Projetos comControladoresLógicoProgramáveis

Winderson Eugenio dos Santos

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SUMARIO

1 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO COM CLP.......................................................... 31.1 AUTOMAÇÃO! COMO SE FAZ? ..................................................................... 31.2 O QUE É COMANDO?...................................................................................... 51.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ................................................ 61.4 TIPOS DE VARIÁVEIS..................................................................................... 91.5 FORMAS DE ENDEREÇAMENTO ................................................................ 11

2 PROGRAMAÇÃO BÁSICA.................................................................................... 142.1 LINGUAGENS ................................................................................................ 142.2 LEITURA E ATRIBUIÇÃO CONTÍNUA........................................................ 162.3 INVERSÃO DE LÓGICA ................................................................................ 202.4 INSTRUÇÕES BOOLEANAS ......................................................................... 232.5 CICLO DE VARREDURA............................................................................... 25

3 FUNÇÕES ............................................................................................................... 283.1 BLOCOS DE FUNÇÃO ................................................................................... 283.2 TEMPORIZADORES ...................................................................................... 283.3 CONTADORES ............................................................................................... 283.4 REGISTRADORES.......................................................................................... 283.5 TAMBOR......................................................................................................... 28

4 SEQÜENCIAMENTOS ........................................................................................... 294.1 LÓGICA SEQÜENCIAL ................................................................................. 294.2 O GRAFCET.................................................................................................... 294.3 TÉCNICA PARA IMPLEMENTAÇÃO........................................................... 294.4 PROGRAMAÇÃO DE SFC PELA IEC 61131-3.............................................. 29

5 ESTUDO DE CASOS .............................................................................................. 305.1 CASO 1 – Foco na documentação elétrica ........................................................ 305.2 CASO 2 – Foco na execução automática e passo-a-passo.................................. 315.3 CASO 3 – Foco em atendimento de parada de emergência............................... 345.4 CASO 4 – Foco na inserção de pontos de parada .............................................. 375.5 CASO 5 – Foco na execução de rotina de inicialização ..................................... 385.6 CASO 6 – Foco na comunicação com software de supervisão........................... 405.7 CASO 7 – Foco na modelagem lógica sequencial ............................................. 42

6 PROJETOS PROPOSTOS ....................................................................................... 45PROJETO 1 – CANCELA PARA VEÍCULOS ........................................................ 45PROJETO 2 – FABRICAÇÃO DE CERVEJA......................................................... 46PROJETO 3 – ESTEIRAS PARA EMPACOTAMENTO DE PRODUTOS ............. 47PROJETO 4 – MÁQUINA PARA FABRICAR CAIXAS DE MADEIRA ............... 48PROJETO 5 – FORNO PARA FABRICAÇÃO DE PÃO......................................... 50PROJETO 6 – PROCESSO PARA ENVASE DE ÁGUA MINERAL ...................... 50PROJETO 7 – LOMBADA ELETRÔNICA ............................................................. 52PROJETO 8 – MISTURA EM BATELADA............................................................ 54PROJETO 9 – PROCESSO DE TRATAMENTO DE pH DE EFLUENTE .............. 56PROJETO 10 – AUTOMATIZAÇÃO DE UM TRITURADOR............................... 57

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1 INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO COM CLP

1.1 AUTOMAÇÃO! COMO SE FAZ?

Automatizar máquinas ou processos tornou-se uma atividade corriqueira em nossosdias. A atuação do profissional de automação se faz cada vez mais comum, e não apenas naindústria, mas em quase todos os setores da economia há uma necessitade por profissionaiscapazes de tornar automática aquelas tarefas que antes eram executadas com intervençãohumana. O integrador de sistemas, uma denominação comumente atribuída a esteprofissional, deve ter em seu cabedal de conhecimentos uma série de habilidadesenvolvendo tanto questões técnicas, quanto comportamentais e de organização.

A implementação de um sistema automatizado exige do profissional um vastodomínio de conhecimentos no campo dos equipamentos e dos programas computacionaisque compõem o leque de alternativas de mercado disponíveis no momento. Modelos,fabricantes, famílias de equipamentos, versões de softwares e intercompatibilidades sãoapenas algumas das muitas variáveis que justificam o porque desta denominação deintegrador de sistemas.

É claro que frente à enorme variedade de alternativas produzidas pelo mercadoglobalizado, dificilmente se pode afirmar que alguém tenha domínio completo nesta área.Entretanto, tal como quando se aprende uma lingua extrangeira, a constante dedicação naexecução de tarefas relacionadas à automatização cria no indivíduo uma certa proficiênciaquanto aos termos técnicos, quanto às problemáticas da área, e também quanto às soluçõesque a permeiam.

Um integrador de sistemas irá atuar em tarefas envolvendo diversas fases de umaimplementação automatizada. Por exemplo, atuará desde o diagnóstico de necessidades dousuário e elaboração do projeto detalhado; após atuará junto ao acompanhamento àpreparação da obra; mas também na assessoria de contratação dos serviços de terceiros, decompras, de montagem e de instalação de equipamentos diversos. Finalmente atuarátambém na elaboração de melhorias (upgrades) quando necessários. Tudo isto sem falarnas tarefas corriqueiras de programação dos Softwares, teste de implantação, validação doprojeto e assistência técnica corretiva.

Como ocorre a qualquer profissional, também o integrador de sistemasautomatizados deve ter algumas habilidades que incluem o saber gerenciar projetos eequipes, tratar com recursos multi-organizacionais, aplicar enfoque sistêmico e deengenharia aplicada. Para tanto este profissinal deve estar atento à importância de se aplicarmetodologias gerenciais corretas orientadas para:

! Estimar com precisão o cronograma para execução dos trabalhos! Definir responsabilidades para cada tarefa no projeto! Estabelecer parâmetros de desempenho globais e individuais

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! Estabelecer um plano de comunicações bem claro! Atuar rapidamente em situações de emergência! Responder imediatamente às necessárias mudanças de última hora! Providenciar planos de contingência! Emitir relatórios e dados periódicos ou quando solicitado! Informar ao cliente sobre faltas assim que ocorram! Comunicar planos para resolver problemas no devido tempo! Aplicar novas idéias e tecnologias (evitando excesso de mudanças)! Manter o plano de correções sempre atualizado! Concluir o projeto (...a finalização é a parte mais árdua de um projeto!)

E afinal, como abordar inicialmente as questões tecnológicas inerentes à umaautomatização? Que metodologias, modelagens e ferramentas de análise devem seraplicadas? Quais os requisitos prévios para se dar início a um projeto?

Responder a estas questões pode se tornar algo simples se o projetista tiver emmente alguns conceitos fundamentais da automação. Talvez, o mais elementar destesconceitos é aquele que diz respeito ao fluxo de informações em um sistema de controleautomatizado, conforme ilustra a figura a seguir.

Figura 1 - Diagrama de uma estrutura genérica de controle

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Neste diagrama deve-se ter muito claro que planta significa a máquina, oequipamento, o processo, o sistema (e assim por diante) que se está automatizando. Espera-se que esta planta tenha um comportamento controlado, de forma a não perder suascaracterísticas produtivas (por exemplo, velocidade, qualidade, temporização, etc), fato quepoderia ser ocasionado devido a toda sorte de interferências possíveis.

Quem assegura esta estabilidade de comportamento é exatamente o elementodenominado controlador. Este geralmente faz isto baseado em regras lógico-matemáticasresultantes da análise dos modelos de comportamento da planta. É neste ponto que ficaclaro a importância de se ter um modelo que corresponda fielmente à planta. Assim, ocontrolador mantém a estabilidade de algumas variáveis da planta dentro de certospatamares especificados pelos parâmetros de referências pré-definidos.

Por fim, e de forma a flexibilizar o funcionamento da planta, a interação deste fluxode informações com pessoas se dá através do ‘bloco denominado supervisão. Através destecanal o usuário final da máquina (operador, supervisor, técnico, etc) pode tanto obterinformações a respeito do sistema, como também interagir de forma a alterar as referênciasdo controlador. Na prática é o que permite ser feito através do painel do operador ou outrasformas de interfaces homem-máquina (IHM).

1.2 O QUE É COMANDO?

Muitas tecnologias industriais foram desenvolvidas desde o início da revoluçãoindustrial em meados do século XVIII. Na ânsia pelo lucro advindo de uma produção emlarga escala, industriais e outros empresários investiram maciçamente na concepção eaperfeiçoamento de toda sorte de máquinas. Ou seja, dispositivos capazes de transformar amatéria prima através do emprego de uma fonte de energia (normalmente, mas não apenas,elétrica) obtendo assim um trabalho útil (normalmente, mas não apenas, movimentomecânico). O princípio fundamental de funcionamento das máquinas apóia-se em leis daFísica, as quais por terem natureza determinística e absoluta, permitem que as máquinastenham comportamento previsível e repetitivo.

Em um esquema de uma planta automatizada as máquinas são acionadas a partir deordens emitidas pelos controladores. Tecnicamente costuma-se referir a estas ordens pelotermo comando. Neste sentido, é comum a aplicação de termos como painél de comandos,seqüência de comandos, comando de partida, comando de parada, e assim por diante.

Diversas tecnologias estão associadas às máquinas, o que implica por sua vez umadiversidade de formas de comando existentes. Classificando pela forma de energia quemanipulam, pode-se citar as seguintes diferentes tecnologias aplicáveis em comando demáquinas:

! Pneumática! Eletromecânica

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! Térmica! Magnética! Mecânica! Hidráulica! Elétrica! Luminosa! Sonora

Cada uma destas tecnologias e suas respectivas famílias de dispositivos apresentamsuas próprias características e peculiaridades quanto à forma em que devem ser comandas.Este conhecimento é fundamental ao integrador de sistemas para garantir o sucesso daaplicação.

Nos dispositivos comandados há em comum o fato de terem natureza discreta, ouseja, os comandos necessários à sua atuação têm apenas dois estados possíveis. Estesestados estão relacionados à idéia de que se o comando está sendo executado diz-se que eleé verdadeiro, existente, tem nível alto, ou ainda é igual a um (=1). Mas, por outro lado, se ocomando não está sendo executado então, diz-se que ele é falso, não existente, tem nívelbaixo, ou ainda é igual a zero (=0). Esta característica discreta permite a execução deanálises muito específicas baseadas na teoria acerca da modelagem lógico-matemática. Talteoria está fundamentada principalmente nos preceitos da Álgebra Booleana cujos preceitose postulados básicos podem ser revistos no apêndice deste livro.

Uma outra características relevantes dos comandos dizem respeito ao seucomportamento ao longo do tempo. Neste particular deve-se analisar tanto a resposta quecada dispositivo apresenta como também o correto seqüenciamento com que a ordem decomando se manifesta. Esta característica é analisada e modelada por ferramentas gráficastais como o SFC (Sequential Function Chart), o Grafcet, as redes de Petri, dentre outras.

1.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

Um controlador lógico programável, ou simplesmente CLP, é um equipamentoeletrônico digital, cujo comportamento funcional segue os mesmos padrões de outrasplataformas computacionais. Computadores pessoais, calculadoras científicas, injeçãoeletrônica de automóveis, terminais bancários, controladores CNC para máquinasferramenta, são alguns poucos exemplos da vasta gama de equipamentos baseados no usode microprocessadores ou microcontroladores. O que todos eles têm em comum? Aresposta é: todos eles são dispositivos programáveis.

Ao ser dotado de função programável significa que o equipamento assume umcomportamento que pode ser livremente escolhido pelo seu usuário, ou seja, é como se elepudesse ter a funcionalidade de muitos equipamentos embutidos em um só. Estaflexibilidade já é bem conhecida pelas pessoas atualmente quando utilizam-se doscomputadores tanto para escrever seus textos, como para se comunicarem através da redemundial de computadores ou simplesmente para lazer executando algum software de jogo.

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No caso particular dos CLP, os integradores dispõem de um equipamento capaz deexecutar as funções lógicas tais como intertravamentos, sequenciamentos, temporização,contagem, e outras muitas aplicações lógico-booleanas.

Antes da concepção dos CLP estas funções eram realizadas por dispositivoseletrônicos de lógica fixa baseados no funcionamento dos transistores e outros dispositivosde estado sólido; ou ainda, como eram mais largamente empregados, através de dispositivoseletromecânicos como relés e contactores.

A grande vantagem no emprego de CLP, cujo conceito foi introduzido nasindústrias a partir das últimas décadas do século XX, é sem dúvida alguma o fato de umúnico equipamento poder servir para diversas finalidades, bastando para tanto serreprogramado. É claro, entretanto, que este não é o único de apêlo para uso do CLP naindústria. Há diversos outros fatores que torna atrativo o seu uso, como por exemplo

! Na fase de projeto e especificação do sistema automatizado:o Permitir fácil diagnóstico de funcionamento tanto na fase de projeto do

sistema como em reparos que venham a ocorrer durante a operação.o Permitir a criação de um banco de armazenamento de programas que podem

ser reutilizados a qualquer momento.o Garantir que a documentação (plantas e diagramas de controles) esteja

sempre atualizada com o processo em execução.

! Pelas facilidades e funções avançadas de operação tais que permitem:o Ter capacidade de comunicação com diversos outros equipamentoso Apresentar flexibilidade de expansão quanto ao número de entradas e saídas

a serem controladas.o Permitir o funcionamento da planta de produção com um menor contingente

de funcionários.o Poder ser facilmente reprogramado sem necessidade de interromper o

processo produtivo – uma capacidade referida como programação on-line.

! Ou ainda pelas execelentes características tecnológicas como:o Poder ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico

exigido.o Serem operados com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem

gerados faiscamentos.o Apresentar baixo consumo de energia.o Apresentar menor incidência de defeitos em relação aos relés

eletromecânicos.o Emitir menores níveis de ruídos eletrostáticos bem como inexistência de

centelhamento causado por contatos elétricos.

Para se ter uma clara idéia do que se pode fazer com um CLP é necessário conhecercom detalhes a sua especificação. E esta informação pode ser obtida apenas através domanual de cada equipamento, pois é ali que se encontram relacionados todos os recursos,

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endereçamentos e funcionalidades do equipamento em particular. Entretanto, há algunsprincípios básicos de funcionamento, de operacionalidade e inclusive de programação quesão comuns a quase todos os CLP – pelo menos para aqueles que seguem a NormaIEC61131-3. Esta norma indica padrões de projeto que os fabricantes de CLP devemseguir, de forma a assegurar aos usuários uma transparência de uso de CLP independenteda opção de marca ou modelo do equipamento. É o que se propõem e, ao que parece osresultados têm sido bastante positivos. Neste livro, os conceitos empregados serão sempreaplicados de forma a respeitar os preceitos ditados pela Norma IEC 61131-3.

Uma das características mais marcantes de um CLP é o fato de poder serprogramado através de uma linguagem gráfica derivada dos diagramas de relés denominadaLadder, que do inglês siginifica escada (devido à similaridade deste diagrama com umaescada e seus degraus). Através desta forma de programação, os pioneiros da indústria deequipamentos para automação procuraram dispor aos técnicos e engenheiros da época umalinguagem que lhes fosse familiar com os diagramas elétricos de controle lógico até entãoutilizados. De fato, como se pode observar no exemplo dado pela ilustração a seguir, háuma grande similaridade entre o esquema para ligar e desligar um contactor seja através deum diagrama de relés como através de um programa CLP descrito em Ladder.

Figura 2 - Similaridade entre um diagrama de relés (a esquerda) e um programa de CLP em Ladder (adireita)

Atualmente esta linguagem é empregada principalmente para alunos e principiantesem programação de CLP, pois há como ver-se-á em capítulo futuro, outras formas delinguagem mais poderosas para representação de programas.

Uma outra característica muito importante dos CLP está relacionada ao seuprincípio de tratamento dos sinais de entrada e saída, mais particularmente ligado aoconceito de ciclo de varredura. O programa escrito em um CLP é, na verdade, repetidociclicamente numa taxa de centenas (ou mesmo de milhares) de vezes por segundo. E, suaexecução segue um sequenciamento da seguinte natureza:

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1. Memorizar os estados lógicos de todos os pontos de entrada.2. Executar o programa da aplicação utilizando os dados lidos.3. Atualizar (ligar ou desligar) o estado das saídas.

Quadro 1 - Seqüência de ações executadas pelo CLP durante o ciclo de varredura

Apesar de alguns sinais poderem receber tratamento diferenciado (como entradaspara contadores rápidos, saídas atualizadas por interrupções, e outros) a grande maioria dasinformações são tratadas como descrito no quadro anterior. Este comportamento é quemdetermina o motivo pelo qual um programa de CLP não deveria jamais ser comparado a umdiagrama elétrico de controle com relés, como o que se procurou fazer com a linguagemLadder, pois num circuito elétrico as informações são tratadas de forma simultânea e nãosequencialmente. Este assunto será novamente tratado no próximo capítulo quando foremapresentados os conceitos básicos de programação. Por ora será dado atenção à forma comodevem ser representados os dados e variáveis num programa CLP.

1.4 TIPOS DE VARIÁVEIS

As variáveis num programa CLP devem ser declaradas utilizando-se caracteresalfanuméricos padrão ISO-646 (antigamente refernciado com ASCII) conforme ilustra oquadr a seguir cujos endereços estão sodificados em hexadecimal.

Quadro 2 - Conjunto de caracteres normalizados pela ISO-646

Destes caracteres apenas letras e números (além de “_“ - underline) sãoconsiderados, sendo que podem ser representadas tanto em maiúsculo como em minúsculouma vez que não se tratam tais diferenças (ou seja, as letras minúsculas são convertidaspara maíusculas). Além disto, tais identificadores não podem começar com um número e,apesar de se poder empregar quantos caracteres se queira apenas o seis primeiros sãoconsiderados.

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Os diversos pontos de entrada e saída de um CLP devem ser então identificados porvariáveis que além de um nome (definido pelas regras apresentadas no parágrafo anterior)deve ter também especificado um tipo de dado bem como um endereço.

Os tipos de dados padronizados pela IEC61131-3 para as diversas categorias devariáveis são apresentadas a seguir.

a) Para valores inteiros:

Tipo Denominação Bits FaixaSINT Short integer 8 -127 a +127INT Integer 16 -32768 a +32767DINT Double integer 32 -231 a 231 – 1LINT Long integer 64 -263 a 263 – 1USINT Unsigned short integer 8 0 a 256UINT Unsigned integer 16 0 a 65535UDINT Unsigned double integer 32 0 a 232 – 1ULINT Unsigned long integer 64 0 a 264 – 1

Quadro 3 - Tipos de dados numéricos com formato inteiro

Podem ser aplicados em diferentes bases de numeração (binário, octal ehexadecimenal) além da decimal, como exeplificado a seguir.

Decimal: 47 Binário: 2#101111 Octal: 8#57 Hexadecimal: 16#2F

b) Para valores em ponto flutuante:

Tipo Denominação Bits FaixaREAL Real 32 ±10±38 (±1/223)LREAL Long Real 64 ±10±38 (±1/252)

Quadro 4 - Tipos de dados numéricos com formato real

Seu uso segue os mesmos padrões empregados na notação científica de valores.Exemplos:

-0.00692 357.263 8.23E23 -0.00745E-8

c) Para especificar tempo/duração

É empregado um único tipo de dado para exprimir intervalos de tempo. Este tipodenominado TIME utiliza as seguintes especificações de tempo: (d = dias), (h = horas), (m= minutos), (s = segundos), (ms = milisegundos). Os quais podem ser empregadosconforme os seguintes exemplos:

T#500ms TIME#7d3h T#2.5s TIME#27h33m

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d) Para datas e horários

Os tipos de dados DATE, TIME_OF_DAY (TOD) e DATE_AND_TIME (DT) servempara computar datas e horários como para memorizar a ocorrência de eventos ou dealarmes, para pré-agendar tarefas (ex. ligar bomba as 5h45m), mensurar intervalo de tempoentre eventos, além de outras aplicações temporais. Exemplos:

DATE#1964-01-23 D#2006-05-28 TOD#13:45:57 DT#2004-12-01-18:00:35

e) Para cadeias alfanuméricas

Através do tipo de dado STRING pode-se especificar variáveis que arazenam cadeiasde caracteres alfabéticos, numéricos ou especiais (de controle) para impressão.

f) Para cadeias de bits

Tipo Denominação Bits Faixa dinâmicaBOOL 1 bit 1 6,0dBBYTE 8 bits 8 48,2dBWORD 16 bits 16 96,3dBDWORD 32 bits 32 192,6dBLWORD 64 bits 64 385,3dB

Quadro 5 - Cadeias padronizadas de bits

1.5 FORMAS DE ENDEREÇAMENTO

Os dados presentes em um CLP podem ser expressos tanto como um elemento dememória interna (M) como de um ponto de entrada (I) ou de saída (Q). Os quais utilizamainda um segundo caracter indicativo do número de bits que representam, os quais podemser de 1 bit (X), de 8 bits (B), de 16 bits (W), de 32 bits (D) ou ainda de 64 bits (L).Eventualmente quando a segunda letra não é especificada subtende-se que o dadoendereçado seja do tipo bit.

A norma IEC 61131-3 propoem um esquema flexível de endereçamento que prevê apossibilidade de endereçamento dos dados tanto em um único equipamento isolado comoem um módulo de expansão do CLP escravo da rede. A estrutura de endereçamento écomposta pelo identificador de tipo seguido de 5 dígitos separados por ponto, cujosignificado é a seguir apresentado.

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primeira letra Z Z 9 . 9 . 9 . 9 . 9 quinto dígito (bit)

segunda letra quarto dígito (byte)

primeiro dígito (rede) terceiro dígito (módulo)

segundo dígito (CLP)

Para entender melhor este esquema basta observar os exemplos ilustrados a seguir.

Figura 3 - Endereçamento de bit de saída de apenas um CLP

No exemplo da Figura 3, observa-se a presença de apenas um CLP isolado e, nestecaso supõem-se que os 8 pontos de acesso superior correspondem a entradas discretasenquanto os 8 pontos de aceso inferior correspondem a saídas discretas, que aliás é umacaso bastante corriqueiro entre os equipamentos comerciais. Como pode-se observar oendereçamento do último ponto de saída recebe o endereçamento Q0.0.0.0.7, pois trata-sedo sétimo bit (endereços iniciam em zero) do primeiro byte de saída.

Figura 4 - Endereçamento de memória e pontos de entrada/saída com presença de expanões

Já na ilustração da Figura 4 anterior percebe-se a presença de módulos de expansãolocal. Neste caso foi incluido um módulo de entradas discretas (MED) e outro módulo comentradas e saídas analógicas (MESA). Assim, o endereço do último ponto de acesso dalinha inferior do módulo MED recebe o endereço I0.0.1.1.7 pois trata-se do sétimo bit dosegundo byte de entrada de um módulo localizado localmente logo após o CLP, cujoendereço corresponde ao módulo 0, e portanto o módulo MED tem endereço de móduloigual a 1. No próximo módulo observa-se que o quinto dígito de endereçamento ésuprimido, pois trata-se endereçamentos de sinais cuja ordem de grandeza não é binária. Nailustração pode-se ainda visualizar como seria o endereçamento de um bit de memóriainterna do CLP.

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Por fim, na ilustração da Fig. 5 adiante, vê-se um esquema de endereçamento ondeexistem expansões remotas em CLP que estão formando uma rede. Neste caso o CLPsuperior assume o papel de CLP mestre, enquanto os demais CLP fazem o papel de CLPescravos. Como particularidade dos endereçamentos pode-se verificar o acesso simultâneoaos 8 pontos de saída do módulo de expansão com saídas discretas (MSD), assim como oendereçamento de memória para um bit de memória em particular do terceiro CLP na rede.

Figura 5 - Endereçamento com presença de expansões locais e remota

Caso houvessem outras redes interligadas a este sistema ilustrado anteriormente,todo os endereçamentos receberiam um tratamento similar bastando que fossem alterados oprimeiro dígito, por exemplo fazendo-o igual a 1.

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2 PROGRAMAÇÃO BÁSICA

Como já foi citado no capítulo anterior uma das características marcantes do CLP éo fato de ser programado com uma linguagem similar a um diagrama de relés (denominadaladder), entretanto esta não é a única forma de se realizar sua programação. Neste capítuloserá mostrado outras quatro linguagens padronizadas para se programar o CLP. Além distoserão vistos instruções básicas de tratamento de sinais e variáveis booleanas, com especialatenção que se deve dar ao conceito de ciclo de varredura presente no funcionamento doCLP.

2.1 LINGUAGENS

A norma IEC 61131-3 preconiza a existência de quatro linguagens básicasdestinadas para a programação dos CLP. A linguagem de relés, também chamada dediagrama em escada – Ladder do inglês, e a linguagem com blocos funcionais (tambémchamada Function blocks) são versões gráficas para programação de CLP. A primeiramuito similar aos diagramas de relés tradicionais são facilmente assimiláveis porprofissionais com experiência principalmente oriunda da Eletrotécnica, enquanto a segundaforma, similar aos diagramas de portas lógicas são por sua vez mais familiares aosprofissionais já acostumados com circuitos eletrônicos-digitais. Entretanto deve-se salientarque a escolha por uma ou outra forma de linguagem é indiferente ao resultado final doprograma, podendo-se inclusive iniciar um programa em uma linguagem e depois editá-lona outra sem nenhum prejuízo. A ilustração a seguir exemplifica um mesmo programa deCLP descrito em Ladder e em Blocos Funcionais.

Figura 6 - Exemplo de programa em diagrama escada e em blocos funcionais

Estas duas formas gráficas de linguagem de programação são uma abstração decódigos de programação das CPU que por vezes falham por não demonstraremcorretamente o verdadeiro comportamento sequencial que um programa apresenta. Nesteparticular as linguagens textuais são mais fidedignas, como é o caso da linguagemdenominada Lista de Instruções, cujas operações lógicas são descritas através demnemônicos booleanos, como por exemplo ilustra a figura XX a seguir.

LD %IX12.5OR MotorANDN PararST Motor

Figura 7 - Exemplo de programa em lista de instrução

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Não é difícil perceber que a linguagem em Lista de Instruções não é decompreensão tão clara como os equivalentes em linguagem gráfica, porém, é sem sombrade dúvidas a que melhor exprime o real funcionamento dea CPU, sendo por vezes alinguagem preferida por programadores experientes. Uma outra forma mais poderosa deexpressar um programa também de forma textual é através da linguagem denominada deTexto Estruturado. Nesta forma de programação procurou-se reunir a conveniência dalinguagem de lista de instruções com a clareza de interpretação das linguagens gráficas. Decerta forma algo bem similar ao que já ocorrera no passado dos computadores quando aslinguagens de baixo nível denominadas assembly foram substituídas por linguagens de altonível como C, Basic, e outras. A figura a seguir exemplifica a implementação do mesmocódigo de programação já ilustrado nas outras linguagens, porém agora na forma de TextoEstruturado.

FlipFlop (S1 := ( %IW6 >= %MW6),R := Sensor);

Auxiliar25 := FlipFlop.Q1Figura 8 - Exemplo de programa em texto estruturado

Por fim, a Norma IEC 61131-3 prevê ainda uma outra forma de linguagem gráficadenominada SFC (de Sequential Function Chart), a qual apresenta um característicadistinta das anteriores pelo fato desta servir para programação de sequenciamentos. O SFCé oriundo do GrafCET desenvolvimedo na França em meados da década de 70 do séculoXX. Com esta linguagem de programação é possível modelar o fluxo de sequenciamentosem estruturas complexas como em paralelismos, seleção de sequencias, desvios e laçosrepetitivos. A figura a seguir mostra o aspecto visual de um SFC apenas como forma deexemplificação, pois maiores detalhes desta linguagem será tratada no capítulo 4 destelivro.

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Figura 9 - Exemplo de programa em SFC

Neste ponto da leitura o leitor pode estar se perguntando: afinal com cinco tipos delinguagem de programação existe uma que seja melhor do que a outra? A resposta maissensata para esta pergunta é SIM. Existe uma linguagem melhor! E esta linguagem é aquelana qual o programador se sente mais a vontade em implementar seus programas. Comexcesão do SFC que trata especificamente de sequenciamentos, e portanto apresenta umcaráter único que deveria, a princípio ser dominada por todos que pretendem programarCLP, as quatro demais podem ser livremente escolhida pelo usuário.

Neste livro, os exemplos e citações serão abordados empregando-se as linguagensLadder e Lista de Instruções, pelo fato do autor acreditar que sejam estas suficientes parapermitirem um desenvolvimento tanto do raciocínio lógico como do perfeito entendimentodos CLP. Entretanto, esta escolha não deve ser interpretada como absoluta; ficando a cargodo leitor a escolha adequada quando em suas atividades profissionais.

2.2 LEITURA E ATRIBUIÇÃO CONTÍNUA

O programa mais simples que se pode imaginar para um CLP é o de leitura devariável e atribuição de valor a uma segunda variável (ambas com lógica normal) de formacontínua. Este programa, que corresponde ao Hello World das linguagens de programaçãode computador, é a seguir apresentado na sua forma Ladder (à esquerda) e em Lista deInstruções – IL (à direita).

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LDST

YX

Figura 10 - Programa de atribuição contínua de valor à uma variável

Em termos computacionais este programa significa a atribuição do valor de umavariável para uma segunda variável, ou seja, a variável X recebe o valor da variável Y. Emtermos algorítmicos poder-se-ia escrever algo como X ← Y. Porém, em se tratando deCLP, um comportamento mais significativo pode ser imaginado se as variáveis X e Yforem associadas a pontos de entrada e saída discretas do equipamento. Assim, caso estasvariáveis sejam definidas como no quadro de atribuição a seguir e, se forem adequadamenteconectados uma chave comutadora na entrada do CLP e uma lâmpada sinalizadora na saídacomo na figura XX, teria-se o CLP realizando a função de ligar/desligar a lâmpada a partirda chave de forma contínua; tal qual como é realizada por um interruptor simples dasinstalações elétricas predias.

Nome da variável Tipo EndereçoX BOOL Q0.0.0.0.0Y BOOL I0.0.0.0.0

Figura 11 - Circuito com conexões entre chave e lâmpada ao CLP

Apesar do comportamento elétrico notoriamente simples que se verifica no exemploanterior, é preciso que se tenha em mente o comportamento computacional que o CLP iráapresentar. Ou seja, na verdade existe um atrazo de tempo entre o fechamento da chave e oacendimento da lâmpada. Ainda que imperceptível aos olhos humanos, após o fechamentoelétrico da chave o CLP arazena esta informação na memória, depois executa as duas linhasdo programa na sequencia exata da lista de instruções, neste particular observa-se que asegunda linha irá transferir a informação lógica de nível alto para a saída porém ainda anível de memória e, somente ao final do ciclo de varredura ocorrerá a efetiva conexãoelétrica que permitira à lâmpada acender-se. Como já comentado no capítulo anterior estetempo total de ciclo de varredura é da ordem de milissegundos.

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Portanto é altamente interessante visualizar-se o programa em Ladder sob a ótica decomportamnto lógico, sem esquecer de atentar para o verdadeiro comportamentosequencial dado pelas lista de instruções. Um boa prática é associar o comando LD (doingles Load) à idéia de leitura de variável enquanto o comando ST (do ingles Store) à idéiade atribuição de valor a uma variável.

LD (Load) : LÊ VARIÁVELST (Store) : ESCREVE VARIÁVEL

Um outro exemplo bem mais elucidativo para aplicação de CLP pode servisualizado pelo seguinte esquema de controle de nível em um reservatório com bombas ealarme de funcionamento.

EXEMPLO

Um sistema de bombeamento de líquidos é composto por um reservatório cujaentrada de líquido é controlada por uma eletroválvula (EV), a qual quando está energizadaabre permitindo o enchimento do reservatório. De um motor acionado pelo contactor (MB)e acoplado a uma bomba hidráulica, o qual quando acionado irá executar o recalque dolíquido. Os elementos NI, NM e NS são sensores cujos contatos fecham quando imersos nolíquido e, estão estrategicamente posicionados para detectarem quando o nível do líquidoestiver na altura Inferior, Média e Superior respectivamente. Assim, a bomba não poderáoperar caso o líquido esteja abaixo do nível mínimo. Por outro lado a válvula deve serfechada sempre que o nível atingir seu valor máximo. Além disto, há um alarme luminosoque deve sinalizar sempre que o líquido estiver com nível abaixo do valor médio.

Figura 12 - reservatório com sensores, bomba, eletroválvula e alarme

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O sistema proposto deverá então ser automatizado com um CLP que deverá conterao menos três entradas (uma para cada sensor) e ao menos três saídas (eletroválvula,motobomba e alarme). O diagrama elétrico de controle deverá ter a configuração mostradana figura 13 a seguir.

Figura 13 - Diagrama elétrico do sistema exemplo

Neste caso um possível programa para realizar o automatismo é apresentado a seguirtanto em linguagem Ladder como el Lista de Instruções, apresenta-se antes a tabela com oendereçamento de entradas e saídas utilizadas.

Nome da variável Tipo EndereçoNI BOOL I0.0.0.0.0NM BOOL I0.0.0.0.1NS BOOL I0.0.0.0.2EV BOOL Q0.0.0.0.0AL BOOL Q0.0.0.0.1MB BOOL Q0.0.0.0.2

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LDNOR

ANDNST

LDNST

LDOR

ANDST

NMEVNSEV

NMAL

NMMBNIMB

Figura 14 - Programa CLP do exemplo anterior

No exemplo anterior percebe-se que no programa aparece uma nova forma deleitura (LDN em lista de instruções). O impacto que esta instrução gera no programa émuito importante e, para sua compreensão será dedicada uma seção a respeito de inversãode lógica.

2.3 INVERSÃO DE LÓGICA

Não isto não é importante! Sabe o que realmente acabou de ser dito? Ora, o querealmente foi dito é: Sim isto é importante! Quase uma brincadeira de criança todos nóstemos mentalmente a noção de que negar a uma negação é na verdade fazer uma afirmação.

Na lógica de programação de CLP esta característica tem sérias implicaçõesprincipalmente com o comportamento de variáveis de entrada ou de saída. Ocorre que parasensores ou atuadores nem sempre é claro o conceito lógico do que seja um seja estadoverdadeiro ou falso de atuação. O que se utiliza na verdade é o conceito de binário pararepresentar dois estados distintos. Por exemplo, um sistema de iluminação pública ondeuma luz apaga automaticamente durante o dia tem obviamente dois estados (aceso,apagado). A questão é, para qual destes dois estados deve ser atribuído uma interpretaçãode nível lógico verdadeiro ou de nível lógico falso? A resposta é: tanto faz! Sim, sob oponto de vista lógico matemático a referência do que seja a interpretação física doverdadeiro (ou do falso) é indiferente. Na verdade este atributo tem maior importância paraa interpretação mental das pessoas que irão interagir com o sistema. Assim, muitoprovavelmente a maioria das pessoas diria que a lâmpada tem estado lógico verdadeirodurante à noite, quando está ligada (acesa, em nível 1 ou nível alto). Consequentemente,

21

neste caso, atribuir-se-ia nível lógico falso durante o dia, quando a mesma está desligada(apagada, em nível 0 ou nível baixo).

A prática que os projetistas e integradores fazem, na verdade, é atribuir o nívellógico baixo ao estado normalmente desligado (desatuado, inativo ou inoperante) dodispositivo. Cria-se aqui um conceito muito importante, qual seja, do que venha a serNORMAL. Este conceito pode confundir um pouco a mente dos iniciantes em controlediscreto, porém esta dificuldade é rapidamente dissipada após a apresentação de casospráticos. Veja-se como exemplo a figura a seguir.

Dispositivo NORMAL ATUADO

Botoeira

Altofalante

Chave Fim-de-curso

Motor

Lâmpada

Chave de nível de líquido

Figura 15 - Exemplos de dispositivos em situação NORMAL e ATUADO

De posse da definição do estado normal (e atuado) de um dispositivo é possívelentão analisar o seu comportamento elétrico. Neste caso mais uma vez, a dualidade lógico-booleana se faz presente. Tomando-se por exemplo o caso do botão pulsador ilustrado nafigura anterior, deve-se ter em mente que o estado elétrico de seus contatos pode assumirtanto a stuação de contatos abertos como de contatos fechados. Então, a questão que seapresenta é: Qual destas duas situações está relacionada ao estado normal do botão? Aresposta a esta pergunta é crucial para o correto uso deste dispositivo!

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Na figura a seguir, à esquerda, mostra-se o comportamento elétrico do que seja umabotoeira com contatos NORMAL ABERTO enquanto, à direita, mostra-se ocomportamento elétrico do que seja uma botoeira com contatos NORMAL FECHADO.

Botoeira NA Botoeira NFEstado NORMAL Estado ATUADO Estado NORMAL Estado ATUADO

Figura 16 - Botoeiras NA e NF em estados NORMAl e ATUADO

É o comportamento elétrico dos dispositivos que irá definir o que seja nível lógicobaixo ou alto na entrada do CLP. Assim, vê-se que o estado booleano de umcomportamento físico passa uma por rede de interpretação do seu nível: definição deNORMAL(atuado) e comportamento ABERTO(fechado), todas a nível físico dosdispositivos. Por fim, a nível lógico, uma variável de entrada no CLP pode ter também oseu estado booleano interpretado de forma invertida através da instrução de “leiturainvertida” (LDN – Load Not).

LDNST

NMAL

Figura 17 - Programa com instruções LDN

A instrução LDN promove simultaneamente a leitura e imediata inversão do estadológico da variável lida. Ela é um importante recurso quando se deseja realizar inversão deinterpretação no estado lógico booleano associado ao comportamento de um fenômenofísico. Fica assim esclarecido o exemplo apresentado na Figura 17 anterior onde foiutilizada a instrução LDN para leitura do sensor de nível NM de forma a atuar o alarme ALquando o nível estivesse abaixo do nível médio. Observe que neste caso ficou implícito aidéia de que a conexão elétrica do sensor ao CLP foi realizada através de um contatoNORMAL ABERTO em entrada do tipo NPN.

Um conceito similar ao de normal(atuado)-aberto(fechado) pode ser tambémaplicado aos dispositivos de saída num CLP. Assim, a nível físico uma variável de saídapode ter seu estado normal atribuído à situação de desligado, mas a nível lógico deprogramação esta interpretação pode ser invertida através da instrução de atribuiçãoinvertida (STN – Store Not). Por exemplo, para o mesmo caso anterior da sirene doreservatório, um comportamento idêntico seria obtido através do uso da instrução STNconforme ilustra a figura a seguir.

23

LDSTN

NMAL

Figura 18 - Programa para acionar o alrme com instrução STN

A atribuição invertida de valores lógicos a uma variável é, entretanto, mais útil paraimplementar certas expressões lógico booleanas. E, para compreender melhor sua utilidadeconvém primeiramente que sejam apresentadas as principais instruções booleanas,conforme visto na seção seguinte.

2.4 INSTRUÇÕES BOOLEANAS

A programação de operações lógicas booleanas é ao mesmo tempo a mais elementare o mais importante recurso disponível nos CLP. Através de um conjunto de seisoperadores lógicos básicos é possível implementar toda sorte de funções lógicas.

A operação lógica “E” é implementada pelo operador AND e, está associada a idéiade condicionante, entre as diversas variáveis tratadas, para que uma expressão seja avaliadacomo verdadeira.

Por exemplo, veja o caso em que uma prensa de chapas deva se acionada apenasquando os dois operários, por uma questão de segurança, acionem suas manoplas decomando (figura a seguir).

Figura 19 - Dois operários com suas mãos atuando manoplas (cada mão atua em uma manopla) e umaprensa operando (ao fundo)

Neste caso, se cada uma destas manoplas estiver relacionada a uma entrada no CLPe, o acionamento da prensa estiver associado a uma saída do CLP então, um programa para

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controle desta prensa necessariamente teria que empregar um operador AND, conformeilustra a figura a seguir.

LDANDANDAND

ST

M1EM1DM2EM2D

PRENSAFigura 20 - Programa com uso de operador AND para o acionamento da prensa

Para a execução de uma operação “E” com o valor invertido de uma variável deve-se usar a instrução ANDN (And Not), cujo efeito seria o mesmo de inverter o valor lógicodo operando e a seguir efetuar uma operação E.

Na ilustração a seguir é apresentado um trecho de programa de CLP contendosituações diversas de uso dos operadores AND e ANDN.

LDAND

ANDNST

ANDST

I0I1I2Q0I3Q1

Figura 21 - Trecho de programa com operadores AND e ANDN

Por outro lado, a operação lógica complementar à operação “E” é a operação “OU”neste caso sua implementação é realizada através do operadores OR e ORN, este últimopara quando for necessário a inversão do valor lógico do operando.

A idéia central por detrás de uma operação “OU” é a multiplicidade de opções paraque uma expressão lógica seja avaliada como verdadeira.

Por exemplo, veja o caso ilustrado a seguir onde uma lâmpada sinalisadora de alertadeve ser acionada sempre que ....

EXEMPLO DE FUNÇÃO “OU” BÁSICA COM DUAS VARIÁVEIS!

Para a execução de uma operação “OU” com o valor invertido de uma variáveldeve-se usar a instrução ORN (Or Not), cujo efeito seria o mesmo de inverter o valor lógicodo operando e a seguir efetuar uma operação OU.

Na ilustração a seguir é apresentado um trecho de programa de CLP contendosituações diversas de uso dos operadores OR e ORN.

Fig. Trecho de progrma com operadores OR e ORN

25

Observe para o caso anterior que existe a impossibilidade de se representar oprograma em diagrama de contatos uma vez que o mesmo exigiria uma representação comemprego de diodo, conforme ilustra a figura a seguir.

Fig. Trecho de programa em diagrama de contatos com diodo impossível de serrepresentado nos CLP

Uma última operação lógica a ser apresentada, a qual é muito útil em diversasaplicações é a operação OU-EXCLUSIVO, a qual é implementada pelo operador XOR(Exclusive Or). Nesta operação fica convencionado que o resultado de uma expressão setorna verdadeiro sempre que um, e apenas um, dos operando tenha nivel lógico alto.

Com o uso desta expressão pode-se por exemplo realizar o ....

EXEMPLO DE PROGRAMA COM OPERADOR XOR

Para a execução de uma operação “OU EXCLUSIVO” com o valor invertido deuma variável deve-se usar a instrução XORN (Exclusive Or Not), cujo efeito seria o mesmode inverter o valor lógico do operando e a seguir efetuar uma operação ou exclusivo.

A operação lógica inversa ao ou-exclusivo, cujo comportamento final é equivalentea uma operação lógica de teste de igualdade entre as variáveis, pode ser obtida aplicando-seuma atribuição invertida ao resultado da expressão lógica através da instrução STN. Assim,no exemplo dado a seguir, o qual utiliza a função XOR, deve-se observar que a variável desaída vai a nível lógico verdadeiro desde que todas as variáveis de entrada tenham o mesmovalor.

Fig programa com instrução XORN e tabela verdade elucidando operação igualdade.

A obtenção de funções E e OU invertidas também pode, similarmente, ser obtida damesma forma através do uso conjunto com a instrução STN.

Por fim, a construção de expressões mais complexas (com múltiplos operadoresbooleanos) pode ser realizada em lista de instruções através do auxíio do uso de parênteses.Por exemplo, veja na ilustração a seguir a forma como ficariam programados os circuitoslógicos apresentados.

Fig. Programa com circuitos mistos

Exemplo – Memorização (selo-intertravamento) /

2.5 CICLO DE VARREDURA

Como já foi anteriormente comentado, um programa de CLP codificado emdiagrama de blocos ou de contatos não é de fato um circuito por onde fluam correntes. Num

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circuito elétrico as ações ocorrem simultaneamente em velocidades próximas a da luz. Jánum programa de CLP a melhor compreensão de funcionamento é obtida através dainterpretação da codificação em lista de instruções. De fato, as instruções de um programaem LDI são executadas sequencialmente e, cada instrução consome um determinado tempopara ser executada. Desta idéia decorre a conclusão de que quanto maior um programa maisdemorado será o ciclo de varredura irá.

A interpretação do funcionamento de um programa no CLP como uma sequencia deinstruções também permite concluir que existe uma prioridade de ações antes de uma saídaser fechada (ou aberta). E, esta prioridade está disrtibuída na ordem inversa das instruçõesdo programa, ou seja, quanto mais próximo do fim de um programa maior é a prioridade dainstrução. Veja, por exemplo, o caso das duas sequencias de instruções Set e Resetapresentados na fugura a seguir:

Fig. Dois programas com set e reset em prioridades diferentes

Explicar o caso destes intertravamentos e S / R

É exatamente devido à sequencialização como as instruções ocorrem em um ciclode varredura que o programados de CLP deve estar muito atento em evitar a repetição deinstrução de escrita em uma mesma variável ao longo do programa. Pois neste caso serásempre a última ocorrência da instrução quem irá determinar o estado da variável sendoescrita. Veja o exemplo a seguir onde a saída Z irá depender apenas da variável Y,independente do estado de X.

Fig. Com programa contendo duas saidas Z e a primeira ocorrencia depende de X e asegunda de Y

Outra consequencia oriunda da interpretaão de ciclo de varredura diz respeito aimpossibilidade de se representar em diagramas certos programas escritos em lista deinstruções. Por exemplo, veja os casos de uso de um operador lógico após uma instrução deatribuição dados na Fig.xxx a seguir.

A representação do programa em diagrama de contatos é plenamente possível nocaso da ocorrência de uma instrução AND após a instrução ST, porém o mesmo não épossível quando se trata de uma instrução OU (um leitor mais experiente em circuitoseletrônicos talvez sugerisse o uso de um diodo para resolver o impasse!)

Apesar desta aparente confusão que pode advir da comparação de um programa deCLP com um diagrama elétrico, esta noção de sequencialização é muito útil e, inclusivepermite que se desenvolvam programas com comportamentos interesantes. Um caso a sercitado por exemplo é o de um programa detetor de bordas de subida.

Um DBS, ou detetor de borda de subida, é uma estrutura onde a saída deve ir a nívellógico alto apenas no instante em que a entrada transiciona do nível baixo para o nível alto,ou seja, na borda de subida da variável de entrada. Este comportamento pode ser obtidoatravés da implementação do seguinte programa de CLP.

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Fig. Com programa DBS

Observa-se no programa ilustrado anteriormente que a inicialmente todas as saídas(BORDA e AUX) encontram-se desligadas. No primeiro ciclo de varredura que sucede aum fechamento da variável ENT a variável BORDA irá a nível alto devido ao fato de AUXainda não ter sido posto em nível alto; entretanto a partir do segundo ciclo de varredura omesmo não ocorre e, como consequencia a variável BORDA ficou ativa apenas durante umciclo de varredura quando a variável ENT transicionou do nível baixo para o nível alto.

Exemplo – Detecção de partida / DBS para inversão com apenas uma entrada pulsada

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3 FUNÇÕES

3.1 BLOCOS DE FUNÇÃO

O que é um bloco de funçãoQual o padrão de localização das entradas e saídasQual a simbologia para sinais, bordas e nível (alto/baixo).

3.2 TEMPORIZADORES

Temporizador TONTemporizador TOFTemporizador TPGerador de PWMExemplo -

3.3 CONTADORES

Contador crescenteContador decrescenteContador bidirecionalContador rápidoExemplo -

3.4 REGISTRADORES

Operação com registradoresDeslocamento esquerda e direitaRegistrador aberto e em anelFunção LIFOFunção FIFOExemplo -

3.5 TAMBOR

Função DRUMExemplo -

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4 SEQÜENCIAMENTOS

4.1 LÓGICA SEQÜENCIAL

4.2 O GRAFCET

O que é GrafcetSequencia simplesDivergência / ConvergênciaEstruturas particulares (salto, repetições, fundo de poço, gerencia de recursos, chamadas)Exemplo – Sistema de descarga comum (trab. Abr/2005)

4.3 TÉCNICA PARA IMPLEMENTAÇÃO

Estruturação do programaSequenciamentoMétodos de detecção de partidaSeleção de sequenciasParalelismoExemplo -

4.4 PROGRAMAÇÃO DE SFC PELA IEC 61131-3

Exemplo para o CLP ScheneiderExemplo -

30

5 ESTUDO DE CASOS

5.1 CASO 1 – Foco na documentação elétrica

Para que se possa dar início ao processo de lavagem, é necessário que aporta da máquina esteja fechada e somente então pressionar o botão de ligar.

Neste momento será aberta a válvula de entrada de água, que ficará abertaaté que o sensor de máquina cheia sinalize para o CLP que já há água o suficientepara iniciar a lavagem.

Se o botão de aquecimento estiver ligado, o sistema de aquecimento deágua será ativado até que o sensor de quente sinalize para o CLP que a água jáestá quente o suficiente. Caso o botão não esteja acionado, o processo delavagem iria diretamente para a seqüência descrita a seguir:

O motor é ligado na velocidade de lavagem, inicialmente no sentido horárioe depois no sentido anti-horário, alternando o sentido de giro a cada 30 segundos,durante um período de 5 minutos, o que caracteriza o ciclo de lavagem.

Após o ciclo de lavagem, o motor é desligado e a válvula de saída de águaé acionada até que o sensor de vazio sinalize ao CLP que a água usada para alavagem já se esgotou.

31

Com a válvula de saída já fechada, é aberta novamente a válvula deentrada de água, que ficará aberta até que o sensor de máquina cheia sinalizepara o CLP que já há água o suficiente para iniciar o enxágüe.

O motor é ligado novamente na velocidade de lavagem, inicialmente nosentido horário e depois no sentido anti-horário, alternando o sentido de giro acada 30 segundos, durante um período de 5 minutos, o que caracteriza o ciclo deenxágüe.

Após o ciclo de enxágüe, o motor é desligado e a válvula de saída de águaé acionada até que o sensor de vazio sinalize ao CLP que a água usada para oenxágüe já se esgotou.

O motor é ligado na velocidade de centrifugação, no sentido horário duranteum período de 5 minutos, o que caracteriza o ciclo de centrifugação.

Após o ciclo de centrifugação, a lavagem está completa, o motor édesligado e a maquina entra no seu modo de espera, aguardando que o botão deliga seja pressionado novamente.

5.2 CASO 2 – Foco na execução automática e passo-a-passo

Este exemplo tem por objetivo aplicar os conceitos em um processo de

injeção de poliuretano em gabinetes de refrigeradores, espuma esta, que após

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uma reação química enrijece e faz a isolação térmica dos gabinetes devido suas

propriedades de baixa condutividade térmica

O trabalho é constituído por um Grafcet nível 1, o esquema funcional da

planta de injeção, em que foram aplicados os conceitos de automação, o Grafcet

nível 2, o diagrama de contatos obtidos a partir do Grafcet do processo e a tabela

que relaciona as sensibilidades e ações do processo com as entradas e saídas do

PLC.

V2-Q5 V1-Q2FC2-I1 FC1-I0

FC3-I2

M3-Q3

M2-Q1

M5-Q6

M4-Q4 FCE-I4

FCT-I5

M1-Q0FBP-I6

FBG-I7

INJETORABALANÇA

GdGdESTEIRAESTEIRA PqPq

Um gabinete é colocado manualmente no molde de injeção, a presença

deste gabinete aciona o fim de curso FC1, se o gabinete for pequeno e os

sensores FC1 e FC2 se o gabinete for grande. Quando ocorrer somente a

ativação do sensor FC1, o motor M2 será acionado, e o molde para gabinetes

pequenos descerá até que encoste na esteira e acione o fim de curso FCE. Com a

presença do gabinete e do molde o temporizador T1 aciona então a válvula V1,

que inicia a injeção de poliuretano no gabinete durante 5 segundos. Após

decorrido o tempo de injeção, o motor M3 é acionado para elevar o molde a

posição de espera. No caso do sensor FC3 não indicar a presença de um gabinete

na balança, é então ligado o motor M1, que aciona a esteira que levará o gabinete

espumado até a balança, onde se fará a verificação se a quantidade mínima de

espuma foi injetada ou se o sistema apresentou vazamentos. Quando o gabinete

chegar a balança, o sensor FC3 é acionado e no caso de uma injeção sem falhas,

o sensor de balança produto pequeno BPP, é sensibilizado e o gabinete deve ser

33

retirado manualmente por um operador que dará seqüência ao trabalho de

montagem. Quando o gabinete apresentar um peso abaixo do mínimo, o sensor

de presença FC3 irá indicar que existe um gabinete na balança, mas o sensor

BPP não atuado irá acionar o alarme Q7, indicando que ocorreu uma falha de

injeção. O operador então deve acionar o sensor I3 (conhecer) para desligar o

alarme e então retirar o gabinete não-conforme e, se necessário, proceder ao

ajuste do equipamento para retornar ao início do processo.

Quando ocorrer a ativação dos sensores FC1 e FC2 simultaneamente, o

motor M4 será acionado, e o molde para gabinetes grandes descerá até que

encoste na esteira e acione o sensor FCE. Com a presença do gabinete e do

molde o temporizador T2 aciona então a válvula V2 , que inicia a injeção de

poliuretano no gabinete durante 15 segundos. Após decorrido o tempo de injeção,

o motor M5 é acionado para elevar o molde a posição de espera. No caso do

sensor FC3 não indicar a presença de um gabinete na balança, é então ligado o

motor M1, que aciona a esteira que levará o gabinete espumado até a balança,

onde se fará a verificação se a quantidade mínima de espuma foi injetada ou se o

sistema apresentou vazamentos. Quando o gabinete chegar a balança, o sensor

FC3 é acionado e no caso de uma injeção sem falhas, o sensor de balança

produto grande BPG, é sensibilizado e o gabinete deve ser retirado manualmente

por um operador que dará seqüência ao trabalho de montagem. Quando o

gabinete apresentar um peso abaixo do mínimo, o sensor de presença FC3 irá

indicar que existe um gabinete na balança, mas o sensor BPG não atuado irá

acionar o alarme Q7, indicando que ocorreu uma falha de injeção. O operador

então deve acionar o sensor I3 (conhecer) para desligar o alarme e então retirar o

gabinete não-conforme e, se necessário, proceder ao ajuste do equipamento para

reiniciar o processo.

34

0

57

6

4

3

2

1

ACIONA ALARME

LIGAR O MOTOR 1, QUANDO A BALANÇA ESTIVER LIVRE

LIGAR O MOTOR 3

LIGAR VÁLVULA TEMPORIZADA EM T=5s

LIGAR MOTOR 2

RETIRA GABINETEMANUALMENTE

Presença de Gabinete Pequeno

Peso do Gabinete Correto

Balança Livre

Peso do Gabinete Errado

Conhecer

Balança Livre / Rearme

Molde Retorna Parte Superior da Injetora

Temporização de 5 Segundos

Molde Atinge Esteira

1214

13

11

10

9

8

ACIONA ALARME

LIGAR O MOTOR 5

LIGAR VÁLVULA TEMPORIZADA EM T=15s

LIGAR MOTOR 4

Presença de Gabinete Grande

Peso do Gabinete Correto

Balança Livre

Peso do Gabinete Errado

Conhecer

Balança Livre / Rearme

Molde Retorna Parte Superior da Injetora

Temporização de 15 Segundos

Molde Atinge Esteira

RETIRA GABINETEMANUALMENTE

RETIRA GABINETEMANUALMENTE

RETIRA GABINETEMANUALMENTE

COLOCAR GABINETEMANUALMENTE

15Continuidade do Processo

LIGAR O MOTOR 1, QUANDO A BALANÇA ESTIVER LIVRE

A seguir será apresentada a tabela de endereçamentos utilizados paraprogramação do CLP de acordo com seu diagrama elétrico do circuito de controleilustrado a seguir, bem como dos elementos lógicos de softwares:

5.3 CASO 3 – Foco em atendimento de parada de emergência

35

O processo de montagem de placas de circuito impresso, englobando atecnologia SMT, é composto por duas máquinas, sendo uma chamada depick’n’place, designada por M1, que é utilizada para o posicionamento doscomponentes e outra máquina que é um forno temporizado, designado por M2,para a realização da solda dos componentes SMT.

O processo é iniciado quando o operador dá a partida através da chave LIGpara ligar a máquina M1 e a esteira EST1. A placa que esta na linha de montagemsegue até o sensor A que indica que a placa está na entrada de M1, esta então iráfixar a placa nos apoios sensibilizando o sensor PL, indicando no painel que háuma placa na posição POS1, pronta para o início da montagem. A máquina M1 éalimentada por um arquivo que contém todas as coordenadas de posicionamentodos componentes na placa a ser montada, assim ao acionar o sensor PL, ela irálocalizar automaticamente os pontos de referência (feduciais) da placa dandoinício ao processo de montagem.

A máquina M1 possui dois canais de alimentação de componentes, CA1 eCA2, sendo o primeiro para resistores, capacitores e diodos, e o segundo paracircuitos integrados, cristais e demais componentes. Há também dois braçosrobóticos BR1 e BR2 que recebem as peças dos canais de alimentação e asposicionam na placa. A movimentação de posicionamento bem como a seleçãodos componentes pelos braços é definida pelo arquivo de dados carregado em M1e será considerado como um processo externo, apenas os dois movimentosbásicos de cada um dos braços será considerado. Cada braço deve permanecer0,5s na posição alta (onde estão CA1 e CA2) e 1s na posição baixo (onde está aplaca)

Os dois canais de alimentação possuem sensores que indicam quando nãohá mais componentes a serem posicionados, e assim que os dois satisfizeremessa condição a placa será direcionada para a saída de M1, afetando o sensor B,que ativa a esteira 2 - EST2- e o forno M2, o forno é temporizado para permanecerligado por 10min (porém no processo implementado será usado 10s, pois a idéia éapenas emular o funcionamento de uma planta real), passado os 10min, o forno édesligado e a placa continua na esteira 2 até atingir o sensor C que irá desligar a

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esteira 2 e indicar ao operador, através de uma sinalização no painel de controle,que há uma placa pronta para ser levada ao estoque. Ao ser retirada a placa, osensor C deixa de ser sensibilizado e inicia um temporizador que irá aguardar10min (será usado 10s), após esse tempo e desde que o sensor A não indiquenenhuma placa na entrada de M1, o processo será finalizado, retornando acondição inicial e aguardando novo comando do operador.

37

5.4 CASO 4 – Foco na inserção de pontos de parada

Este projeto tem como objetivo apresentar a automatização de um posto demontagem.

Como em uma produção os movimentos repetitivos e o descuido ou adesanteção do operador podem gerar erros no processo, o sistema Poka-Yoke é ométodo utilizado para auxiliar na detecção destas falhas.

O sistema em questão é constituído por uma estação de montagem, comum sensor para detecção de peça, quatro conjuntos de sensores com led’scoloridos de sinalização e uma sinaleira para indicação.

O operador da estação deverá fazer a montagem da peça, de acordo com aindicação dos led’s e caso ocorra alguma falha, deverá então refugar a peça parauma posterior avaliação. Se for o caso, será feita a recolocação desta, novamenteno processo de montagem.

Para tanto, será apresentado o diagrama esquemático do processo, seumodelamento lógico seqüencial através de Grafcet, os endereçamentos utilizadospara programação do CLP bem como sua programação.

Operador coloca peça na posição de montagem, isto aciona sensor depresença de peça “SP”;

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O “Led 1” acende indicando que o operador precisa pegar o componente 1,que fica na caixa 1, logo atrás do sensor “S1”.

Assim que o operador pegar o componente na caixa 1, o sensor “S1”deverá acionar, fazendo com que o “Led 2” acenda, indicando que o operadorprecisa pegar o componente 2, que fica na caixa 2, logo atrás do sensor “S2”.

Assim que o operador pegar o componente na caixa 2, o sensor “S2”deverá acionar, fazendo com que o “Led 3” acenda, indicando que o operadorprecisa pegar o componente 3, que fica na caixa 3, logo atrás do sensor “S3”.

Quando finalizada esta seqüência, a sinaleira de “Peça OK” deverá seracionada.

Caso alguma das seqüências anteriores não seja realizada de formacorreta, a sinaleira de “Alarme” deverá ser acionada, fazendo com que o “LedRejeito” acenda, indicando que o operador precisa colocar a peça na caixa derejeitos, fazendo com que acione o sensor rejeito “SR”, reiniciando assim todo ociclo.

5.5 CASO 5 – Foco na execução de rotina de inicialização

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O projeto de automação em estudo será para otimizar os portões desaída/entrada de um condomínio residencial; têm-se assim, os seguintes passospara o processo:

Iniciando o processo, supondo uma possível entrada ou uma possível saídade veículo do condomínio, primeiramente, estudando o caso de quando houver umcarro externamente ao prédio, seu operador terá que, no controle remoto (CR),acionar o botão de abertura do portão externo (BA).

Se for acionado o botão de entrada, o portão externo abrirá e permaneceráaberto durante um tempo de 45 segundos e será automaticamente ligada umalâmpada (CE) – localizada na área intermediária interna. Assim, quando o sensorexterno (SE) comprovar que o carro está posicionado, automaticamente o portãointerno irá abrir – durante um período de 45 segundos - para que o veículo entrepara a área interna, na garagem do condomínio, que está localizada no subsolo doprédio.

Se, durante este acontecimento, de entrada, outro veículo estiverposicionado dentro do condomínio, na área interna e acionado a sua saída nocontrole remoto, para efetuar a saída do prédio, o sensor interno será acionado deforma que comprovada a existência deste outro carro, será automaticamenteligada uma lâmpada (LM) – localizada na área intermediária externa - para queavise ao veículo externo sobre a necessidade de liberação das áreas externas,pois a prioridade é do carro de saída do prédio.

Também, da mesma forma que existe a possibilidade de acionamento pelooperador do veículo, no controle (CR), de entrada ao prédio, existe para o caso desaída. Assim, se houver um carro interno à garagem objetivando saída da mesma,existe a mesma opção de acionamento.

Contudo, o processo se faz de forma contrária, primeiramente, abre-se oportão interno (PI) - durante um tempo de 45 segundos e acende a lâmpada (LM)externa - e, ao se confirmar na área intermediária externa o veículo, abre-se o

40

portão externo (PE) - durante um tempo de 45 segundos - para a conclusão doprocesso de saída do veículo.

Observando que o botão de acionamento de abertura de portão (BA), querseja para saída/entrada de veículo, aciona o portão mais próximo – até 2 metrosde distância – e, a lâmpada (LM) sempre ascenderá quando o portão internoestiver abrindo, e o sensor interno for acionado (SI). Ou seja, quando houver umveículo saindo da garagem.

E, a lâmpada (CE) sempre ascenderá quando o portão externo estiversendo aberto, e o sensor interno, não tiver sido acionado (SI) – ou seja, quandohouver um veículo entrando na garagem.

Lembrando que a prioridade será sempre para o carro que estiver na áreana área interna, visto que, o espaço da garagem é menos amplo que o da rua,facilitando a manobra para quem está fora do prédio.

5.6 CASO 6 – Foco na comunicação com software de supervisão

41

O processo inicia-se quando o operador dá a partida no sistema queimador– caldeira, através de um botão “liga-desliga”. No momento em que se é acionadaa partida pelo operador, o programa verifica se existe chama adiantada(fotocélula) e se a pressão de gás está normal (pressostato de gás). Caso acondição seja ideal, aciona-se o ventilador de ar, que injeta ar no sistema doqueimador por 90 segundos. Ent ão é feita uma verificação pa checar se oventilador foi acionado, em caso negativo, encerra-se a operação e gera-se umalarme para o operador.

Depois de injetar ar no sistema, aciona-se o transformador de ignição por 3segundos e simultanemente liberá-se a primeira válvula de bloqueio de gás, paraque exista a chama inicial. Dado esse instante de tempo, verifica-se a existênciade chama através da fotocélula. Se, dentro de 13 segundos, não for detectada achama, encerra-se a operação, fecham-se as válvulas e gera-se um alarme para ooperador.

Se a chama for verificada, passa-se para a etapa seguinte, onde é liberadaa segunda a válvula de bloqueio de gás. Se a chama não for detectada em 5segundos após a liberação de válvula, encerra-se a operação, fecham-se asválvulas e gera-se um alarme para o operador.

Depois de liberada a segunda vávula de bloqueio, verifica-se se opressostato de pressão mínima está dando condição de se liberar a chama alta,

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em caso positivo, a mesma é acionada. Entra-se então em um processo de“Looping” entre chama alta e baixa onde a condição do pressostato de pressãomínima libera ou não o acionamento da chama alta, conforme a pressão defuncionamento do queimador.

Caso a pressão da caldeira exceda um limite crítico, outro pressostato devapor desabilita o sistema e encerra a operação, fechando as válvulas e gerandoum alarme para o operador. Qualquer comando que não tenha sua seguinteconsquência, faz o queimador ficar inativo, desligando todos os dispositivos.

O processo também pode ser encerrado a qualquer momento através doboltão “liga-deliga”, o que também gera um alarme. O processo pode serreiniciado novamente após uma mensagem de alarme através do botão “reset”.

5.7 CASO 7 – Foco na modelagem lógica sequencial

Este projeto tem o intuito de modelar o funcionamento de uma máquinade doces que aceita como entrada moedas de 5, 10 e 25 centavos, retornandoo troco em moedas de 5 centavos, considerando o preço de cada bombom deR$ 0,30. Neste projeto apresenta-se o diagrama esquemático do processo, seumodelamento lógico seqüencial através de Grafcet, os endereçamentosutilizados para programação da CLP bem como sua programação.

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Descrição do processo

Trata-se de uma máquina de doces que tem o preço unitário de cada bombomR$ 0,30. O usuário pode entrar com moedas de 5, 10 e 25 centavos até que seatinja o valor do doce, após isto o usuário fica impossibilitado de colocarqualquer moeda visto que a máquina possui um dispositivo que impede aintrodução de moedas após o valor do doce ser contabilizado ou ultrapassado.É necessário então que o usuário pressione a botoeira “DOCE” para que entãoo bombom seja entregue e posteriormente o troco devolvido. O troco pode ser

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de 0, 5, 10, 15 e 20 centavos dependendo de quanto foi inserido na máquinaaté o acionamento do dispositivo que impede a introdução de moedas.

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6 PROJETOS PROPOSTOS

PROJETO 1 – CANCELA PARA VEÍCULOS

Este processo tem como a automatização de uma barreira com duascancelas. As cancelas podem abrir em sincronismo, no caso de um carro, ouapenas à esquerda, tratando-se de uma moto.

Figura 22 - Cancela para veículos

Descrição do processo

O sistema é composto por uma barreira feita com duas cancelas, CE(esquerda) e CD (direita). A parte esquerda pode abrir-se isoladamente e deixarentrar veículos de duas rodas. Ambas as partes podem abrir-se em conjunto edeixar passar veículos de quatro rodas. Faz-se uso de sensores fim de curso, umpra cada cancela; estes sensores, denominados E e D serão atuados ao final daabertura de cada cancela. À esquerda das barreiras, existe uma caixa deportagem que pode receber moedas de 100 unidades monetárias em U e 200unidades monetárias em V. No solo existem duas placas A e B destinadas adetectar a presença de veículos.

Para que se abra apenas a parte esquerda, é necessário que umamotocicleta se coloque inteiramente sobre A e coloque pelo menos uma moeda de100 em U. Quando um veículo de quatro rodas pretende entrar ele irá estar sobre A e B e deve-se colocar pelo menos uma moeda de 200 em V ou duas de 100 emU. A barreira fecha-se quando o veículo abandona A e B. Deve-se observar que ocaracteriza um veículo de quatro rodas é o fato de A e B serem sensibilizadosdentro de um intervalo de tempo inferior a 1 segundo.

Quando um veículo de duas rodas se posiciona em B um alarme AL devetocar, só parando quando o veículo recuar.

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Como consideraçãos adicional sobre o processo, deve-se ter em mente quea máquina não fornece troco, entretanto devolver moedas que ultrapassem o valorde liberação. O mesmo ocorre com moedas cujo valor monetário não sejareconhecido.

PROJETO 2 – FABRICAÇÃO DE CERVEJA

Este processo constitui-se de uma planta simplificada para produção decerveja em escala industrial.

Figura 23 - Planta para produção de cerveja

Descrição do processo

Através de uma chave seletora (CHS) escolhe-se o tipo de cerveja. Escolhido o tipoCHS para “Pilsen” ou CHS para o tipo “Bock”, é dada a partida do processo pelo botão P.A válvula de água se abrirá enchendo o reservatório com água até o nível S3, se o tipo decerveja escolhida for “Pilsen” e até o nível S2 se o tipo de cerveja escolhida for “Bock”.

Cessada a etapa de enchimento de água, independentemente do tipo de cerveja quese esteja fabricando, a válvula de cevada (VC) será aberta por um tempo de cinco minutos.Logo após, será ligada a centrífuga que realizará a mistura durante uma hora.

Se o processo for de fabricação de cerveja do tipo “Pilsen”, a mistura ficará emrepouso durante dez horas e depois as válvulas de lúpulo (VL) e de malte (VM) serãoabertas ao mesmo tempo, ficando abertas por três e quatro minutos, respectivamente.

Se o processo for de fabricação de cerveja do tipo “Bock”, a mistura ficará emrepouso durante quinze horas e depois as válvulas de lúpulo (VL) e de malte (VM) serãoabertas ao mesmo tempo, ficando abertas por, respectivamente, por quatro e seis minutos.

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Novamente, independente do processo, é feita a mistura através da centrífuga porduas horas. A cerveja repousará por cinco horas e então será emitido um sinal visual (SV)indicando que a cerveja está pronta.

Com a cerveja pronta, o operador apertará o botão de escoamento (BE) para aliberação do produto através da válvula de escoamento (VE) que será fechada quando oreservatório estiver vazio. O sensor S1 é o responsável por esta informação.

PROJETO 3 – ESTEIRAS PARA EMPACOTAMENTO DE PRODUTOS

Neste processo caixinhas são distribuídas, a partir de uma única esteira,para duas celofanadeiras, onde fica um funcionário em cada máquinaempacotadora. O funcionário da 1° máquina empacotadora deve processar ametade das caixinhas, enquanto a outra metade deve ser processado pelo 2°funcionário.

Figura 24 - Leiaute das esteiras para empacotamento de produtos

Descrição do processo

A distribuição efetiva das caixinhas será feita por uma pequena portinholano início das esteiras 2 e 3. Estas são controladas por um cilindro pneumático deação simples. Elas poderão estar em duas posições: aberta ou fechada, conformeo cilindro CL esteja recolhido ou estendido.

Para isto 5 sensores de presença geram as informações quanto assituações de ocupação das duas empacotadoras. Um sensor S1, instalado sobre aportinhola de distribuição, irá garantir que esta não mude de posição enquantohouver produto passando por ela, evitando o seu esmagamento. Outros dois

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sensores S2 e S3, no começo de cada uma das esteiras, indicam se estas estãocheias. Por fim, sensores S4 e S5 próximo a cada máquina, que indicam se cadamáquina está ou não sem produtos.

O PLC deve controlar também os motores M1, M2 e M3 que acionam asesteiras, de acordo com as condições de ocupação das caixinhas na linha deprodução.

O comando de início de funcionamento é dado por uma botoeira P1, assimcomo o desligamento de todo o sistema é comandado pela botoeira P0. Para oinício do processo, as entradas das duas empacotadoras deverão estar comprodutos, de tal forma que S4 e S5 indiquem sua presença.

Ao pressionar P1, os três motores (das esteiras principal, empacotadora 1 eempacotadora 2) são acionados.

Com o pistão na posição recolhido, os produtos seguirão pela esteira 1, atéque S3 atue. Com S3 atuado, o pistão deve mudar para a posição avançado,fechando a portinhola e direcionando os produtos para a esteira 2. Quando S2atuar, o pistão deverá voltar para a posição recolhido, fechando a portinhola edirecionando os produtos para a esteira 1 novamente.

Se o sensor S4 indicar falta de produtos na esteira 2, o pistão deverá mudarpara avançado e a portinhola direciona produtos para a esteira 2. Igualmente se osensor S5 indicar falta de produtos na esteira 1, o pistão deve ir para recolhido e aportinhola dirige produtos para a esteira 1.

Sempre que houver comando de mudança de estado do pistão (e daportinhola), S1 indicará se há ou não produto na região da portinhola. O pistãosomente poderá mudar de estado quando não houver produto.

Se a empacotadora 1 parar de funcionar, S3 e S5 serão atuados, e o pistãodeverá permanecer avançado, direcionando os produtos para a empacotadora 2,até que S2 e S5 também atuem. Quando isto acontecer, a esteira principal deveráser desligada. A esteira principal deverá ser religada quando o sensor S2 voltar aindicar que está sem produtos. A operação deverá continuar assim até que sereestabeleça a empacotadora 1. Uma mesma lógica vale para o caso de falha daempacotadora 2.

Se as duas empacotadoras pararem de funcionar ao mesmo tempo, aesteira principal deverá ser desligada quando S2, S3, S4 e S5 estiverem atuados.

Todo os motores desligarão quando a botoeira P0 for pressionada.

PROJETO 4 – MÁQUINA PARA FABRICAR CAIXAS DE MADEIRA

Esta máquina é projetada para cortar ripas de madeira em tamanho deaproximadamente 20 x 20 x 100 mm, os quais servirão para compôr a fabricaçãode caixas de verduras e frutas.

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Figura 25 - Máquna para fabricar caixas de madeira

Descrição do processo

Primeiramente o operador pressiona o botão “ON”, acionando a esteiratransportadora (motor ME) e também o motor MS da serra. Ao se efetuar essaoperação, o motor MA de arraste é acionado. Este motor funciona girandoengrenagens que movimentam cilindros encapados com borracha, localizados nasduas laterais da madeira a ser cortada, funcionando como uma espécie de“calandra”. O sistema compõem-se de dois cilindros na parte frontal, um cadalado, próximos a serra e outros dois cilindros na parte traseira, próximo aooperador.

O operador introduz a ripa de madeira na máquina através dos cilindros dearraste. Estes cilindros irão puxar a ripa e direcioná-la para que siga em trajetóriaretilínea em direção a serra.

A ripa deverá seguir até bater no anteparo (fim-de-curso A). Ao seracionado este fim-de-curso abre-se a válvula que libera ar comprimido ao cilíndroC1 de ação simples (recuo por mola). Este cilíndro C1 direciona a serra elétricaem movimento vertical, logo após ele ser acionado, corta a madeira e, ao finalizara operação que é detectada através do fim-de-curso P retorna à posição deorigem.

Após essa etapa, é acionado o cilindro C2 (ação dupla) cuja função é delevar os pedaços de madeiras devidamente cortados até a esteira transportadora.A válvula do cilindro C2 é aberta e este se direciona até o fim-de-curso M. Logodepois o cilindro é acionado e retorna até a posição L (posição inicial). Novamenteentra em funcionamento o motor de arraste puxando mais madeira para sercortada.

Se a madeira a ser cortada estiver no final e não possuir o tamanho mínimopara compor a caixa de madeira, não conseguirá acionar o anteparo A. Dois

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sensores (S1 e S2), instalados entre os cilindros frontais de arraste e na ponta daserra, farão associação entre si e informarão se o pedaço a ser cortado temtamanho insuficiente. Se o sensor S1 estiver negado, acusando falta de madeira,juntamente com o sensor S2 em posição alta, isto é, acusando material a sercortado, e o anteparo A não for acionado, o cilindro C2 é acionado, porém sendodirecionado até a posição N, jogando o pedaço de madeira na caixa de resíduos.Após isto o cilindro recua na posição inicial L.

Após este procedimento o sistema retorna ao inicio, ligando o motor dearraste e aguardando entrada de matéria prima.

Caso o operador deseje desligar a máquina, deve apertar o botão OFF, queporém deverá esperar a máquina completar um ciclo de operação para entãodesligar.

PROJETO 5 – FORNO PARA FABRICAÇÃO DE PÃO

Descrição do processo

Esta máquina consiste de um recipiente que possui um rotor para bater amistura e resistências que aquecem e assam o pão de acordo com o modoselecionado.

Estas resistências podem ser ligadas uma, duas ou três, deixando o pãomais assado ou menos assado.

As entradas são a chave de liga/ desliga a seletora do modo de assar e osensor de temperatura.

As saídas são as resistências e o rotor.O rotor e as resistências são controlados por temporizadores.

PROJETO 6 – PROCESSO PARA ENVASE DE ÁGUA MINERAL

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Este projeto tem como objetivo a automatização de processo para envase deágua em garrafas de dois tamanhos diferentes. Para tanto é apresentado odiagrama esquemático do processo.

Descrição do processo

O sistema é composto de três esteiras, sendo duas para o processo deenvase e uma para o transporte das garrafas até o setor de embalagem.

O operador inicia o processo acionando o botão de partida (PTD). Nãoocorrendo o alarme de falta de líquido (SB), a esteira M1 entra em funcionamento.A esteira é alimentada com uma garrafa podendo ocorrer duas situações:

a) Envase de garrafas pequenas – A garrafa pequena é colocada na esteiraM1 e desloca-se até o sensor (SP) ser atuado, posicionando-a para recebero líquido. Abre-se a válvula (VS) pelo tempo de 5s enchendo a garrafa comágua. Passado o tempo de 5s a válvula (VS) fecha e o mecanismo detampar é acionado até o sensor de presença de tampa ser atuado. A esteiraM2 entra em operação levando a garrafa até o final da esteira, quando osensor (SS), posicionado no final desta esteira, é acionado. Desliga-se aesteira M2 e liga-se a esteira M3 para esquerda pelo tempo de 3s levando agarrafa até o setor de embalagem. O processo se reinicia com a esteira M1entrando em operação.

b) Envasilhamento de garrafas grandes – A garrafa grande é colocada naesteira M1 e desloca-se até os sensores (SP) e (SG) serem atuados,posicionando-a para receber o líquido. Abre-se a válvula (VS) pelo tempode 10s enchendo a garrafa com líquido. Passado o tempo de 10s a válvula

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(VS) fecha e o mecanismo de tampar é acionado até o sensor de presençade tampa ser atuado. A esteira M2 entra em operação levando a garrafa atéo final da esteira, quando o sensor (SS), posicionado no final desta esteira,é acionado. Desliga-se a esteira M2 e liga-se a esteira M3 para direita pelotempo de 3s levando a garrafa até a embalagem. O processo se reiniciacom a esteira M1 entrando em operação.

Observa-se que o processo de seleção do tipo de garrafa é feita pelaatuação do sensor (SP) para garrafas pequenas e (SP) em conjunto com (SG)para garrafas grandes. A quantidade de líquido colocada nas garrafas é dada pelotempo de abertura da válvula (VS) sendo que, para garrafas pequenas o tempo éde 5s e para garrafas grandes 10s.

O processo é contínuo até que o operador desative o botão de partida(PTD) ou que o sensor de nível baixo de líquido (SB) atue. Quando o sensor (SB)atua, dispara um aviso de alarme sonoro e visual no quadro de alarmesinformando a falta de líquido. O operador então reconhece o alarme através dobotão (RA) e imediatamente a válvula de enchimento do tanque (VE) abre pelo otempo 10s completando o reservatório com líquido.

PROJETO 7 – LOMBADA ELETRÔNICA

O processo proposto para automação é o de uma Lombada Eletrônicapara velocidade máxima de 40km/h que detecta a condição de um veículosegundo a sua velocidade.O sistema é composto por: quatro lâmpadas, sendo uma amarela sinalizadorada lombada e as outras três indicadoras de velocidade; uma sirene; umacâmera de fotos; dois sensores S1 e S2, instalados na pista no sentido dotráfego, com uma distância de 3m entre eles, incrustados no asfalto 20 metrosantes do monolito, no sentido do fluxo do trânsito.Ao ligar a Lombada Eletrônica, a lâmpada amarela piscante PP situada no topodo monolito é posta em funcionamento, sinalizando a lombada, e só seráresetada quando a lombada for desligada. O intervalo do pisca da lâmpada éde um segundo entre o acender e apagar.A identificação da velocidade dos veículos monitorados pela LombadaEletrônica ocorre através da detecção dos dois sensores S1 e S2. Quando umveículo chega perto da lombada, as suas rodas dianteiras acionam o sensorS1, e então três temporizadores T1, T2 e T3, que possuem tempos diferentes,disparam e começam a contar o tempo. Dependendo de quais temporizadorescompletarem sua contagem até que haja ou o não o acionamento do segundosensor pelas rodas dianteiras do veículo - sensor S2 - a lombada faz umaanálise de comparação temporal e indica com sinais sonoros e luminosos quala condição do veículo.Os tempos com os quais a lombada trabalha são os tempos reais, calculadospara as respectivas velocidades reais limites (10km/h, 40km/h e 44km/h) epara uma distância de 3m, que é a distância entre os sensores. Porém, essestempos são dados em milisegundos, o que dificulta a operação do CLP etambém uma futura complicação na apresentação do projeto.

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Por motivos didáticos e tendo em vista a dificuldade do tempo em ms, a equipeoptou por dilatar o tempo, criando tempos fictícios e, conseqüentemente,velocidades fictícias limites para a operação da lombada.

Descrição do processo

A operação da lombada eletrônica deve obedecer aos seguintes temposlimites:

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1 1 11

2 2 22

3 3 33

S 3m 3mPara V 10km / h T T 83,3msV 10(km / h).3,6 36(m / s)

S 3m 3mPara V 44km / h T T 18,9msV 44(km / h).3,6 158,4(m / s)S 3m 3mPara V 40km / h T T 20,8m

V 40(km / h).3,6 144(m / s)

∆= ⇒ = = = ⇒ =

∆= ⇒ = = = ⇒ =

∆= ⇒ = = = ⇒ =

Sendo esses tempos os tempos gastos para velocidades específicas, sãoquatro as possíveis condições de velocidade que a lombada detecta:

! Veículo abaixo da velocidade captada pela lombada eletrônica:1V 10km / h t T (83,3ms)≤ ⇒ ≥

! Veículo dentro da velocidade regulamentada:

1 310km / h V 40km / h T (83,3ms) t T (20,8ms)< ≤ ⇒ > ≥

! Veículo acima do limite de velocidade e dentro da margem de tolerância:

3 240km / h V 44km / h T (20,8ms) t T (18,9ms)< ≤ ⇒ > ≥

! Veículo em velocidade acima da margem de tolerância:

2V 44km / h t T (18,9ms)> ⇒ <

PROJETO 8 – MISTURA EM BATELADA

Este projeto tem como objetivo automatizar um processo de operação demistura em batelada.

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Descrição do processo

Os dois tanques são dotados de chave-bóia mecânica de altaconfiabilidade e sempre ficam cheios de produtos químicos (A e B). Cada tanque éenchido através de uma tubulação de entrada que vem do reservatório principal(que não está mostrado no desenho esquemático do processo), e é esvaziadoatravés de suas respectivas válvulas de drenagem. O tanque de mistura C éequipado com um motor que serve para agitar o produto. Depois de completada amistura, ocorre o esvaziamento de produto através da válvula de drenagem.

O processo de operação do misturador em batelada é automatizadoatravés de um CLP. O processo inicia quando o operador dá a partidaacionando o botão LIGA. Iniciado o processo, o operador seleciona a receita(R1 = receita 1 e R2 = receita 2). Selecionando R1, a válvula DRENA_A abrepor 4 segundos; após este tempo, abre-se a válvula DRENA_B por 2segundos. Em seguida, aciona-se o agitador (MIX) e o produto é misturado por10 segundos.

Por outro lado, ao selecionar R2 (receita 2), a válvula DRENA_A abrepor 2 segundos e, após este tempo, abre-se a válvula DRENA_B por 4segundos. Em seguida, o agitador (MIX) é acionado e o produto obtido émisturado por 12 segundos.

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Completada a mistura, tanto na receita R1 quanto na R2, o agitadorpára de rodar e então abre-se a válvula DRENA_C. Esta válvula só deve serfechada quando atingir o sensor de nível. Este sensor serve para comprovarque o tanque de mistura está completamente vazio. Com isso, o processo demistura dos produtos químicos é reiniciado, desde que o botão LIGApermaneça ativo. E o produto obtido após o processo de mistura é enviadopara a próxima fase de processo.

PROJETO 9 – PROCESSO DE TRATAMENTO DE pH DE EFLUENTE

O presente projeto propõe-se a implementação de um sistema automatizado parauma suposta necessidade industrial prática. Devido a exigências ambientais, a legislaçãorequer que os efluentes industriais sejam tratados de forma que seu nível de pH encontre-seneutro. Neste âmbito o projeto apresentado visa a concepção de um sistema automatizadopara tratamento de pH de efluente (água industrial).

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Descrição do processo

Para tanto o processo constitui-se de um tanque de neutralização que contém páspara a mistura, tanques com soluções ácida (H2SO4) e básica (CaCO3), as quais visarão otratamento da água industrial conforme indicação do sensor de pH (informação analógicaao PLC).

Como condição inicial tem-se o conhecimento do valor de pH do efluenteatravés de um sensor de pH (valor analógico apresentado ao PLC). O processo dotratamento da água inicia-se com a abertura da válvula 1 que enche o tanque até adetecção do sensor de nível 2 que dá a partida ao motor, iniciando o giro das pás.Quando da detecção do sensor de nível 1 realiza-se então fechamento da válvula 1,temporizando 10 s. Como já conhecido o pH do efluente a tratar inicia-se então ascondições de tratamento com a abertura da válvula 2 (tratamento com base) ou válvula3 (tratamento com ácido) ou então a não necessidade de tratamento (pH neutro). Oencaminhamento para a rotina de tratamento do pH do efluente dependerá do valoranalógico presente no PLC, o qual é definido no intervalo: básico ≤ 450, 450 < neutro <550 e ácido ≥ 550.

Tendo o valor analógico a divergência será dada pela abertura da válvula 2 casoo valor analógico presente no PLC seja ≥ 550 até o PLC reconhecer um valor nointervalo 450 < neutro < 550, ou ocorrendo a mesma idéia para a abertura da válvula 3caso o valor analógico ≤ 450 até o reconhecimento pelo PLC de um valor analógico nointervalo 450 < neutro < 550, ou então se o valor analógico presente esteja na faixa 450< neutro < 550 o processo não realizará a abertura de nenhuma válvula.

Decorrido alguma das etapas do paralelismo apresentado anteriormente oprocesso é temporizado em 30 segundos visando a mistura ou não das soluções. Apósos 30 segundos ocorre a abertura da válvula 4 para descarga e funcionamento dabomba de escoamento do efluente tratado sendo desligados após a desabilitação dossensores de nível 1 e 2. A finalização do processo dá-se então com uma temporizaçãode 10 segundos desligando então o motor do misturador.

PROJETO 10 – AUTOMATIZAÇÃO DE UM TRITURADOR

Este projeto tem como objetivo apresentar a automatização de um Trituradorutilizado no processamento do farelo de milho para alimentação animal.

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Descrição do processo

Consideraremos um hipotético Triturador automatizado para o processamento dofarelo de milho para alimentação animal.

As entradas do sistema são: PTD (botoeira de ação simples), S1 (sensor de presençareservatório 1) e S2 (sensor de presença reservatório 2). As saídas são: M1 (motor daesteira 1), M2 (motor do triturador), EV1 (eletroválvula 1) e M3 (motor da esteira 2).

O funcionamento do sistema consiste em uma esteira (esteira 1) que deve seracionada por uma botoeira de ação simples (PTD). Ao ser pressionada a botoeira PTD, aesteira 1 é ligada (M1) movimentando a matéria-prima previamente selecionada até o reservatório 1. Quando o reservatório 1 estiver com sua capacidade máxima, o sensor S1 éacionado, em seguida o motor do triturador (M2) é ligado iniciando o processo detrituração. Simultaneamente é acionado o temporizador (T1) com um “delay” de 20s. Apóso tempo de 20s o motor M2 é desligado e seqüencialmente é acionada a eletroválvula(EV1) por um “delay” de 10s realizado pelo temporizador (T2). Durante o tempo de 10s éadicionada ao reservatório 3 uma mistura de nutrientes. Realizada a mistura, EV1 édesligada e sequencialmente é acionado o motor da esteira 2 (M3) durante um “delay” de5s realizado através do temporizador (T3). A esteira 2 tem a finalidade de substituir oreservatório 3, que nesta etapa encontra-se com a mistura de farelo de milho, por outroreservatório vazio. Após a substituição do reservatório o processo é reiniciado retornado aetapa inicial.

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Apêndice 1. SIMBOLOGIA

Apêndice 2. REVISÃO DE ÁLGEBRA BOOLEANA

Apêndice 3. RESUMO DAS INSTRUÇÕES DE PROGRAMAÇÃO

Apêndice 4. RELAÇÃO DE FABRICANTES DE CLP