automa__o e controle

Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL Curso: Tecnólogo em Eletroeletrônica Disciplina: Instrumentação Industrial Semestre curricular: 2004/A Professor: Edcarlo da Conceição

Apostila de Automação e Controle

Tubarão, fevereiro de 2004.

Automação e Controle_____________________________________________________

Tecnólogo em Eletroeletrônica_____________________________________________ 2

1 - INTRODUÇÃO DA AUTOMAÇÃO

Você já reparou que a automação faz parte do dia-a-dia do homem

moderno? Pela manhã, o rádio-relógio automaticamente dispara o alarme para

acordá-lo e começa a dar as notícias do dia. Nessa mesma hora, alguém

esquenta o pão para o café da manhã numa torradeira elétrica, ajustando o tempo

de aquecimento. Na sala, uma criança liga o videocassete, que havia sido

programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior.

Quando a casa esquenta pela incidência dos raios solares, o ar condicionado

insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agradável. Esses simples fatos

evidenciam como a automação faz parte da vida cotidiana.

1.1 - CONCEITO

Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que

Controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervenção do homem.

Automação é diferente de mecanização. A mecanização consiste simplesmente no

uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do

homem. Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas

controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.

1.2 - DESENVOLVIMENTO DA AUTOMAÇÃO

As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais

ocorreram na pré-história. Invenções como a roda, o moinho movido por vento ou

força animal e as rodas d’água demonstram a criatividade do homem para poupar

esforço.

Porém, a automação só ganhou destaque na sociedade quando o sistema

de produção agrário e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda



metade do século XVIII, inicialmente na Inglaterra. Os sistemas inteiramente

automáticos surgiram no início do século XX. Entretanto, bem antes disso foram

inventados dispositivos simples e semi-automáticos.

1.3 - COMPONENTES DA AUTOMAÇÃO

A maioria dos sistemas modernos de automação, como os utilizados nas

indústrias automobilística e petroquímica e nos supermercados, é extremamente

complexa e requer muitos ciclos de realimentação.

Cada sistema de automação compõe-se de cinco elementos:

· acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É o

caso dos motores elétricos, pistões hidráulicos etc.;

· sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma

propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares

para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade;

· controle: utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Por

exemplo, para manter o nível de água num reservatório, usamos um controlador

de fluxo que abre ou fecha uma válvula, de acordo com o consumo. Mesmo um

robô requer um controlador, para acionar o motor elétrico que o movimenta;

· comparador ou elemento de decisão: compara os valores medidos com

valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. Como

exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores;

· programas: contêm informações de processo e permitem controlar as interações

entre os diversos componentes.



1.4 - CLASSIFICAÇÃO

A automação pode ser classificada de acordo com suas diversas áreas de

aplicação. Por exemplo: automações bancárias, comerciais, industriais, agrícolas,

de comunicações, transportes. A automação industrial pode ser desdobrada em

automação de planejamento, de projeto, de produção. Essa automação pode ser

classificada também quanto ao grau de flexibilidade.

A flexibilidade de um sistema de automação depende do tipo e da

quantidade do produto desejado. Isto significa que quanto mais variados forem os

produtos e menor a sua quantidade, mais flexível será o sistema de automação. O

quadro a seguir apresenta uma classificação de tipos de processo e de produção

e respectivos sistemas de produção.



1.5 - APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO

Para fixar os conceitos até aqui explicados, damos a seguir o exemplo de

um sistema automático de controle de fluxo de pessoas em academias de

ginástica.

Este sistema tem um leitor óptico laser e um computador digital de alto

desempenho. Quando um associado quer utilizar a academia, passa um cartão

pessoal, com um código de barras, pelo leitor óptico (elemento sensor). O dado de

entrada é convertido em sinais elétricos e enviado ao computador. O cliente é

identificado (programa). Caso sua situação esteja em ordem (pagamento de

mensalidades, exame médico etc.), o computador envia um sinal para liberação da

catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorrência num banco

de dados, para consultas posteriores.

1.5.1 - OUTRAS APLICAÇÕES

O desenvolvimento de elementos sensores cada vez mais poderosos e o

baixo custo do hardware computacional vêm possibilitando aplicar a automação

numa vasta gama de equipamentos e sistemas. Por exemplo:

1.6 - PRODUTOS DE CONSUMO

· Eletroeletrônicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores.

· Carros com sistemas de injeção microprocessada, que aumentam o desempenho

e reduzem o consumo de combustível.

Indústrias mecânicas

· Robôs controlados por computador.

· CAD/CAM, que integra ambientes de projeto e manufatura.

· CNC.

Bancos

· Caixas automáticos.



Comunicações

· Chaveamento de chamadas telefônicas.

· Comunicações via satélite.

· Telefonia celular.

· Correios.

Transportes

· Controle de tráfego de veículos.

· Sistemas de radar.

· Pilotos automáticos.

· Sistemas automáticos de segurança.

Medicina

· Diagnóstico e exames.

1.7 - O IMPACTO DA AUTOMAÇÃO NA SOCIEDADE

O processo de automação em diversos setores da atividade humana trouxe

uma série de benefícios à sociedade. A automação geralmente reduz custos e

aumenta a produtividade do trabalho. Este aumento possibilita mais tempo livre e

melhor salário para a maioria dos trabalhadores.

Além disso, a automação pode livrar os trabalhadores de atividades

monótonas, repetitivas ou mesmo perigosas. O esquadrão antibomba da polícia

americana, por exemplo, dispõe de robôs para detectar e desarmar bombas e

reduzir riscos de acidentes com explosões inesperadas. Apesar dos benefícios, o

aumento da automação vem causando também sérios problemas para os

trabalhadores:

· aumento do nível de desemprego, principalmente nas áreas em que atuam

profissionais de baixo nível de qualificação;

· a experiência de um trabalhador se torna rapidamente obsoleta;

· muitos empregos que eram importantes estão se extinguindo: é o que vem

ocorrendo com as telefonistas, perfeitamente substituível por centrais de telefonia

automáticas;



· aumento das ausências no trabalho, falta de coleguismo, alcoolismo ou consumo

de drogas, que alteram o comportamento dos indivíduos no ambiente de trabalho.

De certa forma, esse processo de alienação deriva do sentimento de submissão

do trabalhador à máquina, da falta de desafios.

Esses problemas, no entanto, podem ser solucionados com programas

contínuos de aprendizagem e reciclagem de trabalhadores para novas funções.

Além disso, as indústrias de computadores, máquinas automatizadas e serviços

vêm criando um número de empregos igual ou superior àqueles que foram

eliminados no setor produtivo.

1.8 - NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO

Introdução

O controle automático tem representado um papel vital no avanço da

engenharia e da ciência, além de sua estrema importância em sistemas de

veículos espaciais, mísseis guiados. Pilotagem de aviões, robóticos e outros mais.

o controle automático tornou-se uma parte importante e integral dos modernos

processos industriais e de fabricação.

Ele é também essencial em operações industriais tais como controle de

posição, velocidade, pressão, temperatura, umidade, viscosidade e fluxo em

processos industriais.

1.8.1 - CONCEITOS UTILIZADOS EM CONTROLE

•Sistemas: Um sistema é uma combinação de componentes que atuam

conjuntamente e realizam um certo objetivo.

•Perturbações (ou distúrbios): Uma perturbação é um sinal que tende a afetar

adversamente o valor da saída do sistema.

•Sistemas de controle realimentados: Um sistema que mantém uma relação

prescrita entre a saída e alguma entrada de referência comparando-as e utilizando

a diferença como um meio de controle.



Exemplo:

Conceitos utilizados em controle

•Servossistemas: Um servossistema (ou servomecanismo) é um sistema de

controle realimentado que controla, alguma posição mecânica, velocidade ou

aceleração. Portanto, os termos servossistema e sistema de controle de posição

(ou de velocidade, ou de aceleração) são sinônimos.

•Sistemas de controle em malha fechada: Em um sistema de controle em malha

fechada, o sinal de erro atuante, que é a diferença entre o sinal de entrada e o

sinal realimentado (saída). É introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e

trazer a saída do sistema a um valor desejado. O termo controle de malha fechada

sempre implica o uso de ação de controle realimentado a fim de reduzir o erro do

sistema.

Exemplo



•Sistemas de controle em malha aberta: Aqueles sistemas em que a saída não

tem nenhum efeito sobre a ação de controle são chamados sistemas de controle

em malha aberta. Em outras palavras, em um sistema de controle em malha

aberta à saída não é medida nem realimentada para comparação com a entrada.

Ex: Máquina de Lavar Roupa

1.8.2 - MALHA FECHADA X MALHA ABERTA

•Nos sistemas em malha fechada, o fato de que o uso da realimentação torna a

resposta do sistema relativamente insensível a distúrbios externos;

•Deve ser enfatizado que. para sistemas nos quais as entradas são conhecidas

antecipadamente e nas quais não há distúrbios. é aconselhável usar controle em

malha aberta

•Os sistemas de controle em malha fechada possuem vantagens somente

quando distúrbios imprevisíveis e/ou variações imprevisíveis nos componentes do

sistema estão presentes

•O número de componentes usados em um sistema de controle em malha

fechada é maior do que o de um correspondente sistema de controle em malha

aberta.



•O sistema de controle em malha fechada é geralmente de custo e potência mais

altos.

Regulador de WATT

O Sistema Controlado é o motor e a variável controlada é a

velocidade do motor. A diferença entre a velocidade desejada e a velocidade

real é o sinal de erro. O sinal de controle (a quantidade de combustível) a ser

aplicado ao motor é o sinal atuante. A entrada externa para perturbar a variável

controlada é a perturbação (distúrbio). Uma mudança inesperada na carga é

uma perturbação.

MALHA ABERTA



MALHA FECHADA

1.9 - AÇÕES BÁSICAS DE CONTROLE

•Controladores de duas Posições ou Liga-Desliga (ON-OFF)

Controladores Proporcionais;

Utilizam o valor de erro e tentam compensar este valor com um valor proporcional

ao mesmo;

•Controladores Proporcional, Integral e Derivativo;

Ação Integral: A ação integral resumidamente atua no sistema de forma a anular o

erro em regime permanente.

Ação Derivativa: A ação derivativa atua no sistema de forma a obter um

controlador com alta sensibilidade. Este controle antecipa o erro atuante e inicia

uma ação corretiva.



2 – HISTÓRICO DO PLC

Em 1968 cientes das dificuldades encontradas na época para se

implementar controles lógicos industriais. David Emmett e William Stone da

General Motors Corporation solicitaram aos fabricantes de instrumentos de

controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que incorporasse

as seguintes características:

•Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que a seqüência de

operação por ele executada pudesse ser alterada, mesmo depois de sua

instalação;

•Ser de fácil manutenção, preferencialmente constituído de módulos

interconectáveis;

•Ter condições de operarem ambientes industriais com maior confiabilidade que

os painéis de relês;

•Ser fisicamente menor que os sistemas de relês;

•Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados;

•Ter um preço competitivo com os sistemas de relês e de estado-sólido usados

até então.

Esse equipamento recebeu o nome de "Controlador Lógico Programável” CLP

ou PLC.

O primeiro protótipo desenvolvido dentro da General Motors funcionava

satisfatoriamente, porém foi utilizado somente dentro da empresa. A primeira

empresa que o desenvolveu, iniciando sua comercialização foi a MODICON

(Indústria Norte-Americana).

Os primeiros Controladores Programáveis eram grandes e caros. Só se

tornando competitivos para aplicações que equivalessem a peio menos 150 relês.



2.1 - PRINCIPAIS FABRICANTES:

Klocner Moeller

Altus

Atos

Allen Bradley

WEG

Aromat

Siemens

2.2 - CONCEITOS BÁSICOS

2.2.1 - CARACTERÍSTICAS DAS ENTRADAS E SAÍDAS - E/S

Para que as CPU's dos PLC's possam realizar as suas funções de controle,

elas precisam receber informações do campo. Para que estas informações

cheguem até a CPU, existem módulos de entrada e saída, ou seja, módulos que

servirão de interface entre a CPU e os sinais provenientes do processo a ser

controlado.

Estes módulos servem para tornar compatíveis os níveis de sinais de

tensão e corrente que são provenientes dos sensores de campo, com o nível de

sinal com o qual a CPU pode receber suas informações.

A saída digital basicamente pode ser de quatro tipos: transistor, triac,

contato seco e TTL podendo ser escolhido um ou mais tipos. A entrada digital

pode se apresentar de várias formas, dependendo da especificação do cliente,

contato seco, 24 VCC, 110 VCA, 220 VCA, etc.

A saída e a entrada analógicas podem se apresentar em forma de corrente

(4 a 20 mA, 0 a 10 mA, 0 a 50 mA), ou tensão (1 a 5 Vcc, 0 a 10 VCC, -10 a 10

VCC etc). Em alguns casos é possível alterar o ranger da através de software.



2.2.2 - MÓDULOS DE ENTRADA

Os módulos de entrada são interfaces entre os sensores localizados no

campo e a lógica de controle de um controlador programável.

Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou

componente externos como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botões,

termopares, relés etc.

Estes módulos são constituídos de cartões eletrônicos, cada qual com

capacidade para receber em certo número de variáveis.

Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartões, para

atender as mais variadas aplicações nos ambientes industriais. Mas apesar desta

grande variedade, os elementos que informam a condição de grandeza aos

cartões, são do tipo:

ELEMENTO DISCRETO: As grandezas físicas, as quais são atribuídos

unicamente dois valores ou níveis chamamos de grandezas binárias.

Trabalha com dois níveis definidos.

Por exemplo:

Contato aberto-contato fechado / nível baixo-nível alto.

ELEMENTO ANALÓGICO: Um sinal analógico é a representação de uma

grandeza que pode assumir no decorrer do tempo, qualquer valor entre dois

limites determinados. Trabalha dentro de uma faixa de valores.

Por exemplo:

A tensão proporcional à temperatura entregue por um termoelemento.



2.2.2.1 - ELEMENTOS DISCRETOS

Entradas Digitais: Somente possuem dois estados

A entrada digital com fonte externa é o tipo mais utilizado, também neste

caso a característica da fonte de alimentação externa dependerá da especificação

do módulo de entrada. Observe que as chaves que acionam as entradas situam-

se no campo.

BOTÃO CHAVE PRESSOSTATO FLUXOSTATO TERMOSTATO FIM DE CURSO TECLADO CHAVE BCD FOTOCÉLULA OUTROS

CARTÕES

DISCRETOS

UCP

font

ENTRADA 1 ENTRADA 2

COMUM

PS

CAMP



As entradas dos CLPs têm alta impedância e por isso não podem ser

acionadas diretamente por um triac, como é o caso do acionamento por sensores

a dois fios para CA, em razão disso é necessário, quando da utilização deste tipo

de dispositivo de campo, o acréscimo de uma derivação para a corrente de

manutenção do tiristor. Essa derivação consta de um circuito resistivo-capacitivo

em paralelo com a entrada acionada pelo triac, cujos valores podem ser

encontrados nos manuais do CLP, como visto abaixo.

Se for ser utilizado um sensor capacitivo, indutivo, óptico ou indutivo

magnético, saída à transistor com alimentação de 8 a 30 VCC, basta especificar

um cartão de entrada 24 VCC comum negativo ou positivo dependendo do tipo de

sensor, e a saída do sensor será ligada diretamente na entrada digital do CLP.

A entrada digital do tipo contato seco fica limitada aos dispositivos que

apresentam como saída a abertura ou fechamento de um contato. É bom lembrar

que em alguns casos uma saída do sensor do tipo transistor também pode ser

usada, esta informação consta no manual de ligação dos módulos de entrada.

2.2.2.2 - ELEMENTOS ANALÓGICOS

Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada

faixa. (0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA) .

FONTE

ENTRADA 1

COMUM

CAMP

sensor indutivo 2 fios



A entrada analógica em corrente é implementada diretamente no

transmissor como mostra o diagrama.

A entrada analógica em tensão necessita de um shunt para a conversão do

valor de corrente em tensão, como mostra o diagrama O valor do resistor shunt

dependerá da faixa de saída do transmissor e da faixa de entrada do ponto

analógico. Para tal cálculo utiliza-se a lei de ohm ( R = V / I).

font

ENTRAD

ENTRAD

COMUM

P

CAMP

T

fonte

ENTRADA

ENTRADA 2

COMUM

P

CAMPO

T

TRANSMISSORES

UCP

C.A.

C.A.

C.A.

C.A.

C.A.

C.A.

TACO GERADOR

TERMOPAR

TERMO

SENSOR DE POSIÇÃO

OUTROS



2.2.3 - MÓDULOS DE SAÍDA

Os módulos de saída são elementos que fazem a interface entre o

processador e os elementos atuadores.

Estes módulos são constituídos de cartões eletrônicos, com capacidade de

enviar sinal para os atuadores, resultante do processamento da lógica de controle.

Os cartões de saída irão atuar basicamente dois tipos:

ATUADORES DISCRETOS: Pode assumir dois estados definidos.

ATUADORES ANALÓGICOS: Trabalha dentro de uma faixa de valores.

2.2.3.1 - ATUADORES DISCRETOS

VÁLVULA SOLENÓIDE CONTATOR SINALIZADOR RELÉ SIRENE DISPLAY OUTROS

UCP

CARTÕES

DISCRETOS



Ponto de Saída: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar

dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de saída.

Ex: Lâmpadas, Solenóides, Motores.

De acordo com o tipo de elemento de comando da corrente das saídas,

estas apresentam características que as diferem como as seguintes:

- saída a TRANSÍSTOR promove comutações mais velozes, mas só comporta

cargas de tensão contínua;

- saída a TRIAC tem maior vida útil que o tipo a contato seco, mas só pode

acionar cargas de tensão alternada;

- saída a CONTATO SECO pode acionar cargas alimentadas por tensão tanto

contínua quanto alternada.

A ligação dos circuitos de entrada e ou saída é relativamente simples,

dependendo apenas do tipo em questão.

A seguir vêm-se os diagramas de ligação dos vários tipos.

As saídas digitais independentes possuem a vantagem de poder acionar no

mesmo módulo cargas de diferentes fontes sem o risco de interligá-las.

Apresentam a desvantagem de consumir mais cabos.

As saídas digitais com ponto comum possuem a vantagem de economia de

cabo.

Se neste tipo de saída for necessário acionar cargas com fontes

incompatíveis entre si, será necessária a utilização de relés cujas bobinas se

energizem com as saídas do CLP e cujos contatos comandem tais cargas.

carga

carga

fonte

fonte

saída 1

saída 2

SAÍDAS DIGITAIS INDEPENDENTES

CAMP



Saídas Digitais: Somente possuem dois estados

2.2.3.2 - ATUADORES ANALÓGICOS

Saídas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa.

(0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)

POSICIONADOR CONVERSOR INDICADOR VÁLVULA PROPORCIONAL ATUADOR ELÉTRICO OUTROS

UCP

CARTÕES

ANALÓGICOS



2.2.4 - Bus

BUS é o elemento de interligação entre a CPU, memória e módulos de

interface que nada mais é do que um sistema de condutores.

2.2.5 - Flags

Nem sempre a utilização dos sinais provenientes dos módulos de entradas

e saídas (digitais ou analógicas), são suficientes para a elaboração de programas.

Para estes casos, os PLC's da Siemens possuem àreas de memória que podem

ser utilizadas como elementos auxiliares, assim como os contatos auxiliares

comumente encontrados em contatores e relés. Estes elementos auxiliares foram

denominados " FLAGS ".

Os flags podem ser utilizados na forma de bit, byte ou word.

2.2.6 - Programa

É a Lógica existente entre os pontos de entrada e saída e que executa as

funções desejadas de acordo com o estado das mesmas.

EEPROM: Memória que não perde seu conteúdo quando desligada a alimentação.

Normalmente contém o programa do usuário.



2.2.7 - Conceito de bit, byte, nibble e Word(palavra)

BIT: è a unidade para o sistema de numeração binário. Um bit é a unidade básica

de informação e pode assumir 0 ou 1.

Byte: Byte é uma unidade constituída de 8 bits consecutivos. O estado das

entradas de um módulo digital de 08 pontos pode ser armazenado em um Byte.

Word: Uma word é constituída de dois Bytes. O Valor das entradas e saídas

analógicas podem ser indicados pôr words.

Nibble: é a unidade formada por 4 bits consecutivos.

CPU:è a unidade inteligente do CLP. Na CPU são tomadas as decisões para o

controle do processo.

2.2.8 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CP:

Um CP realiza continuamente um ciclo de varredura que consiste em:

1 – Leitura de entradas;

2 – Execução do programa, que consiste em calcular novas saídas em função das

entradas, de acordo com a seqüência de instruções;

3 – Atualização das saídas.

A figura abaixo mostra o ciclo básico de varredura de um cp, o tempo típico

para execução de uma varredura é de 20 ms.



2.2.9 - Princípio de Funcionamento de um CLP

Um controlador lógico programável tem seu funcionamento baseado num

sistema de microcomputador onde se tem uma estrutura de software que realiza

continuamente ciclos de varredura.

2.2.9.1 - ESTADO DE OPERAÇÃO

Basicamente a UCP de um controlador programável possui dois estados de

operação:

- Programação

- Execução

A UCP pode assumir também o estado de erro, que aponta falhas de

operação e execução do programa.



2.2.9.2 - PROGRAMAÇÃO

Neste estado o CP não executa programa, isto é, não assume nenhuma

lógica de controle, ficando preparado para ser configurado ou receber novos

programas ou até modificações de programas já instalados. Este tipo de

programação é chamado off-line (fora de linha).

2.2.9.3 - Execução

Estado em que o CP assume a função de execução do programa do usuário.

Neste estado, alguns controladores, podem sofrer modificações de programa. Este

tipo de programação é chamado on-line (em linha).

2.2.9.4 - FUNCIONAMENTO

Ao ser energizado, estando o CP no estado de execução, o mesmo cumpre

uma rotina de inicialização gravada em seu sistema operacional. Esta rotina

realiza as seguintes tarefas:

- Limpeza da memória imagem, para operandos não retentivos;

- Teste de memória RAM;

- Teste de executabilidade do programa.

Após a execução desta rotina, a UCP passa a fazer uma varredura (ciclo)

constante, isto é, uma leitura seqüencial das instruções em loop (laço).

Entrando no loop, o primeiro passo a ser executado é a leitura dos pontos

de entrada. Com a leitura do último ponto, irá ocorrer, a transferência de todos os

valores para a chamada memória ou tabela imagem das entradas.



Após a gravação dos valores na tabela imagem, o processador inicia a

execução do programa do usuário de acordo com as instruções armazenadas na

memória.

Terminando o processamento do programa, os valores obtidos neste

processamento, serão transferidos para a chamada memória ou tabela imagem

das saídas, como também a transferência de valores de outros operandos, como

resultados aritméticos, contagens, etc.

Ao término da atualização da tabela imagem, será feita a transferência dos

valores da tabela imagem das saídas, para os cartões de saída, fechando o loop.

Neste momento é iniciado um novo loop.

Para a verificação do funcionamento da UCP, é estipulado um tempo de

processamento, cabendo a um circuito chamado de Watch Dog Time

supervisioná-lo. Ocorrendo a ultrapassagem deste tempo máximo, o

funcionamento da UCP será interrompido, sendo assumido um estado de erro.

O termo varredura ou scan são usados para um dar nome a um ciclo

completo de operação (loop).

O tempo gasto para a execução do ciclo completo é chamado Tempo de

Varredura, e depende do tamanho do programa do usuário, e a quantidade de

pontos de entrada e saída.



START PARTID

A

- Limpeza de memória - Teste de RAM - Teste de Execução

OK

Tempo de Varredura

OK

Atualização da Tabela Imagem das

Entradas

Execução do Programa do

Usuário

Atualização da Tabela Imagem das

Saídas

STOP PARADA

Leitura dos Cartões de

Entrada

Transferência da Tabela para

a Saída

Não

Não

Sim

Sim



2.2.10 - Estrutura Básica de um controlador lógico programável:

Fonte de alimentação

Memória do programa

CPU (unidade central de processamento)

Módulos de interface (entradas e saídas)

Bus de comunicação

2.2.11 - ARQUITETURA DE MEMÓRIA DE UM CP

A arquitetura de memória de um controlador programável pode ser

constituída por diferentes tipos de memória.

A memória do computador é onde se armazenam os dados que devem ser

manipulados pelo computador (chamada memória de dados) e também onde esta

armazenada o programa do computador (memória de programa).

Aparentemente não existe uma diferença física entre as memórias de

programa, apenas utilizam-se memórias fixas para armazenar dados fixos ou

Unidade Central de Processamento

(UCP)

MEMÓRIA

INTERFACE DE E/S

PROCESSADOR FONTE

DE ALIMENTAÇÃO

CARTÕES DE

ENTRADA

CARTÕES DE

SAÍDA

TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO



programas e memórias que podem ser alteradas pelo sistema para armazenar

dados que podem variar de acordo com o programa. Existem diversos tipos de

memórias que podem ser utilizadas pelo computador: fita magnética, disco

magnético e até memória de semicondutor em forma de circuito integrado.

As memórias a semicondutores podem ser divididas em dois grupos

diferentes:

- Memória ROM ( read only memory ) memória apenas de leitura.

- Memória RAM ( random acess memory ) memória de acesso aleatório.

MEMÓRIAS

ROM RAM

ROM MÁSCARA PROM EPROM EEPROM EAROM ESTÁTICA DINÂMICA

As memórias ROM são designadas como memória de programa por serem

memórias que não podem ser alteradas em estado normal de funcionamento,

porém têm a vantagem de não perderem as suas informações mesmo quando é

desligada sua alimentação.

Tipo de Memória Descrição Observação

RAM DINÂMICA Memória de acesso

aleatório

- Volátil

- Gravada pelo usuário

- Lenta

- Ocupa pouco espaço

- Menor custo

RAM

Memória de acesso

aleatório

- Volátil


- Rápida

- Ocupa mais espaço

- Maior custo

ROM MÁSCARA Memória somente de

leitura

- Não Volátil

- Não permite apagamento



- Gravada pelo fabricante

PROM Memória programável

somente de leitura

- Não volátil

- Não permite apagamento


EPROM Memória programável/

apagável somente de

leitura

- Não Volátil

- Apagamento por

ultravioleta


EPROM

EEPROM

FLASH EPROM

Memória programável/

apagável somente de

leitura

- Não Volátil

- Apagável eletricamente


2.2.11.1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:

2.2.12 - LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO

As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicarem

com o CLP e definir as tarefas que o mesmo deverá executar.

Pela normalização os CLP´s devem ter no mínimo três linguagens de

programação: Ladder, STL (Lista de Instruções e Diagrama de Funções).



LADDER: Esta linguagem é muito conhecida como linguagem de contatos, pois

ela deriva do tradicional esquema elétrico e sendo assim tornou-se a mais popular,

esta linguagem é dividida em linhas de programa ( Network ) no formato vertical

parecendo uma escada, daí o nome ladder (escada).

STL: Como podemos ver, a barra de ferramentas que contem as funções prontas

existente na programação ladder, desaparece na programação STL, isto significa

que para utilizar esta programação precisamos digitar todas as funções, tornando

assim a programação mais difícil, principalmente para os iniciantes. Conhecida

também como Lista de instruções.



DIAGRAMA DE FUNÇÕES: Como podemos ver, a barra de ferramentas voltou,

porém de forma diferente. Esta linguagem é muito conhecida da eletrônica digital

onde os blocos representam as portas lógicas. Utiliza funções lógicas

2.2.13 - APLICAÇÕES DE CLP´S NA INDÚSTRIA

- Máquinas Industriais (Operatrizes, Injetoras, Têxteis, Calçados).

- Equipamentos Industriais para processos (Siderurgia, Papel e Celulose,

Pneumáticos, Dosagem e Pesagem, Fornos etc.)

- Controle de Processos com realização de Sinalização, Intertravamento etc.

- Aquisição de dados de Supervisão em Fábricas (CEP), Prédios inteligentes

etc.

3.0 - ASPECTOS DE HARDWARE DO S7-200 DA SIEMENS

3.1 - INTRODUÇÃO

A série S7-200 é uma linha de pequenos e compactos controladores lógicos

programáveis e módulos de expansão que oferecem todos os atributos que uma

família de micro-CLP’s pode ter.



Série S7-200

Esta família compreende três CPU's e uma grande variedade de módulos

de ampliação orientados para. Atividades específicas. Cada unidade básica vem

em diferentes módulos para acomodar o tipo de fonte de alimentação, entradas e

saídas que se fazem necessário.

CPU 214 CPU 224

• A CPU 221 tem 6 entradas e 4 saídas. Não apresenta capacidade de acoplar

módulos de expansão, limitando muito suas aplicações.

• A CPU 222 tem 8 entradas e 6 saídas, e tem capacidade de acoplar mais de



2 módulos de expansão. Esta CPU é ideal para principiantes, é utilizada em

pequenas aplicações.

• A CPU 224 tem 14 entradas e 10 saídas, e tem a capacidade de acoplar

mais 7 módulos de expansão. Por apresentar maior capacidade de memória, um

maior número de entrada/saídas e muitas funções especiais integradas, esta é

utilizada em tarefas mais completas.

3.2 - CPU S7-200

A CPU S7-200 combina uma unidade central de processamento (CPU),

fonte e pontos de entrada e saída num compacto equipamento.

- A CPU executa o programa e guarda os dados de controle da automação

ou processo.

- Pontos de E/S podem ser adicionados à CPU com módulos de expansão.

- A porta de comunicação permite conectar a CPU a outros equipamentos

ou computadores.

- Luzes (led´s) indicam sobre o estado da CPU, modo RUN ou STOP, os

estados atuais das E/S e problemas que podem ocorrer.

- Algumas CPU`s tem um relógio de tempo real, enquanto outras é

necessário um cartão extra.

- Um cartão conectável de EEPROM prove um meio de guardar os

programas da CPU e transferência de programas entre CPU´s.

- Uma bateria conectável garante a manutenção da memória de dados na

RAM.



CPU S7-200



3.3 - RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DAS CPU´S S7-200

Resumo das características das CPU´s S7-200



4 - ASPECTOS DE SOFTWARE DO S7-200 MICRO/WIN 32 Versão 3.01

4.1 - Introdução

A CPU S7-200 executa ciclos de "scan" para interagir com o programa que

está armazenado na memória.

A memória do controlador lógico programável S7-200 é dividida em três

áreas: espaço de programa, espaço de dados e espaço de parâmetro de

configuração.

• O espaço de programa armazena as instruções de lógica ladder (LAD), ou

de lista de instruções (STL) ou diagrama de blocos (FBD). Esta área de memória

controla o lugar do espaço de dados e pontos de entrada/saída que são usados.

• O espaço de dados é usado como uma área de trabalho, e inclui locação

de memória para cálculos, tempo de armazenamento de resultados intermediários,

e constantes usadas em parâmetros de controle fixos. O espaço de dados

também inclui locação de memória para alguns dispositivos como temporizadores,

contadores, contadores rápidos e entradas e saídas analógicas.

• O espaço de parâmetros de programação ou memória armazena qualquer

modificação na configuração de parâmetros ou o "default".

É possível criar um programa usando lógica ladder (LAD), ou lista de

instruções (STL), ou diagrama de blocos (FBD), conforme exemplo da figura 5.1.

Depois de criar o programa ele deve ser carregado para dentro da memória

do controlador lógico programável.



a) Diagrama de contatos (LAD) b) Lista de

instrução

(STL)

c) Diagrama de blocos (FBD)

Exemplo de programação

No controlador lógico programável S7-200 o programa é enviado para o

Bloco de Organização Um (OB1) e é armazenado na memória interna não-volátil.

Os bits de memória interna (m) são para o S7-200 os FLAGS (F) do S5. Os

bits armazenam estados intermediários de informação. Embora estes bits de

memória interna sejam geralmente usados como bits, eles podem ser acessados

como valores de bit, byte, word ou double word.

Tipos de dados e suas faixas de valores

Os temporizadores do S7-200 são providos de resolução de 1 milisegundo,

10 milisegundos e 100 milisegundos. A CPU 222 tem 256 temporizadores.

Os contadores são dispositivos que contam na transição de nível baixo para

alto na entrada de sinal. A CPU 222 tem 256 contadores.



Os módulos analógicos fazem a conversão entre um valor real (voltagem,

temperatura, etc.) em um valor digital. Os módulos analógicos podem ser módulos

de entrada, módulos de saída ou ainda a combinação de entradas e saídas.

4.1.1 – ÁREAS DE MEMÓRIA UTILIZADAS PELOS CLPs DA LINHA S7-200

Os CLPs S7-200 possuem várias áreas de memória, cada uma com uma

função específica.

As entradas físicas, estão associadas a uma área de memória denominada

“I”, proveniente de “Input”

As saídas físicas, estão associadas a uma área de memória denominada

“Q”, proveniente de “Quit”

Existe uma área de memória, que é utilizada como saída interna, para

podermos registrar valores temporários denominados “M”, proveniente de “Merck”.

Nos CLPs da antiga linha S5 esta área de memória era chamada de

“Flags”.

Uma outra área de memória muito importante, como veremos mais adiante,

é denominada de “V”, proveniente de “Variable”.

Há ainda uma área denominada “SM”, proveniente de “Special Merck”.

Cada Bit possui uma função pré-determinada.

A memória de dados do S7-200 está dividida em cinco áreas de dados

(tabela Abaixo). Parra fazer uso da locação de memória é preciso que a mesma

seja endereçada. O endereçamento de memória pode ser acessado como bits,

bytes, words e double words.

Identificador de área

Área de dados

I Entrada Q Saída M Bit de memória interna

SM Bit de memória interna V Memória variável

Área de dados para acesso de memória



4.1.1.1 – INPUT

Esta área de memória é responsável pela captação dos sinais de entrada,

sinais estes provenientes de sensores, chaves, botões etc. estes sinais

permanecem durante um ciclo do CLP conforme veremos a seguir.

4.1.1.2 – OUTPUT

Esta área de memória acionará as saídas do CLP, saídas estas que estarão

conectadas as cargas ex. reles, contactores, bobinas etc.

4.1.1.3 – MERCK

É uma área de memória utilizada para armazenar valores temporários,

também muito conhecidos como saída virtual.

4.1.1.4 – VARIÁVEL

Esta área de memória é de fundamental importância na programação de

um CLP, é através desta área que podemos alterar valores do processo, como

contagens, tempos, contagens de alta velocidade, criar sistemas de supervisão

etc.

4.1.1.5 – SPECIAL MERCK

Veremos aqui dois Bits desta área de memória que são os mais utilizados,

são eles:

SM0.0 – Este Bit está sempre ligado.

SM0.1 – Este Bit liga apenas no primeiro ciclo do CLP.

Esta área de memória possui uma grande importância para a programação.

Através dela podemos habilitar contadores de alta velocidade, saídas rápidas para



motores de passo, comunicação externa através da porta serial do CLP,

potenciômetro analógico incorporado na CPU e ainda mais algumas funções

utilizadas pelo CLP em sua própria configuração.

A área de dados é seguida pelo endereço do byte que contém o bit para ser

acessado. O byte de endereço é um número decimal o qual varia na faixa que

depende do modelo de controlador lógico programável, e a área de dados

acessada. A faixa de cada área de dados é especificada na tabela Abaixo.

Resumo da faixa da área de dados



Faixa de operandos das CPU´s Step7-200



A representação das áreas de memória é feita da seguinte forma: Bits 7 6 5 4 3 2 1 0 Byte 0 Word 0 Byte 1 Double Word 0 Byte 2 Word 2 Byte 3

4.2 – ENDEREÇAMENTOS DE ENTRADAS E SAÍDAS

Como havíamos visto, as entradas são representadas pela letra “I” e as

saídas pela letra “Q”.

Vimos ainda, que estas entradas e saídas estão aloucadas em áreas de

memória divididas em Bytes. Cada entrada ou saída ocupa um bit, devemos então

no endereçamento, especificar qual Bit é este e em que Byte o mesmo está.

INPUT BYTE BIT I0.0

QUIT BYTE BIT Q0.0



Vemos acima três linhas de programa, em linguagem ladder, cada uma com

uma entrada e uma saída. Todas as entradas são do Byte 0 e são os Bits 0-1-2

sucessivamente, o mesmo acontece com as saídas.

4.3 – TRABALHANDO COM SUBROTINAS

Para uma organização e para diminuir o tempo de ciclo, existe a

possibilidade de dividirmos o programa em subrotinas, chamadas de SBR. A

organização consiste em dividir o programa em partes, como se fosse, por

exemplo, um livro, onde temos um índice e a divisão dos capítulos. A otimização

do tempo de ciclo acontece porque esta subrotinas serão executadas somente

quando forem chamadas.



4.3.1 – OB1

Este é o bloco de organização do programa, ou seja, é como se fosse o

nosso índice. O OB1 é sempre executado e é nele que chamaremos as

subrotinas.

Na figura acima vemos como inserir uma nova subrotina:

Clique em “Program Block”, porém com o botão direito do mouse.

Clique em “Insert Subroutine”, agora com o botão esquerdo do mouse, será

inserido uma nova subrotina automaticamente.



Como a árvore, contendo as operações do software é organizada seguindo

uma ordem alfabética, a função subrotina, propriamente dita, está no final da

árvore e a cada vez que introduzimos uma nova subrotina, esta aparecerá neste

campo.

4.4 - UTILIZANDO O SOFTWARE MICRO/WIN 32 Versão 3.01

Para programar o CLP, utiliza-se o soítware MicrofWin 32. Para isto,

necessita-se de um computador padrão PC, um CLP S7-200 e um cabo PC/PPI

que servirá de comunicação entre o PC e o CLP.

Uma tela padrão é mostrada na figura abaixo.

Tela do soítware Step7-200 MicrofWin 32 versão 3.01



Além dos menus principais, existem 4 áreas que podem ser visiveis ou

minimizadas. A primeira área (1) é uma barra de navegação, onde se escolhem as

janelas como: Program Block, Symbol Table, Status Chart, etc. A segunda é a

árvore de instruções, ou seja, funcionam como o Explore do windows, é onde se

escolhem os blocos de instruções usados no programa. A terceira é a área de

programação e a quarta é onde aparecem comentários sobre o que está

acontecendo durante a execução do programa.

4.4.1 – A BARRA DE FERRAMENTAS Veremos uma parte da barra de ferramentas do software, que será muito utilizada nesta parte do curso. NEW – Cria um novo projeto OPEN – Abre um projeto existente SAVE – Salva o projeto em andamento UNDO – Desfaz



COMPILE – Compila a página do projeto, que está sendo exibida. COMPILE ALL – Compila todo o projeto em andamento UPLOAD – Transfere um programa do CLP para o computador DOWNLOAD – Transfere um programa do computador para o CLP LINE DOWN – Insere uma linha vertical para baixo, no programa. LINE UP – Insere uma linha vertical para cima no programa LINE LEFT – Insere uma linha horizontal à esquerda no programa LINE RIGHT – Insere uma linha horizontal à direita no programa CONTACT – Insere no programa qualquer função relacionada a contato COIL – Insere no programa qualquer função relacionada a saídas BOX – Insere no programa todas as funções que trabalham dados maiores que bits INSERT NETWORK – Insere uma linha de programa DELETE NETWORK – Apaga uma linha de programa



4.4.2 - CRIANDO UM PROJETO:

Quando você cria ou abre um projeto, o Step 7 Micro/Win inicia o editor

Ladder ou STL, OB1, dependendo a preferência selecionada, o data Block Editor

(OB1), o Status/Force Chart e o Symbol Table.

Para criar um novo projeto, seleciona-se no menu Project - New ou clica-se

no botão New Project na barra de ferramentas.

Seleção - Novo projeto

4.4.3 - SALVANDO O PROJETO:

Para salvar o projeto, selecione Project - Save, e você deverá dar um nome

ao seu projeto.



Seleção - Salvar projeto

4.4.4 - CRIANDO UM SYMBOL TABLE:

Para criar a tabela de símbolos, selecione com um click na barra de

navegação. Assim, abrirá a tabela onde se devem preencher as colunas

respectivas.

O campo Name é usado como um "apelido" para o operando (Address). Ele

aparecerá no programa, substituindo o operando, quando for selecionada a opção

View - Simbolic Addressing no menu principal.

O campo comment é muito útil na documentação do programa.



Criando um Symbol Table

4.4.5 - ESCREVENDO O PROGRAMA EM LADDER:

No editor de programas em Ladder, você terá uma barra de ferramentas

(árvore de instruções) que lhe facilitará a procura de comandos.

No lado esquerdo aparecem as opções e utilizando-se o mouse pode-se

"arrastar e soltar" os componentes para a área de programação. Após ter

escolhido o componente, indica-se qual é o operando a ser usado, escrevendo-se

no campo correspondente.



Escrevendo o Programa em Ladder

4.4.6 - CRIANDO UM STATUS/FORCE CHART:

Esta página serve para modificar as variáveis do programa, também

podendo forçar alguns valores nas mesmas.

Criando um Status/Force Chart



4.4.7 - TRANSFERINDO E MONITORANDO UM PROGRAMA:

Para transferir um programa, a CPU deverá estar no modo Stop ou Term.

Selecionar File - Download ou o botão respectivo na barra de ferramentas.

Para monitorar o programa, este deverá estar no modo Ladder. Então,

selecionar Debug - Program Status.

Monitorando um Programa

4.5 - ALGUNS ELEMENTOS DE PROGRAMAÇÃO DA FAMÍLIA S7-200

4.5.1 - FUNÇÕES COM BIT

Como o nome esta dizendo, são as funções que trabalham com manipulação de

apenas um bit. Estas funções, como já vimos, estão na barra de ferramentas ou

na árvore colocadas à esquerda do programa, dentro do tópico “Bit Logic” como

vemos na figura abaixo:



CONTATO ABERTO –

Este contato pode ser endereçado com uma entrada física (I x.x), com um

merck (M x.x), com uma saída (Q x.x), com uma área de memória (V x.x), com um

temporizador (T) ou ainda com um contador (C). O contato aberto conduzirá

quando o endereço associado a ele assumir o valor lógico “1”.

CONTATO FECHADO –

Este possui as mesmas características do contato aberto, porém, conduzirá

quando o endereço associado a ele assumir o valor lógico “0”.

CONTATO ABERTO IMEDIATO –

Pode ser endereçado somente com uma entrada física e não “obedece” o

tempo de ciclo.



CONTATO FECHADO IMEDIATO –

Pode ser endereçado somente com uma entrada física e não “obedece” o

tempo de ciclo

NOT –

Esta função inverte o sinal aplicada a sua entrada.

DETETOR DE FLANCO POSITIVO –

Quando aplicado um sinal “1” em sua entrada, na saída temos um sinal “1”

durante um ciclo.

DETETOR DE FLANCO NEGATIVO –

Quando aplicado um sinal “1” em sua entrada, sua saída se mantém em “0”,

porém, quando este sinal de entrada passar de “1” para “0”, a saída passará para

“1” durante um ciclo.

SAÍDA –

Pode ser endereçado com uma saída física (Q x.x), com um merck (M x.x),

com uma área de memória (V x.x), com um temporizador (T) ou ainda com um

contador (C). A saída pode assumir valor “0” ou “1”.

SAÍDA IMEDIATA –

Possui as mesmas características da saída comum, porém não passa pelo

tempo de ciclo.

SET –

Muito conhecida como “seta”, esta função deve ser endereçada como uma

saída, porém, basta um pulso em sua entrada para que esta fique ligada e

somente será desligada com um comando “reset”.



SET IMEDIATO –

Pode ser endereçado apenas com uma saída física, possui as

características do “set”, porém não passa pelo tempo de ciclo.

RESET –

Este comando desliga uma saída “setada” em uma outra linha de programa.

RESET IMEDIATO –

Possui as mesmas características do “reset” porém não passa pelo tempo

de ciclo.

NOP –

Esta função anula uma linha de programa, gastando um tempo ciclo de

máquina.

- Operações com Contatos na forma Ladder, STL e Diagrama de Função.

Contatos Simples

O Contato Aberto se fecha quanto seu valor binário é 1.

Em STL o contato aberto é representado pela operação

Carregar (LD)

O Contato Fechado se fecha quando seu valor binário é

0.

Em STL, o contato fechado é representado pela operação

Não Carregar(LDN).

Operandos: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L

Tipo: Bool



Contatos Diretos

O Contato Aberto Direto se fecha quando o Valor binário

da entrada física direcionada é 1.

Em STL, o contato aberto direto é representado pela

operação Carregar Diretamente (LDI).

O Contato Fechado Direto se fecha quando o valor

binário da entrada física direcionada é 0.

Em STL, o contato fechado direto é representado pela

operação Não Carregar Diretamente (LDNI).

Operandos: I

Tipo: Bool

NOT

O Contato NOT inverte o estado da energização na linha.

Em STL, esta operação é representado pela operação

Inverter a Energização (NOT)

Operando = Nenhum

Detector de Borda Positivo e Negativo

O Contato Detector de Borda Positivo permite que flua

corrente durante um ciclo cada vez que se proceder uma troca

de 0 para 1.

Em STL, este contato é representado pela operação

Detector de Borda Positivo (EU)

O Contato Detector de Borda Negativo permite que flua

corrente durante um ciclo cada vez que se proceder a uma troca

de 1 para 0.

EM STL, este contato é representado pela operação



Detector de Borda Negativo (ED)

Operando = Nenhum.

- Operações Com Saídas na forma Ladder, STL e Diagrama de Função.

Saída

Ao se executar a operação Saída se ativa o parâmetro

indicado em bit.

Em STL a operação Saída (=) copia o valor do parâmetro

indicado para o bit especificado.

Operandos: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L

Tipo: Bool

Sair Diretamente

Ao executar a operação Sair Diretamente se ativa

diretamente a saída física indicada por bit.

Em STL, a operação sair diretamente (=I) copia o valor

diretamente da saída física indicada por bit.

Operandos n = Q.

Tipo: Bool



Setar / Resetar

Ao executar a operação Setar e Resetar, o número

especificado de pontos (N) começando no valor especificado por

"bit" é ativado (Set) ou desativado (Reset).

OBS: Os bits de memória que podem ser ativado estão

compreendidos entre 1 e 255.

Quando se usa a operação Reset, se o bit especificado é

T ou C, então o bit do Temporizador/Contador é desativado

(resetado) e o valor atual é limpo (zerado).

Operandos: BIT = I, Q, M, SM, T, C,V, S, L

Tipo: Bool

Setar Diretamente / Resetar Diretamente

Ao executar a operação Setar diretamente ou Resetar

diretamente, o número de saídas físicas (N), começando no

valor "bit" são imediatamente ativadas (Set) ou desativadas

(Reset).

Operandos: BIT = Q.

Tipo: Bool

OBS: Podem-se ativar e desativar uma margem compreendida

entre 1 e 128 saídas.



Operação Nula

A Operação Nula (NOP) não tem efeito algum na

execução do programa.

Operandos: N Constante (0 à 255)

Tipo: Byte

4.5.2 – TEMPORIZADORES

Os temporizadores estão na árvore, no tópico “Timers”, a função básica de

um temporizador é contar tempo, para em seguida executar uma determinada

função.

Há uma grande variedade de temporizadores, a linha S7-200 possui

unicamente três tipos de temporizadores.

TON –

Proveniente de “Timer On” significa

temporizador com retardo na energização, ou

seja, quando a entrada ( IN ) do mesmo for

colocada em “1’ este contará um tempo para

então ligar. Se a entrada voltar a “0” o

temporizador para de contar e volta o tempo de contagem para zero.



TONR –

Possui a mesma função do “TON”, porém

se a entrada voltar a “0”, o temporizador para de

contar, mas o tempo de contagem não volta a

zero, recomeçando a contagem de onde parou

quando a entrada voltar novamente para “1”. Para

este temporizador voltar a zero, é preciso reseta-lo

TOF –

Proveniente de “Timer Off”, ou seja, retardo

na desernização, este temporizador liga quando

sua entrada for acionada, quando esta for

desacionada, este temporizador contará um

tempo para então se desligar.

4.5.2.1 – PROGRAMANDO TEMPO NOS TEMPORIZADORES

O tempo dos temporizadores é definido por um valor escrito em “PT”,

multiplicado por uma base de tempo, esta base de tempo depende do nome que é

dado ao temporizador, abaixo teremos uma tabela com a base de tempo dos

temporizadores da linha S7-200.

TIPO RESOLUÇÃO MÁXIMO VALOR NÚMERO DO TEMPORIZADOR TONR 1 ms 32.767 s T0, T64 10 ms 327.67 s T1-T4, T65-T68 100 ms 3276.7 s T5-T31, T69-T95 TON, TOF 1 ms 32.767 s T32, T96 10 ms 327.67 s T33-T36, T97-T100 100 ms 3276.7 s T37-T63, T101-T255



- Operações com temporizadores, relógio de tempo real.

Temporizador de retardo e Temporizador de retardo

retentivo.

As operações Temporizador de retardo e Temporizador

de retardo retentivo, fazem a contagem de um tempo

determinado, quando a entrada de habilitação é ativada. Se o

valor de (Txxx) é maior ou igual ao valor do tempo determinado

em PT, o bit de temporização é ativado.

O Temporizador retentivo mantém o valor quando a

entrada é desenergizada enquanto o outro não.

Quando a entrada do Temporizador OFF-Delay é

energizada, o temporizador mantém o bit de temporização

energizado durante um tempo programado.

Operandos: PT: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW,

T, C, AC, constante, *VD, *AC, *LD.

Tipo: Int

Observe na tabela os tipos de temporizadores de

cada CPU, com suas respectivas resoluções:

Txx TON TONR Valor máx.

1 ms T32 e T96 T0 e T64 32,767s

10ms T33 a T36 T1 a T4 327,67s

T97 a T100 T69 a T95

100 ms T37 a T63 T5 a T31 3276,7s

T101 a T255 T69 a T65

4.5.3 – CONTADORES

Existe três tipos de contadores, um é utilizado para contagem crescente,

outro para contagem decrescente e um outro para contagem crescente e

decrescente. Os contadores estão no tópico “Counters”, cada contador possui as



entradas de contagem necessárias, uma entrada de reset e um campo chamado

“PV” que é onde colocaremos o valor a ser contado. Quando o valor de contagem

atingir o valor pré-determinado o contador será acionado e quando a entrada de

reset for acionada o contador voltará a zero.

Abaixo vemos onde encontrar os contadores e um exemplo de contador

crescente-decrescente.

C0 – Nome do contador

CU – Counter Up, contagem crescente.

CD – Counter down, contagem decrescente.

R – Reset do contador

PV – Valor pré-determinado



- Operações com, contadores, contadores rápidos e saída de impulsos.

Contador Crescente e Contador Decrescente

A operação de Contador Crescente conta até um

valor máximo, quando um sinal positivo é colocado na entrada

CU. Se o valor atual de (Cxxx) é maior ou igual ao valor

selecionado em PV, se ativa o bit de contagem Cxxx. O contador

reinicializa-se ao ser ativada a entrada (R).

A operação de Contador Decrescente, ao contrário

da operação acima, conta de forma decrescente quando se ativa

um sinal positivo na entrada (CD). Se o valor de Cxxx é maior ou

igual ao valor selecionado em (PV), se ativa o bit de contagem

Cxxx. O contador reinicia-se ao ser ativada a entrada (R).

O contador Crescente/Decrescente (CTUD) é uma

união dos outros dois.

Operandos: Cxxx: 0 a 255

PV: VW, T, C, IW, QW, MW, SW,

SMW, LW, AC, AIW, constante, *VD,*AC, *LD.

Definir modo para contador rápido, Ativar contador rápido.

A operação Definir modo para contador rápido (HDEF),

determina o modo (MODE) do contador rápido referenciado

(HSC).

A operação Ativar contador rápido (HSC) configura e

controla o funcionamento do contador rápido, baseando-se no

estado do bit de memória especial HSC. O parâmetro N indica o

número do contador rápido.

Para cada contador rápido somente se pode utilizar um

bloco HDEF.

As CPU´s 221 e 222 não suportam HSC1 e HSC2.

Operandos: constantes



Saída de Impulsos

A instrução Saída de impulsos examina os bits de

memória especial da saída de impulsos (Q0.0 ou Q0.1). A

operação de impulso definida pelos bits de memória especial é

então acionada.

Operandos: Q Constante (0 ou 1)

Tipo de dado: Word

Faixa da saída de impulso: Q0.0 até Q0.1

4.5.4 – FUNÇÕES DE COMPARAÇÕES

As funções de comparação são sem dúvida

ferramentas muito úteis para o programador. Estes

comparadores estão no tópico “Compare”. Podemos

efetuar as seguintes comparações nos CLPs da linha

S7-200.

IGUAL –

Este contato conduzirá somente quando os

dois valores forem iguais.

DIFERENTE –

Este contato conduzirá somente quando os

dois valores forem diferentes

MAIOR OU IGUAL –

Este contato conduzirá somente quando o

valor colocado na parte de cima for maior ou igual ao

colocado na parte de baixo



MENOR OU IGUAL –

Este contato conduzirá somente quando o valor colocado na parte de cima

for menor ou igual ao colocado na parte de baixo.

MAIOR QUE –


for maior que o colocado na parte de baixo

MENOR QUE –


for menor que o colocado na parte de baixo.

4.5.5 – FUNÇÕES DE TRANSFERÊNCIA (MOVE)

Começaremos a partir deste momento, a trabalhar com números maiores

que um bit. As funções de transferência permitem escrever valores em áreas de

memória, podemos assim ler valores de entradas analógicas, escrever valores em

saídas analógicas, escrever valores fixos em áreas de memórias “V” associadas a

temporizadores contadores etc. Estas funções estão em nossa árvore, no tópico

“Move”:



MOV_B –

Move uma palavra do tamanho de um Byte, isto

significa que podemos escrever um número

decimal, ( 0 a 255 ) em uma área de memória pré-

determinada.

MOV_W –

Esta função move uma palavra do tamanho Word

( 2 Bytes ) significa que podemos escrever um

número decimal ( 0 a 65.535 ) em uma área de

memória pré-determinada.

MOV_DW –

Esta função move uma palavra do tamanho

Double Word (4 Bytes) significa que podemos

escrever um número decimal (0 a 4.294.967.295)

em uma área de memória pré-determinada.

5 - SIEMENS LOGO!

O dispositivo LOGO é um módulo lógico universal que levam integrados

- Controle

- Unidade de Operação e visualização

- Founte de alimentação

- Relógio (Opcional)

- Possibilidade de ampliação por interface AS

5.1 Identificação do LOGO!

Pela identificação do Logo podemos encontrar diferentes propriedades do mesmo:



- 12 Versão12 Vcc

- 24 Versão 24 Vcc

- R Saída a Relê

- C Relógio Semanal Integrado

- L Duplicação do Número de Entradas (12) e de saídas (8)

- B11 Conexão de interface de barramento AS

As entradas são definidas como Ix onde x varia de 1 até 6 ou 12, conforme o tipo

de LOGO utilizado (Exemplo: I2)

As saídas são definidas como Qx, onde x varia de 1 a 4 ou 8, conforme o tipo de

LOGO utilizado (Exemplo Q1)

Embora não temos saídas internas auxiliares, poderemos, contudo utilizar o sinal

binário proveniente de qualquer bloco, emulando assim uma saída auxiliar. Ex B01

5.2 Inicialização do LOGO

Quando se liga o LOGO e o mesmo não se encontra programado, ou se

esta executando um programa podemos comutá-lo para o modo de programação

por se pressionar simultaneamente as três teclas abaixo:



A tela que se seguirá ser a seguinte:

Neste modo podemos:

- Program - editar um programa ou parametrizar

- PC/Card - Transferir programas de cartões ou do computador

- Start - Partir o programa

Se escolhermos o modo Program outra tela se abrirá:

Nesta tela poderemos:

- Edit Prg - Elaborar um software ou editar e corrigir um programa

- Clear Prg - Apagar um software existente

- Set Clock - Acertar o relógio interno do LOGO

- ASi_Bus.. - Configurações do barramento AS

Se escolhermos o modo Edit Prg teremos a seguinte Tela



Esta tela permite então programarmos o LOGO

5.3 Programação

A programação do LOGO, se efetua em linguagem lógica onde teremos

blocos de funções básicas (GF) e blocos de funções especiais (SF). São os

seguintes:



5.4 - PROGRAMAÇÃO VIA SOFTWARE

O software “Logo Confort” é uma ferramenta utilizada para a programação do

Logo, o Logo pode ainda ser programado no próprio frontal, porém com a

utilização do software, a programação se torna mais fácil. Veremos a seguir como

utilizar o software.

5.4.1 – A BARRA DE FERRAMENTAS

Cria um novo projeto Abre um projeto existente Salva um projeto em andamento Corta uma função selecionada Copia uma função selecionada Cola uma função copiada anteriormente Desfaz Manda um programa para o Logo Puxa um programa do Logo



Aumenta o Zoom da tela Diminui o Zoom da tela 5.5 – CONECTORES (CO)

É o subgrupo de programação que cuida das Entradas, Saídas e Mercks.

Função onde colocamos as entradas no programa Função onde colocamos as saídas no programa Esta função é denominada como saída interna. É um ponto de memória onde colocamos um valor lógico “1“ ou “0” Para podermos acessar mais tarde. Esta função mantém a entrada sempre ligada Esta função mantém a entrada sempre desligada



5.6 – FUNÇÕES BÁSICAS (GF)

É o subgrupo de programação que cuida das funções básicas, mais

precisamente as funções derivadas da Eletrônica Digital.

Porta “AND” ou “E” AND com Flanco Positivo. Possui a mesma tabela do AND, porém este mantém as saída em “1” durante apenas um ciclo. Porta “NAND” ou “NE” AND com Flanco Negativo acionará a saída quando uma das entradas passar de “1” para “0” e esta saída permanecerá em “1” durante apenas um ciclo Porta “OR” ou “OU” Porta “NOR” ou “NOU”



Porta “XOR” Porta “NOT” 5.7 - FUNÇÕES ESPECIAIS (SF) Cada bloco deste subgrupo possui uma função especifica, estas funções

facilitam muito a programação. São funções muito diversificadas, incluindo vários

temporizadores, contadores funções ligadas ao relógio e ainda mensagens de

texto como veremos a seguir.

RETARDO NA ENERGIZAÇÃO - Quando a entrada é colocada em “1” este temporizador conta um tempo para então ligar a saída, é necessário que a entrada se mantenha em “1” RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO – A saída deste temporizador é ligada junto com a entrada, quando esta desliga o temporizador conta um tempo para desligar. RETARDO NA ENERGIZAÇÃO E DESENERGIZAÇÃO – Este temporizador possui dois tempos distintos é a união dos dois temporizadores visto anteriormente. RETARDO NA ENERGIZAÇÃO MEMORIZADO – A função deste temporizador é a mesma do retardo na energização, porém não é necessário que a entrada deste se mantenha em “1” mas é necessário rebitá-lo. SETA RESETA – Com um pulso na entrada de seta a saída liga e assim permanece até um pulso na entrada de reset.



RELE DE PULSO – Com um pulso na entrada a saída é acionada com outro pulso na mesma entrada a saída é desacionada. EMISSÃO DE PULSO – Ligando a entrada, a saída aciona e permanece assim por um tempo predeterminado. TEMPORIZADOR DE FLANCO POSITIVO – A saída aciona com a entrada e permanece por um tempo predeterminado independentemente da entrada. RELÓGIO – Pode programar três comandos liga e três desliga para cada relógio e escolher para cada comando deste os dias da semana RELÓGIO ANUAL – Pode escolher um dia do ano para um comando liga e um dia do ano para um comando desliga. CONTADOR – Este bloco possui três entradas uma de reset que zera o contador, uma de contagem e uma que determina se o contador conta crescente ou decrescente. Podemos definir um valor de contagem para este acionar a saída. GERADOR DE PULSOS – Quando acionamos a entrada este bloco gera um trem de pulsos com um tempo programado, o tempo é o mesmo ligado e desligado. GERADOR DE PULSOS COM TEMPOS DIFERENTES – A função deste bloco é parecida com o anterior, porém neste podemos programar dois tempos diferentes, um ligado e outro desligado. TEMPORIZADOR COM TEMPO ALEATÓRIO – Definimos dois tempos, um retardo na energização e outro na desenergização e o temporizador irá criar tempo aleatórios menores que o programado.



FREQUENCÍMETRO DE 1KHz – Programamos uma freqüência de liga “ON” e uma de desliga “OFF” e ainda o tempo de referência, quando a freqüência “ON” é atingida a saída liga e desligará quando a freqüência “OFF”for atingida MINUTERIA – Ao ser acionada a entrada, a saída aciona mantendo-se por um tempo ligado independentemente da situação da entrada. RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO OU LIGADO PERMANENTEMENTE - Programamos dois tempos diferentes: - Tempo de desacionamento, que o tempo para retardo na

desenergização. Este tempo só será contado se o tempo de ligação permanente não for excedido.

- Tempo para acionamento permanente, caso a entrada fique acionada por um tempo maior que o programado neste parâmetro, a saída acionará permanentemente e só será desacionada com um outro pulso na entrada.

CAIXA DE MENSAGENS – Podemos criar mensagens dentro deste bloco, estas mensagens aparecerão quando este bloco for acionado.

6 – TRABALHANDO COM A IHM TD200 DA SIEMENS

6.1 - INICIALIZANDO O TRABALHO COM A TD200

A TD200 é uma IHM específica para a linha de CLPs da família S7200. A

diferença básica entre a TD200 e as IHMs normais, já conhecidas, esta no fato de

a TD200 não necessitar de um software específico para ser programada, a

programação da mesma é feita através do mesmo software que programa as

CPUs S7200.

A seguir veremos passo à passo como acessar e programar uma TD200:

Na barra de menus existe um ícone denominado tools.

Dentro do tools encontramos o TD200 wizard.



Clicando em Td200 wizard aparecerá uma nova janela sobre a janela

principal.

Esta janela é a primeira de uma série que define alguns parâmetros necessários

para a correta programação da TD200.

A programação da TD200 é muito simples, pois a seqüência da

programação já define um bloco de dados, isto é a área de memória que serão

utilizadas pela IHM. Para isso basta responder algumas perguntas apresentadas

pelas telas e no final criar as mensagens.

Veremos a seguir como isso é feito.



Esta é a primeira tela, apenas diz que este assistente lhe ajudará a

configurar mensagens para o TD200. Para seguir clique em next (seguinte)

6.2 – CONFIGURAÇÃO DO INDIOMA

A próxima tela configura o idioma e pergunta se queremos utilizar um jogo

alternativo de caracteres.

O idioma é configurado apenas para as mensagens de fábrica, o usuário

pode escrever o que pretender nas mensagens que serão programadas.



Cada vez que finalizamos uma tela, clicamos em next para passar para

uma nova tela.

6.3 - CONFIGURANDO RELÓGIO, FORÇAR ENTRADAS E SAÍDAS E UMA

SENHA.

A tela apresentada a seguir mostra mais três opções.

A primeira opção pergunta se desejamos ativar um relógio de tempo real.

A Segunda opção pergunta se desejamos ativar um menu para podermos

forçar entradas e saídas, isto é através de um comando do TD200, podemos, por

exemplo, ligar ou desligar uma saída independente de qualquer programação da

CPU.

A terceira opção pergunta se desejamos habilitar uma senha, escolhendo a

opção sim, aparecerá na parte inferior um espaço para digitar a senha desejada,

que terá no máximo 4 dígitos.



6.4 – CONFIGURANDO AS TECLAS DE FUNÇÕES

A TD200 possui 8 teclas de função , denominadas F1 – F2 – F3 – F4 – F5

– F6 – F7 – F8.

Para que essas teclas sejam entendidas pela CPU, é preciso reservar 8 “MERKS”

ou “FLAGS”, exemplo “Mx.x”.

Na tela seguinte, precisa ser definido qual byte deve ser usado.

A programação sugere o byte 0, isto significa que os merks usados serão: M0.0 –

M0.1 – M0.2 – M0.3 – M0.4 – M0.5 – M0.6 – M0.7

Ainda nesta tela definiremos a cada quanto tempo a TD200 consulta as

mensagens na CPU, a programação sugere quanto antes, que é o menor tempo

possível, que obedece ao tempo de ciclo da CPU.



6.5 – TAMANHO E QUANTIDADE DE MENSAGENS

Nesta definiremos o tamanho de cada mensagem, que pode ter 20 ou 40

caracteres, e ainda a quantidade de mensagens, que pode ser no máximo 80

mensagens.



6.6 – CONFIGURANDO AS ÁREAS DE MEMÓRIA

Como havíamos visto no início a TD200 configura automaticamente as

áreas de memórias necessárias, nessa tela apenas definimos os bytes iniciais, a

programação define o espaço necessário para a mensagem. A tela já sugere uma

programação que pode perfeitamente ser usada.

6.7 – CRIANDO AS MENSAGENS

Concluída esta parte começaremos a configuração das mensagens.

Dentro da mensagem podemos criar uma variável, o formato desta variável, assim

como a possibilidade de a mesma ser alterada pôr um usuário, podem ser

perfeitamente programados.

Apresentei telas contendo exemplos que facilitarão a compreensão.



Para criar uma mensagem, basta posicionar o cursor no espaço que

corresponde ao primeiro caráter, no caso o “T” e então digitar a mensagem

desejada, não esquecendo que é necessário reservar um espaço dentro da

mensagem, caso desejarmos editar uma variável.

Quando terminamos de digitar a mensagem, posicionamos o cursor onde

começaremos a variável, no nosso exemplo o cursor esta posicionado no caráter

de número 37.

A variável é editada clicando em Embedded Data, para voltarmos para a

mensagem anterior clicamos Previous Message e para irmos para a próxima

mensagem clicamos Next message.

6.8 – CRIANDO AS VARIÁVEIS

Clicando em Embedded Data acessaremos a tela de edição de variável.

Abaixo à esquerda vemos o formato de dados, que pode ser “WORD” (VW)

ou “DOUBLE WORD” (VD).

Do lado vemos o formato de visualização, “SIGNED” indica se a variável

vai ter sinal positivo ou negativo, “UNSIGNED” não terá sinal, ou seja, será



somente positivo, e ainda a opção “REAL” onde a variável é um número real, este

número pode possuir vírgula.

A quantidade de casas depois da vírgula é definida em “DIGITS TO THE

RIGHT OF THE DECIMAL”.

Para que o usuário possa alterar o valor da variável, é preciso habilitar o

campo denominado “IS THE USER ALLOWED TO EDIT THIS DATA”.

Aparecerá então abaixo, no campo “ADRESS OF DATA VALUE” a área

de memória que usaremos no programa da CPU para endereçarmos o valor

editado na IHM.

Na Segunda tela vemos a mensagem e o espaço reservado para a variável

pronta.



A seguir veremos então como utilizar as teclas de funções da TD200. Como

havíamos visto na página 7, basta selecionarmos os bytes iniciais para a TD200.

No nosso exemplo usamos a programação original, na janela do centro

definimos então o byte 12, este byte determina a prioridade das mensagens. Ainda

no nosso exemplo, na página seguinte, temos o exemplo de uma mensagem,

vemos que o bit de habilitação de mensagem é o V12.7, isto significa que a

mensagem de maior prioridade do byte 12, será a primeira a ser programada e



terá o bit V12.7, a segunda mensagem terá o bit V12.6, até a última mensagem do

byte que será o bit V12.0.

Temos então 8 mensagens para cada byte, teremos então um máximo de

10 bytes, que são nossas 80 mensagens. Para habilitarmos as mensagens,

precisamos escrever valores nos bytes, como é um byte, o valor máximo decimal

que pode ser escrito é o número 255.

Vemos então que ao teclarmos F1 na TD200, habilitamos todas as

mensagens do byte 12 e quando teclamos F2 desabilitamos todas as mensagens

do mesmo byte.

7 - TRATAMENTO DE ANALÓGICOS

A resolução máxima de uma entrada ou saída analógica da família 200 e de

16bits, isto é, uma word (VW).

Transformando para resolução decimal temos, portanto 65535 degraus de

resolução, devemos, entretanto lembrar que entradas e saídas analógicas,



utilizam muitas vezes valores negativos e positivos ex.: -10V a 10V, isto

convertido resultaria no seguinte numero decimal: -32768 a 32767.

Como havíamos visto o primeiro bit define o direcionamento do sinal.

Na próxima tela veremos dois exemplos, um contem uma entrada analógica

e o outro uma saída.

O “A” significa que se trata de analógico, o “I” de input, o “W” de word e o

“0” é o numero da entrada. A primeira entrada (0) usará os bytes “0” e “1”, portanto

a próxima entrada será endereçada da forma “AIW2”.

O valor da entrada é transformado em um valor, que pode ser decimal, e

armazenado em uma área de memória, no nosso caso “VW0”, que então será

utilizada em qualquer parte do programa.

A saída utiliza o mesmo princípio da entrada, as diferenças, o “Q” se trata

de saída e agora um valor decimal armazenado em uma área de memória é

escrito na saída.



8 – CONTADORES DE ALTA VELOCIDADE

A utilização dos contadores de alta velocidade se faz necessária, quando

precisamos contar pulsos com ciclo mais rápido que o ciclo do CLP. Sendo assim

os contadores de alta velocidade, contam pulsos em tempo real. Podemos ainda

utilizar mais de um contador rápido em um mesmo CLP, precisamos, porém

observar as entradas, pois cada contador possui a sua já predefinida.

8.1 – HABILITANDO OS CONTADORES

Para habilitar os contadores rápidos, é necessário colocar alguns Bits de

áreas de memória especiais “SM” em valor lógico “1”, cada contador possui

basicamente 3 áreas de memória especiais, um Byte que habilita o contador, as

entradas, se podemos escrever um novo valor no contador, se podemos atualizar

o sentido de contagem e se podemos escrever um novo valor predeterminado. Há

ainda uma “SMD”, que é onde será armazenados o valor atual e uma outra “SMD”

que armazena o valor predeterminado.

Utilizaremos com exemplo o contador “1”, pois ele possui todas as funções

e esta presente em basicamente todos os CLPs, para utilizar todos os outros, o

procedimento é o mesmo basta observar no “Help” quais as áreas de memória e

quais as entradas destes.

- Habilitando o contador “1”, os blocos de habilitação destes contadores estão em

“Counters”.

- A habilitação dos contadores deve ser feita somente quando colocamos o CLP

em modo “Run”.



Na primeira janela, vemos onde encontrar os blocos de habilitação dos

contadores, na segunda, vemos um “SM0.1” que é um bit especial que liga apenas

no primeiro ciclo do CLP vemos uma função “MOV_B” movendo o valor 248 para o

Byte Especial 47, que é o byte de habilitação do contador, vemos um bloco

chamado “HDEF” que define o modo de contagem do contador e finalmente o

“HSC” que define qual contador esta sendo Habilitado.

8.2 –VALOR ATUAL

Como sugere o nome, é uma área de memória que armazena o valor de

contagem, como havíamos comentado anteriormente, este valor de contagem é

em tempo real.

Resetando o contador “1” no primeiro ciclo.



8.3 –VALOR PREDETERMINADO

O valor atual é armazenado em tempo real, para que possamos utilizar este

valor com eficácia, devemos escrever em uma outra área de memória um valor

chamado de predeterminado, após devemos habilitar uma interrupção.

Definindo um valor predeterminado para o contador “1”.

Abaixo veremos três tabelas, uma contém o Byte de habilitação de cada

contador, outra as áreas de memória para o valor atual e para o valor

predeterminado de cada contador e uma última mostrando os modos de contagem

e as devidas entradas de cada contador.

Bits de controle de cada contador

HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5

SM37.3 SM47. 3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3

SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4

SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5

SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6

SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7

Contador HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5

Valor atual SMD38 SMD48 SMD58 SMD138 SMD148 SMD158

Valor SMD42 SMD52 SMD62 SMD142 SMD152 SMD162

predeterminado



9 - INTERRUPÇÕES

As interrupções estão sempre associadas a eventos, estes eventos podem

ser internos ou externos, as interrupções são programadas como as sub-rotinas,

mas são executadas de forma diferente, toda vez que este evento acontece, o

ciclo do CLP é interrompido, a interrupção é executada e logo após o ciclo

continua de onde parou. Cada interrupção possui um número que é sua

identificação. O bloco que habilita as interrupções esta no link “Interrupt” da árvore

de programação.



Vemos acima onde encontrar o bloco de interrupção e ainda a interrupção

“0” associada ao evento “13” que é o evento relacionado ao contador rápido

“HSC1”, quando o valor atual deste contador for igual ao valor predeterminado,

esta interrupção é executada.

9.1 – EVENTOS E PRIORIDADES

Veremos abaixo uma tabela contendo o número do evento, a descrição

deste evento e a prioridade da interrupção. A prioridade é necessária porque

existe a possibilidade de duas interrupções serem habilitadas ao mesmo tempo.

NÚMERO DESCRIÇÃO PRIORIDADE

DO EVENTO

8 Porta 0: Receber caracteres 0

9 Porta 0: Transmissão completada 0



23 Porta 0: Recepção completada 0

24 Porta 1: Recepção completada 1

25 Porta 1: Receber caracteres 1

26 Porta 1: Transmissão complet 1

0 Flanco positivo, I0.0 2




1 Flanco negativo, I0.0 6




12 HSC0 CV=PV 10

27 HSC0 Mudança de sentido 11

28 HSC0 Reset externo ativado 12

13 HSC1 CV=PV 13



16 HSC2 CV=PV 16



32 HSC3 CV=PV 19

29 HSC4 CV=PV 20



33 HSC5 CV=PV 23

21 Timer T32 CT=PT 2

22 Timer T96 CT=PT 3



10 – PARTIDA ELETRÔNICA (SOFT - STARTER)

A chave de partida a estado sólido consiste de um conjunto de pares de

tiristores (SCR) ou combinações de tiristores/diodos, para cada fase do motor. O

ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente para

aplicar uma tensão variável no motor durante a aceleração. Este comportamento

é, muitas vezes, chamado de partida suave (soft-starter).

No final do período de partida, ajustáveis conforme a aplicação, a tensão

atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao

invés de ser submetido a transição brusca, como ocorre com os métodos de

partida por autotransformador, ligação estrela - triângulo, etc. Com isso, consegue-

se manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave variação, como

desejado. Além da vantagem do controle da tensão (corrente) durante a

partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes

móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves eletro-mecânicas.

Curva característica de conjugado e corrente para motor com partida suave

(soft- starter).

- CORRENTE DE PARTIDA DIRETA - CORRENTE DE PARTIDA C/SOFT-

STARTER - CONJUGADO COM PARTIDA DIRETA - CONJUGADO COM SOFT-STARTER

2.00

1.80

1.60

1.40

1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

5.0 4.0 3.0 2.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ROTAÇÃO (%)



Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil é

mais longa, assim como dos componentes acessórios (contatores, fusíveis, cabos,

etc.).Ainda como um recurso adicional, a soft-starter apresenta a possibilidade de

efetuar a desaceleração suave para cargas de baixa inércia.

10.1 - CARACTERÍSTICAS E BENEFÍCIOS DAS SOFT-STARTERS

Abaixo, estão listadas as características comumente disponíveis em Soft-

Starters modernas com os benefícios que estas podem fornecer.

10.1.1 - PERFIL DA TENSÃO DE PARTIDA

Conforme ilustrado na figura abaixo, o usuário pode ajustar a tensão inicial

(Vp) para igualar a tensão que começa a mover a carga. A tensão então, aumenta

de (Vp) até a tensão da linha durante um tempo ajustável (tr). Isto assegura umas

partidas suaves, livres de choques. Para ajudar a vencer cargas de altas inércias,

a característica " KICK START " (pulso de tensão na partida) está disponível. Um

pulso de tensão a um nível ajustável (Vk) é aplicado por um período também

ajustável (tk). A tensão é então, elevada na maneira usual.

Perfil da tensão de partida.



10.1.2 - PERFIL DA TENSÃO NA DESACELERAÇÃO

A tensão é reduzida "instantaneamente" a um nível ajustável (Vt) que está

normalmente ajustado ao nível onde o motor inicia a diminuição da rotação. A

tensão declina segundo uma rampa ajustável (Vr2) até a tensão final (Vz) quando

o motor terá parado de girar. Neste ponto, a tensão é desligada. Este “Perfil

Triplo de Rampa” reduz choques hidráulicos em sistemas de bombeamento

porque ele situa o conjunto do período de declive onde ele tem seu maior efeito na

desaceleração do motor. Este sistema é visto na figura abaixo.

Perfil de rampa de desaceleração.

10.1.3 - CONTROLE DA LIMITAÇÃO DE CORRENTE

A corrente é conservada num valor ajustável (IcI) por um determinado

tempo (tcl). Isto permite que cargas de alta inércia sejam aceleradas com a menor

corrente possível. Isto também coloca um limite na corrente máxima, para

partidas de motores em fontes limitadas. Muitas cargas de torque constante

também se beneficiam deste modo de partida.

Devemos notar, contudo, que a capacidade para limitar a corrente de

partida a um certo valor não deve ser confundida com a capacidade de acelerar a

carga à velocidade total aquela corrente.



Perfil da limitação de corrente

10.1.4 - SINALIZAÇÕES

Sinalizações por leds, display e relés estão disponíveis para dar

informações detalhadas sobre o status (condição) da Soft-Starter e da carga. Isto

pode ser levado a um Display Remoto de LED's montado em painel frontal.

10.1.5 - PROTEÇÃO DO MOTOR

A figura abaixo mostra o perfil típico da corrente em uma Soft-Starter. Além

de estabelecer interrupções e bloqueios em caso de falta de fase ou falha do

tiristor, algumas unidades são equipadas com relés eletrônicos de sobrecarga.

Durante o tempo de partida (Ts) e o tempo de operação (Tr) um relé eletrônico de

sobrecarga no motor entra em operação. Durante Rt, o bloqueador de corrente

máxima/mínima é ativado.

A unidade pode ser configurada para dar proteção de sobrecorrente ou

subcorrente a níveis ajustáveis Ioc e de Iuc.

Muitos modelos também incorporam um relé para termistor do motor.



Típico perfil de sobrecarga de corrente.

10.1.6 - SENSIBILIDADE À SEQUÊNCIA DE FASE

Alguns modelos somente operarão se a seqüência de fase estiver correta.

Esta característica pode ser usada para assegurar que as cargas sensíveis a

inversão de fase não girem ao contrário depois de uma mudança na seqüência de

fase da fonte. As bombas, em particular, podem se beneficiar desta característica.

Uma desvantagem dos modelos que são sensíveis a seqüência de fase é que

qualquer operação de reversão deve ser feita na saída da soft-starter

10.1.7 - FUSÍVEIS ULTRA-RÁPIDOS

Muitos fabricantes recomendam o uso de fusíveis ultra-rápidos para

proteger os tiristores (SCRs). Não argumentaremos sobre as vantagens de se

adaptar estes fusíveis aqui. Mas diremos que onde estes são especificados é bem

melhor ter a possibilidade de tê-los integrados a Soft-Starter. Isto economiza

tempo na instalação e espaço no painel.

10.1.8 - FACILIDADE DE MONTAGEM

As chaves de partida estática modernas oferecem inúmeras características,

mas isto não as fazem, necessariamente, difíceis de serem montadas. Enquanto



um grande número de trimpots é necessário nas unidades analógicas, o que faz

suas montagens problemáticas, a maioria dos modelos digitais usa chaves ou

teclado de operação com montagens simples, precisas e repetíveis.

10.1.9 - MODELOS SEMI CONTROLADOS

Muitas Soft-Starters pequenas, até 45A, usam 03 SCRs e 03 diodos como

elementos de controle. Isto reduz o custo da placa de controle, mas não aumenta

as harmônicas no sistema. É provável que o uso crescente do microprocessador

para controle do disparo de 06 SCRs produzirá economia de escala, fazendo com

que as unidades semi-controladas sejam cada vez menos comuns.

10.1.10 - ECONOMIA DE ENERGIA

Muitas Soft-Starters tem um circuito de otimização de energia embutido.

Isto reduz a tensão aplicada para motores à vazio, reduzindo as perdas no ferro,

que são a maior perda nos motores com baixas cargas. Economias significantes

podem ser experimentadas em motores que regularmente funcionam a cargas

menores que suas nominais. As melhores aplicações são em transportadores de

aeroportos e serrarias.

Como norma prática, a otimização de energia torna-se interessante quando

a carga for menor que 50% por mais de 50% do tempo. Mesmo que a otimização

de energia não seja benéfica, só a confiança adquirida em uma partida menos

problemática, significando que a máquina pode ser desligada quando não

necessária, é a melhor maneira de se economizar energia.

10.2 - APLICAÇÕES

Muitas aplicações se beneficiam de Soft-Starter. As três mais comuns são

descritas abaixo. Em cada caso, o perfilamento de tensão é usado para igualar o

torque do motor às necessidades da carga.



10.2.1 - BOMBAS

Esta é a aplicação mais comum para as Soft-Starters. Uma simples rampa

de tensão iguala as curvas do motor e da carga. A figura abaixo mostra o torque

de saída do motor a diferentes tensões e como uma simples rampa de tensão de

saída da Soft-Starter coloca a curva de torque do motor precisamente sobre a

curva de torque de carga da bomba. A corrente de partida é reduzida para

aproximadamente 2,5 vezes a corrente nominal. A rampa de desaceleração reduz

drasticamente o choque hidráulico. Por estas razões muitas empresas de

saneamento especificam Soft-Starters para uso em bombas acima de 11 kw.

Bombas sujas com lama podem se beneficiar da característica “KICK

START" para ajudar a superar o aumento de inércia de partida devido à presença

de sólidos na bomba.

Torque do motor à tensões reduzidas



10.2.2 - COMPRESSORES

A crescente necessidade de ar-condicionados e refrigeração industrial

significa que, frequentemente, os compressores estão sendo instalados em fontes

de alimentação muito fracas. A Soft-Starter reduz drasticamente o perigo de

desligamentos e distúrbios nas fontes de alimentação. Isto é particularmente

importante onde existem sistemas de computação, isto é, em escritórios ou em

fábricas de processo contínuo.

A Soft-Starter também reduz a manutenção e permite que compressores

“Críticos" sejam desligados quando não forem necessários. Alguns compressores

têm em suas características de carga uma componente de alta inércia de partida.

O"KICK START" pode ser novamente usado para superar estas componentes.

10.2.3 - VENTILADORES

Os ventiladores, assim como as bombas, têm uma necessidade de torque

que aumenta com a velocidade, mas tem também uma considerável inércia.

Normalmente, o limite de corrente é usado para estender o tempo de rampa

enquanto a inércia do sistema é superada.

10.3 - ALGUNS CUIDADOS COM SOFT-STARTERS

Obviamente, as Soft-Starters não são aplicáveis em todas ocasiões abaixo.

Relacionamos uma lista de pontos a serem observados:

10.3.1 - REFRIGERAÇÃO

Montar sempre as unidades verticalmente com a ventilação para cima.

Considere uma perda de calor de 3,6 W/A da corrente circulante. Consulte os

manuais para maiores informações.



10.3.2 - ECONOMIA DE ENERGIA

Não pode ser usado em motores de anéis ou em aplicações onde ocorram

rápidas mudanças de carga.

10.3.3 - MOTORES DE ANÉIS

Requer um único resistor de partida no circuito rotórico para operar com

partida suave.

10.3.4 - CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

Nunca coloque capacitares na saída das Soft-Starters. Nunca ligue

capacitores durante a rampa de aceleração.

10.3.5 - MOTORES COM FREIO

Alimente o freio separadamente, energize com o relé de partida da Soft-

Starter.

- Elevadores e guindastes. Nunca use Soft-Starter nestas aplicações.

- Aplicações que requerem torque total à velocidade zero

Não são adequados para partidas com tensão reduzida, como por exemplo,

trituradores primários.

10.4 - INFORMAÇÕES NECESSÁRIAS PARA ESPECIFICAÇÃO

Para se especificar uma Soft-Starter é importante obterem-se os seguintes

dados:



10.4.1 - SOBRE A APLICAÇÃO

Tome cuidado com amoladores, trituradores, elevadores, guindastes,

centrífugos e/ou outras aplicações com um alto número de partidas por hora.

10.4.2 - SOBRE OS MOTORES

- Qual é a corrente do motor ou sua potência?

- Qual é a tensão da rede?

- O motor é assíncrono e de velocidade única?

10.4.3 - MONTAGEM

- Qual é o grau de proteção IP do painel?

- Qual é o tipo de refrigeração disponível?

- Qual é a tensão do painel de controle?

11 - SISTEMAS DE VARIAÇÃO DE VELOCIDADE

Uma das necessidades que sempre existiram, no passado, foi à variação de

velocidade em motores de indução, pois a mesma é fixa e está relacionada com a

característica elétrica construtiva do motor e a freqüência da rede a qual ele está

ligado. Existem atualmente vários sistemas de variação de velocidade e que para

um melhor entendimento iremos classificá-los em:

� Variadores mecânicos

� Variadores hidráulicos

� Variadores eletromagnéticos

� Variadores eletroeletrônicos



11.1 - VARIAÇÃO DA FREQÜÊNCIA DA TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO

Os motores podem ser controlados de modo a prover um ajuste contínuo de

velocidade e conjugado com relação à carga mecânica. O fato da velocidade dos

motores de indução ser dada pela relação:

onde:

n = Rotação [rpm];

f = Freqüência da rede [Hz];

p = Número de pares de pólos;

s = Escorregamento

Sugere a possibilidade de se obter varias velocidades para um mesmo

motor variando-se a freqüência. Com a variação da freqüência obtém-se uma

variação contínua da velocidade, ou seja, uma forma de se conseguir variar a

velocidade dos motores de indução A através da alimentação por uma fonte de

freqüência variável (CONVERSORES ESTÁTICOS DE FREQÜÊNCIA).

11.2 - CONVERSORES ESTÁTICOS DE FREQÜÊNCIA

O mais eficiente método controle de velocidade de motores de indução

trifásicos, com menores perdas no dispositivo responsável pela variação da

velocidade, consiste na variação da freqüência (f1) da fonte alimentadora através

de conversores de freqüência, onde o motor pode ser controlado de modo a

prover um ajuste continuo de velocidade e conjugado com relação à carga

mecânica.

n = 120 . f . (1 – s)

p



Conforme visto, através do equacionamento da máquina assíncrona,

sabemos que, para o conjugado desenvolvido pelo motor assíncrono vale e

seguinte relação:

E que o fluxo depende da relação U1/f1, desprezando-se a queda de

tensão na resistência R1 e na reatância de dispersão Xd1 do estator, pode-se

dizer que:

Onde:

φm = Fluxo de magnetização

I2 = Corrente do rotor

U1 = Tensão estatórica

f1 = Freqüência da rede

Para possibilitar a operação do motor com torque constante para diferentes

velocidades, deve-se fazer variar a tensão U1 proporcionalmente com a variação

da freqüência f1 mantendo desta forma o fluxo constante.

11.3 – TIPOS DE CONVERSORES DE FREQÜÊNCIA

Um conversor de freqüência converte a tensão da rede de amplitude e

freqüência constantes em uma tensão de amplitude e freqüência variáveis. Esta

conversão pode ser obtida direta ou indiretamente:

� Conversão Direta: onde se enquadram os cicloconversores;

C = φφφφm . I2

φφφφm = U1 f1



� Conversão Indireta: onde se enquadram os conversores com Circuito

Intermediário.

11.4 – TENSÃO NO CIRCUITO INTERMEDIÁRIO CONSTANTE

Com este sistema, a tensão no circuito intermediário é constante e obtida

através de uma ponte de diodos e um banco de capacitores que formam o circuito

intermediário (link DC), cujo assunto será abordado em maiores detalhes no item a

seguir.

11.5 – CONVERSORES DE FREQUÊNCIA COM MUDULAÇÃO POR LARGURA

DE PULSOS (PULSE WIDTH MODULATION - PWM)

Um conversor de freqüência com modulação por largura de pulsos, consiste

basicamente dos seguintes blocos, conforme mostra a figura a seguir:

Diagrama de blocos de conversor tipo PWM

� I - Fonte de tensão continua elaborada a partir de uma ponte retificadora

(diodos) alimentada por uma rede monofásica ou trifásica;

� II - Filtro capacitivo (link DC);

� III - Inversor constituído de transistores de potência;

A ponte retificadora de diodos transforma a tensão alternada de entrada em

uma tensão continua que é filtrada por um banco de capacitores.

O circuito de corrente contínua é chamado de CIRCUITO

INTERMEDIÁRIO. Esta tensão contínua alimenta uma ponte inversora formada

por transistores de potência (BJT, IGBT ou MOSFET) e diodos de roda livre. O



comando das bases dos transistores, feito pelo circuito de comando (que utiliza

um microcontrolador), permite a geração de pulsos para o motor com tensão e

freqüência controladas. O formato dos pulsos obedece ao princípio de modulação

denominado PWM Senoidal, que permite um acionamento com corrente

praticamente senoidal no motor. A configuração “módulo” é composta de

transistores de potência.

Para formar um sistema de tensões trifásicas com um conversor, os

transistores são chaveados com sinais gerados externamente, por um

microcontrolador digital numa seqüência pré-estabelecida, gerando uma forma de

onda retangular ou escalonada de um sistema trifásico nos terminais de saída CA.

O circuito de controle é responsável pela geração dos pulsos de disparo

dos transistores, monitoração e proteção dos componentes da potência,

interpretação dos comandos, proteção e segurança.

Com este método os transistores de potência são acionados e desligados

várias vezes, de modo que o valor médio da tensão de saída constante seja

variado.

Como mostra a forma de onda da figura a seguir, os transistores do circuito

inversor são ligados e desligados de tal maneira que produzem pulsos de igual

largura e com a parte de tensão de alimentação fixa igual ao valor da tensão do

circuito intermediário de valor E.

Uma melhora na forma de onda, em função da diminuição da quantidade de

harmônicos, pode ser obtida variando-se a relação entre os períodos ligados e

desligado, como mostra a figura abaixo.

SENOIDE

SENOIDE



A variação U/f é feita linearmente até a freqüência nominal do motor (50/60

Hz), acima desta, a tensão que já e a nominal permanece constante e há então

apenas a variação da freqüência que é aplicada ao enrolamento do estator.

Curva representativa da variação U/f.

Com isto determinamos uma área acima da freqüência nominal que

chamamos região de enfraquecimento de campo, ou seja, uma região onde o fluxo

começa a decrescer e, portanto o torque também começa a diminuir. Diminui o

carregamento.

Assim a curva característica conjugado x velocidade do motor acionado

com conversor da seguinte maneira :

Curva característica conjugado x velocidade

Abaixo de 6 Hz o conjugado não aparece (teste em laboratório – 5 Hz).

Podemos notar então, que o conjugado permanece constante até a

freqüência nominal e, acima desta, começa a decrescer. A potência de saída do

Tensão

60

Linear

Enfraquecimento de campo

6

Conjugado



conversor de freqüência comporta-se da mesma forma que a variação U/f, ou seja,

cresce linearmente até a freqüência nominal e permanece constante acima desta.

P = C . n

K

Curva característica da potência de saída do conversor.

11.6 – Controle escalar

Entende-se por controle escalar o sistema de controle de velocidade feito

por conversores de freqüência convencionais, onde é necessária apenas a

variação de velocidade em aplicações normais e que não requerem elevadas

dinâmicas e precisões, nem controle de torque (corrente).

Em um sistema com controle escalar, é possível uma precisão de

velocidade de até 0,5% da rotação nominal sem variação de carga, e de 3% a 5%

com variação de carga de 0 a 100% da torque nominal. Pelo princípio de

funcionamento e aplicação, são utilizados na maioria das vezes motores de

indução convencionais sem nenhum sistema de realimentação de velocidade

(tacogerador acoplado ao motor) em malha fechada. A faixa de variação de

velocidade é pequena e da ordem de 1:10 (Ex: 6 a 60 Hz).

Com estas características, o conversor de freqüência convencional

(escalar), é utilizado em maior escala, pois apresenta um custo relativo menor que

o conversor com controle vetorial, como também em relação a um acionamento

por motor CC e conversor CA/CC.

Potência Pn



A fim de estabelecer um comparativo da precisão de regulação de

velocidade, apresentamos a seguir uma tabela com valores característicos para

um motor de 3 CV, 4 pólos, com variação de velocidade feita através de conversor

de freqüência em quatro situações distintas: conversor direto, conversor com

ajuste de compensação de escorregamento nominal, conversor com ajuste de

compensação de escorregamento otimizado e conversor realimentado por

tacogerador de pulsos acoplado ao motor.

SEM COMPENSAÇÃO COM COMPENSAÇÃO

CARGA VAZIO 50% 100% VAZIO 50% 100% FREQ.(HZ) RPM % RPM % RPM % RPM % RPM % RPM %

5 149 0 99 34 80 46 176 17 133 11 130 11 10 300 0 266 11 143 52 326 8 305 1,6 253 15 20 599 0 571 4,8 486 19 628 4,6 618 3 579 3,5 30 904 0 880 2,2 802 10 934 3,7 922 2,4 891 1 40 1208 0 1178 1,8 1107 7,7 1236 3 1223 1,9 1202 0 50 1507 0 1480 1,3 1415 5,6 1535 2,3 1530 2 1511 0,7 60 1807 0 1785 0,8 1715 4,7 1836 2 1820 1,1 1801 0 70 2106 0 2068 1,5 1989 5,2 2133 1,5 2114 0,6 2090 0,4 80 2404 0 2340 2,5 2262 5,7 2429 1,2 2420 0,8 2393 0,3

TABELA 1 – Conversor sem e com compensação de escorregamento nominal.

COM COMPENSAÇÃO

OTIMIZADA COM REALIMENTAÇÃO POR

TACO CARGA VAZIO 50% 100% VAZIO 50% 100% FREQ.(H

Z) RPM % RPM % RPM % RPM % RPM % RPM %

5 187 24 176 17 145 3.3 160 6.6 160 6.6 160 6.6 10 336 12 328 9.3 322 7.3 312 4 312 4 311 4 20 641 6.8 633 5.5 634 5.5 612 2 612 2 611 2 30 944 4.8 937 4.1 940 4.4 910 1.1 910 1.1 910 1.1 40 1250 4.1 1238 3.1 1243 3.5 1212 1 1212 1 1211 1 50 1551 3.4 1537 2.4 1551 3.4 1510 0.6 1510 0.6 1509 0.6 60 1850 2.7 1838 2.1 1833 1.8 1810 0.5 1810 0.5 1810 0.5 70 2139 1.8 2122 1 2112 0.5 2109 0.4 2109 0.4 2109 0.4 80 2435 1.4 2412 0.5 2395 0.2 2409 0.3 2409 0.3 2409 0.3

TABELA 2 – Conversor sem e com compensação de escorregamento otimizado e

realimentação por tacogerador de pulsos.



11.7 – CONTROLE VETORIAL

Em aplicações onde se faz necessária uma alta performance dinâmica

(respostas rápidas e alta precisão de regulação), o motor elétrico deverá fornecer

essencialmente um controle preciso de torque para uma faixa extensa de

condições de operação.

Para tais aplicações os acionamentos de corrente continua sempre

representaram uma solução ideal, pois, a proporcionalidade da corrente de

armadura, do fluxo e do torque num motor de corrente continua proporciona um

meio direto para o controle de torque.

Contudo, a busca por avanços tecnológicos significativos, tem diminuído

esta hegemonia, e gradativamente, estão crescendo as opções por novas

alternativas como o uso de acionamentos em corrente alternada do tipo controle

vetorial.

O controle vetorial é uma forma de regulação que possibilita a avaliação

individual das componentes elétricas internas do motor de corrente alternada

(resistências e indutâncias), permitindo uma regulação mais precisa, tornando seu

comportamento semelhante ao de um motor de corrente contínua.

11.7.1 - VANTAGENS DO CONVERSOR COM CONTROLE VETORIAL

� Elevada precisão de regulação de velocidade (0,01%);

� Alta performance dinâmica;

� Controle de torque linear para aplicações de posição ou de tração;

� Operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque, mesmo com

variação de carga.



A produção de troque em um motor CC ou motor de indução em gaiola é

uma função da relação de posição ou vetorial, no espaço, do fluxo magnético do

entreferro para a corrente do rotor.

O fluxo e a corrente de armadura estão sempre idealmente posicionados

em virtude da ação de chaveamento do comutador; portanto o controle da corrente

de armadura dá o controle imediato de troque do motor CC, tanto em regime

permanente como transitório.

No motor de indução, o fluxo rotativo é responsável por estabelecer a

corrente do rotor; a posição instantânea ou relação vetorial entre eles é uma

função do escorregamento e de outras variáveis. Em regime permanente com um

escorregamento muito baixo, quanto à reatância do rotor é desprezível, a corrente

estará quase na posição ideal. Mas para escorregamento elevado, com a

freqüência da corrente do rotor maior, a reatância do rotor não é desprezível e a

corrente é então atrasada, resultando em menos troque.

Para obter uma resposta de controle transitória do motor de indução, que é

igual àquela do motor CC, o fluxo em relação à posição da corrente do rotor tem

de ser como mostrado na figura abaixo em todos os instantes. Diferente do motor

CC, onde o fluxo e a corrente são controlados independentemente, no motor de

indução o fluxo e a corrente não são independentes um do outro, sendo ambos

estabelecidos pela e relacionados à corrente no enrolamento do estator.

Idealmente, o fluxo do rotor estabelecido pela corrente do rotor está em

quadratura com o fluxo do estator, com o fluxo resultante sendo distorcido no

entreferro e, portanto, gerando torque.



Relação entre fluxo e corrente nos motores.

(a) Motor CC; (b) Mostrando a posição ideal da corrente do rotor no motor de

indução; (c) Mostrando como na prática a corrente do rotor se atrasa do fluxo.

O circuito do motor de indução já foi apresentado anteriormente, mas, para

fins de explicação do controle vetorial. Ele é desenhado simplificado na figura

abaixo, com o diagrama fasorial associado. O torque desenvolvido é relacionado à

componente em fase de I2 mostrada como Iq e o fluxo é relacionado à corrente Im

modificado pela componente reativa de I2 para dar a componente mostrada como

Id. O objetivo do controle vetorial, às vezes referido como controle de orientação

de campo, é controlar separadamente o módulo das duas componentes Id e Iq, de

tal forma que o fluxo seja proporcional as Id e o torque, proporcional a Iq.

Controlando independentemente cada componente. Temos um sistema que

se iguala ao do motor CC am ambas as respostas, a de regime permanente e a

transitória.



Componentes das correntes de estator do motor de indução

(a) Circuito equivalente b) Diagrama fasorial

Referindo à figura que mostra a relação entre fluxo e corrente nos motores,

no motor CC o fluxo é estacionário, com a corrente de armadura fixada no espaço

pela ação do comutador, mas no motor de indução o fluxo e as correntes do rotor

giram juntos. Os valores instantâneos das correntes trifásicas no estator

determinam o ângulo do fluxo no espaço e o da corrente do rotor tal que tenha de

haver um codificador que meça a posição mecânica angular do rotor em relação

às correntes instantâneas do mesmo.

Para implementar o controle vetorial, os parâmetros do motor devem ser

conhecidos e os valores colocados em um conjunto altamente complexo de

equações matemáticas desenvolvido a partir da teoria generalizada da máquina.

Dessa maneira, os valores desejados das duas componentes da corrente dos três

enrolamentos do estator. É o advento dos poderosos microprocessadores rápidos

que permitiu que os cálculos fossem realizados em tempo real e que o controle

vetorial se tornasse um sistema prático.

Uma explicação completa do sistema de controle vetorial é muito complexa

para ser dada aqui, mas um resumo do sistema é dado na figura acima. As duas

componentes da corrente, uma relacionada ao estabelecimento do fluxo e a outra

ao torque, são determinadas com referência nos parâmetros do motor e então

convertidas aos valores trifásicos para o motor. A velocidade é medida por meio

da determinação da taxa da saída do codificador de posição.



É necessário conhecer a posição do rotor porque a corrente no mesmo não

pode mudar instantaneamente; portanto, uma variação transitória na carga pode

mudar a taxa de rotação do rotor e, com isto, a posição da corrente no mesmo

espaço. A corrente do estator tem de mudar para acomodar esse movimento da

corrente do rotor no espaço. As posições angulares são todas referenciadas em

um sistema de estrutura rotativa, enquanto no motor CC a estrutura de referência

é estacionária. Em essência no sistema está tentando manter um escorregamento

consistente com a condição de torque.

Os dados relacionados aos parâmetros do motor têm de ser

predeterminados e armazenados no sistema de controle ou medidos pelo sistema

de controle e então armazenados. As variações de temperatura alterarão os

valores de resistência e em particular a constante de tempo do circuito do rotor

essas variações têm de ser contabilizadas para entrar nos dados dos parâmetros

do motor. A saturação do fluxo magnético também pode alterar os parâmetros do

motor.

Esboço do sistema de controle vetorial

Os sistemas de controle menos complexos que contam com o

estabelecimento da relação tensão/freqüência e limitação de corrente, ou controle

por meio da determinação do escorregamento, são geralmente conhecidos como

controladores escalares. No sistema de controle vetorial, a configuração da

forma de onda da corrente pode ser feita por um sistema conhecido como

controle da corrente de histerese. A figura abaixo ilustra o conceito, com os



dispositivos do inversor sendo chaveados para manter a corrente dentro de uma

banda acima ou abaixo da corrente desejada. Quando a corrente atinge a banda

superior, o inversor desliga e, quando a corrente cai para a banda inferior, ele é

ligado.

Inversor do tipo controle de histerese

11.8 - OBSERVAÇÕES E CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES

Quanto menor a tensão e a freqüência do estator, mais significativa é a

queda de tensão no estator, de modo que para baixas freqüências, mantendo-se a

proporcionalidade entre a freqüência e a tensão, o fluxo e conseqüentemente o

conjugado da máquina diminui bastante.

Para que isto seja evitado, a tensão do estator para baixas freqüências deve ser

aumentada, através da compensação I x R, conforme figura a seguir:

U1

I.R

≡ 10Hz



11.9 - OPERAÇÃO ABAIXO DA ROTAÇÃO NOMINAL

Considerando-se que as perdas no cobre são resultado da corrente do

motor, então a perda de potência será proporcional à carga.

Dessa forma, se o motor gira mais lento, com a mesma corrente nominal

(determinada pela carga) gerando a mesma perda de potência que ocorre em

velocidades mais elevadas, o motor se sobreaquece, pois há um menor fluxo de ar

de refrigeração disponível quando o ventilador do motor se movimenta em

velocidades menores (motores autoventilados).

Quando o motor é utilizado em aplicações para controle de ventiladores ou

bombas centrifugas, a carga normalmente diminui, conforme a velocidade se

reduz, dessa forma o sobreaquecimento deixa de existir.

Em aplicações onde o motor deve desenvolver pleno torque (100% da

corrente) em baixa velocidade, o sobredimensionamento ou utilização de motores

com um fator de serviço mais elevado se torna necessário.

Diminuição de torque devido a redução de refrigeração do motor.

Geralmente, em aplicações que possuam carga com conjugado constante e

variação de velocidade de O a 50% da rotação nominal, utiliza-se o fator K de

redução de potência, da figura anterior, ou se quisermos, poderemos utilizar o

fator de serviço e/ou o aumento da classe de isolamento para manter o torque

constante.

0 1.0 0.9 0.5

6 30



11.10 - MOTORES AUTOVENTILADOS

Para a operação com motores autoventilados padrões, é aconselhável a

utilização de operação na faixa entre 50% a 100% da rotação nominal, faixa em

que o ventilador acoplado ao próprio eixo do motor ainda possui eficiência na

refrigeração.

Para rotações abaixo de 50%, em caso de cargas com conjugado

constante, é necessário o sobredimensionamento da carcaça do motor, ou através

do simples aumento da potência nominal do motor, ou então através da fabricação

de um motor especial com a carcaça sobredimensionada, a fim de prover a devida

refrigeração do motor.

Para o cálculo da carcaça a ser utilizada, deve-se levar em consideração o

torque necessário pela carga a ser acionada e a faixa de variação de velocidade.

Definindo-se a velocidade mínima de operação, utiliza-se o gráfico abaixo:

Com o conjugado sobredimensionado obtido, define-se através de uma

tabela de características de motores padrão, qual o motor que possui este

conjugado. Este motor, portanto terá a carcaça que permitirá a utilização na faixa

6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 fs (HZ)

K 1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1



C Cn

Enfraquecimento de campo

6 60 f (HZ)

de rotações necessária sem o problema de sobreaquecimento, fornecendo o

conjugado necessário para acionar a carga.

Pode-se então utilizar este motor diretamente, que estará

sobredimensionado em carcaça e também em potência, ou então utilizar um motor

que possua esta carcaça sobredimensionada, mas com a potência ajustada ao

acionamento, através da bobinagem de enrolamentos em carcaça maior (motor

especial).

11.11 – OPERAÇÃO ACIMA DA ROTAÇÃO NOMINAL

Um motor padrão para operar em rede de freqüência de 50 ou 60 Hz pode

girar a freqüências mais altas quando alimentado por um conversor de freqüência.

A velocidade máxima depende dos limites de isolação para a tensão do motor e

seu balanceamento mecânico.

Neste caso, como o motor funcionará com enfraquecimento de campo, a

máxima velocidade estará limitada pelo torque disponível do motor e pela máxima

velocidade periférica das partes girantes do motor (ventilador, rotor, mancais).

Operação acima da rotação nominal



11.12 – SISTEMAS DE ACIONAMENTO DE MULTICONVERSORES

Para este acionamento considera-se a utilização de um conversor para

cada motor, e o sincronismo entre os motores pode ser obtido utilizando-se uma

lógica (equipamentos) auxiliar para permitir que se tenha a

aceleração/desaceleração do sistema em conjunto para que não aconteçam

sobrecargas individuais em alguns motores.

Sistema multiconversores

Como características deste tipo de acionamento podemos citar:

a) A proteção de cada motor é feita individualmente e diretamente pelo respectivo

conversor e fusíveis ultra- rápidos.

b) A potência de cada conversor é a própria potência do motor acionado.

c) Pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente, caso

não seja necessário o sincronismo entre todos os motores.

11.13 – SISTEMAS DE ACIONAMENTO MONOCONVERSOR

Para este acionamento considera-se a utilização de um conversor para

vários motores, e o sincronismo entre os motores é obtido pela simples injeção da

mesma freqüência de alimentação para todos os motores. A figura a seguir

demonstra a ligação destes motores:



Ligação de conversor a vários motores

Como características deste tipo de acionamento podemos citar:

a) A proteção de cada motor é feita através de um relé térmico adicional,

individualmente para cada motor na saída do conversor.

b) A potência do conversor é igual à somatória de todas as potências dos motores

acionados.

c) Não pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente,

pois isto seria encarado como a condição de uma partida direta do motor,

ocasionando um pico de corrente no religamento que causaria o bloqueio do

conversor por sobrecorrente. No caso de desligamento de um motor, é necessário

o desligamento de toda a máquina para a posterior partida conjunta pela rampa de

aceleração.

11.14 – UTILIZAÇÃO DE FILTRO DE RÁDIO FREQUÊNCIA

Os conversores de freqüência transmitem fortes ondas eletromagnéticas de

alta freqüência, que podem interferir em outros equipamentos eletrônicos. Os

seguintes cuidados reduzem esta interferência:

� Instalação do conversor dentro de um painel metálico (aterrado);

� Uso de cabos blindados para conexões do motor;

� Aterramento de boa qualidade (baixa resistência);

� Uso de filtros supressores na alimentação do conversor.



11.15 – APLICAÇÕES

11.15.1 – BOMBAS

Levando em consideração o acionamento de bombas de vários tipos,

podemos fazer a separação destas entre dois grupos básicos pelas suas

características de conjugado resistente que são;

11.15.1.1 - BOMBAS DINÂMICAS OU TURBOBOMBAS

Esta família de bombas (principalmente as BOMBAS CENTRÍFUGAS)

possui como característica Ter o conjugado de forma quadrática, isto é, o seu

conjugado resistente varia com o quadrado da rotação aplicada. Por exemplo,

caso seja duplicada a rotação da bomba para se aumentar à vazão/pressão do

sistema hidráulico, consequentemente deverá ser fornecido um conjugado quatro

vezes maior para tal.

11.15.1.2 - BOMBA DE DESLOCAMENTO POSITIVO OU VOLUMÉTRICAS

Esta família de bombas possui como característica Ter o conjugado de forma

constante para \ qualquer rotação, isto é, o seu conjugado resistente não varia

com a rotação. Nesta família se enquadram as BOMBAS A PISTÃO, BOMBAS

HELICOIDAIS e as BOMBAS DE ENGRENAGENS.

Caso seja necessário fazer controle de vazão/pressão através da variação

da velocidade do motor, deve-se levar em consideração que o motor não poderá

operar acima da sua rotação nominal, pois isto significa operar em condição de

sobrecarga.

Para condições onde se necessita a operação com rotações abaixo da

metade de sua rotação nominal (30 Hz), deverá ser considerado o problema de

sobreaquecimento por redução de ventilação para motores convencionais.

Problema este que pode ser contornado através do sobredimensionamento da

carcaça do motor ou a utilização de ventilação forçada.



11.15.2 - VENTILADORES

Esta aplicação possui como característica Ter o conjugado de forma

quadrática, isto é, o seu conjugado resistente varia com o quadrado da rotação

aplicada, da mesma forma que foi considerado para as bombas centrifugas.

11.15.3 – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO - AR CONDICIONADO

Para sistemas de refrigeração e ar condicionado, os conversores de

freqüência são utilizados basicamente nos motores de acionamento das bombas e

ventiladores do sistema.

A vantagem em se utilizar este equipamento está no fato de que a

automação de grandes sistemas (por ex: Shopping Centers, prédios comerciais,

pavilhões de exposições, etc.) se torna bem mais versátil e com possibilidade de

racionalização do consumo de energia com respectiva economia.

11.15.4 – EXTRUSORAS

Estas máquinas têm como característica possuírem o conjugado resistente

do tipo constante para qualquer velocidade. Deve-se novamente Ter cuidado

especial para condições onde seja necessárias a operação com rotações abaixo

da metade da rotação nominal do motor, onde deverá ser considerado o problema

de sobreaquecimento pela redução de ventilação para motores convencionais.

Problema este que pode ser contornado através do sobredimensionamento da

carcaça do motor ou a utilização de ventilação forçada.

11.15.5 – MISTURADORES

Para este tipo de aplicação, a principio não é possível determinar qual a

característica particular do conjugado resistente, uma vez que as condições da

carga (material a ser processado) podem variar durante o processo.



11.15.6 – SISTEMAS DE ELEVAÇÃO

Fazem parte desta família de aplicações os GUINCHOS, GUINDASTE,

PONTES ROLANTES (IÇAMMENTO) e ELEVADORES EM GERAL. Nestes

sistemas de elevação, a utilização de acionamentos por conversores de

freqüência convencionais e motor de indução trifásico não é geralmente

aconselhável, pois neste caso o motor não terá condições de fornecer conjugado

com o rotor parado (torque com rotação nula).

11.15.7 – BOBINADORES/DESBOBINADORES

Os bobinadores/desbobinadores são classificados em dois grupos, sendo:

- Bobinadores/desbobinadores AXIAIS

- Bobinadores/desbobinadores TANGENCIAIS

11.15.8 – FRESADORES

Esta aplicação tem como característica a necessidade de se manter a

velocidade de desbaste (retirada de material) constante (velocidade superficial do

rebolo constante).

11.15.9 - SISTEMAS DE DOSAGEM

Entende-se por sistemas de dosagem as aplicações as quais utilizam conversores

de freqüência para variar a rotação do motor responsável pela alimentação do

sistema, em processos contínuos e que não envolvam controle preciso de

quantidade, volume ou vazão. Temos como exemplo aplicações tais como:

ESTEIRA, ROSCA SEM FIM e BOMBAS.



11.15.10 – CENTRÍFUGAS

As centrífugas são equipamentos utilizados para separação de compostos

de várias naturezas. Entre estes equipamentos podemos salientar as

CENTRIFUGAS DE AÇÚCAR, ROUPA, PRODUTOS QUÍMICOS, etc. Este tipo

de aplicação possui características de conjugado resistente baixo e inércia

extremamente alta. O conjugado resistente é devido principalmente a atrito de

rolamentos resistente do ar.

11.15.11 – MOINHOS A TAMBOR

Entre os tipos de moinho a tambor, salientam-se os MOINHOS DE BOLAS

(indústria cerâmica) e por analogia do princípio de funcionamento, são aplicações

semelhantes às MÁQUINAS DE LAVAR ROUPA INDUSTRIAL. Este tipo de

aplicação possui característica de conjugado que varia linearmente com a rotação,

ou seja, quanto maior a rotação, maior o conjugado resistente. Este sistema

possui elevadas inércias na partida que dependem diretamente da quantidade de

carga do moinho.

11.16 – FUNÇÕES DOS CONVERSORES

11.16.1 – MULTI-SPEED

Esta função permite a variação da freqüência de saída do conversor através

de combinações das entradas digitais, as quais podem ser comandadas por várias

formas, tais como: chaves seletoras, contatores, relés, chaves fim-de-curso,

sensores em geral, etc. Seu uso é recomendado quando se utiliza duas ou mais

velocidades fixas (pré-ajustadas), pois traz as seguintes vantagens:

� As freqüências ajustadas dos patamares são mais estáveis e não apresentam

influência da temperatura (grande repetibilidade)



� Imunidade a ruído elétrico

� Simplificação de comandos e ajustes

A maior imunidade ao ruído elétrico é importante quando os comandos são

feitos a grandes distâncias, evitando o uso de sinais analógicos para referência de

velocidade.

11.16.2 – CICLO AUTOMÁTICO

O ciclo automático e utilizado para acionar um motor em uma determinada

seqüência de 1 operação a ser repetida a cada liberação do conversor. Conforme

demonstrado na figura a seguir, a freqüência de cada patamar, bem como a sua

duração pode ser ajustada (programadas) independentemente.

Após o início do ciclo, o mesmo poderá ser interrompido, sendo que a

parada da máquina será feita através de rampa de desaceleração, e poderá ser

reiniciado voltando a operar no mesmo ponto em que foi determinada a parada.

Ao termino do ciclo completo, o conversor aguardará um comando externo que

habilite o início de um novo ciclo.

Ciclo Automático

t 1 t2 t3 t4 t5 t6

n1

n2

n3

n4

INÍCIO DO CICLO AUTOMÁTICO



11.16.3 - CURVA U/F AJUSTÁVEL

Esta função permite a alteração das curvas características padrões

definidos, que relacionam a tensão e a freqüência de saída do conversor e

consequentemente o fluxo de magnetização do motor, a fim de adequar a uma

necessidade específica.

Esta característica pode ser utilizada em aplicações especiais nas quais os

motores utilizados necessitam de tensão nominal ou freqüência nominal diferentes

dos padrões. O ajuste da relação entre a tensão e a freqüência é feita através do

software do conversor (parâmetros de programação), onde se define a inclinação

de uma reta (conforme ilustrado na figura a seguir) através de três pares (U, f) de

pontos distintos que são: Ponto mínimo, ponto médio e ponto máximo.

Curva U / F Ajsutável

11.16.4 – REJEIÇÃO DE FREQUÊNCIAS CRÍTICAS (SKIP FREQUENCY)

Este recurso é utilizado quando o sistema ã ser acionado possui faixas de

operação com rotações críticas e que não podem ser utilizadas. Como exemplo,

50 100 150 Hz

200

U

Unom



problemas de ressonância mecânica em ventiladores, que causam a vibração

excessiva do mesmo, podem causar a destruição de rolamentos e eixos.

11.16.5 - FRENAGEM CC

Este tipo de frenagem do motor é conseguida aplicando-se no seu estator

uma tensão contínua. Esta é obtida pelo disparo dos transistores do conversor,

não necessitando nenhum dispositivo adicional. Este tipo de frenagem é útil

quando se deseja a parada do motor (freio) apenas, diferentemente da frenagem

reostática que pode ser utilizada para reduzira velocidade, mas mantendo-se o

motor girando.

O torque de frenagem pode ser ajustado de acordo com a aplicação,

através do tempo de j injeção de corrente contínua e do nível de tensão CC

aplicada no motor. (Maiores detalhes vide item 7.4 Capitulo II). Durante a

frenagem CC, é necessário um intervalo para a desmagnetização do motor

(Tempo Morto), para não haver um pico de corrente no conversor, que poderá

atuar a proteção e bloquear o mesmo.

U

TEMPO DE

INJEÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUA

+24V

Fs

TEMPO MORTO OV

t t



11.16.6 – FRENAGEM REOSTÁTICA

Este tipo de frenagem é utilizado nos casos em que são desejados tempos

de desaceleração curtos ou quando forem acionadas cargas de elevada inércia.



Bibliografia

Automação e controle discreto / Paulo Rogério da Silveira, Winderson E. dos

Santos. – São Paulo: Érica, 1998. – (Coleção Estude e Use. Série Automação

Industrial)

Apostila “Controladores Lógicos Programáveis” – Senai CET Blumenau

Manuais Siemens

Manual da Weg – modulo 2 – controle de velocidade

automa__o e controle

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