, I/O, FM) e a sua parametrização. Por exemplo: tipo de medição do módulo analógico de entrada.

•

Ler a configuração da CPU. Por exemplo: designação dos módulos no rack.

•

Ler diagnóstico de dados referentes aos módulos (system diagnostics)

Na janela online (diagnóstico de HW) é exibida a configuração da estação que está acessível online. Informações de status ou estado de operação de cada módulo é mostrado no relatório simbólico do módulo (system diagnostics). A tecla F5 atualiza a exibição. Para obter mais informações, basta dar um duplo clique no símbolo. A ferramenta é iniciada, por exemplo, pela seleção de uma estação de hardware no Simatic Manager ou via comando do menu Edit Î Open Object. A pasta Simatic 300 Station, sub-pasta Hardware, contém toda a configuração de hardware do CLP usado no projeto iniciado.

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Configurando O usuário especifica a posição dos módulos no rack e os endereços são definidos automaticamente (nas CPUs 315-2 e do S7-400 o usuário pode alterar os endereços). A esta configuração denominaremos configuração parametrizada. Durante o início a CPU checa a distribuição dos módulos existentes, que é denominada de configuração real. CPU carregada no slot 2 do barramento

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Fonte de alimentação carregada no slot 1 do barramento

Módulo de E/S carregado no slot 4 do barramento

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Layout da janela da estação A parte inferior da janela da estação mostra uma visão detalhada do rack inserido / selecionado. Os números de pedido (order numbers) e endereços (addresses) dos módulos são mostrados no formulário da tabela. A tabela tem sua estrutura exibida abaixo para um rack central equipado com alguns módulos.

Tabela de configuração como uma imagem de um rack Para uma estrutura central você arranja os módulos ao lado da CPU em um rack e continua através das expansões adicionais dos racks. O número de racks que podem ser configurados depende da CPU que você usa. Como você faz em uma planta real, você arranja seus módulos em racks com o Step7. A diferença é que os racks do Step7 são representados por “tabelas de configuração” que tem tantas linhas quantos slots para módulos. A figura a seguir mostra um exemplo de como uma estrutura real é convertida em uma tabela de configuração. Essa tabela corresponde ao rack utilizado. O Step7 automaticamente coloca o número dos racks em janelas em frente aos nomes. Exemplo: UR (universal rack) corresponde ao rack central número 0.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Ajustando parâmetros Ao invés de setar chaves nos módulos, todos os parâmetros são definidos via software. Podem-se definir parâmetros para a CPU e para determinados módulos de I/O, tais como módulos analógicos. Nos parâmetros da CPU estão incluídos, entre outros, o tempo de supervisão de duração de um ciclo ou o intervalo de tempo para execução de partes do programa. Trocando módulos Durante um restart completo, a CPU distribui os parâmetros para todos os módulos existentes. Assim, quando se substitui um módulo defeituoso, a parametrização para o novo módulo ainda está disponível, armazenada na CPU. Configurando o Hardware Dá-se o nome de configuração parametrizada à configuração de hardware criada pelo usuário, determinando os módulos existentes e sua localização, bem como a parametrização destes módulos. A configuração é executada pela ferramenta Configurador de Hardware. A partir do catálogo, selecionam-se os módulos utilizados, posicionando-os no slot respectivo do trilho ou bastidor. Naturalmente inicia-se a configuração pelo trilho / bastidor para então se posicionar os outros módulos. Ao se posicionar um módulo, o sistema automaticamente designa um endereço para ele. A parametrização dos módulos é realizada dando-se um duplo clique sobre o módulo desejado. Uma tela de configuração referente ao módulo aparecerá, permitindo a alteração dos parâmetros. Catálogo eletrônico O catálogo eletrônico contém toda a lista de módulos existentes no S7. Quando se clica na tecla +, teremos disponíveis todos os módulos do grupo selecionado. PARÂMETROS E PROPRIEDADES DA CPU Setando parâmetros da CPU As propriedades das CPUs tem uma significância especial para o comportamento do sistema. Nas caixas de diálogo de uma CPU, você pode ajustar o seguinte, por exemplo: características de inicialização, áreas de dados locais e prioridades para interrupção, áreas de memória, comportamento retentivo, memória de clock, nível de proteção e senha. Na guia “GENERAL” da CPU ou via propriedades da interface da CPU você pode ajustar parâmetros para as interfaces (por exemplo, interfaces MPI (multipoint interfaces) ou interfaces integradas PROFIBUS-DP). Via estas caixas de diálogo você também pode acessar as caixas de diálogo de propriedades para a subrede a qual a CPU está conectada. Para os controladores programáveis S7-300 você também pode ajustar os parâmetros para alguns módulos no programa do usuário (por exemplo, para módulos analógicos). Você necessita chamar as funções de sistema (SFCs) WR_PARM, WR_DPARM e PARM_MOD no programa do usuário para realizar esta operação. Estes ajustes são perdidos em um reinício a frio. Entre outros, os seguintes parâmetros podem ser setados na CPU: •

Endereço da interface MPI;

•

Características de start-up / ciclo: tempo máximo de ciclo, ciclo de carga para comunicação, auto teste cíclico e auto teste depois da energização;

•

Interrupção cíclica (watchdog – OB35);

•

Memória retentiva (flags de memória – marcadores de posição do programa), temporizadores, contadores e blocos de dados;

•

Clock de memória: reduzir a freqüência de byte da memória; SENAI

Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

Diagnóstico de sistema: enviar mensagens de diagnóstico, detalhar registros no buffer de diagnóstico.

Se o usuário não definir nenhum parâmetro, os parâmetros default serão utilizados pela CPU. Depois de setar os parâmetros, deve-se transferi-los ao CLP, através do comando PLC Î Download. A CPU deverá estar no modo STOP. Endereço MPI Se for necessário conectar vários CLPs entre si via interface MPI, deverão ser adotados endereços diferentes para cada equipamento (CPU)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 SETANDO PARÂMETROS EM MÓDULOS DE SINAIS Parâmetros nos módulos de sinais são variáveis que contem os ajustes da resposta dos níveis de sinais dos módulos (um ou mais por módulo). Todos os módulos têm ajustes default. Os ajustes para a maioria dos módulos S7 podem ser modificados usando o HW Configuration ou pro meio de SFCs no programa do usuário. Existem dois tipos de parâmetros para estes módulos: • Parâmetros estáticos Î ajustes dos módulos podem ser modificados com o S7 HW Configuration, mas não com SFCs no seu programa. • Parâmetros dinâmicos Î ajuste dos módulos podem ser modificados no programa do usuário, mesmo se elas forem feitas com o Step7. Abaixo é apresentada a tela de entrada para configuração do módulo analógico.

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Conjunto de instruções avançadas do STEP7 INSTRUÇÕES DE LÓGICA DE BIT As instruções de lógica de bit trabalham com dois dígitos (1 e 0). Estes dois dígitos formam a base do sistema numérico chamado binário. Os dois dígitos são chamados de dígitos binários ou bits. No universo dos contatos e bobinas, um dígito 1 indica energizado ou ativado e o 0 indica não ativado / energizado. As instruções de lógica de bit interpretam os estados de sinal 1 e 0 e os combina de acordo com as regras de uma lógica Booleana. As combinações produzem um resultado 1 ou 0, conhecidos como resultado da operação lógica (RLO). Funções As instruções de lógica de bit estão disponíveis para as seguintes funções: • AND, OR e XORÎ estas instruções checam o estado do sinal e produzem um resultado que pode tanto ser copiado para o bit RLO (resultado da operação lógica) ou combinado com ele. Com operações de lógica AND, o resultado do sinal de estado é combinado de acordo com a tabela verdade desta função lógica. Com operações lógicas OR, o resultado é combinado de acordo com a TV da função OR. • As seguintes instruções reagem em função de um RLO = 1Î Set Output e Reset Output; Set_Reset flip-flop e Reset_Set flip-flop. • Algumas instruções reagem durante a subida ou descida do pulso. Assim, você pode executar as seguintes instruçõesÎ incrementar ou decrementar o valor de um contador; inicializar um temporizador; produzir uma saída 1. 1) Instrução Set Reset Flip-flop Descrição Esta instrução executa operações de Set (S - liga) e de Reset (R – desliga) somente quando RLO=1. Um RLO=0 não tem efeito sobre esta operação. O endereço especificado na operação permanece inalterado. Um flip=flop Set_Reset é ligado se o estado do sinal é 1 na entrada S e 0 na entrada R. Caso contrário, se o estado do sinal é 0 na entrada S e 1 na entrada R, o flip=flop é resetado. Se RLO é igual a 1 em ambas as entradas, o flip-flop também é resetado. Esta instrução é afetada pela instrução Relé Mestre de Controle (MCR), que veremos adiante.

Parâmetros da instrução Set Reset de flip-flop

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplo de programa com a instrução

Exemplo de utilização da instrução em bloco de funções (FBD)

Exemplo de utilização da instrução em lista de instruções (STL)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) Instrução Reset Set Flip-flop Descrição Esta instrução executa operações de Set e Reset somente quando RLO é igual a 1. O flip flop é resetado se o estado do sinal é 0 na entrada R e 1 na entrada S. Nas condições opostas (R=1 e S=0), o flip flop é setado. Se RLO é igual a 1 em ambas as entradas, ele será setado. Esta instrução também é influenciada pela instrução Relé Mestre. Parâmetros da instrução Reset Set de flip-flop

Exemplo de programa com a instrução

Exemplo de utilização da instrução em bloco de funções (FBD)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplo de utilização da instrução em lista de instruções (STL)

EXERCÍCIO Utilizando-se deste conjunto de instruções, montar um programa em linguagem FBD para realizar o controle de inversão de rotação de um motor trifásico. Convenções Botão desliga S0Î I124.0 Relé térmico F7Î I124.1 Botão liga S1(sentido horário)Î I124.2 Botão liga S2 (sentido anti-horário)Î I124.3 Contator K1Î Q124.0 Contator K2Î Q124.1 Contato de intertravamento K1(31-32)Î I124.4 Contato de intertravamento K2 (31-32)Î I124.5

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO EM LINGUAGEM LADDER

EM LINGUAGEM DE BLOCOS DE FUNÇÃO (FBD)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Descrição das linhas de instrução do programa

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INTERFACE ELÉTRICA DAS ENTRADAS E SAÍDAS

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES DE TEMPORIZAÇÃO Os temporizadores têm uma área reservada para eles na memória da CPU. Esta área de memória reserva uma palavra de 16 bits para cada endereço de temporizador utilizado no programa. O set de instruções em Ladder suporta até 256 instruções no mesmo programa. As seguintes instruções têm acesso direto à área de memória de temporização: • Instruções de temporização; • Atualização das palavras de temporização durante o clock. Esta função da CPU, em modo RUN, decrementa um dado valor de tempo de uma unidade no intervalo designado por uma base de tempo até que o valor de tempo seja igual a zero. Valor de tempo Os bits de 0 a 9 de uma palavra de temporização contêm o valor de tempo em modo binário. Este valor especifica o número de unidades a serem decrementadas. A atualização de tempo decrementa o valor de uma unidade no intervalo designado pela base de tempo e este continua até chegar a zero. Você pode carregar o valor de tempo em uma palavra baixa do acumulador 1 em binário, hexadecimal ou BCD (binary coded decimal). A escala de tempo vai de 0 a 9.990 segundos. Você pode pré-carregar o valor de tempo usando ambos os formatos a seguir: • W#16#wxyz, onde:Î W é a base de tempo e wxyz é o valor de temporização • S5T#aH_bbM_ccS_ddMS, onde:Î a = horas, bb = minutos, cc = segundos e dd = milisegundos. A base de tempo é selecionada automaticamente. O máximo valor que você pode carregar é 9.990 segundos, ou 2H_46M_30S. Base de tempo Os bits 12 e 13 de uma palavra de temporização contêm a base de tempo em código binário. Ela define o intervalo no qual o valor de tempo é decrementado de uma unidade. A menor base de tempo é 10ms e a maior de 10s.

Pelo fato dos valores de tempo estar armazenados somente com um intervalo de tempo, valores que não são exatamente múltiplos deste intervalo serão truncados. Valores com resolução muito alta para a faixa requerida são arredondados para encontrar a faixa desejada, mas não a resolução requerida. A tabela abaixo mostra as possíveis resoluções e suas faixas correspondentes.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Configuração de bits na célula de temporização Quando um temporizador é inicializado, os conteúdos da célula de temporização são usados como valor de tempo. Os bits 0 até 11 da célula armazenam o valor de tempo em BCD. Os bits 12 e 13 armazenam a base de tempo também em BCD. A figura a seguir exibe estas informações com uma carga de valor de tempo em 127 e base de tempo em 1 segundo.

1) Extended Pulse S5 Timer (temporizador de pulso estendido) Descrição Esta instrução inicializa o temporizador se houver uma borda de pulso positiva (borda de subida – de 0 para 1) na entrada Start (S). Uma mudança de sinal é sempre necessária para este procedimento. O temporizador continua a rodar com o tempo especificado na entrada Time Value (TV – valor de tempo), mesmo se o estado do sinal na entrada S mudar para 0 antes do tempo ter terminado. Um sinal de checagem de estado em 1 na saída Q produz um resultado de 1 enquanto o temporizador estiver rodando. O temporizador é reinicializado com o tempo especificado se o estado do sinal na entrada S for de 0 para 1 enquanto ele estiver rodando. Uma alteração de 0 para 1 na entrada Reset (R) enquanto o temporizador está rodando faz o mesmo resetar. Essa alteração também reseta o tempo e a base de tempo dele. O valor atual de tempo pode ser monitorado nas saídas BI e BCD. O valor de tempo em BI está em formato BCD.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplo de aplicação A figura abaixo mostra a instrução S_PEXT e as características do temporizador de pulso.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Configuração da instrução para FBD

Configuração da instrução para STL

2) Retentive On-Delay S5 Timer (temporizador retentivo em atraso) Descrição Esta instrução inicia o temporizador se houver um pulso positivo (de 0 para 1) na entrada Start (S). A mudança de sinal é necessária para essa inicialização. O temporizador continua a rodar dentro do valor de tempo especificado na entrada Time Value (TV), mesmo se o estado do sinal na entrada S mudar para 0 antes do tempo ter expirado. Um sinal de checagem de estado em 1 na saída Q produz um resultado de 1 quando o tempo tiver terminado. O temporizador é reinicializado com o tempo especificado se o sinal na entrada S mudar de 0 para 1 enquanto o mesmo estiver rodando. Uma mudança de 0 para 1 na entrada R provoca o reset do temporizador sem levar em consideração o valor de RLO na entrada S.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplo de aplicação

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Configuração da instrução para FBD

Configuração da instrução para STL

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO PARTIDA CONSECUTIVA DE MOTORES TRIFÁSICOS Montar um programa em para controle de uma esteira transportadora de cereais que possui 4 motores trifásicos. A partida desses motores é seqüencial e temporizada (10s de intervalo entre a partida de um motor e do outro). O sistema também possui dois sensores de nível no tanque de armazenamento (silo) e que controlam a condição dessas partidas. Se o silo estiver cheio (sensor 2 atuado), os motores não podem ligar. Se o nível estiver intermediário ou baixo, a partida é liberada. Seqüência operacional Observe a seguir o circuito composto por quatro motores que devem partir em seqüência.

O circuito de comando para o circuito acima é mostrado a seguir (esteiras transportadoras).

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Quando o botão Ch1 é acionado, o contador C1 e o relé d1 são energizados (se o sensor de nível mínimo S1 der condições – silo vazio). O motor M1 parte. Decorrido o tempo ajustado para d1, este energiza C2 e d2. O motor M2 parte. Decorrido o tempo ajustado para d2, este energiza C3 e d3. O motor M3 parte. Após o tempo ajustado para d3, este energiza C4, dando partida a M4, o último motor da seqüência. Quando o silo estiver cheio (sensor de nível S2 atuado), os motores devem ser desligados instantaneamente. Aplicação O sistema de partida consecutiva é aplicado no acionamento de correias transportadoras.

Os quatro motores devem acionar as esteiras e seu sentido de condução é M4, M3, M2, M1. Assim, as ligações dos motores devem obedecer a seguinte ordem: M1, M2, M3 e M4, ou seja, no sentido inverso. Se um dos motores é desligado em razão de sobrecarga, por exemplo, todos os motores à frente dele no sentido da condução serão desligados. O fornecimento de carga às esteiras é interrompido e os motores montados anteriormente continuam a funcionar até o descarregamento das respectivas esteiras. Veja o resumo seqüencial na tabela a seguir. Conseqüência

Defeito no circuito comandado por:

Desliga

Continua ligado

Desliga C4

M1 e M2

M3 e M4

M2, M3 e M4

M1, M2 e M3

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES MATEMÁTICAS COM NÚMEROS INTEIROS Antes de iniciarmos a abordagem deste grupo de instruções, veremos uma explanação sobre o que denominamos de palavra de estado (ou STATUS WORD). Status Word Esta palavra binária contém bits que você pode usar como referência no endereçamento de instruções de lógica de bit ou então em operações matemáticas, como é o nosso caso neste momento. Veremos a seguir o significado do conjunto de 8 bits menos significativos desta palavra. Estrutura do Status Word

Convenções utilizadas no Status Word

Descrições dos bits do Status Word FC – First CheckÎ Bit 0 do status word. No início de uma rede lógica Ladder, o sinal de estado do bit FC é sempre 0, ao menos que uma rede prévia tenha terminado com a instrução ---(SAVE). A barra sobre a função indica que ela é negada, ou seja, sempre em 0 no início de uma lógica Ladder. Cada instrução lógica checa o estado de sinal do bit FC assim como o estado de sinal do endereço da instrução de contato. O estado do sinal de FC determina a seqüência da lógica. Se FC é 0 (no início da lógica Ladder), a instrução armazena o resultado e ajusta o bit FC para 1. O processo de checagem é chamado first check (primeira checagem). O 1 ou 0 que é armazenado em RLO depois da primeira checagem é então referenciado como o resultado de FC. Se o estado do bit de FC é 1, uma operação então liga o resultado deste sinal com RLO formado pelo contato endereçado desde a primeira checagem e armazena o resultado em RLO. Result of Logic Operation (RLO)Î Este é o bit 1 da palavra de setado. Este bit armazena o resultado de uma instrução lógica ou comparações matemáticas. Por exemplo, a primeira instrução lógica em Ladder checa o estado do sinal de um contato e produz 1 ou 0 como resultado. Ela armazena este resultado no bit RLO. Uma segunda instrução também checa o estado de um contato e produz um resultado. Então, a instrução combina este resultado com o valor armazenado em RLO usando álgebra booleana. O resultado desta operação lógica é armazenado em RLO, alterando o valor anterior armazenado lá. Cada instrução subseqüente na execução realiza uma operação lógica em dois valores: o resultado produzido quando a instrução checa o contato e o valor corrente de RLO.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Status Bit (STA) Î Bit 2 da palavra de estado, chamada de status bit. O bit de estado armazena o valor de um bit que é referenciado. O estado de uma instrução de bit que tenha lido uma memória (contato normalmente aberto ou fechado) é sempre o mesmo que o valor do bit que esta instrução verifica. O estado de uma instrução de bit que tenha escrito em uma memória (set coil, reset coil, output coil) é o mesmo que o valor do bit que a instrução escreve ou, se não houver escrita, o mesmo valor do bit ao qual a instrução está referenciada. OR Bit (OR) Î Bit 3 da palavra de estado chamado de bit OR. Este bit necessite que você use instruções de Contato para realizar operações lógicas OR com uma função AND. Este bit mostra instruções que foram previamente executadas e que forneceram valor 1. Overflow Bit (OV) Î Bit 5 da palavra de estado e indica a ocorrência de um erro. Ele é setado por uma instrução matemática ou uma instrução de compação em ponto flutuante depois da ocorrência de um destes erros: sobrecarga, operação ilegal, número ilegal. Stored Overflow Bit (OS) Î Bit 4 que é setado juntamente com o bit OV se um erro ocorrer. Pelo fato do bit OS permanecer ligado depois do erro ter sido eliminado (diferentemente do bit OV), ele indica se um erro ocorreu em uma das instruções executadas previamente. Condition Code 1 and Condition Code 0 Î São os bits 6 e 7 da palavra de estado (CC1 e CC0) e fornecem informação nos seguintes resultados ou bits: • Resultado de uma operação matemática; • Resultado de uma comparação; • Resultado de uma operação digital; • Bits que tenham sido deslocados ou rotacionados por um comando. A tabela abaixo lista o significado de CC1 e CC0 após o programa do usuário executar certas instruções.

CC1 e CC0 depois da execução de Instruções Matemáticas com números inteiros, sem Overflow CC1

CC0

Explanação

Overflow de faixa negativa em uma adição com números inteiros ou adição de duplo número inteiro

Overflow de faixa negativa na multiplicação inteira e multiplicação de duplo inteiro. Overflow de faixa positiva em adição inteira, subtração inteira, adição de duplo inteiro, subtração de duplo inteiro, complemento de dois inteiro e complemento de dois de duplo inteiro.

Overflow positivo em multiplicação inteira e de duplo inteiro, divisão inteira e de duplo inteiro.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Overflow negativo em soma inteira, subtração inteira, soma de duplo inteiro e subtração de duplo inteiro. 1

Divisão por zero em divisão inteira, divisão de duplo inteiro e retorno de fração de duplo inteiro.

CC1 e CC0 depois da execução de Instruções Matemáticas em ponto flutuante, com Overflow

CC1

CC0

Explanação

Overflow gradual

Overflow de faixa negativa

Overflow de faixa positiva

Operação ilegal

CC1 e CC0 depois da execução de Instruções de comparação

CC1

CC0

Explanação

IN2=IN1

IN2<IN1

IN2>IN1

IN1 ou IN2 são números ilegais de ponto flutuante

CC1 e CC0 depois da execução de Instruções de deslocamento e rotação

CC1

CC0

Explanação

Último bit deslocado igual a 0

Último bit deslocado igual a 1

CC1 e CC0 depois da execução de Instruções de palavras lógicas

CC1

CC0

Explanação

Resultado = 0

Resultado <>0

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Binary Result Bit (BR) Î Este bit forma uma conexão entre o processamento de bits e palavras. Ele habilita o programa do usuário a interpretar o resultado de uma operação com palavra como um resultado binário e a interpretar este resultado em uma lógica binária. Visto deste ângulo, o bit BR representa um marcador de memória interno no qual o bit RLO é salvo em função de uma operação de alteração de palavra RLO. Por exemplo: o bit BR torna possível ao usuário escrever um bloco de função (FB) ou uma função (FC) em uma lista de instrução (STL) e então chamar o FB ou FC de uma lógica Ladder. FORMATO DE DADOS DO TIPO INTEIRO Um número inteiro tem um sinal que indica se ele é positivo ou negativo. O espaço que este tipo de dado ocupa (de 16 bits) em uma memória é chamado de UMA PALAVRA. A tabela a seguir mostra a faixa de um inteiro de 16 bits.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 1) Add Integer (soma de números inteiros) Descrição Aplicando-se nível 1 na entrada Enable (EN) a instrução é ativada. Ela realiza a soma entre os valores presentes nas entradas IN1 (input 1) e IN2 (input 2) e o resultado pode ser visualizado na saída OUT. Se o resultado estiver fora da faixa permitida para um número inteiro, os bits OV e OS da palavra de estado estarão em 1 e a saída ENO é 0. Exemplo de aplicação

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Conversão do programa para STL

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) Subtract Integer (subtração de números inteiros) Descrição Aplicando-se nível 1 na entrada Enable (EN), a instrução de subtração é ativada, realizando esta operação entre os valores das entradas IN1 e IN2 (IN1 – IN2). O resultado pode ser visualizado na saída OUT. Se o resultado de saída estiver fora da faixa permitida para um número inteiro, os bits OV e OS da palavra de estado estão em 1 e a saída ENO (Enable Output) é 0. Exemplo de aplicação

Conversão do programa para STL A lógica 1 convertida para STL é idêntica ao programa anterior (ADD_I)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3) Multiply Integer (multiplicação de números inteiros) Descrição Aplicando-se nível 1 na entrada Enable (EN), a instrução de multiplicação é ativada, realizando esta operação entre os valores das entradas IN1 e IN2 (IN1 X IN2). O resultado pode ser visualizado na saída OUT. Se o resultado de saída estiver fora da faixa permitida para um número inteiro de 16 bits, os bits OV e OS da palavra de estado estão em 1 e a saída ENO (Enable Output) é 0. Exemplo de aplicação

Conversão do programa para STL A lógica 1 convertida para STL é idêntica ao programa anterior (ADD_I)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 4) Divide Integer (divisão de números inteiros) Descrição Aplicando-se nível 1 na entrada Enable (EN), a instrução de divisão é ativada, realizando esta operação entre os valores das entradas IN1 e IN2 (IN1 / IN2). O quociente inteiro (resultado truncado) pode ser monitorado na saída OUT. A sobra não pode ser escaneada. Se o quociente estiver fora da faixa permitida para um número inteiro, os bits OV e OS da palavra de estado estão em nível 1 e a saída ENO é desligada. Exemplo de aplicação

Conversão do programa para STL A lógica 1 convertida para STL é idêntica ao programa anterior (ADD_I)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Avaliando os bits da Palavra de Estado após a execução de instruções matemáticas As instruções matemáticas vistas até agora afetam os seguintes bits da palavra de estado após sua execução: •

CC1 e CC0

•

O sinal (-) nas tabelas a seguir significa que o bit não é afetado pelo resultado da operação matemática. Tabela para valores dentro da escala válida Escala válida para o resultado com números inteiros (16 e 32 bits)

0 (zero) 16 bits Î resultado entre 0 e o valor -32.768 (número negativo) 32 bits Î resultado entre 0 e -2.147.483.648 (número negativo) 16 bits Î resultado entre 0 e o valor 32.767 (número positivo) 32 bits Î resultado entre 0 e 2.147.483.647 (número positivo)

Bits da palavra de estado CC1

CC0

Tabela para valores fora da escala válida Escala válida para o resultado com números inteiros (16 e 32 bits)

0 (zero)

Bits da palavra de estado CC1

CC0

16 bits Î resultado maior do que o valor 32.767 (número positivo) 32 bits Î resultado maior do que o valor 2.147.483.647 (número positivo) 16 bits Î resultado menor do que o valor -32.767 (número negativo) 32 bits Î resultado menor do que o valor -2.147.483.648 (número negativo)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES MATEMÁTICAS COM NÚMEROS EM PONTO FLUTUANTE Introdução As funções em ponto flutuante do Simatic podem ser usadas para a realização das seguintes instruções usando dois números de 32 bits cada: •

Adição

•

Subtração

•

Multiplicação

•

Divisão

Estes números de ponto flutuante em 32 bits são chamados de números reais. Utilizando a matemática em ponto flutuante com um número de 32 bits é possível realizarmos operações dos tipos: •

Extração de raiz (SQR) e raiz quadrada (SQRT) de um número;

•

Estabelecer o logaritmo natural (LN);

•

Estabelecer o valor exponencial (EXP) na base e (2,71828);

•

Estabelecer as seguintes funções trigonométricas de um ângulo: •

Seno (SIN) e Arcoseno (ASIN) de um número;

•

Cosseno (COS) e Arcocosseno (ACOS);

•

Tangente (TAN) e Arcotangente (ATAN).

Formato de dados do tipo REAL (números de ponto flutuante) Em computação, o ponto flutuante descreve um sistema de representação numérica na qual uma string de dígitos (ou bits) representa um número real. O termo ponto flutuante refere-se ao fato de que o ponto decimal (ou ponto binário em computação) pode flutuar, isto é, pode ser colocado relativo ao número de dígitos significativos. Esta posição é indicada separadamente na representação interna e a representação do ponto flutuante pode então ser pensada como a representação de um número em notação científica. Através dos anos várias formas de representação foram adotadas, mas nos últimos anos a que foi aceita pelos fabricantes de CLPs foi a normalização definida pela IEEE754-1985 (ou pela IEC 60559:1989). IEEE Î Institute of Eletrical and Electronics Engineers O formato de um número em ponto flutuante no STEP7 O formato segue a norma ANSI/IEEE 754-1985 e que consiste dos seguintes elementos: •

O sinal S

•

O expoente e = E + bias, acrescido de uma constante (bias = 127)

• A parte fracionária da mantissa “m”. Toda a parte da mantissa de um número não é armazenado com o resto, porque ele é sempre igual a 1 se o número está dentro a faixa válida. Os três componentes juntos ocupam uma palavra dupla de 32 bits.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Usando os três componentes “S”, “e” e “m”, o valor de um número representado neste formato é definido por uma fórmula:

NÚMERO = (s) 1,m X 2e-127 Onde: • e: expoente (=-127). Em outras palavras, o expoente é armazenado com o -127 adicionado a ele • m (mantissa (23 bits)), ou seja, a parte inteira (que pode ser 1 ou 0) seguida pela parte fracionária •

s: para um número positivo, S = 0 e para um número negativo, S = 1

Exemplo:

Converter o número binário acima para um número real em ponto flutuante

1) s = 0 Î o valor inteiro é +1 2) 0 expoente é = 124. Então e = 124 – 127 = -3 01111100 (2) = 0X27 + 1X26 + 1X25 + 1X24 + 1X23 + 1X22 + 0X21 + 0X20 = 0 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 = 124 3) m = 1.01 (em binário). Em decimal, um número binário fracionário é convertido assim para decimal:

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Valor da faixa para números em ponto flutuante Usando o formato em ponto flutuante mostrado abaixo, os resultados são os seguintes: •

O menor número é 1,175495E-38 e

•

O maior número é 3,402823E+38

•

O número zero é representado com e=m=0; e=255 e m=0 são usados para infinito.

A tabela a seguir mostra os bits de sinal de estado da palavra de estado para os resultados das instruções com números em ponto flutuante que não estão dentro da faixa permitida.

Exemplos de formatos de números em ponto flutuante As informações abaixo mostram o formato em ponto flutuante para os valores decimais a seguir: •

10.0

•

Pi = 3.141593

•

Raiz quadrada de 2 = 1.414214

Outro exemplo mais complexo:

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplos de números reais de 32 bits

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 1) Add Floating-point Numbers (soma de números em ponto flutuante – números REAIS) Descrição Um sinal de nível 1 na entrada Enable (EN) ativa a instrução e realiza a soma dos valores presentes nas entradas IN1 e IN2 (IN1 + IN2). O resultado pode ser monitorado na saída OUT. Se o resultado está fora da faixa permitida (acima ou abaixo dos valores limites), os bits OV e OS da palavra de estado estão em 1 e a saída ENO é desativada.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração da instrução ADD_R

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) Subtract Floating-point Numbers (subtração de números em ponto flutuante – números REAIS) Descrição Um sinal de nível lógico 1 na entrada Enable (EN) ativa esta instrução e realiza a subtração entre dois números reais em ponto flutuante (subtrai o valor da entrada IN1 da entrada IN2). O resultado pode ser monitorado na saída OUT. Resultados fora da faixa permissível (acima ou abaixo dos limites) resultam em nível lógico 1 nos bits OV e OS, além de desabilitar a saída ENO.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Na monitoração:

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3) Multiply Floating-point Numbers (multiplicação de números em ponto flutuante – números REAIS) Descrição Um sinal de nível lógico 1 na entrada Enable (EN) ativa esta instrução e realiza a multiplicação entre dois números reais em ponto flutuante (multiplica o valor da entrada IN1 com o da entrada IN2). O resultado pode ser monitorado na saída OUT. Resultados fora da faixa permissível (acima ou abaixo dos limites) resultam em nível lógico 1 nos bits OV e OS, além de desabilitar a saída ENO.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração da instrução

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 4) Divide Floating-point Numbers (divisão de números em ponto flutuante – números REAIS) Descrição Um sinal de nível lógico 1 na entrada Enable (EN) ativa esta instrução e realiza a divisão entre dois números reais em ponto flutuante (divide o valor da entrada IN1 pelo da entrada IN2). O resultado pode ser monitorado na saída OUT. Resultados fora da faixa permissível (acima ou abaixo dos limites) resultam em nível lógico 1 nos bits OV e OS, além de desabilitar a saída ENO.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração da instrução

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 5) Estabelecendo o valor absoluto (ABS) de um número em ponto flutuante Descrição Na matemática, o valor absoluto (ou módulo) de um número Real é o seu valor numérico sem o seu sinal. Por exemplo, 3 é o valor absoluto de -3. Em programação de computadores, a função matemática usada para realizar este cálculo é chamada de ABS. Com esta instrução podemos estabelecer o valor absoluto deste tipo de número (em ponto flutuante.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração da instrução

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 6) Estabelecendo a raiz quadrada de um número em ponto flutuante Descrição Esta instrução extrai a raiz quadrada de um número e produz um resultado positivo quando o endereço é maior do que zero (única exceção: raiz quadrada de -0 é -0). A instrução é ativada quando a entrada Enable (EN) é igual a 1. O resultado SQRT (saída OUT) é armazenado em uma memória de palavra dupla (MD30). Se MD30 for menor do que 0 ou se o resultado está fora da faixa permissível para números em ponto flutuante, a saída ENO é ligada e o valor de MD é igual a zero.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração da instrução

7) Estabelecendo o logaritmo natural (LN) de um número em ponto flutuante Descrição Esta instrução extrai o logaritmo natural de um número através da ativação da instrução, pela aplicação de um sinal em nível 1 na entrada Enable (EN). O número a ser calculado é inserido na entrada IN e o resultado armazenado na memória de palavra dupla indicada na saída OUT. Se o valor da entrada IN for menor que zero ou estiver fora da faixa permissível, a saída ENO é desabilitada. O logaritmo natural é o logaritmo de base e, onde e é um número irracional aproximadamente igual a 2,71828... (chamado Número de Euler). É, portanto, a função inversa da função exponencial. Em termos simples, o logaritmo natural é uma função que é o expoente de uma potência de e, e aparece freqüentemente nos processos naturais (o que explica o nome "logaritmo natural"). Esta função torna possível o estudo de fenômenos que evoluem de maneira exponencial. Ele também é chamado de logaritmo neperiano, do nome de seu « inventor », o matemático escocês John Napier (ou John Naper).

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Monitoração da instrução

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES DE COMPARAÇÃO Introdução As instruções de comparação do Simatic são realizadas entre dois números que podem ser dos tipos Inteiro, Duplo Inteiro e Real (ponto flutuante). Instruções com números inteiros: 1. EQ_IÎ igual a (equal to); 2. NE_IÎ diferente de (not equal to); 3. GT_IÎ maior que (greater than); 4. LT_IÎ menor que (less than); 5. LE_IÎ maior ou igual a (less equal to); Instruções com números duplos inteiros: 6. EQ_DÎ igual a (equal to); 7. NE_DÎ diferente de (not equal to); 8. GT_DÎ maior que (greater than); 9. LT_DÎ menor que (less than); 10. LE_DÎ maior ou igual a (less equal to);

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Instruções de comparação com números inteiros

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Monitoração das instruções de comparação com números inteiros

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO CENTRIFUGADORA DE AÇUCAR Desejamos desenvolver um programa para automatizar uma centrifugadora de açúcar. Este equipamento é utilizado nas usinas de açúcar para converter o melaço (caldo de cana concentrado) em açúcar cristal. Processo

Dispositivos de controle LSH (level sensor high): sensor de nível alto SV (solenoid valve): válvula solenóide VS (vibration sensor): sensor de vibração TT (temperature transmitter): transmissor de temperatura SS (speed sensor): sensor de movimento (rotação) Condições iniciais para o carregamento •

SV-1 e SV-2 fechadas

•

Esteira transportadora em movimento

•

Temperatura em 60ªC (TT)

•

Motor parado

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Operação 1. Abrir SV-1 para a entrada do melaço 2. Quando o melaço atingir o nível desejado, o sensor de nível LSH enviará um sinal para o fechamento de SV-1 3. O motor da centrífuga deverá ser acionado por um tempo pré-ajustado (três minutos) 4. Decorrido o tempo de centrifugação, o motor deverá ser desligado 5. Após 15 segundos (tempo necessário para a parada do conjunto após o desligamento do motor), a Sv-2 será acionada para o início da descarga, que deve durar 30 segundos 6. Reinício de um novo carregamento Condições de segurança O processo deverá ser interrompido (parada do motor que aciona a centrífuga) caso ocorra pelo menos uma das situações abaixo: •

Alta temperatura (TT atuado)

•

Excesso de vibração (VS atuado)

•

Motor da esteira parado (SS sem sinal)

O equipamento somente entrará em funcionamento novamente se um botão de rearme for acionado. Convenções Válvulas solenóides acionadas = nível 1 Motor em funcionamento = nível 1 Temperatura normal = nível 1

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Instruções de comparação com números duplos inteiros Descrição As instruções de comparação de números duplos inteiros realizam comparações entre dois números de ponto flutuante de 32 bits cada. Se a comparação é verdadeira, o resultado lógico da operação (RLO) é igual a 1. Caso contrário, é igual a 0. Formato de dados do tipo duplo inteiro (DINT)

Exemplos de formato: Mínimo – L# -2147483648 Máximo – L# +2147483647 Nota: no formato binário, um número inteiro negativo é representado pelo complemento de 2 deste mesmo número positivo. O programa exemplo a seguir realiza comparações entre o valor 10 (inteiro simples) e o valor indicado pela memória de palavra MW0, que, quando convertida para palavra duplo inteiro, exibe os 16 bits mais significativos desta palavra.

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EXERCÍCIO Converter os números decimais abaixo para duplo inteiro (DINT) e realizar as comparações com a instrução EQ_D. 15 =

23 =

44 =

95 =

127 =

256 =

410 =

525 =

2 16 = 65536

2 17 = 131072

2 18 = 262144

2 19 = 524288

2 20 = 1048576

2 21 = 2097152

2 22 = 4194304

2 23 = 8388608

2 24 = 16777216

2 25 = 33544432

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES DE CONVERSÃO DE DADOS Formato de números Código BCD O dígito de um número decimal pode ser codificado com quatro dígitos binários. Esta representação deriva do fato que o maior número decimal de um dígito, que é o número 9, necessita de pelo menos quatro posições para a representação binária. Para representar os dez dígitos decimais (de 0 a 9) em código BCD, será usada a mesma representação que seria utilizada para números binários de 0 até 9. De 16 combinações possíveis de quatro dígitos binários, seis não são utilizadas. Exemplo de um número em formato BCD:

Números inteiros (integer) O tipo de dados “INT” é um número inteiro (de 16 bits). O bit de sinal (bit 15) indica se este é um número positivo ou negativo (“0” é positivo e “1” é negativo). A faixa de um inteiro, como já foi visto, está entre -32768 e +32767. Um inteiro ocupa uma palavra de memória. Em formato binário, um inteiro negativo é representado como o complemento de dois de um número positivo quando inverte o estado do sinal de todos os bits e adiciona “1” ao resultado. Exemplo de complemento de dois de um número inteiro:

Números reais Um número Real (também chamado de número de ponto flutuante) é um número positivo ou negativo que abrange valores tais como 0,339 ou -11,32. Também pode ser expresso em forma de número em potência de 10. Por exemplo, o número 1024 pode ser escrito desta forma Î 1,024E3 Este número ocupa duas palavras de memória e o sinal é definido pelo bit mais significativo (MSB). Os bits restantes representam o expoente e a mantissa. A faixa deste tipo de número está entre -3,402823E38 a 3,402823E38.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 1) Conversão de um número inteiro para BCD (I_BCD) Descrição Esta instrução lê o conteúdo da entrada IN como um número inteiro e o converte para um número de 3 dígitos codificado em BCD (compreendido entre -999 e +999). O resultado pode ser visto na saída OUT. Se uma sobrecarga (valor acima da faixa) ocorrer, a saída ENO será igual a zero. 2) Conversão de um número BCD para inteiro (BCD_I) Descrição Esta instrução lê o conteúdo da entrada IN como um número de 3 dígitos codificado em BCD (+/999) e o converte para um valor inteiro (16 bits). O resultado inteiro é exibido na saída OUT. ENO sempre tem o mesmo estado de sinal de EN (enable).

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3) Conversão de um número duplo inteiro para BCD (DI_BCD) Descrição Esta instrução lê o conteúdo da entrada IN como um número duplo inteiro de 32 bits e o converte para BCD de sete dígitos (+/- 9999999). O resultado é exibido na saída OUT e se ocorrer uma sobrecarga, a saída ENO é desligada. 4) Conversão de um número BCD para duplo inteiro (BCD_DI) Descrição Esta instrução realiza a operação inversa da instrução anterior. A saída ENO tem sempre o mesmo estado da entrada EN.

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5) Conversão de um número inteiro para duplo inteiro (I_DI) Descrição A instrução lê o conteúdo do parâmetro IN como um número inteiro (16 bits) e o converte para duplo inteiro (32 bits). O resultado pode ser visto na saída OUT. A saída ENO é sempre cópia da entrada EN.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 6) Complemento de um de um número inteiro (INV_I) Descrição Esta instrução realiza a função Booleana XOR de um número inteiro, ou seja, o complemento de um deste número (inverte bit a bit toda a palavra binária – 16 bits). 7) Complemento de um de um número inteiro duplo (INV_DI) Descrição Esta instrução realiza a função Booleana XOR de um número inteiro duplo, ou seja, o complemento de um deste número (inverte bit a bit toda a palavra binária – 32 bits).

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8) Complemento de dois de um número inteiro (NEG_I) Descrição A instrução que realiza o complemento de dois de um número realiza a operação equivalente a multiplicar este mesmo número por (-1), trocando o seu sinal. Por exemplo, de um número positivo para um número negativo (em 16 bits). É o mesmo que escrever este número com seu sinal trocado – ser for um número positivo, o complemento de dois torna-o negativo e vice-versa. 9) Complemento de dois de um número inteiro duplo (NEG_DI) Descrição A instrução que realiza o complemento de dois de um número realiza a operação equivalente a multiplicar este mesmo número por (-1), trocando o seu sinal. Por exemplo, de um número positivo para um número negativo (em 32 bits).

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES DE DESLOCAMENTO E ROTAÇÃO DE DADOS 1) Deslocamento de número inteiro à direita (SHR_I) Descrição Esta instrução é usada para deslocar um número inteiro para a direita bit a bit (os bits 16 a 31 não são afetados por ela). A entrada N especifica quantos bits serão deslocados. Se N for maior do que 16, o comando age como se N fosse igual a 16. As posições dos bits deslocados da esquerda e que ficariam vagos, são preenchidos com o estado lógico do bit 15 (sinal do número - + ou negativo – 0 ou 1). O resultado do deslocamento pode ser monitorado na saída OUT. A instrução é ativada pela entrada EN, através da aplicação de um nível lógico 1. A saída ENO tem o mesmo nível de sinal desta entrada.

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Alterando o valor da entrada N.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) Deslocamento de número duplo inteiro à direita (SHR_DI) Descrição Esta instrução é usada para deslocar um número duplo inteiro para a direita bit a bit. A entrada N especifica quantos bits serão deslocados. Se N for maior do que 32, o comando age como se N fosse igual a 32. As posições dos bits deslocados da esquerda e que ficariam vagos, são preenchidos com o estado lógico do bit 31 (sinal do número - + ou negativo – 0 ou 1). O resultado do deslocamento pode ser monitorado na saída OUT. A instrução é ativada pela entrada EN, através da aplicação de um nível lógico 1. A saída ENO tem o mesmo nível de sinal desta entrada.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3) Rotação de palavra dupla à direita (ROR_DW) Descrição Esta instrução é usada para rotacionar o conteúdo inteiro da entrada IN bit a bit para a direita. A entrada N especifica a quantidade de bits que devem se rotacionados. Se N é maior do que 32, a palavra dupla em N é rotacionada por N-1 posições. As posições de bits rotacionados a partir da esquerda são preenchidas pelos estados lógicos dos bits que foram rotacionados para fora do lado direito. O resultado desta rotação pode ser monitorado na saída OUT. Exemplo: rotação de uma palavra dupla binária em 3 bits para a direita.

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4) Rotação de palavra dupla à esquerda (ROL_DW) Descrição Esta instrução é usada para rotacionar o conteúdo inteiro da entrada IN bit a bit para a esquerda. A entrada N especifica a quantidade de bits que devem se rotacionados. Se N é maior do que 32, a palavra dupla em N é rotacionada por N-1 posições. As posições de bits rotacionados a partir da direita são preenchidas pelos estados lógicos dos bits que foram rotacionados para fora do lado esquerdo. O resultado desta rotação pode ser monitorado na saída OUT. Exemplo: rotação de uma palavra dupla binária em 3 bits para a esquerda.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES DE SALTO Introdução Label (rótulo) como endereçamento O endereçamento de uma instrução de Jump é chamado de Label. Um label consiste de um máximo de 4 caracteres, sendo que o primeiro sempre deve ser uma letra do alfabeto. Os outros caracteres podem ser letras ou números. Por exemplo, SEG3. Um Label de salto indica o destino para o qual você deseja que a execução do programa salte. Este label pode ser informado acima de uma instrução bobina. Label como destino O label de destino deve estar no início de uma lógica. Selecionando a instrução LABEL, uma caixa vazia aparece e digitamos o nome deste. Ele marca o ponto onde o programa irá continuar a execução após o salto. Instruções ou segmentos localizados entre o jump e o label não são executados. O label obrigatoriamente deve estar localizado no mesmo bloco (OB, FB, FC) que a instrução jump a que está associada. 1) Jump incondicional (salto incondicional) Esta instrução interrompe o fluxo normal da lógica de controle e provoca o salto do programa para a posição marcada pelo rótulo (label). Ela é representada de maneira parecida ao elemento de saída, porém com as letras JMP e o nome do rótulo destino associado.

Quando a instrução JMP é ativada através de I124.4, toda a seqüência até o LABEL NET5 é desabilitada, retomando o funcionamento normal após este label, presente na lógica Network5. A instrução contida nesta mesma lógica não sofre influência do salto realizado e é executada independentemente da situação da instrução JMP.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES PARA CONTROLE DE PROGRAMAS 1) Função Master Control Relay (relé de controle mestre) Relé de controle mestre O Máster Control Relay é uma chave lógica mestre para energizar ou desenergizar o fluxo de tensão no barramento esquerdo da Network. Quando desenergizado toda a seqüência lógica seguinte é zerada (RLO=0) ao invés de ser executada. Se a instrução Máster Control Relay estiver ativa (RLO=1), considera-se que o sistema a partir dela está energizado. Por sua vez, se a lógica estiver inativa (RLO=0), considera-se que o sistema está desenergizado. Obs: as instruções SET e RESET dentro de uma MCR (Máster Control Relay) inativo (desenergizado) não alteram o valor de saída / flag. A instrução de transferência (=) zera a saída / flag quando MCR está inativo. A) Master Control Relay Activate (MCRA) A instrução MCRA ativa a função MCR, sendo que todas as outras abaixo devem seguir após esta. B) Master Control Relay On (MCR<) Esta instrução marca o início da zona de controle lógico. MCR< abre a área MCR e marca a pilha deste tipo de instrução, ou seja, conta quantas instruções do tipo MCR são executadas no programa. A pilha pode ter até 8 entradas, o que significa que até oito níveis de controles individuais podem ser incluídos entre os comandos MCRA e MCRD. C) Master Control Relay Off (MCR>) Esta instrução marca o fim da área de controle lógico. O MCR> é combinado com a instrução MCR< mais próxima. D) Master Control Relay Deactivate (MCRD) Esta instrução desativa a função MCR. Você não pode programar nenhuma área MCR depois de MCRD. Esta instrução é uma exigência para a associação lógica com MCRA.

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Sem alimentação, a instrução desabilita a seqüência após ela. O contador continua funcionando, mas sem a transferência do conteúdo de MW5

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Como MW5 está sem conteúdo (zerado), as instruções ADD-I e MUL_I são executadas, mas com resultado diferente do que deveria ocorrer.

Exercícios: converta o programa anterior para FBD e STL e analise seu comportamento.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Conversão do programa para STL

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO CALDEIRA A VAPOR Deseja-se desenvolver um programa para CLP para supervisionar o funcionamento de uma caldeira a vapor do tipo fogotubular, conforme ilustrações abaixo. Caldeira é um recipiente metálico cuja função é, entre muitas, a produção de vapor através do aquecimento da água. As caldeiras em geral são empregadas para alimentar máquinas térmicas, autoclaves para esterilização de materiais diversos, cozimento de alimentos através do vapor, ou calefação ambiental. Ilustrações

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Dispositivos de controle PSL: sensor de baixa pressão SV: válvula solenóide BS: fotocélula (detector de chama) I: ignitor B: ventilador (blower) CH: contato NA FCV: válvula controladora de vazão

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Descrição Uma caldeira de vapor tem por função gerar vapor superaquecido que será utilizado para movimentar bombas e turbinas a vapor. O sistema de segurança atuará somente na partida e na parada do equipamento. Durante a operação normal, este apenas supervisionará as variáveis envolvidas, as quais serão controladas pelas FCVs. Seqüência operacional de partida Descrição Pré-requisitos para a partida •

Pressão de água de alimentação (PSL-1)

•

Pressão de combustível (PSL-2)

•

FCV-2 aberta (CH-2 atuado). Para tanto SV-3 deverá aplicar 20PSI no atuador

•

SV-1 e SV-2 fechadas

Processo 1. Satisfeitos os pré-requisitos, ao acionarmos o botão de partida, o ventilador (blower) entrará em operação. O sensor CH-1 confirmará esta condição 2. A SV-3 deverá fazer com que a FCV-2 abra totalmente (20PSI no atuador), iniciando-se a purga da câmara de combustão 3. O sensor CH-2 confirmará que FCV-2 abriu-se totalmente 4. Decorrido o tempo de purga (10s), o ignitor será energizado ao mesmo tempo em que SV-2 permitirá a entrada de gás piloto. Com isto, teremos a presença da chama piloto 5. Uma vez detectada a presença da chama piloto através do sensor BS, teremos a abertura de SV-1 dando início ao processo de combustão 6. Decorridos 5s após o início da combustão, teremos: •

SV-2 fechada e o ignitor desenergizado

•

SV-3 permitindo a passagem do sinal de controle

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Seqüência operacional de parada Descrição A parada da caldeira deverá ocorrer quando for acionado o botão de parada ou quando houver alguma anormalidade Condições anormais •

Baixa pressão de combustível (PSL-2)

•

Baixa pressão de água de alimentação (PSL-1)

•

Alta pressão de vapor superaquecido (PSL-3)

•

Falta de chama (BS)

•

Parada do ventilador (CH-1)

•

FCV-2 fechada (CH-2)

Processo 1. SV-1 fechada 2. FCV-2 totalmente aberta, via SV-3 3. Ventilador continuando a operar 4. SV-2 fechada 5. Ignitor desenergizado Convenções Baixa pressão de combustível (PSL-2): nível 0 Baixa pressão de água de alimentação (PSL-1): nível 0 Alta pressão de vapor superaquecido (PSL-3): nível 1 CH-1 e CH-2 atuados: nível 1 Presença de chama (BS): nível 1 SV-1 e SV-2 energizadas (abertas): nível 1 SV-3 energizada (20PSI): nível 1 SV-3 desenergizada (SC): nível 0

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) Chamada de funções (FCs) e funções de sistema (SFCs) – CALL (sem parâmetros) Descrição Tipos de blocos de programa Blocos de sistema Os blocos de sistema são funções pré-definidas ou blocos de função integrados ao sistema operacional da CPU. Estes blocos não ocupam nenhum espaço adicional na memória do usuário. Os blocos de sistema são chamados pelo programa do usuário e têm a mesma interface, mesma designação e mesmo número em todo o sistema S7 (300 ou 400). Então, você pode facilmente utilizar o programa do usuário em várias CPUs. Blocos do usuário São áreas providas para administrar o código e os dados de seu programa. Baseado nas necessidades do seu processo, você pode estruturar seu programa com várias opções de blocos de usuário. Alguns desses blocos podem ser executados ciclicamente, enquanto outros blocos podem ser executados somente quando necessitados. Blocos de usuário são também chamados de blocos de programa.

BLOCOS DE USUÁRIO Blocos de organização (OB) Forma a interface entre a CPU e o programa do usuário. Pode-se escrever um programa inteiro no OB1 e deixa-lo processando a cada ciclo. Pode-se, porém escrever um programa em diferentes blocos e usar o OB1 para chamar estes blocos quando necessário. Além do OB1, o sistema operacional pode chamar outros OBs que reagem a certos eventos, tais como: • Interrupção data programada; • Interrupção de diagnóstico; • Interrupção de erros;

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 • Interrupção de tempo de ciclo; • Interrupção de hardware; • Start-up de hardware. Bloco de função (FB) Um bloco de função é uma função ou uma seqüência de comandos armazenados em um bloco lógico, onde os parâmetros podem ser arquivados em uma memória. O FB utiliza esta memória adicional na forma de um “Bloco de Dados Instance”. Parâmetros passados para o FB e alguns dos dados locais são arquivados neste bloco de dados associado (Instance FB). Outros dados temporários são arquivados na pilha local (L Stack). Dados arquivados em Instance DB são retidos quando o bloco de função é fechado. Dados arquivados na pilha L Stack não são retidos. Funções (FC) A função é um bloco de operação lógica similar ao bloco de função para o qual não é designado área de memória. Um FC não necessita de um bloco de dados instance. As variáveis locais são arquivadas na pilha local (L Stack) até que a função esteja concluída, sendo perdidos quando o FC termina a execução. Bloco de dados (DB) Os blocos de dados são blocos usados pelos blocos lógicos no programa do usuário para armazenar valores. Em contraste com o local de dados temporários, os dados nestes blocos não são apagados quando o processamento dos blocos lógicos é finalizado ou o bloco de dados é encerrado. O tamanho máximo possível para um bloco de dados depende do tipo de CPU utilizada. Por exemplo, para a CPU 314 pode ser de até 8KB. Dependendo de sua relação com os blocos lógicos, existem dois tipos de blocos de dados: Shared Data Blocks (Blocos de dados compartilhados) São blocos que podem ser acessados por todos os blocos lógicos no programa do usuário. Cada bloco de função (FB), função (FC) ou bloco de organização (OB) pode ler ou escrever nos dados compartilhados contidos nestes blocos de dados. Você pode criar estes tipos de blocos através da: •

Especificação da estrutura do próprio bloco de dados, ou seja, definir e editar a ordem das variáveis, seus símbolos e os tipos de dados individualmente;

•

Criação de um bloco de dados com um dado de tipo user-defined (definido pelo usuário – UDT). Neste caso, a estrutura do bloco UDT define a estrutura do bloco de dados.

Instance Data Block (Bloco de dados Instance) São blocos de dados relacionados a um bloco de função (FB) em particular. Eles contêm os dados locais deste bloco relacionado. Se outros blocos de função são chamados sem que as variáveis estáticas (instâncias múltiplas) tenham sido declaradas, o bloco de dados instance da função chamada também contêm os dados locais do blocos de função chamados. Dependendo do tipo de bloco que você deseja criar ou editar, você pode usar diferentes métodos. BLOCOS DE SISTEMA Função de sistema (SFC) Função de sistema é uma função pré-programada e testada que é integrada na CPU. Algumas das tarefas suportadas por estas funções são a de setar parâmetros dos módulos, comunicação de dados, funções de cópia, etc. Uma SFC pode ser chamada pelo programa, porém sem fazer parte dele (não ocupa memória de trabalho).

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Blocos de função de sistema (SFB) Um bloco de função de sistema é parte integral da CPU. Você pode utilizar um SFB em seu programa sem carregar como parte de seu programa, pois os SFBs são parte do sistema operacional. SFBs devem ser associados a um DB, o qual deverá ser transferido para a CPU como parte de seu programa. Bloco de dados de sistema (SDB) Um bloco de dados de sistema é uma área da memória que a ferramenta Step7 gera para arquivar dados necessários para o controle de operações. Informações tais como dados de configuração, conexões de comunicação e parâmetros são salvos em SDBs. TIPOS DE BLOCOS Função de sistema (SFC)

Bloco de função de sistema (SFB)

Bloco de dados de sistema (SDB)

CARACTERÍSTICAS - Arquivados no sistema operacional das CPUs - Usuário pode chamar esta função (sem memória) - Arquivados no sistema operacional das CPUs - Usuário pode chamar esta função (com memória) - Blocos de dados para configuração de dados e parâmetros

ESTRUTURA DE PROGRAMA Programa linear O programa inteiro reside em um único bloco de instrução contínuo. Esta estrutura é semelhante a um circuito de relés substituído por um CLP. O sistema processa instruções individuais sucessivamente. Toda a programação e parametrização é feita no Organization Block 1 (OB1) Programa particionado O programa é dividido em blocos, onde cada bloco contém uma lógica específica para dispositivos ou tarefas. As informações residentes no bloco de organização (OB1) determinam a ordem de execução dos blocos a serem processados. Um programa particionado pode, por exemplo, conter blocos de instruções com os quais os modos de operações individuais de um processo industrial são controlados. Programa estruturado Um programa estruturado contém blocos de instruções com parâmetros definidos pelo usuário (blocos parametrizados). Estes blocos são projetados de forma que possam ser usados universalmente. Os parâmetros atuais (os endereços de entradas e saídas) são especificados durante a chamada do bloco. Exemplo de blocos parametrizáveis: - O bloco “BOMBA” contém instruções para uma bomba, com um set de entradas e saídas exigidas para qualquer bomba usada no processo. - O bloco lógico responsável pelo controle específico das bombas chama (abre) o bloco “BOMBA” e fornece informações para identificar qual bomba irá ser controlada. - Quando o bloco completa a execução das instruções, o programa retorna ao bloco de chamada (por exemplo, o OB1), o qual conclui as instruções.

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PROGRAMAÇÃO ESTRUTURADA O que é programação estruturada? A programação estruturada identifica tipos similares ou repetitivos de funções solicitadas pelo processo e fornece soluções genéricas que podem ser usadas por várias outras tarefas. Fornecendo informações específicas (em forma de parâmetros) para os blocos de instruções, o programa estruturado é capaz de usar de novo estes blocos genéricos. Podem considerar-se como exemplos destes blocos: - Blocos que contenham lógicas comuns para todos os motores AC no sistema do transportador; - Blocos que contenham lógicas comuns a todas as solenóides na máquina; - Blocos que contenham lógicas comuns a todos os acionamentos da máquina. Como é executado? O programa dentro do OB1 (ou outro bloco) chama estes blocos genéricos para a execução. Assim, dados e códigos considerados comuns podem ser compartilhados. Quais as vantagens e desvantagens? Ao invés de repetir estas instruções e então substituir os diferentes endereços para os específicos equipamentos, você pode escrever as instruções no bloco e ter um programa para passar os parâmetros (tais como endereços específicos de equipamentos ou dados) para o bloco. Isto permite a você escrever blocos genéricos que mais que um dispositivo ou processo possa usar. Quando usar uma programação estruturada, você tem que gerenciar os dados que são arquivados e utilizados pelo programa.

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EXEMPLO DE UTILIZAÇÃO DA INSTRUÇÃO CALL – CHAMADA DE FUNÇÕES (Programação particionada)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 PROGRAMA EXEMPLO – CHAMADA DE FUNÇÕES (CALL)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 FUNÇÕES CHAMADAS FUNÇÃO FC1

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 FUNÇÕES CHAMADAS FUNÇÃO FC2

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 FUNÇÕES CHAMADAS FUNÇÃO FC3

FUNÇÕES CHAMADAS FUNÇÃO FC4

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO PARQUE DE ESTACIONAMENTO Desenvolver uma aplicação para CLP Siemens para automação de um parque de estacionamento com capacidade para 20 veículos, conforme esquema a seguir. UTILIZAR A INSTRUÇÃO CALL PARA CHAMADAS DE FUNÇÕES.

O parque possui uma via de entrada e outra de saída, ambas com barreiras automáticas, funcionando o sistema de acordo com as seguintes condições: •

Depois de ligado o interruptor de comando (I1) geral deste sistema, pressionando-se o botão S1 da máquina de entrada (Min), esta fornece um bilhete e a barreira de entrada (barreira 1) abre;

•

A abertura da barreira de saída (barreira 2) ocorre quando um bilhete, com pagamento previamente feito, for aceito (S3=1) pela máquina de saída (Mout), colocada antes desta barreira;

•

O fechamento das barreiras só é possível após os carros ultrapassarem detectores (S2 e S4) colocados no solo, logo a seguir às mesmas. Essa disposição garante que os carros não sejam atingidos pelas barreiras no seu movimento de descida;

•

Quando a lotação do parque for atingida, acende um placar com a indicação “ESGOTADO” e é acionada uma lâmpada vermelha (SV), colocada junto à barreira de entrada. A máquina de entrada não fornece mais bilhetes e a barreira não abre. Após sair um veículo, essa lâmpada é desligada e apagada a indicação “ESGOTADO”. Se S1 for pressionado, a máquina Min fornece o bilhete e a barreira abre;

•

As barreiras possuem um fim de curso de fechamento e de abertura e são acionadas por motores elétricos. SENAI

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O FLUXOGRAMA DE PROCESSO Representa uma seqüência de trabalho qualquer, de forma detalhada (pode ser também sintética), onde as operações ou os responsáveis e os departamentos envolvidos são visualizados nos processo. É conhecido também com os nomes de Flow-chart, carta de fluxo do processo, gráfico de seqüência, gráfico de processamento dentre outros. Principais objetivos: • • • • •

Uma padronização na representação dos métodos e os procedimentos administrativos; Podem-se descrever com maior rapidez os métodos administrativos; Pode facilitar a leitura e o entendimento das rotinas administrativas; Podem-se identificar os pontos mais importantes das atividades visualizadas; Permite uma maior flexibilização e um melhor grau de análise.

O fluxograma visa o melhor entendimento de determinadas rotinas administrativas, através da demonstração gráfica. (Existem estudos que comprovam que o ser humano consegue gravar melhor uma mensagem, quando esta é acompanhada de imagens.) “É importante ressaltar que os fluxogramas procuram mostrar o modo pelo qual as coisas são feitas, e não o modo pelo qual o chefe diz aos funcionários que a façam; não a maneira segundo o qual o chefe pensa que são feitas, mas a forma pela qual o Manual de normas e procedimentos manda que sejam feitas.” Eles são, portanto, uma fotografia real de uma situação estudada.”

•

Etapas para criação de um fluxograma: Escolher a rotina a ser trabalhada

•

Coletar os dados

•

Desenhar a rotina

•

Todo fluxo deve ter início e fim. Nenhuma simbologia pode ficar solta, sem indicação da continuidade do processo ou com a simbologia de fim.

•

Nunca esquecer das setas no fluxograma e do processo.

•

Sempre que se for enviar um documento, utilizar a simbologia de "documento".

•

Antes do "arquivo", obrigatoriamente tem que haver a simbologia de "documento", já que só se arquivam documentos.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Exemplo

Exercício Leia o texto abaixo e desenhe um fluxograma fazendo uso dos seguintes símbolos:

A empresa não tinha um estoque informatizado e o os pedidos ao estoque ocorriam da seguinte forma: O estoquista ao receber uma solicitação de peça, verifica na listagem do estoque a disponibilidade da mesma. Caso esteja disponível, a peça é entregue ao solicitante e em seguida, é efetuada a baixa no estoque. Caso a peça não esteja disponível, verifica-se junto aos fornecedores de peças*, o tempo de entrega. Informa-se o tempo necessário ao solicitante. Caso este (solicitante) ainda deseje a peça, o pedido ao fornecedor é efetuado imediatamente. Aguarda-se a chegada da peça e a sua entrada no estoque. Em seguida ela é entregue ao solicitante e é efetuada a baixa no estoque. Considere que o fornecedor sempre tem a peça solicitada disponível para entrega.

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Parque de estacionamento para 20 veículos Passos para resolução 1. Liga interruptor geral; 2. Se S1 pressionado Î Min fornece bilhete Î barreira 1 abre Î se S2 acionado Î barreira 1 fecha Î incrementa 1 carro na contagem; 3. Mout recebe bilhete Î se S3 acionado Î barreira 2 abre Î se S4 acionado Î barreira 2 fecha Î decrementa 1 carro na contagem 4. Se lotação atingida (=20) Î lâmpada SV acionada Î Min não fornece mais bilhetes Î barreira 1 não abre mais. Convenções Entradas I1 Î liga interruptor geral Î I124.0 S1 Î solicita ticket Î I124.1 S2 Î sensor de carro da barreira 1 Î I124.2 S3 Î recebe ticket Î I124.3 S4 Î sensor de carro da barreira 2 Î I124.4 Saídas Barreira 1 Î Q124.0 Min (motor que traciona o ticket) Î Q124.1 Barreira 2 Î Q124.2 Mout (motor que traciona o ticket) Î Q124.3 Lâmpada SV Î Q124.4 Fluxograma de processo

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Liga interruptor geral

S1 pressionado

FC1

FC2

INÍCIO

S2 acionado

NÃO

SIM

NÃO

SIM

Min fornece bilhete

Mout recebe bilhete

Barreira 1 abre

Barreira 2 abre

NÃO

S2 acionado

NÃO

S4 acionado

SIM

Barreira 1 fecha

Barreira 2 fecha

Incrementa 1 carro

Decrementa 1 carro

NÃO

Novo carro

NÃO

Novo carro

SIM

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Liga interruptor geral

Lotação atingida (=20)

FC3

NÃO

SIM Lâmpada SV acionada

Min não fornece bilhete

Barreira 1 não abre

FIM

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 CRIANDO BLOCOS DE DADOS (DB) Introdução A criação de um bloco DB obedece as mesmas regras para a criação de um bloco de programa, sendo que é utilizado o mesmo editor de programas (LAD/STL/FBD) para a edição. Criando um novo DB Utilize o mesmo método para criar o DB que foi utilizado para criar um bloco de programa (por exemplo, botão direito do mouse Î Insert New Object Î DB Block)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Ao se iniciar a edição de um novo DB, o sistema, através de uma caixa de diálogo, solicitará a escolha do tipo de DB a ser criado (veja figura anterior). O tipo indicado (shared DB) significa que este bloco de dados é compartilhado, ou seja, pode ser acessado por todo e qualquer bloco do programa. Abrindo um DB existente Se o DB já foi editado anteriormente, utilize para acessa-lo o mesmo método que usou para acessar qualquer bloco de programa (por exemplo, um clique duplo sobre seu ícone). Para DBs existentes não aparece a caixa de seleção do tipo de DB, pois seu tipo já foi definido anteriormente. Editando um bloco de dados (DB) Utilizando o procedimento anterior, abra o DB criado à pouco.

O bloco de dados (DB) é uma área da memória da CPU, orientada a Byte, disponível para armazenamento de dados. Apesar de orientada a bytes, esta área pode e deve ser definida pelo usuário livremente, já que não existe formato de dados pré-definidos para ela. A definição desta área visa facilitar a manipulação de dados no programa do usuário. Assim, se ele precisa definir bits (variáveis booleanas) para utilizar na sua lógica, declara a variável com BOOL. Se por outro lado, necessita de variáveis para cálculos, pode definir a variável como REAL. Endereço As variáveis contidas no DB são acessadas preferencialmente pelo seu nome simbólico. Apesar disto, todas possuem um endereço de sua localização dentro do bloco e permitem, caso necessário, que sejam acessadas por este endereço. Os endereços são do tipo BYTE.BIT, mesmo para as variáveis definidas como byte, word, dword, etc. Estes endereços são definidos automaticamente pelo sistema logo após a edição da variável (nome e tipo da variável). Nome É o nome simbólico alfanumérico da variável. Na maioria dos caso ela será acessada no programa por este nome simbólico. Tipo de dado É o tipo de dados da variável (individual). A definição do tipo deve levar em consideração a sua utilização dentro do programa. Exemplo: BOOL (booleana ou bit). Valor inicial Campo opcional onde se especifica o valor inicial da variável. O valor padrão para todos os tipos de variáveis é zero. Comentário Campo opcional para comentários / descrição das variáveis. Tipos de dados elementares para o Simatic S7 Formato Cada variável tem seu próprio formato, indicando o modo com o qual o programa irá acessá-lo. A estrutura dos bits e seu comprimento são definidos pela designação dos tipos de dados. É importante conhecer os vários tipos de dados, porque algumas instruções requerem tipos de dados específicos. Isto

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 é particularmente importante para instruções LAD/FBD, porque o editor confere os tipos de dados quando você endereça individualmente os elementos. Tipos de dados Os tipos de dados pertencem a uma das seguintes categorias: •

Dados básicos ou elementares: estruturas de dados menores que 32 bits, que têm definições de acordo com a norma IEC 61131-3;

•

Dados complexos: estruturas ou campos que são maiores do que 32 bits;

•

Parâmetros: blocos de parâmetros usados para FBs ou FCs

TIPO

TAMANHO (EM BIT)

EXEMPLO

BOOL

1 ou 0

BYTE

16#A9

WORD

16#12AF

DWORD

16#ADAC1EF5

CHAR

‘W’

STRING*

>=16, 8* (Nº de caracteres)

‘ISTO É UMA STRING’

S5TIME

S5T#5s_200ms

INT

123

DINT

65539

REAL

1.2 ou 34.5E-12

TIME

T#2D_1H_3M_45S_12_MS

DATE

D#2008-04-30

TIME_OF_DAY

TOD#12:23:45.12

DATE_AND_TIME*

DT#2008-04-30:12.29.13

Acesso aos elementos de blocos de dados Abrir DB Antes que os dados de um bloco possam ser acessados é necessário que o DB seja aberto. Isto é feito através da instrução OPN DB (Open DB). Se outro bloco de dados global já estiver aberto, este será automaticamente fechado. O bloco de dados Instance, associado a um FB, é automaticamente aberto pelo sistema. Acesso ao DB A figura a seguir mostra como acessar os dados de um DB. As instruções utilizadas são as mesmas utilizadas com qualquer outro operando. Por exemplo: L

DBB3

Ler o byte 3 do DB

DBW12

Transferir o conteúdo do acumulador para a palavra 12 do DB

DBX4.5

Fazer a lógica AND com o bit 5 do byte 4 do DB

Pode-se também acessar os dados dentro de um DB através do chamado “caminho completo”. O caminho completo é: nome-do-db.dado Desse modo, na própria instrução é feita a abertura do DB e o acesso ao dado. Esta maneira de acesso é própria para evitar erros de programação e facilita a documentação.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 CRIANDO UM PROGRAMA COM BLOCOS DE FUNÇÃO (FB) E BLOCOS DE DADOS (DB) 1) Criando e abrindo um bloco de função (FB) O bloco de função (FB) está abaixo do bloco de organização (OB) na hierarquia do programa. Ele contém uma parte do programa que pode ser chamada muitas vezes pelo OB1. Todos os parâmetros formais e dados estáticos do FB são salvos em um bloco de dados (DB) separado, o qual é relacionado ao FB correspondente. Para criar um bloco de função, siga os passos abaixo:

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Um duplo clique em FB1 abre a tela de programação deste bloco, a qual se parece com a tela do OB1, mas identificada no topo desta como sendo o FB1. Esta programação será feita utilizando-se símbolos e, para tal, devemos declará-los na Tabela de Declaração de Variáveis. Para abri-la basta seguir os passos: 1) Abrir a tabela de declaração de variáveis (logo acima da tela de lógicas)

2) Inserir os dados conforme descrito – dados de entrada, de saída, etc. Parâmetros de entrada (IN): são usados somente com funções (FCs) ou blocos de funções (FBs) para passar dados ao bloco chamado para processamento.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Parâmetros de saída (OUT): são usados no programa do usuário do Step7 para passar resultados ao bloco chamado.

Parâmetros IN/OUT: são usados em FCs e FBs para passar dados para o bloco chamado, processar dados lá e armazenar os resultados enviados de um bloco chamado. Parâmetros de dados estáticos (STAT): dados estáticos são os dados locais de um bloco de função (FB) armazenado em um bloco de dados instance (armazena os parâmetros formais e dados estáticos dos blocos de função). Os dados permanecem armazenados até a próxima vez que o FB for processado. Parâmetros de dados temporários (TEMP): dados temporários são os dados locais para um bloco e são armazenados na Pilha de Dados Locais (L Stack) enquanto o bloco está sendo processado. Dados temporários não são mais acessíveis quando o bloco for fechado e o processamento finalizado. 2) Exemplo: programando três motores para desligar em seqüência temporizada

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 A) Configure a exibição da representação simbólica na tela de programação

B) Monte um programa na tela de FB1 conforme indicado abaixo.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Quando a tabela de declaração de variáveis está preenchida e o usuário digita os símbolos ao invés dos endereços das instruções, o próprio software Simatic chama as variáveis na própria lógica de programação.

C) Salve o bloco FB1 D) Crie o bloco de funções FB2, declarando previamente as variáveis de entrada e de saída dele.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Programa

Salve o bloco FB2 E) Crie o bloco de funções FB3, declarando previamente as variáveis de entrada e de saída dele.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Programa

Salve o bloco FB3 F) Abrir o Organization Block 1 (OB1) com um duplo clique. Obs: ele estará vazio (sem nenhuma programação realizada). Passaremos ao modo de programação baseada em STL.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Inserir a Network1 para chamar o bloco FB1

Caso o bloco de dados de múltipla instância não tenha sido inserido inicialmente no Simatic Manager, o software informa que este não existe e se você deseja que ele seja gerado.

Se o DB já foi criado anteriormente, pressionando-se a tecla ENTER, o Step7 carrega os simbólicos já armazenados em FB1, aguardando que seja feito o endereçamento desses simbólicos pelo usuário.

Você deve inserir os operandos desses simbólicos na janela de programação STL, conforme indicado a seguir.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Insira uma nova Network e repita o procedimento para a chamada de FB2.

Insira a Network 3 e repita os mesmos passos para a chamada de FB3.

SALVE O OB1 Para que o programa funcione corretamente e você possa realizar a monitoração, deve abrir todos os blocos gerados (OB1, FB1, FB2 e FB3) e envia-los ao CLP. Além disso, abra também os blocos de dados (DB1, DB2 e DB3) e envie todos os parâmetros armazenados neles para o CLP.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Coloque todos os módulos em monitoração e ative a entrada digital I124.0, observando o comportamento das instruções em cada um dos blocos (FB1, FB2 e FB3). Os três blocos estão interligados entre si, através da utilização de instruções de um bloco dentro de outro, sendo possível dessa maneira o interfaceamento entre eles. Os três motores partem ao mesmo tempo, sendo um acionado pela dependência do outro. Cada motor funciona durante seu tempo programado nos temporizadores e desligam após decorridos estes tempos.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO MISTURADOR AUTOMÁTICO DE TINTAS UTILIZANDO O RECURSO DE CHAMADA DE BLOCOS DE FUNÇÕES (FBs), MONTAR UM PROGRAMA NO STEP7 PARA A AUTOMATIZAÇÃO DO SISTEMA A SEGUIR. Um misturador automático para duas cores de tintas deve ser comandado por meio de um CLP. A operação transcorre da seguinte forma: após pressionar o botão de partida C0 (botoeira que mantém contato somente enquanto pressionada), a lâmpada H0 acende, indicando inicio de operação, a válvula Y1 abre e a bomba M2 é ligada. Quando o nível da primeira tinta no recipiente de mistura atinge o sensor B1, a válvula Y1 é fechada e a válvula Y2 é aberta, misturando a segunda tinta ao conteúdo do recipiente. Quando o nível total de tinta atinge o sensor B2, a válvula Y2 é fechada, a bomba M2 e a lâmpada H0 são desligadas e o misturador M1 é ativado. Após 6 segundos o misturador M1 é desligado e a tinta já homogeneizada pode ser removida, O misturador pode ser desligado em qualquer ponto da operação por meio do botão de parada de emergência C6, pelos sensores térmicos F1 ou F2 ligados aos motores do misturador e da bomba, respectivamente, ou pelo sensor B4, que indica enchimento total do recipiente de mistura. A figura 26 apresenta o esquema do misturador. A tabela mostra os sinais de entrada e saída utilizados e descreve seu uso nesta aplicação.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 ENTRADAS / SAÍDAS

COMPONENTE FÍSICO

I124.0

Chave de partida

I124.1

Sensor de nível

I124.2

Sensor de nível

I124.3

Sensor de nível

I124.4

Chave de parada de emergência

I124.5

Sensor térmico do misturador

I124.6

Sensor térmico da bomba

Q124.0

Lâmpada de operação

Q124.1

Válvula de tinta 1

Q124.2

Válvula de tinta 2

Q124.3

Motor do misturador

Q124.4

Motor da bomba

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COMENTÁRIOS

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 INSTRUÇÕES PARA CONVERSÃO DE SINAIS (A/D E D/A) Sinal analógico Quando um dispositivo de medição não usa sinal on / off (digital), mas de tensão ou corrente (valores intermediários entre o zero e o um), um módulo de entrada analógico é necessário. Este módulo é conectado aos sensores no campo e condiciona a medição para valores binários de tal forma que a CPU possa compreendê-los. Isto é chamado de conversão analógico para digital (A/D). Os valores digitalizados são então usados para comparações, controle e outras tarefas no programa do usuário.

Representação de valores analógicos Resolução Os módulos analógicos têm especificações de resolução (valor lido X representação). Esta resolução corresponde a quantidade de bits de dados usados na palavra binária de 16 bits representada no valor analógico. Se a resolução tem menos que 15 bits, os dados analógicos são alinhados à esquerda. Os bits menos significativos não usados são preenchidos com zeros.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 A posição mais á esquerda (bit mais significativo – MSB) é a que representa o sinal Î 0 significa valor positivo e 1 negativo.

O endereçamento analógico não compartilha o mesmo registro que o módulo de sinal digital, isto é, os sinais analógicos no S7-300 / 400 não são atualizados a cada Scan. Os dados de entrada são atualizados pela simples leitura dos endereços de entrada (PIW) com seu programa, ou escritos nas saídas com PQW. Quando o programa executa uma instrução usando um endereço analógico (por exemplo, PIW352), os dados são lidos diretamente do barramento de periferia, ou o chamado barramento P BUS. Cada valor analógico é composto por 2 Bytes (16 bits). Assim, os endereços analógicos usados em seu programa devem consistir de todos os números para o possível problema de sobre escrita de dados.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Faixa de conversão A conversão A/D produz um número entre +27648 e -27648. Isto representa uma palavra binária de 16 bits, com o bit mais significativo utilizado para determinar se o sinal lido é positivo ou negativo. Medição de tensão e corrente através da conversão A/D

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Sensores que podem ser conectados nas entradas analógicas É possível conectar diferentes tipos de sensores nas entradas analógicas, dependendo do tipo de medição desejada: •

Transdutores de tensão;

•

Transdutores de corrente a 2 e a 4 fios;

•

Resistores;

•

Termopares

Cabos utilizados para sinais analógicos Deve-se sempre utilizar cabos de par trançado para sinais analógicos. Isto reduz as interferências. Conectar ambas as extremidades deste cabo ao terra. Qualquer diferença de potencial entre as extremidades do cabo pode causar correntes equipotenciais na malha e assim provocar distúrbios nos sinais analógicos. Se isto ocorrer, você deve assegurar uma compensação de baixo potencial ôhmico, além de aterrar as extremidades desse cabo. Um pouco sobre os termopares Os termopares são dispositivos eletronicos com larga aplicação para medição de temperatura. São baratos, podem medir uma vasta gama de temperaturas e podem ser substituídos sem introduzir erros relevantes. A sua maior limitação é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1 °C são difíceis de obter. Uma termopilha é o nome que se dá a um conjunto de termopares ligados em série. Um exemplo da aplicação de termopares e termopilhas pode ser a medição de temperaturas em linhas de gás. Como funciona

Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão elétrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, que é conhecido como Efeito de Seebeck. Embora praticamente se possa construir um termopar com qualquer combinação de dois metais, utilizam-se apenas algumas combinações normalizadas, isto porque possuem tensões de saída previsíveis e suportam grandes gamas de temperaturas.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta, por exemplo, o termopar tipo K com uma temperatura de 300 °C irá produzir 12,2 mV. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazerem medições exatas devemos compensar este efeito, o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria. Caso se esteja a interrogar porque é que ligando um voltímetro a um termopar não se geram várias junções adicionais (ligações ao termopar, ligações ao aparelho de medida, ligações dentro do próprio aparelho, etc...), a resposta advém da lei conhecida como lei dos metais intermédios, que afirma que ao inserirmos um terceiro metal entre os dois metais de uma junção de um termopar, basta que as duas novas junções criadas com a inserção do terceiro metal estejam à mesma temperatura para que não se manifeste qualquer modificação na saída do termopar. Esta lei é também importante na própria construção das junções do termopar, uma vez que assim se garante que ao soldar os dois metais a solda não irá afetar a medição. Contudo, na prática as junções dos termopares podem ser construídas soldando os materiais ou por aperto dos mesmos. Todas as tabelas normalizadas dão os valores da tensão de saída do termopar considerando que a segunda junção do termopar (a junção fria) é mantida a exatamente zero graus Celsius. Antigamente isto conseguia-se conservando a junção em gelo fundente (daqui o termo compensação por junção fria). Contudo a manutenção do gelo nas condições necessárias não era fácil, logo optou-se por medir a temperatura da junção fria e compensar a diferença para os zero graus Celsius. Tipicamente a temperatura da junção fria é medida por um termistor de precisão. A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensaçao da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar. É importante a compreensão da compensação por junção fria; qualquer erro na medição da temperatura da junção fria irá ocasionar igualmente erros na medição da temperatura da extremidade do termopar.

Estrutura de um termopar

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Linearização O instrumento de medida tem de ter a capacidade de lidar com a compensação da junção fria, bem como com o fato de a saída do termopar não ser linear. A relação entre a temperatura e a tensão de saída é uma equação polinomial de 5ª a 9ª ordem dependendo do tipo do termopar. Alguns instrumentos de alta precisão guardam em memória os valores das tabelas dos termopares para eliminar esta fonte de erro. Tipos de termopares Os termopares disponíveis no mercado têm os mais diversos formatos, desde os modelos com a junção a descoberto que têm baixo custo e proporcionam tempos de resposta rápidos, até aos modelos que estão incorporados em sondas. Está disponível uma grande variedade de sondas, adequadas para diferentes aplicações (industriais, científicas, investigação médica, etc...). Quando se procede à escolha de um termopar deve-se ponderar qual o mais adequado para a aplicação desejada, segundo as características de cada tipo de termopar, tais como a gama de temperaturas suportada, a exatidão e a confiabilidade das leituras, entre outras. Em seguida fornece-se o nosso guia para os diferentes tipos de termopares. Tipo K (Cromel / Alumel) O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis variadas sondas. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1370 °C, tendo uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C. • Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel) • Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel) • Faixa de utilização: -270°C a 1200°C • f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV Tipo E (Cromel / Constantan) Este termopar tem uma elevada sensibilidade (68 µV/°C) que o torna adequado para baixas temperaturas. • Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10% (Cromel) • Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45% (Constantan) • Faixa de utilização: -270°C a 1000°C • f.e.m. produzida: -9,835 mV a 76,373 mV Tipo J (Ferro / Constantan) A sua gama limitada (-40 a 750 °C) é a responsável pela sua menor popularidade em relação ao tipo K. Aplica-se sobretudo com equipamento já velho que não é compatível com termopares mais ‘modernos’. A utilização do tipo J acima dos 760 °C leva a uma transformação magnética abrupta que lhe estraga a calibração. • Termoelemento positivo (JP): Fe99,5% • Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45% (Constantan) • Faixa de utilização: -210°C a 760°C • f.e.m. produzida: -8,096 mV a 42,919 mV

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Tipo N (Nicrosil / Nisil) A sua elevada estabilidade e resistência à oxidação a altas temperaturas tornam o tipo N adequado para medições a temperaturas elevadas, sem recorrer aos termopares que incorporam platina na sua constituição (tipos B, R e S). Foi desenhado para ser uma “evolução” do tipo K. Tipo B (Platina / Ródio-Platina) Os termopares tipo B, R e S apresentam características semelhantes. São dos termopares mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade (da ordem dos 10 µV/°C), utilizam-se apenas para medir temperaturas acima dos 300 °C. Note-se que devido à reduzida sensibilidade destes termopares, a sua resolução de medida é também reduzida. Adequado para medição de temperaturas até aos 1800 °C. Contra aquilo que é habitual nos outros termopares, este origina a mesma tensão na saída a 0 e a 42 °C, o que impede a sua utilização abaixo dos 50 °C. Em compensação, utiliza cabos de extensão de cobre comum desde que a sua conexão com o termopar esteja neste intervalo (0°C a 50°C). Os demais termopares necessitam de cabos de ligação com o mesmo material do termopar, sob o risco de formarem com o cobre um "outro termopar", se a conexão estiver a temperatura diferente do instrumento de processamento do sinal (p.ex. transmissor) • Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6% (Ródio-Platina) • Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1% (Ródio-Platina) • Faixa de utilização: 0°C a 1820°C • f.e.m. produzida: 0,000 mV a 13,820 mV Tipo R (Platina / Ródio-Platina) Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 µV/°C) e custo elevado. • Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina) • Termoelemento negativo (RN): Pt100% • Faixa de utilização: -50°C a 1768°C • f.e.m. produzida: -0,226 mV a 21,101 mV Tipo S (Platina / Ródio-Platina) Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 µV/°C), elevada estabilidade e custo elevado. • Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10% (Ródio-Platina) • Termoelemento negativo (SN): Pt100% • Faixa de utilização: -50°C a 1768°C • f.e.m. produzida: -0,236 mV a 18,693 mV Tipo T (Cobre / Constantan) É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 °C a 400 °C. • Termoelemento positivo (TP): Cu100% • Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan) • Faixa de utilização: -270°C a 400°C • f.e.m. produzida: -6,258 mV a 20,872 mV SENAI

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 O módulo analógico SM334 (AI4/AO2 – 8 bits) Características • • • • • •

4 entradas em um grupo e duas saídas em outro grupo; Resolução de 8 bits; Método de medição ajustável por canal; Não programaável, medição e tipo de saída definido por hardware; Não isolado na interrface de barramento; Eletricamente isolada para tensão.

Alguns tipos de conexões elétricas do módulo analógico Medição de corrente e saída de corrente

1) Fonte interna 2) Conversor analógico-digital 3) Entradas (medição de corrente) 4) Saídas (corrente de saída) 5) Conversor digital-analógico 6) Interface de barramento 7) Compensação de potencial 8) Função terra

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Medição de tensão e saída de tensão

1) Fonte interna 2) Conversor analógico-digital 3) Entradas (medição de tensão) 4) Saídas de tensão 5) Conversor digital-analógico 6) Interface de barramento 7) Compensação de potencial 8) Função terra

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Instruções utilizadas para entrada e saída de sinais analógicos Move

Programa exemplo na próxima página

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO CONJUNTO DESUMIDIFICADOR Deseja-se substituir um sistema de comando a relés utilizado para comandar o funcionamento de um conjunto desumidificador de ar comprimido utilizado em um processo produtivo de fio de poliéster de uma grande fábrica. Para tanto, será instalado um CLP Siemens no painel de controle deste sistema. Abaixo é mostrado o sistema e todos os dispositivos de controle do mesmo.

Descrição A desumidificação consiste em fazer com que o ar comprimido úmido da atmosfera entre em contato com um elemento higroscópico (que absorve água), por exemplo, a sílica-gel, acondicionado nos tanques DS-1 e DS-2. Processo DS-1 e DS-2 operam alternadamente, isto é, enquanto DS-1 está retirando a umidade do ar comprimido, DS-2 estará sendo regenerado (recuperação da sílica-gel saturada através da circulação de ar quente).

Procedimento 1. Partindo-se o compressor, SV-4 e SV-8 deverão permanecer fechadas até que a pressão de descarga (PSL) atinja o valor desejado; 2. Após a normalização da pressão, DS-1 entrará em operação enquanto DS-2 entrará em processo de regeneração;

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3. Decorrido um determinado tempo (por exemplo, 5 minutos), a situação inicial será alterada, isto é, DS-1 será regenerado enquanto DS-2 desumidificará o ar comprimido. Comentários Caso haja alguma anormalidade como: filtro de ar saturado (PSH) ou alta temperatura de regeneração (TS), o processo deverá ser interrompido (SV-3 e SV-7 fechadas). Quando um dos tanques passa pelo processo de regeneração (inserção de ar quente para secagem da sílica-gel), as válvulas correspondentes de entrada e saída de ar são abertas. Por exemplo, se DS-1 está neste processo, fecham-se as válvulas SV-3 e SV-4 e abrem-se as válvulas SV-1 e SV-2. Convenções Válvulas abertas = nível 1 Filtro de ar saturado = nível 1 Filtro de ar saturado (PSH) = 1 Os sensores de temperatura (TS) enviarão um sinal de tensão para as entradas analógicas do CLP, de forma que o mesmo possa monitorar a temperatura dentro dos tanques e ao mesmo tempo controlar o aquecimento máximo interno, visto que ela não pode ultrapassar determinado valor, pois a sílica-gel pode ser queimada. Os termopares utilizados como sensores de temperatura são do tipo K (cromel / alumel), com as seguintes características: •

Faixa de operação: -270ºC a 1000ºC

•

F.E.M produzida: -6,458mV a 48,838mV

A variação de temperatura dentro dos tanques está na faixa entre +25ºC e 150ºC, sendo esta última a temperatura máxima permitida no sistema para que a sílica-gel não se danifique. Resolução

Utilizando-se este tipo de termopar, quando o tanque atingir a temperatura máxima (150ºC), teremos em seus terminais uma tensão de 7,3257mV, a qual será utilizada como referência máxima para controle do CLP.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Faixa nominal de operação do conversor A/D do cartão SM334

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Controle PID no CLP SIEMENS SIMATIC S7-300 CONCEITOS Proporcional Em matemática, duas quantidades são chamadas de proporcionais se elas variam da mesma forma, desde que uma das quantidades é um múltiplo constante da outra, ou se elas têm a mesma razão constante. Por exemplo: • Se um objeto viaja a uma velocidade constante, então a distância percorrida é proporcional ao tempo gasto na viagem, com a velocidade sendo a constante de proporcionalidade; • A circunferência de um círculo é proporcional ao seu diâmetro, com a constante de proporcionalidade sendo o PI (∏); • Em um mapa desenhado sob uma escala, a distãncia entre dois pontos quaisquer neste mapa é proporcional à distância das duas localidades que os pontos representam, com a constante de proporcionalidade sendo a escala utilizada no desenho dele.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Derivada Em um cálculo a derivada é a medição de como uma função muda quando os valores de suas entradas são alterados. Em outras palavras, pode ser imaginada em como uma quantidade está mudando em determinados pontos dados. Por exemplo, a derivada da posição ou distância de um carro em alguns pontos no tempo é a velocidade instantânea na qual o carro está viajando.

O gráfico da função acima, desenhado em preto, e a linha da tangente desta função, desenhada em vermelho. A inclinação da linha tangente é igual à derivada da função no ponto marcado.

O processo de determinação de uma derivada é chamado de diferenciação, que é um método de computar a taxa na qual uma quantidade (Y) muda com respeito à alteração de uma outra quantidade (X), a qual é sempre dependente.

Em cada ponto acima, a derivada é a inclinação da linha tangente da curva. SENAI

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

Outro exemplo de derivada (tangente) A função derivada é o inverso da função integral. Integral Dada uma função f(x) de uma variável real (X) e um intervalo (a, b) de uma linha real, a integral é igual à área da região no plano XY coberta pelo gráfico de f, as linhas horizontais de x = a e x = b, com as áreas abaixo do eixo X sendo subtraídas.

As funções integrais aparecem em muitas situações práticas. Por exemplo, considerando uma piscina de natação retangular, temos seu comprimento (C), largura (L) e profundidade (P). Se quisermos calcular o volume de água que ela suporta e só multiplicarmos as três variáveis.

V=CxLxP

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Se necessitarmos comprar uma lona para cobri-la é só calcularmos sua área:

A=CxL E se quisermos achar seu comprimento total (de suas bordas)? É só somarmos o comprimento de todos os seus quatro lados. Mas, e se essa piscina for oval? E com o fundo desnivelado? Nesse caso, todos os cálculos exigirão uma integral em função das variações desiguais que ela possui. Por exemplo, a integral da curva abaixo.

A função integral é o inverso da função derivada. Neste estudo não vamos aprender como calcular todas essas funções, mas sim apenas compreender o que elas significam, pois mais adiante usaremos esses conceitos no estudo do controle PID (Proporcional, Integral, Derivativo) do CLP Siemens.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 O CONTROLE PID NO CLP SIEMENS O controle PID no Step7 O software de controle PID consiste essencialmente de dois blocos de função (FBs) que contêm os algoritmos das funções para geração de controle e processamento dos sinais para controladores contínuos ou de passo. É um controle puro de software o qual incorpora um bloco de função padrão com a funcionalidade do controlador. O comportamento do controlador em si e as propriedades das funções em medição e ajuste do canal são realizadas e simuladas pelos algoritmos numéricos do bloco de função correspondente. Os dados requeridos para estes cálculos cíclicos são armazenados em blocos de dados de controle de loop. Um FB é necessário somente uma vez para criar vários controladores. Todo controlador é representado por um bloco DB (data base – base de dados), o qual deve ser criado especificamente para a aplicação. Isto significa que o projeto de um controlador específico é limitado pela especificação dos parâmetros estruturais e de valores na janela de edição da interface do usuário. Este bloco (DB) é criado pela ferramenta de configuração. Os cálculos dos algoritmos para certo controlador é carregado no processador do S7 no conjunto de intervalo de tempos chamado “sampling”. Os resultados de cálculos e os valores atualizados das variáveis de entrada e saída (medição e manipulação de variáveis) e os sinais de estado (limites) são armazenados no DB correspondente ou transferidos para o processo periférico. Overview das funções básicas Em muitas tarefas de controle, não somente um controlador PID clássico como um elemento de influência do processo é de importância, mas também a função de processamento de sinais tem lugar de destaque no processo. Um controlador formado pelo software de controle PID padrão consiste de um número de subfunções, as quais você pode configurar separadamente. Além disso, o controlador com funções de algoritmo PID para condicionamento dos setpoints e variáveis do processo e de revisão das variáveis calculadas e manipuladas são integrados ao mesmo. Funções de exibição e monitoramento também estão inclusos.

Overview das funções do bloco “Controle Contínuo” Criando o controle O software pode ser utilizado para configurar um controlador para uma tarefa de controle específica. Seu conjunto de funções pode ser planejado para ser limitado. As chamadas chaves de sintonia podem ser usadas para ativar ou desativar sub-funções ou para torná-las inativas. Somente as partes de função remanescentes na estrutura reduzida tem de ser configuradas.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 A criação de um controle de malha fechada a partir da estruturação da configuração de parâmetros para sua chamada no tempo correto pelo programa de sistema é possível para uma grande gama de controles. Estrutura do controle PID padrão Depois de instalado o pacote Step7, o programador possui um bloco de biblioteca chamado “PID Control Blocks”, que contém cinco blocos de função específicos para a programação do controlador, dependendo do tipo de controle a ser implementado.

Os blocos de função (FBs) no pacote de controle PID consistem de blocos controladores para controle contínuo (FB41 - CONT_C) e controle por passos (FB42 - CONT_S) e o bloco FB para modulação por duração de pulso (FB43 - PULSEGEN). Também há dois blocos exclusivos para controle de temperatura: (FB58 – TCONT_CP) controle de temperatura com sinal contínuo (C) ou por pulsos (P) e o bloco (FB59 – TCONT_S) para controle de temperatura com sinais de saída binários para atuadores de integração. Os blocos controladores implementam um controlador em software e os dados necessários para os cálculos são armazenados em blocos de dados chamados FBs. Isto permite que esses blocos sejam chamados a qualquer tempo. O bloco FB PULSEGEN é usado em conjunto com FB CONT_C para implementar um controlador com saída de pulso para atuadores proporcionais. Funções básicas Um controlador criado com blocos FB consiste de uma série de funções que você pode ativar ou desativar. Além disso, esse tipo de controlador possui funções integradas disponíveis para processamento de setpoints e de variáveis. Aplicações Um controlador PID implementado com estes dois blocos não tem restrição para uma aplicação em particular. O desempenho dele e sua velocidade de processamento dependem somente do tipo de CPU utilizada. Pode ser utilizado em processos de baixa velocidade de processamento: controle de temperatura, nível de tanques, etc. Ou então em processos de alta velocidade: vazão de um fluído, velocidade de um motor, etc.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Análise do processo Nota: o comportamento estático (ganho) e as características dinâmicas (defasagem, tempo morto, tempo de reset, etc.) do processo a ser controlado tem uma influência significativa na estrutura e projeto do controlador e sobre a seleção das dimensões dos parâmetros estáticos (componente P) e dinâmicos (componentes I e D) Conhecimento preciso do tipo e dos dados característicos do processo a ser controlado é essencial. Procedimento para a criação de um projeto com controle PID Primeiro passo •

No Simatic Manager abrir um novo projeto sob o nome PID

•

Iremos utilizar outro modelo de CLP para esta fase final de programação – o SIMATIC S7-315-2DP, o qual possui diferenças de configuração de hardware em relação ao S7-312 IFM utilizado até agora.

•

Abrir o Step7 Wizard pelo Simatic Manager

•

Selecionar a opção de CPU 315-2DP

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

Selecionar o Organization Block 1 em modo Ladder

•

Dar um nome ao projeto e finalizar essa etapa

Segundo passo Configurar o hardware do novo CLP •

Definir o barramento e o hardware instalado nos Slots. Duplo clique na opção Hardware.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

Abrindo a tela do Simatic 300 Station (Configuration), configurar todos os módulos instalados no barramento. No Slot 1 temos a fonte que é a mesma do modelo anterior. No slot 2 encontra-se a CPU deste novo modelo.

•

O Slot 3 não é utilizado nesta configuração

•

No Slot 4 temos o cartão de comunicação AS-I, modelo CP 343-2

•

No Slot 4 está conectado o cartão de entradas digitais SM321 (DI 16 entradas X 24Vdc)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

No Slot 5 temos o cartão SM322, saídas digitais (DO 16 saídas a 24Vdc / 0,5A)

•

Finalmente no Slot 7 temos o cartão de interface analógica (AI/AO – SM334 – 4 entradas e 2 saídas com resolução de 8 bits cada uma)

•

SALVAR AS CONFIGURAÇÕES

Terceiro passo Inserir os blocos de programação do PID (função FC1) •

Inserir um novo objeto: Insert New Object Î Function Block Î FC1

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300

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Abrir o bloco FC1 criado

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Inserir o bloco de controle PID FB41 nele através da árvore da biblioteca de símbolos: Libraries Î Standard Library Î PID Control Blocks

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

Ainda na tela de programação de FC1, quando selecionado o bloco FB41, este é inserido na área de programação.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Continuando nesta janela, abrindo a opção FB Blocks da árvore da biblioteca, vemos que o bloco FB41 foi inserido na relação.

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Parâmetros de configuração das entradas e saídas

NOTA: OBSERVE QUE OS OPERANDOS SÃO TOTALMENTE DIFERENTES DA VERSÃO DE CPU 312 IFM.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Operandos de entrada e saída da CPU 315-2DP

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Quando damos um “nome” (operando) ao bloco PID chamado (como bloco de dados Instance DB1), o software informa que o mesmo não existe e pergunta se desejamos crialo automaticamente.

Confirmando a criação de DB1, o mesmo é gerado e indicado na tela do Simatic Manager. Quarto passo Configurar a chamada do bloco PID (FB41 – controle contínuo de processo) através de OB1 •

Abrir o bloco OB1 e inserir as instruções em Ladder como mostrado. SALVAR OB1

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 •

Na seqüência, quando abrimos a janela de visualização de parâmetros do bloco de dados DB1, podemos interpretar os valores existentes nas entradas e saídas, bem como a função dos mesmos.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 CONTROLES PID COM BLOCOS DE FUNÇÃO O CLP Siemens Simatic S7-300 possui cinco tipos de controle PID pré-programados em sua biblioteca e cada um deles têm uma função específica dependendo do tipo de controle em malha fechada a ser realizado. A figura a seguir mostra a função simplificada de cada um deles, bem como a biblioteca onde se encontram.

Controle contínuo com o bloco FB41 “CONT_C” Introdução O bloco FB41 é usado pelos controladores S7 para controlar processos técnicos com variáveis de entrada e de saída com características contínuas, ou seja, sempre possuem variação de seus valores. Durante o ajuste dos parâmetros, você pode ativar ou desativar subfunções do controlador PID para adaptá-lo ao seu processo. Aplicação Você pode usar o controlador como um controlar PID de setpoint fixo ou em controles em multiloop, tais como em uma cascata ou em lotes. As funções de um controlador estão baseadas em um algoritmo de amostragem com um sinal analógico, estendido se necessário pela inclusão de um estágio gerador de pulsos durante a modulação dos sinais de saída para dois ou três controladores de passo com atuadores proporcionais. Descrição Além das funções de setpoint e valores de processo, o FB41 implementa um controlador PID completo com variáveis de saída manipuladas e a opção de influenciar os valores manipulados manualmente. A seguir, você encontrará uma descrição detalhada das subfunções do bloco. Ajuste de setpoint O setpoint é inserido no formato de ponto flutuante na entrada SP_INT.

Qualquer número em pto flutuante = (-1s) . (1.f) . (2 e-127)

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Onde: S = BIT DE SINAL (O=Positivo) e (1 = negativo) e = um expoente binário inteirp = expoente decimal inteiro + 127 f = mantissa em 23 bits com o bit mais significativo igual a 2 -1 e o menos significativo igual a 2 -23 Variável de processo A variável de processo pode ser inserida nos formato (I/O) ou em ponto flutuante. A função CRP_IN = PV_PER (setpoint periférico) para ponto flutuante em uma faixa entre -100 a + 100% de acordo com a seguinte fórmula:

Saída de CRP_IN = PV_PER (100 / 27648) A função PV_NORM normaliza a saída de CRP_IN de acorco com a fórmula:

Saída de PV_NORM = (saída de CRP_IN) . (PV_FAC / PV_OFF)

Sinal de erro A diferença entre o setpoint e a variável do processo é o sinal de erro. Para suprimir uma pequena oscilação constante devido a quantização da variável manipulada (por exemplo, na duração da manipulação de um pulso com PULSEGEN), uma banda morta é aplicada ao sinal de erro (deadband). Se DEADB_W = 0, a banda morta está desligada. Algoritmo PID Este algoritmo opera como algoritmo de posição. As ações proporcional (P), integral (I) e derivativa (DIF) estão conectadas em paralelo e podem ser ativadas ou desativadas individualmente. Isto permite os controladores serem configurados. Valor manual É possível alternar entre o modo manual e o automático. No modo manual, a variável manipulada é corrigida para um valor selecionado manualmente. O integrador (INT) é ajustado internamente para LMN (LMN_P-DISV) e a unidade derivativa (DIF) para 0 e relacionada internamente. Isso significa que um chaveamento para o modo automático não causa nenhuma alteração repentina no valor manipulado. Valor manipulado O valor manipulado pode ser limitado para um valor selecionado usando a função LMNLIMIT. Os bits de sinalização indicam quando um limite é excedido por uma variável de entrada. A função LMN_NORM normaliza a saída do LMNLIMIT de acordo com a seguinte fórmula:

LMN = (saída de LMNLIMIT) . (LMN_FAC / LMN_OFF) SENAI

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LMN_FAC tem o valor padrão igual a 1 e LMN_OFF igual a 0. O valor manipulado está disponível também no formato periférico. A função CRP_OUT converte um valor LMN em ponto flutuante para um valor periférico de acordo com a seguinte fórmula:

LMN_PER = LMN . (27648 / 100) Inicialização O FB41 “CONT_C” tem uma rotina completa de reinicialização que roda quando um parâmetro de entrada COM_RST = TRUE é ajustado. Durante a inicialização, o integrador é ajustado internamente para o valor de inicialização I_ITVAL. Quando ele é chamado em uma interrupção cíclica, continua então a inicialização neste valor. Todas as outras saídas são ajustadas para os seus valores padrão. Diagrama de blocos do controlador PID FB41 “CONT_C”

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Parâmetros de configuração de entrada de uma instrução PID “CONT_C”

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Parâmetros de saída do controlador FB41 CONT_C

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1) CARRO DE TRANSPORTE Elabore o programa PLC em diagrama de contatos, de um carro que se move sobre um trilho e permite, parando acima de uma cuba, limpar peças contidas em um cesto, imergindo-as em um banho de desengraxe durante 30 segundos. O carregamento e a descarga do cesto efetuam-se manualmente em posição alta. Uma ordem de partida de ciclo, bem como uma ordem de fim de descarga, é dada pelo operador por meio das botoeiras pc e fd respectivamente. O carro só pode se movimentar em posição alta. A figura abaixo mostra o esquema funcional.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 2) DIGESTOR Deseja-se desenvolver um programa para controlar as etapas de operação do digestor ilustrado abaixo.

SV: válvula solenóide FT: transmissor de vazão LSL: sensor de nível baixo CH: sensor (motor em funcionamento) H1: homogeneizador S1: silo para rocha fosfatada Descrição Uma das etapas na fabricação do ácido fosfórico é a reação química entre o ácido sulfúrico e a rocha fosfatada. Esta operação é realizada por um equipamento denominado digestor.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 Principais usos do ácido fosfórico: • • • • • • • •

Indústria de fertilizantes Industria de produção de sal mineral para alimentação animal Indústria de bebidas Usina de açúcar Indústria farmacêutica Formulação de detergentes Abrilhantador de alúminio Decapante Processo Este equipamento necessita dos seguintes pré-requisitos para a sua partida: •

Nível de rocha fosfatada no silo (LSL-1)

•

Motor do homogeneizador em movimento (CH)

•

Pressão de ar comprimido adequada (PSL)

Uma vez satisfeitas essas condições, teremos: 1)

Carregamento do digestor com ácido sulfúrico (acionamento de SV-1), cujo volume será medido pelo totalizador de vazão (FT).

Carregamento do digestor com rocha fosfatada, cuja quantidade será definida em função do tempo em que SV-2 ficará aberta (T1).

A mistura deverá permanecer um determinado tempo (T2) dentro do digestor, para logo em seguida ser descarregada através de SV-3.

Após a detecção de nível baixo da mistura (LSL-2), a válvula SV-3 deverá ser fechada e um novo ciclo de carregamento será iniciado automaticamente.

Comentários Caso haja uma pane no equipamento, o sistema de borbulhamento com ar comprimido deverá entrar em operação (SV-4). O sistema de controle deverá contar com botões de partida e parada (S1 e S2) Convenções •

Nível baixo de LSL-1 ou LSL-2 = 1

•

Totalizador de vazão em FT = 10 pulsos / litro

•

Baixa pressão de ar comprimido em PSL = 0

•

Motor parado = 1

•

Tempo de carregamento de rocha (T1) = 30s

•

Tempo de permanência no digestor (T2) = 2 min

•

Válvulas solenóides SV1, SV2 e SV3 abertas = 1

•

Válvula solenóide SV-4 fechada = 1

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 3) GUILHOTINA Desenvolver uma aplicação para CLP Siemens para automação de uma guilhotina, a qual possui uma lâmina acionada por um cilindro de ação simples (retorno por mola), cuja operação de corte ocorre nas seguintes condições: •

A lâmina da guilhotina desce e efetua o corte do material quando o operador carregar e mantiver pressionados dois botões pulsadores (b1 e b2), cada um com uma mão, com um tempo de ligação entre ambos não superior a 0,5s;

•

Se um dos botões estiver travado (permanentemente ligado), a lâmina não é acionada.

Respeitadas estas condições, o cilindro que comanda a lâmina empurra esta e é executado o corte. A descida da lâmina termina quando um fim de curso (fc) for atuado, regressando a lâmina à sua posição de repouso por ação de uma mola. Nova operação de corte só é possível após ambos os botões deixarem de estar pressionados. Se durante a descida da lâmina um dos botões for solto, esta deve parar a descida e voltar imediatamente à sua posição de repouso (recuada). Além destas seguranças, há também uma barreira de luz infravermelha (IR) que, se cortada, desliga o avanço do pistão e retorna a lâmina à sua posição de recuo. Este funcionamento, que também é comum em outros tipos de máquinas, destina-se a respeitar uma regra de segurança que tem por finalidade reduzir o risco de acidentes, no caso a mutilação das mãos do operador, uma vez que o obriga a utilizar as duas mãos para que a guilhotina execute o corte.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 4) MÁQUINA DE ENCHIMENTO DE LATAS Elabore o programa PLC para implementar o controle em uma máquina de enchimento de latas composta por três estações, as quais realizam, seqüencialmente, a dosagem com xarope (X), o enchimento com água (A) e a colocação da tampa (T) em cada lata. As latas são transportadas sobre pallets igualmente espaçados entre si, e o acionamento da esteira transportadora é realizado por controle próprio, o qual efetua interrupções periódicas a fim de permitir o correto posicionamento e operação nas latas em cada uma das estações. O sensor PP identifica a presença de um novo pallet, enquanto o sensor PL identifica a presença de uma lata na primeira estação (dosagem com xarope). Como pode haver pallets sem lata, o controle prevê a não-operação das estações que não tiverem lata, o que leva a um programa com uma estrutura de transição terminal denominada 'fundo-depoço'. A figura ilustra o esquema funcional da máquina.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 5) MÁQUINA DE IMPRESSÃO DE CARTAZES Elaborar um programa para uma máquina de imprimir cartazes, conforme ilustrado na figura. O rolo 1, que contém tinta fornecida pelo dispositivo ligado ao pistão W, arrasta o papel quando o rolo 2 sobe acionado pelo pistão V (o ponto O é fixo). Assim, quando o ressalto do rolo 1 aciona o sensor 'a', V é ativado, pressionando o papel contra o rolo 1. Quando o sensor 'a' é liberado, inicia-se o processo de impressão, ativando-se o pistão W. O fornecimento de tinta continua até o ressalto do rolo 1 acionar o sensor 'b '. Neste momento, o pistão V é desativado, permitindo que o rolo 2 liberte o papel. Simultaneamente, é ativado o pistão Z para cortar a folha de papel. Quando o sensor 'b' for liberado, a guilhotina sobre a máquina fica pronta para um novo ciclo de trabalho.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 6) PORTÃO AUTOMÁTICO

Desenvolver uma aplicação para CLP Siemens para automatizar a abertura e fechamento de um portão de residência, conforme a ilustração a seguir.

As condições de funcionamento são as seguintes: •

A ordem para abertura do portão é fornecida por um emissor (Tx) de comando à distância. Quando o sinal é recebido pelo receptor (Rx) existente junto ao portão, este abre e uma lâmpada sinalizadora (L1) acende de forma intermitente (pisca-pisca);

•

No final da abertura do portão são atuados interruptores fim de curso (FC1 e FC2), colocados nas posições indicadas acima. Estes fins de curso dão a informação de parada dos motores M1 e M2 e para desligar a lâmpada sinalizadora L1;

•

O portão deverá ficar aberto por 60s, fechando automaticamente ao final deste tempo. Durante o fechamento, a lâmpada sinalizadora volta a funcionar de forma intermitente;

•

A operação de fechamento é efetuada durante 20s, não existindo interruptores fins de curso para detectar o final deste fechamento;

•

Ainda, durante o fechamento do portão, se o emissor de telecomando for novamente pressionado ou a barreira de infravermelho (IR), existente na parte de dentro do portão, for interrompida, o portão volta a abrir.

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Programação Avançada CLP Siemens S7-300 8) SELECIONADOR DE CAIXAS Elaborar um programa para um dispositivo automático destinado a selecionar caixas de dois tamanhos diferentes, que se compõe de uma esteira rolante de alimentação de caixas, de um dispositivo de detecção que permite reconhecer sem ambigüidade o tipo de caixa presente, de três cilindros pneumáticos comandados por eletroválvulas, de sensores de posição para cada cilindro, sendo Pl (posição inicial) PM (posição média) PF (posição final) e de duas esteiras rolantes de saída. O braço (1) empurra as caixas pequenas diante do braço (2) e este as translada sobre a esteira de saída para caixas pequenas. O braço empurra as caixas grandes diante do braço (3) e este as translada para a esteira de saída de caixas grandes. O detector (A) percebe a presença de uma caixa e o detector (B) identifica o tamanho da caixa, pois atua quando ela for do tipo grande, conforme ilustra a figura a seguir.

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