clp s7 avançado
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LISTA DE FIGURAS E TABELASFigura 1 Parametrizao do OB10 ....................................................................................................................... 8 Figura 2 Lgica de OB10 para o exemplo ............................................................................................................ 9 Figura 3 Lgica de OB1 para o exemplo .............................................................................................................. 9 Figura 4 Atualizao de data e hora ....................................................................................................................10 Figura 5 Visualizao de data e hora...................................................................................................................10 Figura 6 Programao de SFC 28 e 30 no OB1 ...................................................................................................13 Figura 7 Programao do Bloco OB10 para interrupo com SFCs ....................................................................13 Figura 8 Dado do tipo Date And Time criado em um DB.....................................................................................13 Figura 9 Chamada da interrupo de atraso de tempo com o SFC32 no OB1 .......................................................14 Figura 10 Lgica da interrupo do OB20 ..........................................................................................................14 Figura 11 Parametrizao do OB35 no HW config ..............................................................................................15 Figura 12 Exemplo para o uso da interrupo com OB35 ....................................................................................16 Figura 13 Lgica para interrupo para OB40 .....................................................................................................16 Figura 14 Configurao da interrupo para entrada analgica ............................................................................17 Figura 15 - Caminho para uma Warm Restart ........................................................................................................19 Figura 16 Comando para uma Warm Restart.......................................................................................................19 Figura 17 Caminho para a criao de blocos no STEP-7 .....................................................................................21 Figura 18 Criao do Bloco de Dados .................................................................................................................22 Figura 19 Criao de memrias auxiliares usando um DB global ........................................................................22 Figura 20 Uso de bits do bloco de dados DB .......................................................................................................23 Figura 21 Criao de um DB instance ................................................................................................................24 Figura 22 Configurao de um FB instance ........................................................................................................25 Figura 23 Uso do FB instance para partida direta de motores ..............................................................................26 Figura 24 Declarao de Variveis para FB multi-instance ..................................................................................27 Figura 25 Declarao das variveis STAT para um FB multi-instance .................................................................28 Figura 26 Chamada de um FB multi-instance em OB1 ........................................................................................28 Figura 27 Configurao de um bloco FC ............................................................................................................29 Figura 28 Uso do FC para partida de motores .....................................................................................................29 Figura 29 Declarao de variveis em uma UDT ................................................................................................30 Figura 30 Declarao de uma UDT num DB global ............................................................................................31 Figura 31 Endereamento da UDT no DB global ................................................................................................31 Figura 32 Endereamento da UDT no DB global ................................................................................................32 Figura 33 Exemplo de um sensor ........................................................................................................................33 Figura 34 Funo de um transdutor.....................................................................................................................34 Figura 35 Bloco Scale FC105 .............................................................................................................................35 Figura 36 Bloco Unscale FC106 .........................................................................................................................36 Figura 37 Comando Rewire ................................................................................................................................38 Figura 38 Relatrio gerado pelo comando rewire ................................................................................................39 Figura 39 Hierarquia de equipamentos na rede Profibus ......................................................................................40 Figura 40 Profibus e faixa de aplicao das redes de campo ................................................................................42 Figura 41 Camadas de Referncia para os protocolos Profibus ............................................................................43 Figura 42 Topologia da rede Profibus PA ...........................................................................................................44 Figura 43 Conectores da rede Profibus PA ..........................................................................................................44 Figura 44 Topologias para rede Profibus PA .......................................................................................................45 Figura 45 Nveis de sinal da rede Profibus PA ....................................................................................................46 Figura 46 Parmetros de um bloco Profibus PA ..................................................................................................47 Figura 47 Topologia de rede Profibus DP ...........................................................................................................48 Figura 48 Conectores e terminadores Profibus DP ..............................................................................................49 Figura 49 Arquitetura de rede Profibus DP .........................................................................................................49 Figura 50 Acoplador DP-PA ..............................................................................................................................50 Figura 51 Link DP/PA ........................................................................................................................................50 Figura 52 Profibus e Ethernet TCP/IP. ................................................................................................................51 Figura 53 Criao de Estaes para Rede MPI ....................................................................................................53 Figura 54 Configurao de endereo MPI das CPUs ..........................................................................................54 Figura 55 Insero das CPUs na rede MPI .........................................................................................................55 Figura 56 Configurao da tabela de troca de dados ............................................................................................55 Figura 57 Estrutura de uma rede Profibus DP .....................................................................................................57 Figura 58 Ciclo de tempo de um sistema mono mestre Profibus DP ....................................................................58 Figura 59 Alguns escravos DPs disponveis .......................................................................................................59 [email protected] Pgina 1
Figura 60 Resistor de terminao da rede Profibus ..............................................................................................60 Figura 61 Ativao do resistor pelo conector DP.................................................................................................60 Figura 62 Configurando uma rede Profibus mono-mestre....................................................................................61 Figura 63 Insero de mdulos DP escravos .......................................................................................................62 Figura 64 Anlise de erros e falhas nos mdulos escravos DP com OB86 ............................................................62 Figura 65 Instalao de novos mdulos DP (Arquivos GSD)...............................................................................63 Figura 66 Habilitao do Memory Card no SIMATIC Manager ..........................................................................64 Figura 67 Comandos de arquivo e restaurao de projetos no carto de memria .................................................65 Tabela 1 Blocos de Organizao OB ................................................................................................................... 5 Tabela 2 Tipos de Dados Elementares no Step 7 .................................................................................................11 Tabela 3 Tipos de Dados Complexos no Step 7...................................................................................................12 Tabela 4 Resoluo e Representao do Valor Medido .......................................................................................34 Tabela 5 Fontes de Alimentao Padro para Profibus PA ..................................................................................46 Tabela 6 Comprimento Mximo do Cabo para Profibus PA ................................................................................46 Tabela 7 Velocidade da Rede DP em Funo do Comprimento ...........................................................................48
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LISTA SIGLASCPU Central Process Unit CLP Controlador Lgico Programvel DP Decentrallised Periphery PA Process Automation FMS Fieldbus Message Specification ASI Actuator Sensor Interface MPI Multi Point Interface HMI Human-Machine Interaction STL Statement List FBD Function Block Diagram LAD Diagram Ladder FB Function Block (Bloco de Funo) FC Function (Funo) DB Data Block (Bloco de Dados) OB Organization Block VAT Variable Table (Tabela de Monitoramento de Variveis) UDT User Define Table (Tabela de variveis definida pelo usurio) GD Global Data ADC Analog Digital Converter DAC Digital Analog Converter RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory
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SUMRIOI REVISO DE BLOCOS DE DADOS E FUNES NO STEP-7 ................................................................. 5 1.1 BLOCOS DE ORGANIZAO OB ................................................................................................................... 5 1.2 BLOCOS DE FUNO FB E FC ....................................................................................................................21 1.3 BLOCO DE DADOS DB E PROGRAMAO ORIENTADA .................................................................................22 1.4 BLOCO DE DADOS DEFINIDO PELO USURIO UDT....................................................................................30 II MDULOS DE ENTRADA E SADA ANALGICOS .............................................................................33 2.1 FUNO ESCALE FC105 .........................................................................................................................35 2.2 FUNO U NSCALE FC106 .......................................................................................................................36 III COMANDO REWIRE ...............................................................................................................................38 IV REDES MPI E PROFIBUS ........................................................................................................................40 4.1 CARACTERSTICAS DAS REDES PROFIBUS ...................................................................................................42 4.2 CARACTERSTICAS DA REDE MPI ...............................................................................................................51 4.3 CONFIGURANDO A REDE PROFIBUS DP .......................................................................................................57 V USO DA MEMORY CARD .........................................................................................................................64 VI REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................................................66 VII ANEXO 1: MONITORANDO ESTAES EM REDE MPI ..................................................................67
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I Reviso de Blocos de Dados e Funes no Step-7No Step-7 possvel organizar o programa por blocos que podem ser chamados no programa principal. O prprio programa principal um bloco que executado ciclicamente (OB1). Esta forma de estrutura de programa possibilita que o usurio crie sua prprias estruturas de dados (DBs) e funes (FCs e FBs).
1.1 Blocos de Organizao OBOs blocos de organizao OBs fazem a interface do sistema operacional com o programa de usurio. Os diversos blocos de organizao possuem funes especficas. Um programa de usurio composto pelo menos pelo bloco de organizao OB1, este responsvel pela varredura cclica de memria de imagem de entradas, sadas e do processamento do programa do usurio. A seguir apresentam-se alguns blocos de organizao mais utilizados. OB1: Execuo cclica do programa; OB100: Acionado quando a CPU ligada ou quando passa de STOP para RUN, zera todas as memrias (temporizadores, contadores, retentivas, plihas). OB101: Acionado quando a CPU de STOP para RUN, zerando todas parcialmente as memrias (temporizadores, contadores, retentivas, pilhas). Esta opo possvel nas CPUs do S7-400. OB10: Interrupo programada de data e hora. OB20: Interrupo aps um tempo decorrido a partir de um evento com uso do SFC32. OB35. Interrupo cclica programada quando CPU passa de Stop-Run. Um bloco de organizao s pode ser acessado pelo prprio sistema operacional, no podendo portanto, ser chamado por outro OB, ou seja, o proprio sistema operacional da CPU que define a prioridade para execuo dos blocos. Por exemplo o OB1 tem o menor nvel de prioridade de execuo. Na TAB.1 abaixo, tem-se a lista de prioridades para execuo dos blocos de organizao. Tabela 1 Blocos de Organizao OB Tipo de Bloco de Classe de Para maiores detalhes Interrupo Organizao Prioridade Fixa consulte o Help do S7 Varredura do OB1 1 Organization Block for Cyclic programa principal Program Processing (OB1) Interrupes de OB10 to OB17 2 Time-of-Day Interrupt datas programadas Organization Blocks (OB10 to OB17) Interrupes de OB20 3 Time-Delay Interrupt tempo condicional a OB21 4 Organization Blocks (OB20 to partir do SFC32. OB22 5 OB23) OB23 6 Interrupes OB30 7 Cyclic Interrupt Organization cclicas OB31 8 Blocks (OB30 to OB38) programadas. OB32 9 OB33 10 OB34 11 OB35 12 OB36 13 OB37 [email protected] Pgina 5
Interrupes de Hardware
OB38 OB40 OB41 OB42 OB43 OB44 OB45 OB46 OB47 OB 55 OB 56 OB 57 OB60
15 16 17 18 19 20 21 22 23 2 2 2 25
Hardware Interrupt Organization Blocks (OB40 to OB47)
Interrupo de mdulos escravos na rede DP Interrupes de erros de processamento (sncrono) Interrupes de ciclo nos mdulos DP
Programming DPV1 Devices Multicomputing - Synchronous Operation of Several CPUs
OB 61 OB 62 OB 63 OB 64 Erros de redudncia OB70 I/O em redes H System Redundancy Error OB72 CPU Redundancy Error Erros Assncronos OB80 Time Error OB81 Power Supply Error OB82 Diagnostic Interrupt OB83 Insert/Remove Module Interrupt OB84 CPU Hardware Fault OB 85 Program Cycle Error OB86 Rack Failure OB87 Communication Error Tempo de Scan OB90 Interrupes de Restart OB100 Restart (Warm start) OB101 Hot Restart OB102 Cold Restart OB121 Programming Error
25
Configuring Short and EqualLength Process Reaction Times on PROFIBUS-DP "Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121 to OB122)" Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121 to OB122)
25 28
25 (ou 28 se o erro assncrono na inicializao do bloco OB do programa)
29 27 27 27 Prioridade para o OB que causou o
Background Organization Block (OB90) Startup Organization Blocks (OB100/OB101/OB102)
Erros Sncronos
Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121Pgina 6
OB122 Access Error
erro
to OB122)
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Sero apresentados a seguir alguns blocos e aplicaes. A Bloco OB10 OB17 So blocos de organizao executados quando a data e tempo programados so atingidos e, podem a partir daquele instante ser repetidos de forma cclica. Os usos destes blocos so feitos de duas formas: A.1 - Usando o comando de propriedades da CPU na configurao de hardware. HW Config (duplo click) CPU Time of Day Interrupts A FIG.1 ilustra a janela aberta e seus respectivos campos de para parametrizao. importante salientar que as CPUs do S7-300 s apresentam um bloco de interrupo de data e tempo, no caso o OB10, j as CPUs S7-400 podem ter at oito blocos deste tipo, do OB10 OB17.
Figura 1 Parametrizao do OB10
No campo Execution, pode-se parametrizar se o bloco ser cclico e qual sua periodicidade. importante ressaltar que as CPUs S7-300 s apresentam um destes blocos, o OB10, enquanto que as CPUs S7-400 podem apresentar at 8 destes blocos, do OB10 ao OB17. A seguir tem-se uma lista com os perodos de repetio possveis. None: Nenhuma vez; Once:Apenas uma vez;Pgina 8
Every week: Todas as semanas; Every minute: Todos os minutos; Every hour: Todas as horas; Every day: Todos os dias; Every month: Todos os meses; End of month: No fim do ms; Every year: Todos os anos.
Uma vez parametrizado o bloco, pode-se escrever o programa no bloco OB10 para que o mesmo seja executado. No exemplo da FIG.2 e FIG.3, uma sada ser ligada e desligada por cinco segundos, de minuto em minuto a partir da data e hora programada. O primeiro passo inserir o bloco OB10, como mostrado a seguir. Blocks Insert New Blocks OB10
Figura 2 Lgica de OB10 para o exemplo
Figura 3 Lgica de OB1 para o exemplo
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Agora, abra o bloco OB10 e insira a lgica desejada. Aps carregar o programa, certifiquese que a data e hora da CPU do CLP esto corretas. Para sincroniza-ls com a de seu PC/PG, siga os passos da FIG.4 e FIG.5.
Figura 4 Atualizao de data e hora
Figura 5 Visualizao de data e hora
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O comando Apply, visto na FIG.5, atualiza a data e hora da CPU do CLP conforme a do PC/PG. A interrupo s ser executada aps um Restart completo na CPU. Este tpico ser abordado em um captulo a parte deste trabalho. A.2 - Usando os Blocos de Funo do Sistema SFC 28 a 31. A interrupo de data e hora programada implementada atravs dos seguintes SFCs: SFC 28: Parametriza a data, hora e periodicidade da interrupo; SFC29: Cancela a interrupo; SFC30: Inicia a interrupo; SFC31: Visualiza parmetros da interrupo.
Ser utilizado o exemplo do item A.1 para ilustrar o uso dos SFCs neste tipo de interrupo. Antes, porm, ser revisado o formato de alguns tipos de dados usados no Step 7 na TAB.2 e TAB.3. Tabela 2 Tipos de Dados Elementares no Step 7 Tipo do Dado Bool Byte Word Dword Char S5Time Int Dint Real Time Date Time of day Descrio Binrio Binrio Binrio Binrio Cdigo ASCII Tempo at 999s N inteiro N duplo inteiro N real Tempo no formato IEC Data Hora do dia Dimenso (em bits) 1 8 16 32 8 16 16 32 32 32 16 32 Exemplo 1 ou 0 B#16#0A W#16#001A D#16#0000001A a S5T#10s_200ms 123 65539 ou L# -1 1.2 ou 3.45E-12 T#2D_1H_45S_12MS D#2007_04_02 TOD#13:18:45.12
As estruturas de dados do tipo complexo auxiliam no desenvolvimento de programas estruturados com orientao a objeto, onde o usurio pode criar seus prprios blocos e receitas, aumentando a flexibilidade na programao, onde os blocos devem ser apenas parametrizados e instanciados. O assunto ser visto com mais detalhes no estudo dos DBs, FBs, FCs e UDTs.
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Tabela 3 Tipos de Dados Complexos no Step 7 Tipo do Dado Descrio Dimenso (em bits) 64 8x (nmero de caracteres + 2) Definido pelo usurio Definido pelo usurio Exemplo DT#2007-04-02-13:18:45.12 SIEMENS
Date_And_Time Data e Horrio String Conjunto de no mximo 254 caracteres. Array Grupo de elementos mesmo tipo Struct Grupo de elementos de tipos diferentes
Bits: ARRAY[0..9] BOOL Motor: STRUCT Velocidade: INT Corrente: REAL END_STRUCT Como Bloco STRUCT Vel: INT Cor: REAL END_ STRUCT Como Array Drive: ARRAY[1..4] UDT1
UDT
Estrutura de dados complexos e elementares definido pelo usurio.
Definido pelo usurio
Agora, pode ser feito o exemplo A.1 com o uso dos SFCs 28 e 30. A FIG.6 ilustra a parametrizao destes blocos.
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Figura 6 Programao de SFC 28 e 30 no OB1 Observam-se na FIG.6 os seguintes campos a serem parametrizados no SFC28 e SFC30: OB_NR: Nmero do OB para interrupo. SDT: Set Date Time , onde dever ser criado num DB uma varivel complexa do tipo Date And Time. PERIOD: Periodicidade em que a interrupo ser executada, sendo: W#16#0000: Apenas uma vez; W#16#0201: Todos os minutos; W#16#0401: Todas as horas; W#16#1202: Todas as semanas; W#16#1401: Todos os meses; W#16#1801: Todos os anos; W#16#2001: Todos os fins de ms. RET_VAL: Retorna cdigos de erro, sendo: 0000: Nenhum erro ocorrido; 8090: Bloco OB parametrizado errado; 8091: Erro no formato ou valor de SDT; 8092: Parmetro incorreto em PERIOD; 80A1: O tempo para incio do bloco se passou. A FIG.7 ilustra a programao do bloco OB10 para o exemplo de programao de interrupo de data e hora usando os SFCs.
Figura 7 Programao do Bloco OB10 para interrupo com SFCs A FIG.8 ilustra o dado do tipo Date And Time criado no DB2.
Figura 8 Dado do tipo Date And Time criado em um DB
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B Bloco OB20 OB23 So blocos de organizao que so executados aps uma determinada condio ser habilitada com certo atraso de tempo. Estes OBs so executados aps a chamada dos seguintes SFCs: SFC32: Parametriza o OB20; SFC33: Cancela a interrupo; SFC33: Visualiza os estados da interrupo.
As CPUs S7-300 s apresentam um destes blocos, o OB20, enquanto que as CPUs S7400 podem apresentar at 4 destes blocos, do OB20 ao OB23. Os atrasos de tempo programados so de 1ms a 60000ms. A FIG.9 ilustra a parametrizao do SFC32 em uma aplicao onde se deseja que a sada Q4.0 ligue aps 10s da ocorrncia de um pulso na entrada I0.0, a entrada I0.1 desliga a sada.
Figura 9 Chamada da interrupo de atraso de tempo com o SFC32 no OB1
Figura 10 Lgica da interrupo do OB20 importante observar os seguintes parmetros no bloco SF32: OB_NR: Nmero do bloco de interrupo; D_TIME: Atraso de tempo a ser programado conforme formato IEC;Pgina 14
SING: Nmero do bit da palavra de entrada onde ocorre a transio de estado. C Bloco OB30 OB38 So blocos de organizao que so executados aps uma determinada condio ser habilitada com certo atraso de tempo, sendo executado de forma cclica. Estes OBs so parametrizados nas propriedades da CPU no HW Config. HW Config (duplo click) CPU Cyclic Interrupts Nas CPUs S7-300 esto disponveis apenas o OB35 para programao deste tipo de interrupo, sendo que no S7-400 existem disponvel do OB30 ao OB38. A FIG.11 ilustra a parametrizao do OB35 de acordo com os passos acima.
Figura 11 Parametrizao do OB35 no HW config Utilizando como exemplo ligar-se uma sada por dois segundos, em intervalos de cclicos de cinco em cinco segundos, a lgica de programao dos blocos OB35 e OB1 so representados respectivamente na FIG.12.
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Figura 12 Exemplo para o uso da interrupo com OB35 D Bloco OB40 OB47 Os blocos OB40 OB47 so ativos quando ocorre algum erro no hardware do CLP, como cartes de entrada e sada, sejam eles analgicos ou digitais, mdulos CPs ou FMSs. O tipo da interrupo programada nos respectivos mdulos no HW Config.
Figura 13 Lgica para interrupo para [email protected] Pgina 16
Na FIG.13 mostrada uma lgica de interrupo de hardware em OB40 e OB1. Na FIG.14 mostrada a configurao para erro num mdulo de entrada analgico. Num captulo apropriado ser abordada a configurao em detalhes destes mdulos. Nesta figura, um limite mximo de tenso de 9V na entrada foi estabelecido, na ocorrncia deste limite ser ultrapassado, o bloco OB40 chamado e uma sada acionada para interromper o sinal na respectiva entrada.
Figura 14 Configurao da interrupo para entrada analgica Nas CPUs S7-300 esto disponveis apenas o OB40 para programao deste tipo de interrupo, sendo que no S7-400 existem disponvel do OB40 ao OB47.
E Bloco OB55 OB57 So blocos de interrupo executados a partir de eventos ocorridos nos mdulos escravos DP, sendo eles: - OB55: executado quando o mdulo escravo DP passa do estado STOP para RUN; - OB56: executado quando um mdulo DP atualizado. Por exemplo, se um resultado lgico estiver ocorrendo enquanto o carto reconfigurado, gerada uma interrupo; - OB57: Interrupes especficas do fabricante de um mdulo DP.
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F Bloco OB80 OB87 Erros assncronos esto relacionados a exceder tempos de processamento pr-estabelecidos no programa de usurio. Na ocorrncia destes erros os blocos de interrupo OB80 OB87 podem ser executados. Os erros assncronos que podem ocasionar a chamada de um destes blocos so: - Tempo mximo de ciclo foi excedido; - As interrupes de Hora e Data foram saltadas; - Tempo muito longo ao executar um bloco de interrupo. No S7-300 est disponvel em sua CPU apenas o OB80, sendo que nas CPUs S7-400 so possveis o uso dos OBs 80 a 87.
G Bloco OB100 OB102 Estes OBs so executados na ocorrncia de um Restart na CPU. Existem trs destes blocos, sendo que as CPUs do S7-300 s possuem o OB 100, os OB101 e 102 so encontrados somente no S7-400. Os CLPs da famlia S7 tm capacidade de executar 3 trs tipos de reinicializao, sendo elas: - Cold Restart: Neste modo de reinicializao as reas de memria de imagem de entradas, sadas, temporizadores, contadores, memrias M, DBs, retentivos ou no, so apagadas. O programa inicializa a partir da primeira linha aps a atualizao dos estados das entradas e sadas (PII e PIQ). - Warm Restart: Neste modo de reinicializao as reas de memria de imagem de entradas e sadas, temporizadores, contadores, memrias M, DBs, no retentivos, so apagadas. O programa inicializa a partir da primeira linha aps a atualizao dos estados das entradas e sadas (PII e PIQ). - Hot Restart: Neste modo de reinicializao as reas de memria de imagem de entradas e sadas, temporizadores, contadores, memrias M, DBs, so mantidas. O programa inicializa a partir da linha onde ocasionou a parada da CPU, aps a atualizao dos estados das entradas e sadas (PII e PIQ). Nas CPUs S7-300 o Warm Restart pode ser executado de forma manual mudando a chave na mesma das posies MRES para RUN. Uma forma automtica de execut-lo e atravs do comando visto nas FIG.15 e 16.
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Figura 15 - Caminho para uma Warm Restart
Figura 16 Comando para uma Warm Restart
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Um Cold Restart pode ser conseguido manualmente no S7-400 pela colocao da chave da CPU na posio CRST. Para Warm Restart necessrio passar a chave de CRST para RUN ou RUN-P. Um Hot Restart nestas CPUs realizada parametrizando um bit na mesma, que a partir de uma falta de energia ou passagem da chave de WRST para RUN ou RUN-P realizar a reinicializao a quente. - Na ocorrncia de um Warm-Restart, a interrupo OB100 ser executada. - Caso ocorra um Hot Restart, o OB101 ser executado. - E na ocorrncia de um Cold Restart , o OB102 que ser executado.
H Bloco OB121 e OB122 O bloco OB121 executado na ocorrncia de erros de programao, como: - Endereos de temporizadores e contadores no existem; - Chamadas de blocos FCs e FBs no existem. J o OB122 executado quando a CPU no encontra ou no consegue acessar o endereo de mdulo de entrada e sada.
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1.2 Blocos de Funo FB e FCO particionamento e a estrutura do programa podem ser realizados a partir do Bloco de Funo - FB e Funo - FC. Um bloco de funo FB um bloco de programa acompanhado de uma memria. Esta memria esta atribuda a um bloco de dados do tipo instance. Neste bloco so armazenadas as variveis e seus valores. Existem dois tipos de FBs, o modelo instance e o multi-instance, nas sees seguintes ser visto suas diferenas e modos de programao. Uma funo FC um bloco de programa sem memria prpria, ou seja, os valores das variveis criadas so apagados aps o seu uso, isto porque o bloco utiliza como auxlio pilha local de memria. A FIG.17 ilustra o caminho para criao dos blocos e funes no STEP-7. Blocks (boto direito) Insert new object Data Block, ou Function, ou Function Block, ou Organization Block
Figura 17 Caminho para a criao de blocos no STEP-7 Abrir uma janela, onde se deve clicar em OK para criar o bloco, no caso da FIG.18 um DB.
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Figura 18 Criao do Bloco de Dados
1.3 Bloco de Dados DB e Programao OrientadaSo blocos destinados a guardar dados do programa do usurio e aumentar a capacidade de recursos de programao. Os blocos de dados so disponveis em dois tipos: Bloco de Dados Global (Shared): um DB que pode ser acessado em qualquer parte do programa (FBs, FCs, OBs). Como o nmero de memrias Makers limitado, uma maneira de se contar com um nmero maior deste recurso a criao de uma matriz de memrias auxiliares. Veja FIG.19, nela ilustrada a criao de 2 bytes de memria atravs de um DB global.
Figura 19 Criao de memrias auxiliares usando um DB global A FIG.20 ilustra o uso de um bit criado a partir do bloco de dados da FIG.19.
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Figura 20 Uso de bits do bloco de dados DB Para utilizao de bytes, words ou double words do DB utilizado o seguinte formato: Byte: DB2.DBB 0 Word: DB2.DBW 0 Double Word: DB2.DBD 0 Bloco de Dados Local (Instance): Est atribudo ao uso de um FB. neste tipo de bloco DB que sero armazenados os dados de uma funo FB. O DB criado tambm pode ser multiinstance, sendo neste caso utilizado para vrios FBs. A criao deste DB segue os mesmos passos do anterior. Deve-se, porm configur-lo como Instance DB, veja FIG.21.
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Figura 21 Criao de um DB instance Com a utilizao dos FCs e FBs, tm-se a possibilidade em criar-se blocos de programa orientados, no sendo necessrio mais a repetio de lgicas. Uma vez que o usurio pode elaborar um bloco que executa sempre uma mesma funo, esta poder ser usada quantas vezes ele precisar. Esta programao orientada possvel utilizando FBs instance e multi-instace e FCs. A seguir sero mostrados alguns exemplos deste tipo de programao para cada bloco citado acima. A FIG.21 ilustra o uso de um FB e a configurao de seu respectivo DB. Neste exemplo deseja-se criar um bloco para partida direta de motores trifsicos que esto montados em um CCM (Centro de Controle de Motores). Na FIG.23 ilustra-se a chamada do bloco FB criado na FIG.22. Na FIG.23 a funo FB1 utilizada para partida do motor 1 associado ao DB1 e o motor 2 associado ao DB2. Os FBs criado na FIG.22 do tipo instance, ou seja, o DB associado a ele s pode ser usado por ele. Em outras palavras, a cada FB que for criado necessrio criar-se um novo DB, desta forma a alocao de memria nem sempre eficiente. Uma forma de se otimizar a alocao de memria utilizar o formato de FBs multiinstances, onde um FB faz a chamada de outro usando o mesmo Bloco de Dados.
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Figura 22 Configurao de um FB instance
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Figura 23 Uso do FB instance para partida direta de motores
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Para criar um FB multi-instance, necessrio a criao de pelo menos 2 FBs, onde em um deles criado as variveis do tipo STAT (estticas), que armazenam seus dados em um local apropriado do DB instance e, no outro criado a estrutura de programao orientada a objeto ou a outra parte do programa. A FIG.24 ilustra a declarao das variveis locais dentro do FB2, onde ser criada a lgica para o exemplo da partida de motores.
Figura 24 Declarao de Variveis para FB multi-instanceAps a declarao destas variveis, no outro FB criado, FB1 no caso, declara-se o Bloco de Funo anterior como uma varivel do tipo STAT e faz-se a chamada de todos os motores que se deseja fazer a partida direta. A FIG.25 ilustra este passo. importante observar, a que ao criar-se o bloco FB2 como STAT, imediatamente tem-se uma estrutura multi-instance criada. A chamada destes blocos em FB1 feita no catalogo nos arquivos Multi-Instance, onde o bloco Partida j se encontra. A FIG.25 ilustra esta observao.
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Figura 25 Declarao das variveis STAT para um FB multi-instance Para finalizar a chamada de um bloco multi-instance, faz-se necessrio fazer a chamada de FB1 no bloco principal do programa OB1com seu DB associado. A FIG.26 ilustra esta declarao.
Figura 26 Chamada de um FB multi-instance em OB1
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Na FIG.27 est ilustrada a configurao de uma FC que executa a mesma funo dos FBs instance e multi-instance para o exemplo de uma partida direta de motor.
Figura 27 Configurao de um bloco FC Na FIG.65 est ilustrado o uso de FC1 no bloco de organizao principal OB1.
Figura 28 Uso do FC para partida de motores
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1.4 Bloco de Dados Definido pelo Usurio UDTOs UDTs so blocos de dados em que o usurio define um formato fixo de como os dados sero apresentados. O primeiro passo para o uso de um UDT a sua criao, para isso utiliza-se o comando abaixo: Blocks (boto direito) Insert new object Data Type Com a UDT criada, o passo seguinte abri-la e inserir a estrutura de dados conforme a necessidade do usurio. A FIG.29 ilustra a insero de uma estrutura de dados definida para o armazenamento de dados de placa de um motor.
Figura 29 Declarao de variveis em uma UDT Com a UDT declarada, agora pode-se utiliz-la associada a tipo de dado complexo de um DB shared, podendo ser usada repetida vezes ou, como um DB of type, que um DB local para a UDT. importante lembrar que uma UDT um formato de uma varivel complexa, por isso a alocao de memria para sua utilizao num programa feito por Bloco de Dados. A FIG.30 ilustra a declarao da UDT criada anteriormente num DB shared. Nesta figura foi criado uma matriz de 10 UDTs para guardar os dados de placa de 10 motores. Na FIG.31 tem-se o endereo de cada uma das variveis criadas.
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Figura 30 Declarao de uma UDT num DB global
Figura 31 Endereamento da UDT no DB global
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Se uma UDT for utilizada apenas uma vez no programa ou, uma grupo de variveis local, pode-se utilizar um DB of type para seu uso. A FIG.32 ilustra o endereamento da UDT no DB of type.
Figura 32 Endereamento da UDT no DB global
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II Mdulos de Entrada e Sada AnalgicosA faixa de endereamentos analgicos no S7-300 vai de 256 a 766, sendo que o mesmo depende da posio do carto no rack. No S7-400 este endereo flexivel, dependendo somente da escolha do programador, porm numa estrutura de endereamento fixa para este CLP, o endereo inicial seria 512 e o ltimo 1532. Cada ponto de entrada ou sada analgico ocupa 2 bytes de memria, sendo possveis cates com no mximo 8 pontos de entrada ou 4 de sada. Assim como no endereamento de pontos digitais, os endereos de analgicos se referem aos bytes utilizados. Por exemplo, se estiver instalado no slot 0 do rack 0 um carto de 8 entradas analgicas e, no slot 1 da mesmo rack uma carto de sada analgico, o endereamento dos mesmos ficam: Slot 0 Carto de Entrada Analgico: PIW256 PIW270. Slot 1 Carto de Sada Analgico: PQW272 PQW278. Um carto de entrada analgico necessrio quando os sinais de controle da processo no so do tipo ON/OFF. Neste caso, valores intermedirios da varivel de fundamental importncia para o correto funcionamento do processo. Os dispositivos que recebem estes sinais so chamados sensores, que convertem os sinais de outras grandezas fsicas (temperatura, presso, vazo, nvel, etc), em sinais eltricos de tenso, corrente ou resistncia, veja FIG.33. Geralmente estes sinais eltricos no possuem potncia para excitar a entrada de uma carto analgico, portanto so necessrios circuito acondicionadores de sinal que amplificam e filtram possveis rudos. Quando os acondicionadores de sinal possuem uma sada padronizada (1 - 5Vcc, 4 20mA, -10Vcc - +10Vcc, 0 1mA, ete), estes recebem o nome de transmissores, caso contrrio so conhecidos com trandutores. A FIG.34 ilustra a funo destes elementos.. Como o CLP uma equipamento de processamento digital, necessrio que ocorra uma converso analgica-digital deste sinal para que a CPU possa trabalhar com estes valares. Os conversores A/D (Analgicos-Digitais) dos cartes na famlia S7, entregam como resultado um valor de -27648 a +27648 do fundo de escala do transmissor.
Figura 33 Exemplo de um sensor
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Figura 34 Funo de um transdutor Os conversores A/D nos CLPs S7 utilizam 16 bits para seu funcionamento, porm nem todos os bits so usados para converso. O bit mais siginificativo, por exemplo, utilizado para sinal. Os cartes analgicos so especificados segundo sua resoluo, que a quantidade de bits usado na converso. Encontra-se comercialmente cartes de 8 a 15 bits. A TAB.4 mostra como esto distribudos os bits de conveso e sinal segundo a resoluo do carto. Tabela 4 Resoluo e Representao do Valor Medido
Em alguns casos necessrio que o sinal de controle para o atuador seja tambm analgico. Por exemplo no controle de vazo de um fluido a abertura da vlvula proporcional a um valor de comando em tenso ou corrente nela aplicada. Portanto um sinal ON/OFF , no permitir que a vlvula fique em posies de abertura intermedirias, para que isso ocorra necessrio que o CLP envie ao comando da vlvula um sinal analgico.
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O CLP envia sinais analgicos de comando atravs de cartes com conversores DigitaisAnalgicos (D/A). Como nos cartes de entrada analgica, os cartes de sada analgica tambm so especificados conforme a resoluo (8 a 15 bits), natureza da grandeza eltrica (tenso ou corrente) e nvel da mesma (0 10Vcc, 4 20 mA, -10Vcc - +10Vcc, etc). O valor a ser convertido pelo carto para a grandeza analgica de -27648 a +27648. Os valores da converso analgica, tanto de entrada como de sada, podem ser usados e representados nos formatos inteiro ou hexadecimal.
2.1 Funo Escale FC105Visando facilitar o trabalho com grandezas analgicas de entrada a SIEMENS elaborou uma funo, FC105, que permite trabalhar com a medida de uma grandeza diretamente. Por exemplo, supondo que deseja-se trabalhar com a medio de nvel de um tanque de 10m de altura e, para isso utiliza-se um transmissor de 0 a 10Vcc, ou seja, quando o valor da tenso for de 10Vcc, o nvel do reservatrio est em 10m. Porm o valor mostrado no CLP ser de +27648 e no 10 m. Para que se possa interpretar diretamente a medida do nvel em metros no CLP faz se o uso da funo citada acima. Na FIG.35 est ilustrada o uso do FC105 para o exemplo acima. O caminho para encontrar essa funo : OB1 (Catalog) Libraries Standard Library TI-S7 Converting Blocks
Figura 35 Bloco Scale FC105
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No bloco da FIG.35 so mostrados os seguintes campos a serem endereados: IN: Endereo da entrada analgica que se deseja a escala; HI-LIM: Fundo de escala para a entrada em questo; LO-LIM: Incio da escala para a entrada em questo; BIPOLAR: Endereo de troca de polaridade, no caso de se configurar um carto bipolar; RET-VAL: Endero onde ser informado cdigos de erro durante a converso; OUT: Endereo onde se deseja visualizar ou utilizar a varivel de acordo com os valores da grandeza fsica na entrada analgica.
2.2 Funo Unscale FC106Para que o CLP envie um sinal de controle analgico para dispositivos externos necessrio enviar para o carto de sada um valor compreendido entre -27648 a +27648. Por exemplo, se a abertura de 100% de uma vlvula ocorrer quando em seu comando for aplicado 10vcc, significa que o CLP dever enviar um valor de +27648 para o endereo do carto de sada. Para evitar que se realize diversas operaes aritmticas, a SIEMENS criou uma funo, FC106, para estabelecer o valor da sada analgica conforme o range de sada da varivel. Para o exemplo da abertura da vlvula, citado anteriormente, mostrado na FIG.36 a configurao deste bloco. O caminho para insero desta funao : OB1 (Catalog) Libraries Standard Library TI-S7 Converting Blocks
Figura 36 Bloco Unscale FC106
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No bloco da FIG.36 so mostrados os seguintes campos a serem endereados: IN: Endereo da varivel calculada no CLP no formato padronizado, por exemplo de 0 a 100%; HI-LIM: Fundo de escala para a sada em questo; LO-LIM: Incio da escala para a sada em questo; BIPOLAR: Endereo de troca de polaridade, no caso de se configurar um carto bipolar; RET-VAL: Endero onde ser informado cdigos de erro durante a converso; OUT: Endereo de sada onde se deseja enviar o valor de comando no formato de -27648 a +27648.
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III Comando RewireEste comando de grande utilidade na manuteno, pois permite substituir pontos de entrada e sada defeituosos num carto por pontos no utilizados no carto que estejam em perfeito estado. A troca de endereos feita em todos os blocos de programa (OBs, FCs, FBs). Por exemplo, imagine que a entrada I0.5, onde est conectado um sensor, est com defeito e, a entrada I1.7 est livre e funcionando. Uma maneira rpida de realizar a manuteno conectar o sensor na entrada I1.7 e substituir com o comando rewire os endereos I0.5 por I1.7. A FIG.37 ilustra a substituio deste endereos. Para acessar o comando, execute: Blocks (boto direito) Rewiring
Figura 37 Comando Rewire Outra forma de executar esta substituio atravs do endereamento simblico. Para verificar as trocas de endereo nos blocos, abra o arquivo report ao fim da substituio. A FIG.38 ilustra o relatrio gerado aps o uso do comando.
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Figura 38 Relatrio gerado pelo comando rewire
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IV Redes MPI e PROFIBUSOs dispositivos da famlia SIMATIC S7 e S5 podem ser interligados numa rede de comunicao conforme uma hierarquia de comunicao. A FIG.39 ilustra as conexes possveis conforme o nvel e os tipos de dispositivos interligados. Profibus, PROcess FIeld BUs, hoje uma das Standards de rede mais empregados no mundo. Esta rede foi concebida a partir de 1987 em uma iniciativa conjunta de fabricantes, usurios e do governo alemo. A rede est padronizada atravs da norma DIN 19245 incorporada na norma Europea Cenelec EN 50170. A rede MPI, Multi Point Interface, uma rede proprietria e s interliga equipamentos da SIEMENS. Est rede funciona a nvel de clula interligando CPUs, PCs e PGs.
Figura 39 Hierarquia de equipamentos na rede Profibus A rede Profibus na verdade uma famlia de trs redes ou communication profiles. A - Profibus DP (Distributed Peripherals) Esta rede especializada na comunicao entre sistemas de automao e perifricos distribudos. B - Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) uma rede de grande capacidade para comunicao de dispositivos inteligente tais como computadores, CLPS ou outros sistemas inteligentes que impem alta demanda de transmisso de dados. FMS vem perdendo espao para a rede Ethernet TCP/IP. C Profibus PA (Process Automation) uma rede para a interligao de instrumentos analgicos de campo tais como transmissores de presso, vazo, temperatura, etc. Esta rede possui uma grande fatia do mercado de barramentos de campo geralmente chamados de [email protected] Pgina 40
A FIG.40 ilustra a faixa de aplicao de cada rede conforme sua aplicao no campo.
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Figura 40 Profibus e faixa de aplicao das redes de campo
4.1 Caractersticas das Redes ProfibusProfibus uma rede multimestres. A especificao fieldbus distingue dois tipos de dispositivos: Dispositivos Mestre: Um mestre capaz de enviar mensagem independente de solicitaes externas quando tiver a posse do token. So tambm chamados de estaes ativas. Dispositivos Escravos: No possuem direito de acesso ao barramento e podem apenas confirmar o recebimento de mensagens ou responder a uma mensagem enviada por um mestre. So tambm chamadas de estaes passivas. Sua implementao mais simples e barata do que a dos mestres. Existem atualmente trs physical profiles que definem os mtodos de transmisso disponveis para o Profibus: RS-485 para aplicaes gerais da automao da manufatura. IEC 1158-2 para uso na automao de processos Fibra tica para maior imunidade a rudo e maiores distncias. Existem pesquisas para se usar o Profibus sobre uma rede Ethernet 10Mbps ou 100 Mbps. Na FIG. 41 esto ilustradas as camadas de aplicao que cada tipo de rede Profibus implementa em protocolo de comunicao.
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Figura 41 Camadas de Referncia para os protocolos Profibus
O protocolo DP utiliza as camadas 1 e 2 e a camada de usurio. Esta arquitetura otimizada assegura uma transmisso de dados eficiente e rpida. A Switch FMS possui apenas as camadas 1, 2 e 7. A camada 7 corresponde ao Fieldbus Message Specification (FMS).
A Rede Profibus PA A rede Filedbus PA uma rede para interligar vlvulas, transmissores de presso diferencial, etc, portanto geralmente dispositivos escravos. A alimentao dos dispositivos pode se dar pela prpria rede. Caso se deseje interligar esta rede de baixa velocidade a uma rede de alta velocidade (DP) ou a um CLP, deve-se utilizar um acoplador. O protocolo muito simples o que facilita a interoperabilidade. A distribuio do controle depende sempre de um mestre externo. O mestre deve ler as PVs dos transmissores, executar os algoritmos de controle e definir a abertura da vlvula de controle. A Profibus PA permite ligar 32 dispositivos por segmento sem segurana intrnseca (IS) ou at 9 dispositivos com segurana intrnseca. Os dispositivos podem ser conectados e desconectados para manuteno com a rede em operao, mesmo quando operando em reas classificadas. A rede Profibus PA obedece ao padro IEC 1158-2 que utiliza como meio de transmisso um par tranado blindado, e apresenta a velocidade de 31.25 kbit/s. Este padro de nvel fsico o mesmo da rede H1 da Fieldbus Foundation. Ele permite alimentar os dispositivos diretamente usando o barramento de dois fios e apresenta segurana intrnseca. Esta rede pode ser usada em reas classificadas e atende ao modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) definido pelo Federal Physical Technical Institute da Alemanha. Os princpios fundamentais so: Cada segmento deve ter uma nica fonte de potncia: a fonte de alimentao. Nenhuma potncia alimentada no barramento quando a estao est enviando [email protected] Pgina 43
Cada dispositivo de campo consume uma potncia fixa conhecida em regime. Os dispositivos de campo funcionam como consumidores passivos de corrente. A terminao passiva de linha realizada nos dois extremos da linha. Topologia linear, rvore e estrela so permitidas. As FIG.42, 43 e 43 ilustram a interligao e alguns tipos de conectores para esta rede.
Figura 42 Topologia da rede Profibus PA
Figura 43 Conectores da rede Profibus PA
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Figura 44 Topologias para rede Profibus PAPara as estruturas ilustradas na FIG.44, tm-se as seguintes dimenses para os seguimentos: Daisy Chain a