implantação da interface homem-máquina siemens tp 177a no laboratório de controle e automação
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UIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS
CETRO DE EGEHARIA E COMPUTAÇÃO
CURSO DE EGEHARIA ELÉTRICA
IMPLATAÇÃO DA ITERFACE HOMEM-MÁQUIA SIEMES TP 177A O
LABORATÓRIO DE COTROLE E AUTOMAÇÃO.
Alexandre de Souza
Petrópolis
2009
1
UIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS
CETRO DE EGEHARIA E COMPUTAÇÃO
CURSO DE EGEHARIA ELÉTRICA
IMPLATAÇÃO DA ITERFACE HOMEM-MÁQUIA SIEMES TP 177A O
LABORATÓRIO DE COTROLE E AUTOMAÇÃO.
Monografia, trabalho de conclusão de curso,
apresentada à Faculdade de Engenharia da
UCP como requisito parcial para conclusão do
Curso de Engenharia Elétrica.
Alexandre de Souza
Professor Orientador
Paulo César Lopes Leite
Petrópolis
2009
2
Aluno: Alexandre de Souza Matrícula: 05406005
Título do Trabalho: IMPLATAÇÃO DA ITERFACE HOMEM-MÁQUIA
SIEMES TP 177A O LABORATÓRIO DE COTROLE E AUTOMAÇÃO.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a Faculdade de Engenharia da UCP
como requisito parcial para conclusão do Curso de Engenharia Elétrica.
AVALIAÇÃO
GRAU FIAL:______
AVALIADO POR
Prof. Paulo César Lopes Leite _________________________________
Prof. Geovane Quadrelli _________________________________
Prof.ª Maria Cristina Quesnel _________________________________
Petrópolis, 22 de dezembro de 2009.
Prof.ª Maria Cristina Quesnel
Coordenadora
3
AGRADECIMETOS
Primeiramente a Deus por esta oportunidade
maravilhosa que me concedeu, e pela força que Ele me
deu em todos os momentos de dificuldade durante o
caminho trilhado. Especialmente a Prof.ª Maria da
Glória e a minha irmã Raquel, pois sem elas este sonho
não seria realizado. Aos meus pais e a minha namorada
Lidiane, por todo apoio e incentivo ao longo dessa
jornada.
4
RESUMO
O presente trabalho apresenta a implementação no laboratório de controle e automação
da interface homem-máquina (IHM) Siemens TP 177A. Os primeiros capítulos abordam os
principais conceitos sobre automação industrial, sendo então apresentadas as características
mais importantes sobre os controladores lógicos programáveis da linha S7-200 e da IHM TP
177A, ambos da Siemens. Após isso é demonstrado os principais procedimentos para
elaboração de um projeto de telas de supervisão e controle para esta IHM utilizando o
software de programação WinCC Flexible 2008. Por fim, é demonstrado o processo no qual
esta IHM é aplicada, denominado de Gangorra de Ventiladores e são apresentadas as telas de
supervisão e controle elaboradas para uso neste processo. Palavras-Chave: IHM, Automação,
Gangorra.
5
LISTA DE ABREVIATURAS
CLP - CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
IHM - INTERFACE HOMEM-MÁQUINA
SFC - SEQÜENCIAMENTO GRÁFICO DE FUNÇÕES
PID - PROPORCIONAL INTEGRATIVO DERIVATIVO
NA - NORMALMENTE ABERTO
NF - NORMALMENTE FECHADO
PLC - PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
SCADA - SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION
RAM - RANDOM ACCESS MEMORY
PROM - PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY
EPROM - ERASABLE PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY
EEPROM - ELECTRICALLY-ERASABLE PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY
CPU - CENTRAL PROCESSING UNIT
PC - PERSONAL COMPUTER
6
LISTA DE ILUSTRAÇÕES E TABELAS
Fig. 1 - Diagrama de Blocos de um Sistema de Controle Automático
Fig. 2 - Diagrama esquemático de um Encoder incremental
Fig. 3 - Disco de um Encoder Absoluto
Fig. 4 - Ciclo de varredura de um PLC
Fig. 5 - Exemplo de Tela de um Sistema Supervisório
Fig. 6 - Imagem demonstrativa dos PLC´s da Série S7-200
Fig. 7 - Estrutura básica da CPU 222
Fig. 8 - Imagem demonstrativa da IHM TP177A
Fig. 9 - Vista Frontal e Lateral da IHM TP 177A
Fig. 10 - Vista Traseira da IHM TP 177A
Fig. 11 - Vista Superior da IHM TP 177A
Fig. 12 - Tela de Inicialização Loader
Fig. 13 - Tela do Painel de Controle
Fig. 14 - Tela de Ínico do WinCC
Fig. 15 - Tela de definição da arquitetura da rede
Fig. 16 - Tela de definição dos dispositivos
Fig. 17 - Definição do layout padrão das telas
Fig. 18 - Definição das telas do projeto
Fig. 19 - Definição de telas adicionais
Fig. 20 - Tela de escolha das bibliotecas
7
Fig. 21 - Tela final de configuração
Fig. 22 - Ambiente de programação do WinCC
Fig. 23 - Barra de Configuração
Fig. 24 - Tela de alteração da IHM
Fig. 25 - Exemplo de preenchimento da tabela dos Tags
Fig. 26 - Exemplo de configuração de um alarme analógico
Fig. 27 - Barra de ferramentas (Tools)
Fig. 28 - Configuração da imagem do botão
Fig. 29 - Configuração das ações do botão
Fig. 30 - Propriedades do campo de entrada/saída
Fig. 31 - Teclado alfanumérico de entrada de dados
Fig. 32 - Configuração do gráfico de barra
Fig. 33 - Janela de transferência de projetos
Fig. 34 – Foto da Gangorra de Ventiladores
Fig. 35 – Esquema de Controle do Processo
Fig. 36 – Foto do Amplificador de Sinal
Fig. 37 – Conexões Elétricas do Amplificador
Fig. 38 – Fonte de Alimentação Simétrica Minipa
Fig. 39 – Contatora Auxiliar Siemens
Fig. 40 – Foto do Processo da Gangorra de Ventilaodores
Fig. 41 – Detalhamento da Ligação do PLC
8
Fig. 42 – Esquema Elétrico Funcional do Processo
Fig. 43 – Tabela dos Tags do Processo da Gangorra
Fig. 44 – Hierarquia das telas da IHM
Fig. 45 – Tela Inicial
Fig. 46 – Tela Controle PID
Fig. 47 – Tela Parâmetros PID
Fig. 48 – Tela Gráfico PID
Fig. 49 – Tela Controle ON/OFF
Fig. 50 – Tela Grafico ON/OFF
Fig. 51 – Tela de Alarme do Set Point
Fig. 52 – Base com IHM instalada
Fig. 53 – Montagem Final do Processo
Tabela 1 - Especificação dos modelos da série S7-200
9
SUMÁRIO 1 ITRODUÇÃO ..................................................................................................... 15
2 AUTOMAÇÃO IDUSTRIAL ............................................................................ 16
2.1 DEFINIÇÃO ............................................................................................... 16
2.2 SISTEMAS DE CONTROLE ..................................................................... 16
2.2.1 Definições .................................................................................... 17
2.2.1.1 Variável Controlada ou Variável do Processo .............. 17
2.2.1.2 Variável Manipulada ou Variável de Controle .............. 17
2.2.1.3 Set Point ........................................................................ 17
2.2.1.4 Histerese ........................................................................ 17
2.2.1.5 Controlador .................................................................... 17
2.2.1.6 Sensor ............................................................................ 18
2.2.1.7 Atuador ou Elemento Final de Controle........................ 18
2.3 PRINCIPAIS TIPOS DE CONTROLE ...................................................... 18
2.3.1 Controle O/OFF ....................................................................... 18
2.3.2 Controle PID ............................................................................... 18
2.4 SENSORES DE POSICIONAMENTO ANGULAR ................................. 19
2.4.1 Encoder Incremental ................................................................. 19
2.4.2 Encoder Absoluto ....................................................................... 20
2.4.3 Potênciometro ............................................................................. 20
2.5 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMAVÉIS ............................... 21
2.5.1 Definição...................................................................................... 21
2.5.2 História e Evolução .................................................................... 21
2.5.3 Vantagens e desvantagens ......................................................... 22
2.5.3.1 Vantagens ...................................................................... 22
2.5.3.1.1 Flexibilidade .................................................. 22
2.5.3.1.2 Funcionalidade .............................................. 22
2.5.3.1.3 Eficiência ....................................................... 22
10
2.5.3.2 Desvantagens ................................................................. 22
2.5.3.2.1 Ambientes Inapropriados ................................ 22
2.5.4 Princípio de Funcionamento ..................................................... 22
2.5.5 Tipos de Memória ...................................................................... 24
2.5.6 Linguagens de Programação ..................................................... 24
2.5.6.1 Ladder ............................................................................ 24
2.5.6.2 Blocos Funcionais ......................................................... 25
2.5.6.3 Seqüenciamento Gráfico de Funções (SFC) ................. 25
2.6 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS ................................................................. 25
2.6.1 IHM ........................................................................................... 25
2.6.1.1 Aplicação nos Processos Industriais.............................. 26
2.6.2 SCADA ...................................................................................... 26
3 ITRODUÇÃO AO PLC SIEMES S7-200 ...................................................... 28
3.1 ASPECTOS GERAIS ................................................................................. 28
3.1.1 Principais Características .......................................................... 28
3.1.1.1 Elevada Performance ..................................................... 28
3.1.1.2 Elevada Modularidade ................................................... 28
3.1.1.3 Elevada Conectividade .................................................. 28
3.1.2 Modelos da Série S7-200 ............................................................ 29
3.2 ESTRUTURA DO PLC S7-200 ................................................................. 30
3.2.1 Barramento das entradas digitais .......................................... 30
3.2.2 Barramento das saídas digitais e de alimentação ................. 30
3.2.3 Porta de Comunicação RS 485 ................................................ 31
3.2.4 Chave seletora do modo de funcionamento .......................... 31
3.2.4.1 Posição STOP ................................................................ 31
3.2.4.2 Posição RUN ................................................................ 31
11
3.2.4.3 Posição TERM ............................................................. 31
3.2.5 Potênciometro Analógico ........................................................... 32
3.2.6 Conector para módulos adicionais ......................................... 32
3.3 SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO STEP-7 Micro/WIN .................... 32
3.4 COMUNICAÇÃO .................................................................................... 33
4 ITRODUÇÃO A IHM SIEMES TP177A .................................................... 34
4.1 DESING DO MODELO TP 177A ............................................................ 34
4.1.1 Foto Demonstrativa ................................................................... 34
4.1.2 Vista Frontal e Lateral .............................................................. 35
4.1.3 Vista Traseira ............................................................................ 35
4.1.4 Vista Superior ............................................................................ 36
4.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS ........................................................ 36
4.2.1 Display Sensível ao Toque (Touch Screen) .............................. 36
4.2.2 Comunicação com o PLC S7-200 .............................................. 36
4.2.3 Programação .............................................................................. 37
4.3 CONFIGURAÇÃO E OPERAÇÃO .......................................................... 37
4.3.1 Opções da tela de inicialização “Loader” ................................ 37
4.3.1.1 Transfer ........................................................................ 37
4.3.1.2 Start .............................................................................. 37
4.3.1.3 Control Panel ................................................................ 38
4.3.2 Configurações do Painel de Controle ...................................... 38
4.3.1.1 OP ................................................................................. 38
4.3.1.2 Password ....................................................................... 38
4.3.1.3 MPI / DP Settings ......................................................... 38
4.3.1.4 Transfer ........................................................................ 39
12
4.3.3 Calibração do display (Touch Screen) ..................................... 39
4.3.4 Configuração do canal de dados .............................................. 39
4.4 MODOS DE OPERAÇÃO ........................................................................ 39
4.4.1 Modo Online .............................................................................. 39
4.4.2 Modo Offline .............................................................................. 39
4.4.3 Modo de Transferência .............................................................. 39
4.5 FUNÇÕES COMPLEMENTARES ........................................................... 40
4.5.1 Backup e restauração de arquivos ........................................... 40
4.5.2 Atualização da Versão do Software da IHM .......................... 40
5 ELABORADO UM PROJETO COM WICC FLEXIBLE 2008................ 41
5.1 CRIANDO UM NOVO PROJETO ........................................................... 41
5.2 EXPLORANDO A BARRA DE NAVEGAÇÃO (PROJECT) .................. 46
5.2.1 Device (Dispositivo) .................................................................... 47
5.2.2 Screens (Telas) ............................................................................ 48
5.2.3 Communication (Comunicação) ............................................... 48
5.2.3.1 Tags ............................................................................... 48
5.2.4 Alarm Management (Gestão de Alarmes) ............................... 50
5.2.4.1 Analog Alarms (Alarmes Analógicos) .......................... 50
5.3 EXPLORANDO A BARRA DE FERRAMENTAS (TOOLS)................. .52
5.3.1 Configurando os principais objetos ......................................... 53
5.3.1.1 Button (Botão) ............................................................... 53
5.3.1.2 IO Field (Campo de Entrada / Saída) ............................ 55
5.3.1.3 Bar (Gráfico de Barra) ................................................... 56
5.4 TRANSFERINDO O PROJETO PARA A IHM ....................................... 57
6 APLICAÇÃO DA IHM O PROCESSO DE POSICIOAMETO DA
GAGORRA DE VETILADORES .................................................................... 58
13
6.1 GANGORRA DE VENTILADORES ....................................................... 58
6.1.1 Descrição do Processo ............................................................... 58
6.1.2 Esquema do Sistema de Controle ............................................ 59
6.1.3 Problemas para Implantação do Controle .............................. 59
6.1.4 Soluções dadas aos problemas encontrados ............................ 60
6.1.5 Montagem do Processo ............................................................. 62
6.1.6 Lógica de Programação ............................................................ 63
6.2 APLICAÇAO DA IHM TP 177A NO PROCESSO ................................... 64
6.2.1 Revisão da Lógica de Programação ......................................... 64
6.2.2 Elaboração das Telas de Controle e Supervisão...................... 65
6.2.2.1 Tela Inicial .................................................................... 66
6.2.2.2 Tela Controle PID ........................................................ 66
6.2.2.3 Tela Parâmetros ............................................................ 68
6.2.2.4 Tela Gráfico PID .......................................................... 69
6.2.2.5 Tela Controle ON/OFF ................................................. 70
6.2.2.6 Tela Gráfico ON/OFF .................................................. 71
6.2.3 Configuração de Alarme para o Set Point .............................. 72
6.2.4 Comissionamento ....................................................................... 73
7 AÁLISE DE RESULTADOS ............................................................................... 74
8 COCLUSÕES ........................................................................................................ 75
9 REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 76
APÊDICE A – PROCEDIMETOS PARA CALIBRAÇÃO DO DISPLAY
“TOUCH SCREE” DA IHM SIEMES TP 177A
APÊDICE B – PROCEDIMETOS PARA BACKUP DE DADOS DA IHM
SIEMES TP 177A.
14
APÊDICE C – PROCEDIMETOS PARA RESTAURAÇÃO DE DADOS
DA IHM SIEMES TP 177A.
APÊDICE D – PROCEDIMETOS PARA A ATUALIZAÇÃO DO
SISTEMA OPERACIOAL DA IHM SIEMES TP 177A.
APÊDICE E – LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO DO PLC PARA A
GAGORRA DE VETILADORES
15
1 ITRODUÇÃO
Este trabalho teve como objetivo implantar no laboratório de automação e controle da
Universidade Católica de Petrópolis a interface homem-máquina (IHM) Siemens TP 177A
existente na universidade, com a intenção de aperfeiçoar os estudos referentes à automação
industrial e possibilitar aos alunos a utilização de um dispositivo que permite uma melhor
visualização de como os sistemas de controle reagem a perturbações e a alterações nos seus
parâmetros.
A IHM foi adicionada em um processo já existente no laboratório, onde um
Controlador Lógico Programável (CLP) Siemens S7-200 comanda um sistema de
posicionamento angular atuado por hélices. Este processo é conhecido na universidade como
Gangorra de Ventiladores.
A implantação de uma IHM requer conhecimentos que vão desde os conceitos básicos
sobre automação industrial até a programação do software WinCC Flexible, onde são
desenvolvidas as telas de supervisão e controle da IHM.
Com isso, este trabalho dá maior enfoque na programação do WinCC Flexible
mostrando como são desenvolvidas as telas de supervisão e controle, e na aplicação da IHM
no processo de posicionamento angular da Gangorra de Ventiladores, demonstrando como foi
realizada a montagem e como a IHM atua neste processo.
16
2 AUTOMAÇÃO IDUSTRIAL
2.1 DEFINIÇÃO
Entende-se por automação qualquer sistema de controle que tenha como objetivo
substituir ou facilitar o homem na realização de uma determinada tarefa de maneira rápida e
eficaz.
[...] o surgimento da automação está ligado com a mecanização, onde
o objetivo era sempre de simplificar o trabalho do homem, de forma a
substituir o esforço braçal por meios e mecanismos, liberando o tempo
disponível para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as
atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente
entretenimento. (SILVEIRA & SANTOS, 2001, p.5).
Moraes & Castrucci (2007, p.12) afirmam que o objetivo da automação não é somente
reduzir custos de produção, ela decorre mais de necessidades como maior nível de qualidade
dos produtos, maior flexibilidade na alteração dos processos, maior segurança dos
trabalhadores, redução de perdas materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da
informação sobre o processo e melhor planejamento e controle da produção.
2.2 SISTEMAS DE CONTROLE
Qualquer sistema onde desejamos atribuir um sinal de entrada para a obtenção de um
sinal de saída através do conhecimento do comportamento do processo pode ser entendido
como um sistema de controle. Os sistemas de controle podem ser divididos em:
• Sistema em malha aberta
Sistema onde não há comparação entra a saída com um valor pré-estabelecido para a
entrada. Ou seja, a saída do sistema não influencia na entrada.
• Sistema em malha fechada
Sistema onde há uma realimentação, em que a saída é comparada com um valor de
referência para a entrada, gerando um sinal de entrada corrigido para a obtenção da
saída desejada.
17
A figura abaixo mostra o diagrama de blocos de um sistema automático de controle.
Fig. 1 – Diagrama de Blocos de um Sistema de Controle Automático
2.2.1 Definições
2.2.1.1 Variável Controlada ou Variável do Processo
É a variável que se deseja ser medida e controlada em um determinado processo. Por
exemplo: temperatura de um forno, nível de um tanque etc.
2.2.1.2 Variável Manipulada ou Variável de Controle
É a variável que tem como objetivo eliminar o erro do sistema, ou seja, fazendo com
que o sistema se estabilize no valor pré-estabelecido.
2.2.1.3 Set-Point
É o valor desejado para a variável controlada em um determinado processo, este valor
é determinado através de estudos e/ou experiências passadas.
2.2.1.4 Histerese
É utilizada no controle ON/OFF sendo a zona morta do processo, ou seja, é o intervalo
de valores no qual o atuador não atua. Quanto menor for à zona morta, menor será a oscilação
do sistema, porém maior será o desgaste no atuador.
2.2.1.5 Controlador
É o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado
das entradas e as instruções do programa inserido em sua memória.
18
2.2.1.6 Sensor
É o elemento que fornece informações sobre o sistema, correspondendo às entradas do
controlador. Pode indicar variáveis físicas, tais como pressão e temperatura, ou simples
estados, tal como um sensor de presença.
2.2.1.7 Atuador ou Elemento Final de Controle
O atuador é o dispositivo responsável pela alteração do estado do processo ao qual está
se aplicando o controle. É considerado como o elemento final de controle e pode ser, por
exemplo: o motor de acionamento de um portão, uma válvula proporcional de um tanque etc.
2.3 PRINCIPAIS TIPOS DE CONTROLE
2.3.1 Controle O/OFF
O princípio de funcionamento do sistema de controle ON/OFF é baseado na
comparação do sinal fornecido pelo sensor, de um determinado processo, com o sinal gerado
a partir do set-point desejado. Neste tipo de controle é utilizado o valor de histerese para
limitar a oscilação do processo, com isso o controlador irá ligar ou desligar o atuador de
acordo com o resultado da comparação entre a variável controlada e o set-point, respeitando
os limites de atuação impostos pela soma do set-point com a histerese.
Este controle pode ser considerado o mais simples e econômico, porém é um sistema
que não apresenta precisão e não possui realimentação. Suas aplicações restringem-se a
sistemas onde não é necessário precisão. Como por exemplo: Controle de nível de uma
cisterna, termostato de ar-condicionado etc.
2.3.2 Controle PID
O princípio do controlador PID, se baseia em um sistema de controle em malha
fechada, ou seja, o controlador lê o valor da variável controlada através de um sensor e
compara ao valor de set-point anteriormente estabelecido, obtendo assim um erro. Com isso,
ele realiza o cálculo proporcional, integral e derivativo a fim de se obter o valor da variável
manipulada que irá fornecer ao atuador o valor correto para estabilizar o processo, igualando
o valor da variável controlada ao valor de set-point.
19
A fórmula matemática utilizada pelo controlador PID para o cálculo da variável
manipulada é a seguinte:
. = ( ( + ( + (
Onde:
V.M = Variável Manipulada
E(t) = Diferença entre o Set Point e a Variável Controlada (Erro)
Kp = Ganho da Parcela Proporcional
Ki = Ganho da Parcela Integral
Kd = Ganho da Parcela Derivativa
Este tipo de controle é o mais usual no controle dos processos industriais devido a sua
capacidade de manter o sistema estável, sua velocidade na reação ás perturbações e sua
robustez.
2.4 SENSORES DE POSICIONAMENTO ANGULAR
Como foram definidos anteriormente os sensores podem indicar diversas variáveis
físicas, porém neste trabalho é abordado somente os sensores de posicionamento angular.
2.4.1 Encoder Incremental
Conforme Alexandre Capelli define:
O Incoder incremental é um dispositivo acionado mecanicamente pelo acoplamento com o eixo do motor e de funcionamento optoeletrônico, que fornece informação discreta de deslocamento (posição relativa). Eles são fabricados com um disco de vidro ou metal que tem na sua periferia uma trilha com segmentos opacos e transparentes. Conjuntos de emissores de luz e detectores fotoelétricos são cuidadosamente dispostos a cada lado do disco codificado. Esse disco é montado em um eixo do elemento do qual se deseja determinar o deslocamento ou velocidade. Quando o eixo gira, as linhas opacas e transparentes do disco passam entre o emissor e detector de luz, modulando o feixe luminoso produzido pelo emissor de luz, atingindo o detector e gerando neste um sinal elétrico correspondente com as divisões gravadas no disco. O feixe de luz é focalizado no disco mediante sistemas ópticos (lentes, espelhos, prismas, etc.) (CAPELLI, 2006, p.182).
O diagrama esquemático do Encoder incremental é mostrado na figura 2.
20
2.4.2 Encoder Absoluto
O encoder absoluto, mostrado na figura 3, possui basicamente as mesmas
características do incremental, porém “ao contrário do incremental, o absoluto (mesmo
parado) tem um “palavra” digital em seus terminais de saída. Sendo assim, uma máquina que
funciona com um encoder não precisa movimentar seus eixos para saber onde eles estão”
(CAPELLI, 2006, p.184 e 185).
Fig. 2 – Diagrama Esquemático de um Encoder incremental. Fonte: (CAPELLI, 2006, p.185)
Fig. 3 – Disco de um Encoder Absoluto. Fonte: (CAPPELI, 2006, p.185)
2.4.3 Potenciômetro
São dispositivos elétricos que convertem seu deslocamento angular em variação de
resistência elétrica, com isso é possível determinar, através dos sinais elétricos gerados com a
variação, a posição do seu eixo em relação a uma origem pré-estabelecida.
21
2.5 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMAVÉL (CLP)
2.5.1 Definição
O CLP, muito conhecido também pela sigla PLC (Programmable Logic Controller)
que é utilizada neste trabalho, é um equipamento eletrônico de fundamental importância nos
sistemas de automação industrial. Ele é capaz de armazenar dados e programas com a
finalidade de executar as instruções determinadas pela lógica de controle nele armazenada,
interagindo diretamente com o processo.
Ainda sobre o PLC, pode-se dizer que ele
[...] é um computador que realiza funções de controle em vários níveis de complexidade. O aspecto interessante do PLC é que ele pode ser programado e utilizado por pessoas sem um grande conhecimento no uso do computador. Este pequeno computador (PLC) é projetado para trabalhar em ambiente industrial com variação de temperatura, umidade, vibrações, distúrbios elétricos e outras variantes que existem no ambiente industrial (PRUDENTE, 2007, p.1).
2.5.2 História e Evolução
Segundo Filho (2006, p.3) o PLC nasceu dentro da General Motors, em 1968, devido
ao grande tempo em que as máquinas de produção ficavam paradas aguardando a alteração da
lógica de controle dos painéis de comando para o início da montagem de um novo modelo.
Tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. Sob a liderança do
engenheiro Richard Morley, foi elaborado um equipamento que atendia a todos os usuários
dos painéis de comando, com isso ele atendia as indústrias de um modo geral, não só o
segmento automobilístico.
Com isso, foi possível reduzir
[...] os tempos de parada da máquina de modo a tornarem-se competitivos no mercado. Com o passar do tempo, o PLC transformou-se em um equipamento mais simples de usar, mais confiável e produtivo. Dos anos 1980 em diante deu-se um enorme desenvolvimento na indústria dos computadores. O PLC tornou-se especializado, e sua difusão cresceu exponencialmente. O mercado do PLC cresceu de um volume de cerca de 120 milhões de dólares em 1978 para cerca de 100 milhões de dólares nos primeiros anos da década de 1990, e ainda hoje está crescendo (PRUDENTE, 2007, p.1).
22
2.5.3 Vantagens e Desvantagens
2.5.3.1 Vantagens
2.5.3.1.1 Flexibilidade
Uma das grandes vantagens do PLC é a facilidade com que o seu programa original
pode ser modificado, com isso qualquer alteração no processo controlado por ele, pode ser
realizada sem que haja grandes custos com uma nova programação. No passado, as alterações
no funcionamento de qualquer processo traziam um grande custo devido à necessidade de
alteração dos quadros elétricos que controlavam o processo.
2.5.3.1.2 Funcionalidade
O PLC possui grande facilidade de programação e a possibilidade de simulação do
programa criado antes da implantação no processo. Também é possível visualizar o programa
em tempo real durante a sua execução facilitando assim, a detecção das falhas ocorridas
durante o andamento do processo.
2.5.3.1.3 Eficiência
A velocidade de leitura e execução de um PLC é um dos seus pontos mais fortes. Ele é
capaz de ler e executar programas complexos com grande velocidade de atualização das
variáveis.
2.5.3.2 Desvantagens
2.5.3.2.1 Ambientes Inapropriados
Por ser um componente eletrônico não é recomendável a aplicação dele em ambientes
que possuem grandes temperaturas, interferências eletromagnéticas e possibilidade de contato
com líquidos.
2.5.4 Princípio de Funcionamento
O PLC realiza todas as suas funções respeitando o ciclo de varredura, que opera de
forma seqüencial e em ciclo fechado. As etapas básicas deste ciclo são: atualização das
entradas, processamento das instruções do programa e atualização das saídas. Como mostra a
figura 4.
23
O ciclo de varredura começa com o controlador que
[...] lê a porta de entrada, gravando a informação na imagem de entrada. Em seguida ocorre o processamento, e, por fim ele copia a imagem de saída na porta de saída. Para o primeiro ciclo, a imagem das variáveis de entrada é zerada. O processamento desenvolve-se a partir dessa situação, atualizando a palavra e a imagem de saída. Toda vez que a varredura da imagem de entrada se efetua, a palavra de entrada é atualizada. (MORAES & CASTRUCCI, 2007, p.30)
O tempo total para a execução de um ciclo de varredura é determinado como clock ou
tempo de varredura. Ainda sobre o tempo de varredura, Francesco Prudente (2007, p.11)
observa que “este tempo deve ser o mais breve possível, de modo a se obter um tempo ótimo
de resposta do PLC. Para evitar mau funcionamento da instalação automática, deve-se
escolher, portanto, um PLC veloz e potente”
Fig.4 – Ciclo de varredura de um PLC
Os PLC’s podem processar dois tipos de sinais, são eles:
• Sinais Digitais
São sinais que representam as variáveis que somente podem apresentar dois estados (0
ou 1). Exemplos: bomba ligada ou desligada, válvula solenóide aberta ou fechada etc.
• Sinais Analógicos
São sinais que representam as variáveis que podem assumir valores dentro de uma
determinada faixa. Esses sinais geralmente chegam as entradas do CLP com níveis de
0-10 V ou 4-20 mA. Exemplos: sensor de temperatura de um forno, válvula
proporcional de vapor etc.
Atualização das Entradas
Processamento do Programa
Atualização das Saídas
24
2.5.5 Tipos de Memória
Como observa João Mamede Filho:
Os CLP´s são dotados de cartões de memória utilizados pelos processadores lógicos para processar sinais e pelo sistema operacional e também utilizados para armazenamento dos programas dedicados. (MAMEDE, 2007, p.639).
Estas memórias podem ser divididas em:
• Memória do Programa
Espaço utilizado para armazenar o programa responsável pelo gerenciamento de todas
as atividades do PLC. O usuário não pode modificá-la e geralmente é armazenada em
memórias PROM, EPROM e EEPROM.
• Memória do Usuário
Espaço reservado para o armazenamento do programa do usuário. Geralmente
utilizam-se memórias do tipo RAM, EEPROM e FLASH-EPROM.
• Memória de Dados
Espaço reservado para o armazenamento dos valores de entrada e saída do programa,
assim como os valores dos temporizadores, contadores etc.
2.5.6 Principais Linguagens de Programação
Entre as linguagens de programação mais utilizadas, destacam-se as linguagens que
possui diagramas que se aproximam aos esquemas elétricos, chamadas de linguagens de
programação gráfica.
Estas linguagens são dividas em:
2.5.6.1 Ladder
Foi à primeira linguagem criada exclusivamente para a programação dos PLC’s e até
hoje é a mais utilizada para este fim. Ela está presente em praticamente todos os PLC’s que
estão disponíveis no mercado e isto se deve a sua facilidade de programação devido às suas
semelhanças com os esquemas elétricos funcionais.
25
2.5.6.2 Blocos Funcionais
Conforme Franscesco Prudente define:
É uma linguagem a “portas lógicas” que permite desenhar um esquema clássico de eletrônica digital. È muito utilizado nos sistemas de controle de grandes instalações de processos (centrais termoelétricas, instalações químicas e outros) (PRUDENTE, 2007, p.37).
2.5.6.3 Seqüenciamento Gráfico de Funções (SFC)
Conforme Moraes & Castrucci (2007, p.37) esta linguagem representa em seqüências
gráficas as varias etapas de um determinado programa. Com isso, é possível visualizar de
maneira rápida e objetiva o funcionamento do programa implementado.
Segundo Prudente (2007, p.37) esta linguagem é muito similar a linguagem de blocos
funcionais, porém diferente da linguagem de blocos, cada bloco representa um estado do
processo que está sendo controlado.
2.6 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
São sistemas informatizados que
[...] permitem que sejam monitoradas e rastreadas informações de um
processo produtivo ou instalação física. Tais informações são coletadas
através de equipamentos de aquisição de dados e, em seguida, manipuladas,
analisadas, armazenadas e posteriormente, apresentadas ao usuário. (SILVA
& SALVADOR, 2005, p.1)
Conforme Moraes & Castrucci (2007, p.118) os sistemas supervisórios são divididos
em dois grupos, são eles:
• IHM / HMI (Interface Homem Máquina / Human Machine Interface).
• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Aquisição de Dados e
Controle do Supervisório).
2.6.1 IHM
Uma IHM pode ser definida como o meio de comunicação entre o operador e o
processo que ele supervisiona. Nos dias de hoje a aplicação das IHM’s nos processos de
26
automação industrial tornaram-se imprescindíveis, devido à quantidade de variáveis e
parâmetros que os processos indústrias possuem e que os PLC’s devem controlar. As IHM’s
oferecem aos operadores a possibilidade de monitoramento e alteração dos parâmetros do
processo remotamente através de um display de cristal líquido, que em alguns casos podem
ser sensíveis ao toque.
Porém as IHM’s são indicadas somente para supervisionar partes de um determinado
processo, pois elas não possuem capacidade de controlar um processo que contenha grandes
números de variáveis de entradas e saídas digitais e analógicas.
2.6.1.1 Aplicação nos Processos Industriais
Como aborda Moraes & Castrucci (2007, p. 119) uma IHM apresenta várias
aplicações para o ambiente industrial, são elas:
• visualização de alarmes e erros gerados por alguma condição anormal do sistema;
• visualização de dados dos equipamentos de uma determinado processo;
• visualização de dados referentes a produção de um determinado processo;
• alteração de parâmetros do processo;
• alteração do modo de controle de um determinado processo.
2.6.2 SCADA
O sistema SCADA foi elaborado com o objetivo de supervisionar e controlar grandes
números de variáveis de entrada e saídas digitais e analógicas de um determinado processo.
[...] Esses sistemas visam à integridade física das pessoas, equipamentos e
produção, consistindo muitas vezes em sistemas redundantes de hardware e
meio físico (canal de informação) e permitindo pronta identificação de
falhas. Alguns sistemas permitem a troca a quente do hardware danificado,
facilitando o reparo sem necessitar de parada do sistema. (MORAES &
CASTRUCCI, 2007, p.120).
Nos dias de hoje, o SCADA é muito aplicado nas grandes indústrias para se obter o
controle total sobre um determinado processo. Ele apresenta uma interface muito amigável
para o usuário sempre reproduzindo o processo em sua tela, como mostra o exemplo da figura
5, e com a atualização em tempo real das variáveis e parâmetros envolvidos no processo.
27
É muito utilizado também para o controle e gerenciamento da produção, informando
com grande precisão as informações referentes aos processos de produção.
A figura abaixo ilustra como exemplo uma tela de um sistema supervisório.
Fig. 5 – Exemplo de Tela de um Sistema Supervisório. Fonte: (Site Siemens)
28
3 ITRODUÇÃO AO PLC SIEMES S7-200
Este capítulo aborda as principais características e funcionalidades do PLC
Siemens S7-200. Este PLC pertence à linha de controladores lógicos programáveis da
Siemens, denominada SIMATIC.
A linha SIMATIC abrange os seguintes Controladores Lógicos Programáveis:
• PLC compacto (Série LOGO)
• PLC compacto com expansão (Série S7-200)
• PLC modular (Série S7-300/400)
3.1 ASPECTOS GERAIS SOBRE O S7-200
3.1.1 Principais Características
Devido ao seu baixo custo e sua grande funcionalidade, o S7-200 se tornou uma
ótima alternativa para as aplicações na área de automação de pequeno e médio porte. Suas
principais características são:
3.1.1.1 Elevada Performance
Por se tratar de um PLC pequeno e compacto, o S7-200 é ideal para aplicações onde não há muito espaço disponível para montagem. Ele também é rápido e oferece um ótimo rendimento em tempo real, garantindo maior qualidade, eficiência e confiabilidade ao processo (SIEMENS)
3.1.1.2 Excelente modularidade
A família do S7-200 tem uma concepção modular coerente, permitindo que soluções possam ser desenvolvidas sob medida e ampliadas conforme a demanda. Ela é composta de CPUs com diferentes níveis de memória e diferentes números de entradas e saídas integradas. Estão disponíveis uma vasta gama de módulos de expansão para diversas funções, bem como diversas possibilidades de painéis de comando e visualização (SIEMENS)
3.1.1.3 Elevada conectividade
O S7-200 possui diversas possibilidades de comunicação. As interfaces integradas padrão RS485 suportam taxas de transferência de dados até 187,5 Kbps. E através de módulos de expansão específicos, é possível realizar a comunicação via modem, PROFIBUS-DP1, AS-Interface2 e Ethernet (SIEMENS)
1 Protocolo de comunicação baseado no conceito fieldbus (barramento de campo). 2 Sistema no qual é o possível conectar módulos juntos ao processo, ao nível mais baixo de uma planta qualquer.
29
3.1.2 Modelos da Série S7-200
A série S7-200 é dividida em vários modelos de CPU’s que se diferenciam “na
velocidade de execução do programa, na dotação de memória, I/O digital disponível no
módulo básico ou no número de interface de comunicação” (PRUDENTE, 2007, p.68).
Dependendo do modelo da CPU, a alimentação poderá ser de 230 VCA ou 24
VDC, as entradas digitais serão sempre do tipo DC e as saídas digitais podem ser do tipo a
relé ou DC tipo Mosfet.
A especificação de uma CPU da série S7-200 é sempre descrita pelo número do
modelo da CPU seguido de três abreviações que se referem ao tipo de alimentação, tipo de
entrada e de saída respectivamente. Como por exemplo: CPU 221 AC / DC / Relay, esta
CPU possui alimentação em AC (230 VCA), entradas do tipo DC e saídas do tipo a relé
(Relay).
Na tabela abaixo, estão especificados todos os modelos da série S7-200 com as
suas especificações básicas de entradas e saídas digitais:
Série S7-200
CPU Tipo Entradas e Saídas Digitais
221 DC/DC/DC 6 entradas e 4 saídas
221 AC/DC/Relay 6 entradas e 4 saídas
222 DC/DC/DC 8 entradas e 6 saídas
222 AC/DC/Relay 8 entradas e 6 saídas
224 DC/DC/DC 14 entradas e 10 saídas
224 AC/DC/Relay 14 entradas e 10 saídas
224XP DC/DC/DC 14 entradas e 10 saídas
224XP AC/DC/Relay 14 entradas e 10 saídas
226 DC/DC/DC 24 entradas e 16 saídas
226 AC/DC/Relay 24 entradas e 16 saídas
Tabela 1 – Especificação dos modelos da série S7-200. Fonte (SIEMENS)
30
Na figura abaixo, é apresentada todos os modelos de PLC’s da série S7-200.
Fig.6 – Imagem demonstrativa dos PLC’s da Série S7-200. Fonte (Siemens)
3.2 ESTRUTURA DO PLC S7-200
Como mostra à figura 7, a estrutura básica de um controlador da série S7-200 é dividida em:
3.2.1 Barramento das entradas digitais
Neste barramento estão concentradas as entradas digitais da PLC, onde é possível
conectar vários tipos de botões, chaves e sensores. As entradas são indicadas com a letra
I, que é seguida pelo endereço do byte e do bit correspondente a entrada. Como por
exemplo: I0.1, I1.2 etc.
Há neste barramento também uma alimentação de saída com 24 VDC, utilizada
para a alimentação de sensores deste tipo
3.2.2 Barramento das saídas digitais e de alimentação
Neste barramento estão concentradas as saídas digitais do PLC, onde são
conectados os atuadores, podendo ser, por exemplo: válvulas solenóides, lâmpadas e
outros. As saídas são indicadas com a letra Q, que é seguida pelo endereço do byte e do
bit correspondente. Como por exemplo: Q0.2, Q2.1 etc.
31
A alimentação da CPU é realizada também através deste barramento, podendo ser
do tipo AC ou DC.
3.2.3 Porta de Comunicação RS 485
Através desta porta é possível conectar o PLC a um PC de configuração, para a
transferência de dados e visualização em tempo real da lógica implementada e pode ser
utilizada também para conectar o PLC a uma interface homem-máquina para o
monitoramento do processo.
3.2.4 Chave seletora do modo de funcionamento
Através desta chave, pode-se alternar o modo de funcionamento do PLC, está
chave possui três posições:
3.2.4.1 Posição STOP
Neste modo, o PLC desabilita todas as saídas e entra em modo de espera,
desligando todos os aparelhos conectados as suas saídas. Esta opção é utilizada quando se
deseja transferir um novo projeto ou alterar o projeto já existente no PLC.
3.2.4.2 Posição RUN
Neste modo, o PLC irá executar todas as instruções do programa, atualizando as
saídas de acordo com o estado das entradas. Porém, “se houver um erro irreversível no
programa, o PLC passa automaticamente para stop, aguardando a remoção do erro
(PRUDENTE, 2007, p.69).
3.2.4.3 Posição TERM
Nesta posição, o modo de funcionamento do PLC ficará indefinido, podendo ser
alterado em tempo real através do PC de configuração utilizando o software de
programação do mesmo.
Para isso é necessário “posicionar manualmente a chave hardware do S7-200 na
posição TERM ou RUN. O modo de funcionamento poderá assim ser modificado via
software pelo menu CPU>STOP ou CPU>RUN” (PRUDENTE, 2007, p.70).
32
3.2.5 Potenciômetro analógico
Através deste potenciômetro é possível alterar com grande precisão valores de
temporizadores, contadores e outros parâmetros sem que seja necessário entrar no
programa. Pode ser utilizado com grande eficiência em processos que tenham diferentes
temporizações ou diferentes métodos de contagem.
3.2.6 Conector para módulos adicionais
Este conector é utilizado para a ligação de módulos adicionais, estes módulos
podem ser de entradas e saídas (digitais, analógicas e específicas para medição de
temperatura), de posicionamento ou de comunicação.
Fig.7 – Estrutura básica da CPU 222. Fonte: (SIEMENS)
3.3 SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO STEP-7 Micro/WIN
A programação dos PLC’s da série S7-200 é realizada através do software STEP-7
Micro/WIN, este software é uma ferramenta bastante simples e de fácil utilização. Ele
possibilita ao usuário a oportunidade de programar em praticamente todos os tipos de
linguagens de programação de PLC’s e ainda oferece um ambiente de programação com
padrão do Windows, tornando o processo de programação mais amigável ao usuário.
33
3.4 COMUNICAÇÃO
Na maioria dos casos, os PLC´s da série S7-200 são aplicados em configurações
básicas de automação, diretamente no controle de uma determinada máquina ou processo.
Nestes casos, é utilizado para a comunicação do PLC com o PC de configuração ou IHM,
o cabo de comunicação PC/PPI.
Este cabo permite a conexão do PLC a um PC dotado de interface serial com o programa STEP-7 Micro/WIN corretamente instalado. O cabo não-reversível contém um conversor optoisolado da RS-485 (inteface de comunicação do PLC) a RS-232 (interface serial do PC). Ao longo do cabo há um dispositivo que permite, mediante DIP-switch (mínisculos interruptores), definir os parâmetros da comunicação (PRUDENTE, 2007, p.68).
34
4 ITRODUÇÃO A IHM SIEMES TP177A
Este capítulo aborda as características e funcionalidades da IHM TP 177A, esta IHM
pertence à série de painéis 177 da Siemens que abrange também a TP 177B e a OP 177B.
Esta linha de painéis apresenta avanços significativos em relação à série 170. Ela
possui maior eficiência no uso dos textos e dos gráficos na aplicação de tarefas de
monitoração de máquinas e plantas e também possuem bibliotecas de caracteres asiáticos e
cirílicos que podem ser configurados, como os usuais.
Como principais novidades, esta linha apresenta a possibilidade de montagem vertical
da TP 177A e o sistema de alarme permanente da TP 177B oferecendo assim possibilidade de
aplicações em diferentes áreas. Além de alguns modelos oferecerem a possibilidade de
conexão através de rede PROFIBUS e PROFINET3.
As IHM's da linha 177 oferecem um rápido comissionamento, uma grande memória de
usuário, alto desempenho e são otimizadas para o uso com projetos no WinCC Flexible.
4.1 DESING DO MODELO TP 177A
O desing deste modelo demonstrou grande evolução em relação a sua série anterior,
ela teve seu desenho alterado para a possibilidade de trabalhar na vertical. Com isso, ela
ganhou em funcionalidade e apresentou um desenho mais agradável.
4.1.1 Foto Demonstrativa
Fig. 8 – Imagem demonstrativa da IHM TP177A. Fonte: Siemens
3 Rede da organização PROFIBUS que utiliza a Ethernet para automação industrial.
35
4.1.2 Vista Frontal e Lateral
Fig. 9 – Vista Frontal e Lateral da IHM TP 177A. Fonte: Siemens
4.1.3 Vista Traseira
Fig. 10 – Vista Traseira da IHM TP 177A. Fonte: Siemens
36
4.1.4 Vista Superior
Fig. 11 – Vista Superior da IHM TP 177A. Fonte: Siemens
4.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
4.2.1 Display Sensível ao Toque (Touch Screen)
A TP 177A possui um display de 5,7’’ totalmente liso, que apresenta quatro níveis
diferentes de azul, com resolução de 320 x 240. Este display possui a tecnologia de touch
screen, ou seja, é sensível ao toque do usuário durante a sua operação.
Ela apresenta um teclado alfanumérico virtual para a entrada de dados do usuário. Isto
a torna mais compacta e econômica em relação às dimensões de instalação no processo
industrial.
4.2.2 Comunicação com o PLC S7-200
A TP 177A possui uma interface já integrada para conexões do tipo PPI/MPI com a
linha de PLC’s S7-200, isto facilita muito a integração dos dispositivos para a aplicação
conjunta em automação de processos.
Ela apresenta também a possibilidade de conexão via MPI/PROFIBUS DP, porém
apresenta a limitação de apenas quatro pontos de interligação no mesmo barramento.
37
4.2.3 Programação
A programação das telas da TP 177A é realizada através do software WinCC Flexible
2004 ou superior, nas versões Micro, Compact, Standard e Advanced. O capítulo 5 demonstra
os principais passos para a criação de um projeto no WinCC Flexible 2008.
4.3 CONFIGURAÇÃO E OPERAÇÃO
4.3.1 Opções da tela de inicialização “Loader”
Todas as opções de ajustes e de transferência de projeto da IHM estão concentradas na
tela de inicialização denominada Loader, como mostra a figura 12. Esta tela sempre aparece
após a inicialização da IHM e possui três opções de operação para o usuário, são elas:
Fig. 12 – Tela de Inicialização Loader
4.3.1.1 Transfer
Através desta opção é possível colocar a IHM em estado de transferência de dados,
sendo necessário quando se deseja carregar um projeto ou atualizar a versão da IHM.
4.3.1.2 Start
Essa opção é utilizada para iniciar o projeto armazenado na memória interna da IHM.
38
4.3.1.3 Control Panel
Através desta opção é possível abrir o painel de controle da IHM, onde é possível
configurar os ajustes das telas e os ajustes de transferência de projeto.
4.3.2 Configurações do Painel de Controle
Como visto anteriormente, o painel de controle pode ser acessado através da opção
Control Panel na tela Loader, ou então, acessado durante a execução de um determinado
projeto, desde que este tenha esta operação configurada durante a sua elaboração.
Como mostra a figura abaixo, o painel de controle apresenta cinco opções de
configuração.
Fig. 13 – Tela do Painel Controle
4.3.2.1 OP
Nesta opção é possível alterar as configurações de tela, visualizar informações sobre o
dispositivo e calibrar a sensibilidade ao toque do display.
4.3.2.2 Password
Através desta opção é possível definir uma senha para a proteção do painel de
controle.
4.3.2.3 MPI / DP Settings
Função disponível para alteração e configuração dos parâmetros dos protocolos de
comunicação MPI / DP.
39
4.3.2.4 Transfer
Opção disponível para a alteração dos parâmetros de transferências e configuração do
canal de dados.
4.3.3 Calibração do Display (Touch Screen)
Dependendo da posição de montagem da IHM e do ângulo de visão do usuário, pode
ser necessária a calibração do display para que não ocorra nenhum erro de operação por parte
do usuário.
Esta calibração deve ser realizada conforme os procedimentos descritos no apêndice
A.
4.3.4 Configuração do Canal de Dados
A configuração do canal de dados deve sempre ser feita antes da transferência do
projeto, pois não pode haver divergência entre a configuração do projeto com a da IHM.
4.4 MODOS DE OPERAÇÃO
Os modos de operação da IHM podem ser alterados antes da execução do projeto ou
então durante a execução, desde que o programador tenha configurado um objeto de controle
para o usuário ter a opção de alterar o modo de operação.
4.3.1 Modo Online
Neste modo a comunicação entre o PLC e a IHM estará ativa, com isso o usuário
poderá visualizar e alterar dados e parâmetros do processo que está em execução.
4.3.2 Modo Offline
Neste modo não há comunicação entre o PLC e a IHM, com isso o usuário não
consegue visualizar e alterar dados do processo, apesar de poder operar a IHM.
4.3.3 Modo de Transferência
Neste modo é possível transferir um projeto para a IHM através do PC de
configuração ou através de um backup e podem-se restaurar dados do dispositivo.
40
4.4 FUNÇÕES COMPLEMENTARES
4.4.1 Backup e Restauração
É possível fazer um backup ou restaurar os dos seguintes dados salvos na memória
flash da IHM:
• Projeto do WinCC Flexible
• Arquivo Imagem da IHM
• Definições do Administrador
• Receita de Dados
• Chaves de Licença
Estes procedimentos podem ser realizados através do Software WinCC Flexible ou
então do ProSave. Nos apêndices B e C são demonstrados os procedimentos de backup e
restauração respectivamente.
4.4.2 Atualização da Versão do Software da IHM
Um conflito de compatibilidade pode ocorrer na transferência de um projeto para a
IHM quando ocorrer diferenças nas versões do software de configuração ou sistema
operacional da IHM. Quando há versões diferentes, a transferência é interrompida e é exibida
uma mensagem indicando um conflito de compatibilidade.
Para resolver estes problemas pode-se atualizar o sistema operacional do dispositivo
quando o projeto tiver sido criado com uma versão mais recente do software de configuração
ou então, transferir uma versão mais antiga do projeto que se enquadre com a versão que se
do sistema operacional que se encontra na IHM.
Com a atualização do sistema operacional, todos os dados referentes a projetos, senhas
e configuração de canais de dados são apagados, tendo que ser configurados novamente após
a atualização.
O procedimento para a atualização do sistema operacional da IHM está descrito no
Apêndice D.
41
5 PROCEDIMETOS BÁSICOS PARA ELABORAÇÃO DE UM PROJETO COM
WICC FLEXIBLE 2008
Este capítulo aborda os principais passos para a elaboração de um projeto de telas de
supervisão e controle para IHM’s. Estes passos têm como base a implantação do projeto em
sistemas de pequeno porte, visando a IHM TP 177A que foi utilizada no presente trabalho.
5.1 CRIANDO UM NOVO PROJETO
O melhor modo de se criar um novo projeto no WinCC é utilizar o assistente para
criação de um novo projeto. Utilizando este assistente podem-se definir antes da abertura do
projeto algumas configurações e parâmetros importantes, como o tipo de IHM, o modelo do
controlador, número de telas e etc.
Para utilizar este assistente deve-se selecionar na tela inicial do WinCC Flexible, a
opção “Create the new project with the Project wizard”, como mostra a figura abaixo:
Fig. 14 – Tela de Início do WinCC
Com isso, a tela seguinte será a de escolha da arquitetura da rede onde será aplicada a
IHM. Neste Caso, será escolhida a opção “Small Machine”, onde o controlador é conectado
diretamente a IHM caracterizando sistemas de pequeno porte.
42
A figura abaixo ilustra a escolha da arquitetura da rede a ser utilizada no projeto.
Fig. 15 – Tela de definição da arquitetura da rede
A próxima tela de configuração é a mais importante para o projeto, nela é definido o
tipo de conexão, o modelo da IHM e do controlador que serão utilizados no projeto. A figura
abaixo mostra a definição da conexão para MPI/DP, a escolha da IHM TP177 Micro 6” e do
controlador Simatic S7 200.
Fig. 16 – Tela de definição dos dispositivos
43
No passo seguinte é definido o layout padrão das telas de programação, onde é
possível configurar o cabeçalho e a disposição da tela de alarme do projeto.
Fig. 17 – Definição do layout padrão da telas
Em seguida é possível definir o número de telas principais e auxiliares que serão
utilizadas a partir da tela inicial.
Fig. 18 – Definição das telas do projeto
44
Na tela seguinte são oferecidas algumas telas adicionais que disponibilizam
informações e possibilidade de alteração de alguns parâmetros, são elas:
System Screen for Language Switching – Tela disponível para possível alteração da
linguagem utilizada no projeto;
System Screen for Runtime Stop – Tela de sistema para interromper o funcionamento
do programa em execução na IHM;
System Screen for Online/Offline – Tela de sistema para a alteração do modo da IHM
entre Online e Offline.
Screens for system diagnostics – Tela para acesso aos diagnósticos de operação do
sistema.
User administration – Tela para acesso exclusivo ao administrador do sistema quando
houver.
System information – Tela para acesso as informações do sistema em operação.
Fig. 19 – Definição de telas adicionais
O próximo passo para a configuração inicial do projeto é carregar ao projeto as
bibliotecas padrões de botões/chaves, painéis e gráficos.
O uso destas bibliotecas torna o trabalho de programação muito mais simples, devido a
sua grande gama de objetos já criados que são disponibilizados para a criação das telas.
45
Para um bom desenvolvimento do projeto, é recomendável carregar sempre as três
bibliotecas disponíveis, para isso, é preciso somente selecioná-las e clicar no botão >.
Fig. 20 – Escolha das bibliotecas utilizadas no projeto
Por fim é possível definir o nome do projeto criado, o nome do autor e a descrição de
algum comentário pertinente ao projeto.
Fig. 21 – Tela final de configuração
46
Após o término do assistente de criação do novo projeto é iniciado o ambiente de
programação do WinCC. A partir dele é possível realizar toda a programação e configuração
do novo projeto a ser criado.
A figura abaixo mostra o ambiente de programação do WinCC e mostra como
evidência a tela inicial do projeto (Start Screen).
Fig. 22 – Ambiente de programação do WinCC
5.2 EXPLORANDO A BARRA DE NAVEGAÇÃO (PROJECT)
A barra de navegação (Project) do WinCC é dividida em varias seções, como mostra a
figura 23, com a finalidade de se desmembrar todas as configurações que envolvem o projeto.
Nesta parte do trabalho são demonstradas as principais funções desta para barra de navegação
considerando um projeto de pequeno porte utilizando a IHM TP 177A.
47
A figura abaixo mostra a todas as funções de configuração da barra de configuração
“Project”.
Fig. 23 – Barra de configuração
As principais funções desta barra são:
5.2.1 Device (Dispositivo)
Nesta opção é possível visualizar a IHM para qual o projeto esta sendo elaborado e é
possível também alterar a especificação da IHM utilizada. No caso de alteração da IHM
48
devem-se observar as diferenças de funcionalidades que as IHM’s apresentam entre si,
portanto algumas configurações já estabelecidas podem ter que ser alteradas de acordo com o
modelo da IHM.
Para alterar a IHM, deve-se clicar com o botão direito do mouse sobre o ícone e
selecionar a opção “Change Device Type”, com isso aparecerá à janela com a relação de todos
os dispositivos possíveis, como mostra a figura abaixo.
Figura 24 – Tela de alteração da IHM
5.2.2 Screens (Telas)
Nesta seção é possível navegar entre as telas já criadas, adicionar novas telas ao
projeto e renomear às telas já existentes no projeto.
Para criar uma nova tela é preciso somente clicar em “Add Screen” que a nova tela
será criada automaticamente pelo programa.
5.2.3 Communication (Comunicação)
5.2.3.1 Tags
Neste campo é possível definir os tags, ou seja, o endereçamento de todas as variáveis
que envolvem o projeto e que estão armazenados na lógica de controle do CLP. Esta definição
é dividida em varias etapas que serão mostradas a seguir:
49
Name (Nome)
Neste campo é definido o nome da variável para uso do programa, este nome
usualmente é relacionado ao processo, como por exemplo: sensor de temperatura,
contatora do motor etc.
Connection (Conexão)
Neste campo é definida qual é a conexão na qual a variável será lida, ou seja, em qual
CLP a variável será aplicada. Pode ocorrer, de uma ou mais variáveis não possuírem
conexões por serem apenas tags internos, ou seja, variáveis criadas apenas para
conexão entre IHM e CLP.
Data Type (Tipo de Dados)
Este campo receberá a informação de que tipo de variável que se está criando. A
variável poderá ser de natureza binária, real, inteira, dupla inteira etc.
Address (Endereçoes)
Neste campo é definido o endereçamento dos dados de uma determinada variável, esse
endereço deverá ser o mesmo utilizado na lógica do CLP, para que não haja conflito
de informação no sistema.
Array elements (Elementos da Matriz)
Esta opção é utilizada quando se deseja usar tags idênticos, diferenciando somente na
posição da memória utilizada. Com isso, deve-se informar nesta opção o número de
tags idênticos, quando houver.
Acquisition Cycle (Ciclo de Aquisição)
Neste campo é determinado o ciclo de aquisição dos dados das variáveis pela IHM,
com isso é possível determinar a velocidade de atualização dos campos de entrada de
dados no programa da IHM.
Comment (Comentário)
Este campo é utilizado somente quando se deseja realizar algum comentário referente
à variável descrita.
50
No exemplo da figura abaixo é possível observar todas as informações descritas acima
aplicadas a um grupo de variáveis de um determinado projeto.
Fig. 25 – Exemplo de preenchimento da tabela dos Tags
5.2.3 Alarm Management (Gestão de Alarmes)
5.2.3.1 Analog Alarms (Alarmes Analógicos)
Nesta função é possível configurar alarmes analógicos para alertar sobre situações em
que uma ou mais variáveis não estão dentro de um valor pré-determinado. Esta opção é muito
utilizada para a segurança dos processos industriais, por exemplo, um processo de controle de
temperatura de um forno que possui uma determinada faixa de valores, precisa de um sistema
de supervisão que avise se por caso a temperatura ultrapassar os limites pré-estabelecidos.
Esta função apresenta os seguintes campos de configuração:
Text (Texto)
Neste campo é descrito o texto alarme, ou seja, o que será avisado através da janela de
alarme.
51
Class (Classe)
Neste campo é selecionado o tipo de alarme, que podem ser de Erro, Aviso ou
Sistema.
Trigger Tag (Tag de Disparo)
Neste campo é determinado o Tag de disparo, ou seja, a variável do processo que será
controlada pelo alarme. Exemplo: a temperatura do forno citado no exemplo anterior.
Limit (Limite)
Valor do limite de disparo no qual o tag de disparo, não poderá ser superior ou inferior
conforme configuração do alarme.
Trigger Mode (Modo de Disparo)
Nesta opção é definido o modo de disparo, podendo ser na curva de subida (on rising
edge), ou seja, se o Tag de disparo superar o valor do limite é emitido o alarme. Ou
então na curva de descida (on falling edge), onde o alarme é emitido quando o valor
do Tag de disparo cai para um valor menor que o limite.
A figura abaixo ilustra a configuração de um alarme, onde o tag de disparo:
“TEMPERATURA” não poderá passar do valor de 100 graus, se isto ocorrer será emitido um
alarme com a mensagem: Valor da temperatura acima da faixa permitida.
Fig. 26 – Exemplo de configuração de um alarme analógico
52
5.3 EXPLORANDO A BARRA DE FERRAMENTAS (TOOLS)
A barra de ferramentas do WinCC é dividida em quatro seções, são elas:
Simple Objects (Objetos Simples)
São os objetos necessários para a elaboração de qualquer projeto. Ex: botões, campos
de entrada, chaves etc.
Enhanced Objects (Objetos Robustos)
São objetos mais específicos que se enquadram somente em determinados projetos.
Ex: gráfico e janela de alarme.
Graphics (Gráficos)
Nesta seção é possível inserir no projeto objetos de imagens já criados, como por
exemplo: chaves, motores, tubulações, máquinas etc.
Library (Biblioteca)
Esta seção tem como finalidade armazenar os objetos que o usuário mais utiliza para a
elaboração de telas, com isso basta o usuário arrastar o objeto desejado para a library
que o mesmo ficará sempre em evidência para ser utilizado.
Fig.27 – Barra de ferramentas (Tools)
53
5.3.1 Configurando os principais objetos
A seguir são destacados os principais objetos para a criação de um projeto, observando
que para inserir qualquer objeto é preciso selecioná-lo na barra de ferramentas e arrastá-lo
para a área de trabalho. Todos os objetos possuem uma barra de propriedades própria onde é
possível configurar todos os detalhes referentes ao objeto.
5.3.1.1 Button (Botão)
É um dos objetos mais utilizado na criação de qualquer projeto, a seguir será descrito
todas as opções na barra de propriedades deste objeto.
General (Generalidades)
Nesta opção é possível determinar se o botão irá aparecer com um texto, com um
gráfico ou será invisível. Nos casos do texto e do gráfico, é possível determinar
aparências diferentes para os dois estados possíveis (ligado e desligado).
Properties (Propriedades)
Nesta opção são definidas as características do objeto quanto à aparência, posição na
área de trabalho, tamanho do texto etc.
Animations (Animações)
Esta opção dá a possibilidade de se criar animações que alterem a aparência e a
visibilidade de acordo com o estado da variável associado ao objeto.
Events (Eventos)
Esta é a opção mais importante da barra de propriedades, através dela é configurada a
ação que o botão irá executar dependendo do tipo de intervenção que ele sofre.
No caso de um botão ele pode sofrer as seguintes intervenções: click (clicado), press
(pressionado), release (liberado), activate (ativado), desactivate (desativado) e change
(alterado).
Através destas intervenções existe um grande número de ações que poderão ser
executados através do botão ou de outro objeto.
54
A figura abaixo demonstra a seleção de uma imagem para a utilização em um
determinado botão.
Fig.28 – Configuração da imagem do botão
Em seguida, são configuradas as ações para o mesmo botão que quando pressionado
aciona o Tag “contatora” e desliga o Tag “Luz Stop”. Como mostra a figura abaixo:
Fig.29 – Configuração das ações do botão
55
5.3.1.2 IO Field (Campo de Entrada / Saída)
Este objeto pode criar um campo de entrada, de saída ou de entrada e saída de valores
no programa em execução. Para isso, deve ser configurado de acordo com a necessidade do
usuário. A figura abaixo mostra um exemplo da barra de propriedades deste campo
preenchida.
Fig. 30 – Propriedades do campo de entrada/saída
No caso do exemplo acima é possível observar que a opção “mode” está definida com
Input/Output, ou seja, o campo será de entrada e saída de valores. No campo Tag, deve-se
selecionar a variável que se deseja ler e alterar seu valor, no caso acima foi determinado o set
point. E na opção format é possível configurar o formato do número e quantas casas decimais
serão utilizadas.
Para a entrada de valores durante a operação da IHM, deve-se tocar no campo de I/O
para ter acesso ao teclado alfanumérico mostrado na figura abaixo. Através dele é possível
digitar o valor desejado para a variável escolhida.
Fig. 31 – Teclado alfanumérico de entrada de dados
56
5.3.1.2 Bar (Gráfico de Barra)
Este objeto pode ser útil quando se deseja acompanhar uma determinada variável que
varie de acordo com determinados limites. Como por exemplo: o nível de água de um tanque
etc.
Para configurá-lo é preciso somente informar qual serão o máximo e o mínimo valor
de variação e qual será o Tag controlado. Conforme o exemplo da figura abaixo:
Fig. 32 - Configuração do gráfico de barra
5.4 TRANSFERINDO O PROJETO PARA A IHM
Para acessar a opção de transferência deve-se abrir o menu Project > Transfer >
Trasnfer.., com isso irá aparecer a janela conforme mostrada na figura 33, onde deve-se
selecionar o modo de transferência.
Após isso, deve-se se certificar que a IHM está em modo de transferência, se ela
estiver basta somente clicar na opção “transfer” e aguardar a transferência do projeto para a
IHM.
57
A figura abaixo mostra a janela de transferência de projeto do WinCC.
Fig.33 – Janela de transferência de projetos
58
6 APLICAÇÃO DA IHM O PROCESSO DE POSICIOAMETO DA GAGORRA
DE VETILADORES
Este capítulo demonstra a implantação da IHM no processo da Gangorra de
Ventiladores.
6.1 GANGORRA DE VENTILADORES
6.1.1 Descrição do Processo
Esta gangorra possui dois ventiladores tipo brushless4 fixados nas suas extremidades
como elemento final de controle e um potenciômetro como sensor de posição fixado em seu
centro, como mostra a figura 34. A Gangorra de ventiladores é um sistema automático de
controle onde o objetivo é posicionar a gangorra na posição desejada (Set-Point) através do
acionamento conjunto dos ventiladores usando diferentes sentidos de rotação e potência
aplicada, partindo-se de uma origem pré-estabelecida.
Fig. 34 – Foto da Gangorra de Ventiladores
Para definição do Set-Point foi definido inicialmente a utilização de um potenciômetro
e para a função do controlador é utilizado o PLC SIEMENS 226 em conjunto com um módulo
adicional EM235. 4 Brushless são motores que não possuem escovas, onde não há nenhum ponto de contato mecânico entre os dois módulos (rotor e estator) para passagem de eletricidade.
Atuador:
2 Ventiladores Tipo Brushless 24 VDC
6.1.2 Esquema do Sistema de Controle
A partir das considerações citadas acima
esquema como foi estruturado o processo de controle em questão.
A figura abaixo ilustra o esquema da malha de controle da Gangorra de Ventiladores:
6.1.3 Problemas para Implantação do Controle
Após a análise dos componentes do sistema de controle, foi possível observar alguns
problemas para a implantação da idéia inicial do processo
1. A saída analógica do módulo
portanto não serviria
consomem uma corrente maior do que o PLC é capaz de fornecer;
2. Como os ventiladores inicialmente especificados ainda não foram adquiridos, a
gangorra foi provisoriamente montada com ventoinhas
que não possuem a possibilidade de inversão do seu sentido de rotação;
Processo: Posicionamento da
Gangorra
Sensor: Potênciometro
4,7k
Controlador:
PLC SIEMENS 226 + EM235
Atuador:
2 Ventiladores Tipo Brushless 24 VDC
Esquema do Sistema de Controle
das considerações citadas acima, é possível demonstrar através de
ruturado o processo de controle em questão.
A figura abaixo ilustra o esquema da malha de controle da Gangorra de Ventiladores:
Fig. 35 – Esquema de Controle do Processo
Problemas para Implantação do Controle
Após a análise dos componentes do sistema de controle, foi possível observar alguns
a implantação da idéia inicial do processo, foram eles:
A saída analógica do módulo adicional do PLC é de 0-10VDC
não serviria para o acionamento dos ventiladores, pois eles são de 24 VDC e
consomem uma corrente maior do que o PLC é capaz de fornecer;
Como os ventiladores inicialmente especificados ainda não foram adquiridos, a
gangorra foi provisoriamente montada com ventoinhas com motores tipo brushless
que não possuem a possibilidade de inversão do seu sentido de rotação;
59
Sensor: Potênciometro
4,7kΩ
é possível demonstrar através de um
A figura abaixo ilustra o esquema da malha de controle da Gangorra de Ventiladores:
Após a análise dos componentes do sistema de controle, foi possível observar alguns
10VDC com baixa potência,
adores, pois eles são de 24 VDC e
consomem uma corrente maior do que o PLC é capaz de fornecer;
Como os ventiladores inicialmente especificados ainda não foram adquiridos, a
com motores tipo brushless
que não possuem a possibilidade de inversão do seu sentido de rotação;
60
3. O módulo adicional EM235 possui somente uma saída analógica, com isso os
ventiladores não podem atuar ao mesmo tempo.
6.1.4 Soluções dadas aos problemas encontrados
Para solucionar os problemas descritos anteriormente, foram implantadas as seguintes
soluções:
Para solucionar o problema do sinal de saída do PLC, foi desenvolvido um
amplificador de sinal para transformar o sinal de 0-10V vindo do PLC em 0-24V e
injetá-lo nos ventiladores. A figura abaixo mostra a implementação do amplificador
desenvolvido.
Fig. 36 - Foto do Amplificador de Sinal
O esquema abaixo mostra as conexões elétricas deste amplificador:
Fig 37 - Conexões Elétricas do Amplificador
61
Porém para a utilização deste amplificador foi necessário utilizar uma fonte DC
simétrica para injeção dos sinais de +15, - 15 VDC. A fonte utilizada foi a Fonte de
Alimentação Simétrica DC Digital MPL-3303 Minipa, mostrada na figura abaixo.
Fig.38 - Fonte de Alimentação Simétrica Minipa
A solução dos outros problemas foi à implantação de uma contatora auxiliar que
recebe do amplificador o sinal de 0-24VDC e através do programa do PLC ela realiza
o chaveamento dos ventiladores. Com isso, os ventiladores alternam seu
funcionamento de acordo com a posição da gangorra, sendo que cada ventilador é
responsável por mover a gangorra para um determinado sentido. A contatora utilizada
foi a Contatora Auxiliar Linha Sírius 24 DC 2NA+NF SIEMENS.
Fig.39 - Contato Auxiliar Siemens
62
6.1.5 Montagem do Processo
Após a solução de todos os problemas observados anteriormente, foi realizada a
montagem do processo de controle da gangorra de ventiladores no próprio laboratório de
controle e automação. Como mostra as figuras abaixo:
Fig. 40 - Foto do Processo da Gangorra de Ventiladores
Fig. 41 - Detalhamento da Ligação do PLC
63
A figura abaixo mostra o diagrama elétrico funcional do processo.
Fig. 42 - Esquema Elétrico Funcional do Processo
6.1.6 Lógica de Programação
Após a montagem do processo foi desenvolvida a lógica de programação para o PLC.
Sobre a lógica desenvolvida é possível destacar algumas considerações importantes:
1. Foram convencionados valores percentuais para a posição da Gangorra,
determinando na lógica que a gangorra varia da posição “0” até “100”, sendo
zero a posição do ventilador 1 encostado no batente.
2. Foram implementados os dois algoritmos de controle mais comumente
utilizados na industria: ON/OFF e PID. A lógica foi dividida em sub-rotinas
para cada tipo de controle, sendo que elas possuem intertravamento para que
não haja o funcionamento simultâneo dos mesmos.
3. No Controle PID, há uma rotina que elimina a zona morta do elemento final de
controle do processo. Esta zona morta ocorre devido os ventiladores não
64
apresentarem características de linearidade entre a tensão aplicada e a sua
rotação, por isso eles só atuam a partir de certo nível de tensão.
4. Para o posicionamento mais rápido da Gangorra foi criada uma zona morta no
controlador PID. Com isso, quando a variável controlada entra dentro desta
faixa é desligado o funcionamento dos ventiladores.
5. Com a criação da zona morta citada acima, o sistema se estabiliza, porém o
erro no controlador PID continua existindo e forçando o bloco a aumentar a
componente integral para eliminação o erro. Com isso, quando o sistema volta
em operação à componente pode estar em um valor muito alto dificultando
uma nova estabilização do sistema. Para resolver este problema foi
implementada na lógica uma rotina que iguala o valor da variável controlada
ao Set Point forçando o controlador a “enxergar” erro zero no processo e assim
não alterar a componente integral.
6.2 APLICAÇAO DA IHM TP 177A NO PROCESSO
Durante testes e experimentos com a Gangorra de Ventiladores foi possível constatar
alguns problemas relativos à operação do processo, foram eles:
Pouca precisão na definição do Set-Point, pois é definido através de um potenciômetro
com baixa precisão e também não é possível saber exatamente o valor que se esta
definindo;
Dificuldade na alteração dos parâmetros do controle PID, pois só é possível realizar
esta operação através do PC de Configuração do programa;
Falta de informação do valor da variável manipulada.
Visando solucionar estes problemas foi aplicado no processo de posicionamento da
Gangorra de Ventiladores um sistema de supervisão e controle utilizando a IHM Siemens TP
177A. Para isso foram realizados os seguintes procedimentos:
6.2.1 Revisão da Lógica de Programação
Para aplicação da IHM se fez necessário revisar a lógica de programação do PLC
incluindo na lógica as variáveis que
programação revisada está disponível no Apêndice E.
Na figura abaixo é possível visualizar a tela de pr
nesta tela são configurados os endereços da lógica para controle da IHM.
6.2.2 Elaboração das Telas de Controle e Supervisão
Após a definição dos endereços das va
telas de controle e supervisão
apresentam níveis de hierarquia como é demonstrado na figura abaixo:
Controle
Gráfico PID
incluindo na lógica as variáveis que são manipuladas através da IHM
programação revisada está disponível no Apêndice E.
a figura abaixo é possível visualizar a tela de programação dos Tags do WinCC Flexible,
são configurados os endereços da lógica para controle da IHM.
Fig.43 - Tabela dos Tags para o Processo da Gangorra
Elaboração das Telas de Controle e Supervisão
Após a definição dos endereços das variáveis no WinCC Flexible
telas de controle e supervisão para a utilização no processo. Durante a operação as telas
apresentam níveis de hierarquia como é demonstrado na figura abaixo:
Fig.44 – Hierarquia das Telas da IHM
Tela Inicial
Controle PID
Gráfico PID Parâmetros
Controle ON/OFF
Gráfico
65
és da IHM. A lógica de
ogramação dos Tags do WinCC Flexible,
são configurados os endereços da lógica para controle da IHM.
Tabela dos Tags para o Processo da Gangorra
riáveis no WinCC Flexible foram elaboradas as
para a utilização no processo. Durante a operação as telas
66
Todas as telas desenvolvidas serão demonstradas a partir de uma simulação realizada
internamente no WinCC Flexible, portanto não possui associação com o processo da
Gangorra de Ventiladores.
6.2.2.1 Tela Inicial
Na tela inicial, mostrada na figura abaixo, é possível visualizar o valor do Set Point
definido e o valor atual da variável controlada (Posição da Gangorra). Através dela é definido
o tipo de controle que será utilizado no processo.
Fig. 45 - Tela Inicial
No exemplo da figura acima é possível observar que está sendo utilizado o Controle
PID, pois quando é selecionado um modo de controle, o botão correspondente indica a
seleção através da mudança da sua cor e aspecto.
67
6.2.2.2 Tela Controle PID
Nesta tela é possível definir o valor do Set Point para dar início ao processo de
controle PID. Após isso é possível visualizar os valores em tempo real do Set Point (S.P),
Variável Manipulada (V.M) e da Variável Controlada (V.C) através das barras de indicação.
Fig.46 - Tela Controle PID
Esta tela possui também as seguintes opções.
Gráfico - Visualização do gráfico do processo em tempo real.
Parâmetros - Visualização e alteração dos parâmetros do controlador PID.
Tela Inicial – Opção para voltar à tela inicial do processo.
Desligar o controle – Opção para desligar controle em andamento.
68
6.2.2.3. Tela Parâmetros
A partir desta tela é possível visualizar e alterar os valores dos parâmetros do
controlador PID (Ganho, Tempo da Integral e Tempo de Derivação).
Fig. 47 - Tela Parâmetros PID
Nesta tela também é possível acessar as seguintes opções:
Gráfico - Visualização do gráfico do processo em tempo real.
Controle – Opção para voltar à tela de controle do processo.
69
6.2.2.4 Tela Gráfico PID
Nesta tela é possível visualizar graficamente como se comportam as variáveis do
sistema de controle (Set Point, Váriavel Controlada e Variável Manipulada).
Fig.48 - Tela Gráfico PID
No exemplo da figura acima é possível observar como é plotado o gráfico do controle
PID na tela da IHM.
Esta tela possui também as seguintes opções:
Controle – Opção para voltar à tela de controle do processo.
Parâmetros - Visualização e alteração dos parâmetros do controlador PID.
70
6.2.2.5 Tela Controle ON/OFF
Nesta tela é possível definir o valor do Set Point e da Histerese para dar início ao
processo de controle ON/OFF. Após isso é possível visualizar os valores em tempo real do
Set Point e da Variável Controlada através das barras de indicação.
Fig.49 - Tela Gráfico ON/OFF
Ela possui também as opções de visualizar o gráfico do processo em tempo real, voltar
à tela inicial e desligar o controle.
Esta tela possui também as seguintes opções:
Gráfico - Visualização do gráfico do processo em tempo real.
Tela Inicial – Opção para voltar à tela inicial do processo.
Desligar o controle – Opção para desligar controle em andamento.
71
6.2.2.6 Tela Gráfico ON/OFF
Nesta tela é possível visualizar graficamente como se comportam o Set Point e a
Váriavel Controlada, além de se poderem visualizar os limites impostos pela histerese.
Fig.50 - Tela Gráfico ON/OFF
No exemplo da figura acima é possível observar como é plotado o gráfico na tela
IHM. Nota-se que a histerese é plotada através dos limites superior e inferior, indicados
através das linhas tracejadas.
Esta tela possui também as seguintes opções:
Controle – Opção para voltar à tela de controle do processo.
Parâmetros - Visualização e alteração dos parâmetros do controlador ON/OFF.
72
6.2.3 Configuração de Alarme para o Set Point
Para evitar que um erro de operação na definição do Set Point crie um erro na
execução do programa, foi elaborado um sistema de alarme que não permite que o valor do
Set Point assuma um valor maior do que 100. Caso isto ocorra o sistema de alarme trava a
operação da IHM enquanto não for retirado o erro do processo.
A figura abaixo mostra a mensagem de erro gerada a tela quando ocorre este
problema.
Fig. 51 – Tela de Alarme do Set Point
73
6.2.4 Comissionamento
Após o desenvolvimento das telas, foi realizada a implantação da IHM no processo. A
IHM foi conectada ao PLC via cabo PROFIBUS e alimentada através da fonte interna de 24
VDC do PLC. Com isso, foi realizada a transferência do projeto do WinCC para a IHM e
realizado testes de comunicação entre PLC e IHM que constataram que a comunicação estava
funcionado perfeitamente. As figuras abaixo mostram com detalhes a implantação da IHM no
processo da Gangorra de Ventiladores.
Fig.52 - Base com IHM instalada
Fig. 53 - Montagem Final do Processo
74
7 AÁLISE DE RESULTADOS
Com a implantação da IHM no processo foi possível alcançar melhoras significativas
na operação do processo, as principais vantagens da implantação foram:
Maior facilidade na operação do processo
A aplicação da IHM tornou o processo mais simples e intuitivo, com isso qualquer
usuário consegue operá-lo mesmo sem conhecer todas as características de
funcionamento do processo;
Alteração dos Parâmetros do Processo Remotamente
A IHM possibilita que sejam visualizados e alterados todos os parâmetros do
controlador PID, facilitando assim os estudos de como o processo reage a alterações
nos seus parâmetros;
Visualização Gráfica do Comportamento do Processo
Através da IHM é possível acompanhar graficamente o andamento do processo em
tempo real e visualizar os valores das variáveis do processo.
Todas as vantagens citadas acima facilitarão os estudos referentes a sistemas de
controle desenvolvidos no laboratório, pois a IHM oferecerá os alunos todas as possibilidades
de alterações de parâmetros de controle e toda a visualização de como se comporta o processo
quando o mesmo sofre alterações em seus parâmetros.
Porém foi possível constatar durante os experimentos que os ventiladores utilizados
como atuadores, não possuem as características necessárias para se obter um ótimo
desempenho do processo. Os motores brushless não apresentam características de linearidade
entre a tensão aplicada e a sua rotação, característica típica de motores de CC. Portanto o
processo pode ser melhorado com a implantação de ventiladores mais eficientes para o
deslocamento da Gangorra.
75
8 COCLUSÕES
Este trabalho mostrou a implantação da IHM Siemens TP 177A no laboratório de
controle e automação com o objetivo de aprimorar os estudos referentes a sistemas de
controle. Foram demonstrados todos os principais conceitos para a implantação deste
dispositivo e os principais procedimentos de programação do Software WinCC Flexible.
Após isso foi demonstrado em um estudo prático como é realizado a implantação
desse dispositivo em um processo real. O processo escolhido foi a Gangorra de Ventiladores
existente no laboratório de controle e automação, porém este processo teve todo o sistema de
controle melhorado e adequado para a utilização do trabalho.
Com isso, o trabalho alcançou todos os seus objetivos a que se proponha que foi dar
aos alunos da universidade a possibilidade de utilizar um dispositivo que facilita a operação e
possibilita a visualização de como os sistemas de controle reage a perturbações. E também
servir como referência para outros trabalhos que possam utilizar este dispositivo para a
aplicação em outros processos.
76
9 REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PRUDENTE, Francesco. Automação Industrial – PLC: teoria e aplicações – curso
básico. 1º edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007.
MORAES, Cícero Couto de; CASTRUCCI, Plínio de Lauro. Engenharia de Automação
Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007.
CAPELLI, Alexandre. Automação Industrial – Controle do movimento e processos
contínuos. São Paulo: Editora Érica, 2006.
FILHO, João Mamede. Instalações Elétricas Industriais. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
SILVEIRA, Paulo R. da; SANTOS, Winderson E. Automação e Controle Discreto. 3. ed. São
Paulo: Editora Érica, 2001.
FILHO, Bernardo Severo da Silva. Curso de Controladores Lógicos Programáveis. 2006.
Texto para uso didático – Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade do Estado do Rio
de Janeiro, Rio de Janeiro.
SILVA, Ana Paula G. da; SALVADOR, Marcelo. O que são sistemas supervisórios?
Disponível em:
http://www.centralmat.com.br/Artigos/Mais/oQueSaoSistemasSupervisorios.pdf. Acesso em:
28 nov. 2009.
SIEMENS. WinCC Flexible 2004: Manual do Usuário. 3º edição, 2004.
SIEMENS. Touch Panel TP177: Manual do Equipamento. 3º edição, 2008.
SIEMENS. S7-200: Manual de Programação. 3º edição, 2000.
SIEMENS. HMI device TP 177A, TP177B, OP177B (WinCC Flexible): Operation
Instructions. 2008.
77
APÊDICE A – PROCEDIMETOS PARA CALIBRAÇÃO DO DISPLAY “TOUCH SCREE” DA IHM SIEMES TP 177A
PROCEDIMENTOS:
1. Abrir o painel de controle e selecionar a opção OP.
2. Na janela OP aberta, selecionar a guia “Touch”, conforme a figura 1:
3. Selecionar o botão “Recalibrate” para a calibração da tela;
4. Irá aparecer a imagem, conforme a figura 2:
5. Toque ligeiramente a mira de calibração, com isso a mira irá se mover para quatro
posições. Toque o centro de cada posição, caso o centro não for tocado, o processo
será reiniciado.
6. Após tocar o centro das quatro posições aparecerá à seguinte mensagem:
Os novos valores de calibração foram medidos. Toque na tela para salvar os valores da
calibração. Se você não tocar na tela dentro de 30 segundos, os valores de nova
calibração serão descartados.
7. Com isso, toque na tela para salvar a nova calibração e pressione a tecla OK.
Fig. 1 Fig. 2
78
APÊDICE B – PROCEDIMETOS PARA BACKUP DE DADOS DA IHM
SIEMES TP 177A.
PROCEDIMENTOS:
Com a IHM conectada ao PC de configuração, executar os seguintes passos:
1. No PC de configuração, abrir o WinCC Flexible e selecionar a opção
“Comunication Settings”;
2. Após isso, abrir o menu “Project” e selecionar a opção “Transfer”;
3. Na janela de diálogo que irá abrir, selecionar a IHM, o tipo de ligação entre o PC e
a IHM e definir os parâmetros de conexão;
4. Feche a janela de diálogo;
5. Agora selecione a opção “Backup” no menu “Project > Transfer”.
Com isso, irá abrir a janela de diálogo “SIMATIC ProSave [Backup]”.
6. Selecione os dados a serem copiados;
7. Selecione a pasta de destino e um nome para o arquivo de backup “.psb”.
8. Coloque a IHM em modo de transferência de dados;
9. Inice o processo de backup através da opção “Start Backup”;
10. Siga as instruções do WinCC Flexible durante o processo de backup.
11. Uma mensagem é exibida quando o processo de backup de dados for concluído
com sucesso.
79
APÊDICE C – PROCEDIMETOS PARA RESTAURAÇÃO DE DADOS DA IHM SIEMES TP 177A.
PROCEDIMENTOS:
Com a IHM conectada ao PC de configuração, executar os seguintes passos:
1. No PC de configuração, abrir o WinCC Flexible e selecionar a opção
“Comunication Settings”;
2. Após isso, abrir o menu “Project” e selecionar a opção “Transfer”;
3. Na janela de diálogo que irá abrir, selecionar a IHM, o tipo de ligação entre o PC e
a IHM e definir os parâmetros de conexão;
4. Feche a janela de diálogo;
5. Agora selecione a opção “Restore” no menu “Project > Transfer”.
Com isso, irá abrir a janela de diálogo “SIMATIC ProSave [Restore]”.
6. Através do campo “Open”, abra o arquivo de backup “.psb” que deseja restaurar;
7. Coloque a IHM em modo de transferência de dados;
8. Inicie o processo de restauração através da opção “Start Restore”;
9. Siga as instruções do WinCC Flexible durante o processo de restauração.
10. Uma mensagem é exibida quando o processo de restauração de dados for concluído
com sucesso.
80
APÊDICE D – PROCEDIMETOS PARA A ATUALIZAÇÃO DO SISTEMA OPERACIOAL DA IHM SIEMES TP 177A.
PROCEDIMENTOS:
Com a IHM conectada ao PC de configuração, executar os seguintes passos:
1. No PC de configuração, abrir o WinCC Flexible e selecionar a opção
“Comunication Settings”;
2. Após isso, abrir o menu “Project” e selecionar a opção “Transfer”;
3. Na janela de diálogo que irá abrir, selecionar a IHM, o tipo de ligação entre o PC e
a IHM e definir os parâmetros de conexão;
4. Feche a janela de diálogo;
5. Agora selecione a opção “OS Update” no menu “Project > Transfer”;
6. Em “Image Path”, selecione a IHM correspondente ao arquivo “.img”.
Os arquivos de imagens estão disponíveis na pasta “WinCC Flexible Images”, localizada na pasta de instalação ou no CD do WinCC Flexible;
7. Colocar a IHM em modo de transferência;
8. Selecionar novamente a opção “Update OS”;
9. Seguir as instruções do WinCC Flexible durante a atualização.
10. Uma mensagem é exibida quando a atualização do sistema operacional for concluída
com sucesso.
‘
81
APÊDICE E – LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO DO PLC PARA A GAGORRA DE VETILADORES
Principal Alexandre de Souza 08/19/2009 10:06:40 pm
Block: Author: Created: Last Modified 12/05/2009 10:11:13 am
PROGRAMA PRINCIPAL
Network 1 CONTROLADOR ON/OFF
A chave ON/OFF Aciona a Subrotina do Controlador ON/OFF
Chave_ON_OFF Chave_PID
/
Rotina ON OFF
EN
Symbol Chave_ON_OFF
Chave_PID
Network 2
Address V0.2
V0.1
CONTROLADOR PID
Comment Acionamento do Controle ON/OFF
Chave de Acionamento da Lógica do PID
A chave Always_ON mantém o Bloco do PID sempre Ativo
Always_On PID0_INIT
EN
VC_ATUAL PV_I
SP_R Setpoint~
Output PID_OUT
Symbol Always_On
PID_OUT
SP_R
VC_ATUAL
Network 3
Address SM0.0
VW12
VD200
VW10
Comment Contato Sempre Ativo
Saída do PID
Valor do Set Point Atual
Valor da Variável Controlada Atual
ACIONAMENTO DA SUB-ROTINA DE LEITURA E CONVERSÃO DAS VARIÁVEIS
A chave Always_On mantém a sub-rotina sempre ativa.
Always_On Variáveis
EN
Symbol Always_On
Address SM0.0
Comment Contato Sempre Ativo
1 / 20
82
TCC-GANGORRA / Principal (OB1)
Network 4 CONTROLADOR PID
A chave PID Aciona a Subrotina do Controlador PID
Chave_PID Chave_ON_OFF
/
Rotina PID
EN
Symbol Chave_ON_OFF
Chave_PID
Network 5
Address V0.2
V0.1
SET POINT
Comment Acionamento do Controle ON/OFF
Chave de Acionamento da Lógica do PID
Bloco de passagem do Valor do Set Point definido pela IHM para a entrada no bloco do PID
Always_On MOV_R
EN ENO
SP_IHM IN OUT SP_R
Symbol Always_On SP_IHM
SP_R
Address SM0.0 VD160
VD200
Comment Contato Sempre Ativo Valor do Set Point definido pela IHM
Valor do Set Point Atual
2 / 20
83
TCC-GANGORRA / Variáveis (SBR0)
Block: Author: Created:
Variáveis Alexandre de Souza 08/19/2009 10:06:40 pm
Last Modified: 12/05/2009 10:11:13 am
Symbol
EN
Var Type
IN
IN
IN_OUT
OUT
TEMP
Data Type
BOOL
Comment
LEITURA E CONVERSÃO DAS VARIÁVEIS
Network 1 LEITURA DO VALOR DA VARIÁVEL CONTROLADA
Lê o valor da Variável Controlada, transforma em DI e em seguida transforma em Real.
Always_On I_DI DI_R
EN ENO EN ENO 1.A
VC_LIDO IN OUT AUX_4 AUX_4 IN OUT
1.A
VC_R
Symbol Always_On
AUX_4
VC_LIDO
VC_R
Address SM0.0
VD24
AIW2
VD28
Comment Contato Sempre Ativo
Valor de VC em Duplo Inteiro
Valor da Leitura da Variável Controlada
Valor da Leitura da Variável Controlada - Real
3 / 20
84
TCC-GANGORRA / Variáveis (SBR0)
Network 2 CONVERSÃO DA VARIÁVEL CONTROLADA PARA ESCALA DE 0-100
Conversão da escala para 0-100; VC_R é dividido por 25200 (Valor máximo no Sensor) e multiplicado por 100; Converte-se através do bloco Trunc o valor real em Duplo Inteiro;
Converte-se o valor Duplo Inteiro em Inteiro e carrega este valor no bloco do PID
A chave LIM_HIST é acionada quando o sistema está estabilizado, com isso o valor de VC será o do SP (Network 6 -
Rotina PID)
Always_On LIM_HIST
/
DIV_R MUL_R
EN ENO EN ENO 2.A
VC_R IN1
26500.0 IN2
OUT AUX_5 AUX_5 IN1
100.0 IN2
OUT
TRUNC
2.A EN ENO 2.B
AUX_6 AUX_6 IN OUT AUX_7 AUX_7
DI_I
2.B EN ENO
IN OUT VC_ATUAL
Symbol Always_On
AUX_5
AUX_6
AUX_7 LIM_HIST
VC_ATUAL
VC_R
Network 3
Address SM0.0
VD32
VD36
VD40 M0.1
VW10
VD28
Comment Contato Sempre Ativo
Valor de VC_R dividido por 32000
Valor de AUX_5 multiplicado por 100
Valor de AUX_6 em Duplo Inteiro Contato do Limite da Histeresse
Valor da Variável Controlada Atual
Valor da Leitura da Variável Controlada - Real
CONVERSÃO DA SAÍDA DO PID EM DUPLO INTEIRO
Converte-se a Saída do PID em um Valor Duplo Inteiro para a utilização na Sub-Rotina PID
Always_On I_DI
EN ENO
PID_OUT IN OUT PID_DI
Symbol Always_On
PID_DI
PID_OUT
Address SM0.0
VD44
VW12
Comment Contato Sempre Ativo
Saída do PID em Duplo Inteiro
Saída do PID
4 / 20
85
TCC-GANGORRA / Variáveis (SBR0)
Network 4 CONVERSÃO DO VALOR DO SET POINT EM INTEIRO
Converte-se o Set Point de Real para Duplo Inteiro e em seguida para Inteiro.
Always_On MOV_R ROUND
EN ENO EN ENO 4.A
SP_IHM IN OUT AUX_23 AUX_23 IN OUT
DI_I
4.A EN ENO
AUX_24 AUX_24 IN OUT SET_POINT_I
Symbol Always_On
AUX_23
AUX_24
SET_POINT_I
SP_IHM
Network 5
Address SM0.0
VD136
VD140
VW40
VD160
Comment Contato Sempre Ativo
Valor de SP_IHM em Real
Valor de SP_IHM em Duplo Inteiro
Valor do Set Point em Inteiro
Valor do Set Point definido pela IHM
LEITURA DO VALOR DA HISTERESE
Este bloco recebe o valor da histerese definido pela IHM e a insere no programa através de HIST_ATUAL
Always_On MOV_W
EN ENO
HISTERESE_IHM IN OUT HIST_ATUAL
Symbol Always_On
HIST_ATUAL
HISTERESE_IHM
Address SM0.0
VW70
VW60
Comment Contato Sempre Ativo
Valor Atual da Histerese
Valor da Histerese - IHM
5 / 20
86
TCC-GANGORRA / Rotina PID (SBR1)
Block: Author: Created:
Rotina PID Alexandre de Souza 08/22/2009 11:21:54 am
Last Modified: 12/05/2009 10:10:33 am
Symbol
EN
Var Type
IN
IN
IN_OUT
OUT
TEMP
Data Type
BOOL
Comment
LÓGICA DE CONTROLE DOS VENTIADORES
Network 1 ACIONAMENTO DOS VENTILADORES
Se a Saída do PID for Menor que 50, Aciona-se a Contatora que Liga o Ventilador 1
Se a Saída do PID for Maior que 50, Reseta-se a Contatora que Liga o Ventilador 2
Always_On PID_DI
<D
50
PID_DI
>D
50
K1
S
1
K1
R
1
Symbol Always_On
K1
PID_DI
Address SM0.0
Q0.4
VD44
Comment Contato Sempre Ativo
Saída da Contatora
Saída do PID em Duplo Inteiro
6 / 20
87
TCC-GANGORRA / Rotina PID (SBR1)
Network 2 LÓGICA DE CONTROLE DO VENTILADOR 1
Quando a Saída do PID for menor que 50, a Escala de Saída do PID é convertida de 50-0 para 30-100. Para isso o Valor de 50 é subtraído pelo valor de saída do PID e é Multiplicado por 1.4 e somado com 30. O Valor final é carregado na entrada dos ventiladores.
O Contato Lim_Hist é acionado quando o valor de SetPoint esta dentro da Histerresse, com isso é desligada a saída.
Always_On LIM_HIST
/
PID_DI
<D
50
SUB_DI
EN ENO 2.A
+50 IN1
PID_DI IN2
OUT AUX_8
DI_R MUL_R
2.A EN ENO EN ENO 2.B
AUX_8 IN OUT AUX_9 AUX_9 IN1
1.4 IN2
OUT
TRUNC
2.B EN ENO 2.C
AUX_10 AUX_10 IN OUT AUX_11 AUX_11
+30
ADD_DI DI_I
2.C EN ENO EN ENO
IN1
IN2
OUT AUX_12 AUX_12 IN OUT POT_OUT
Symbol Always_On
AUX_10
AUX_11
AUX_12 AUX_8
AUX_9
LIM_HIST
PID_DI
POT_OUT
Address SM0.0
VD84
VD88
VD92 VD76
VD80
M0.1
VD44
VW30
Comment Contato Sempre Ativo
Valor do AUX_9 multiplicado por 1,4
Valor do AUX_10 em Duplo Inteiro
Valor do AUX_11 somado 30 Valor de PID_DI subtraído de 50
Valor do AUX_8 em Real
Contato do Limite da Histeresse
Saída do PID em Duplo Inteiro
Valor da Potência Carregada nos Ventiladores
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88
TCC-GANGORRA / Rotina PID (SBR1)
Network 3 LÓGICA DE CONTROLE DO VENTILADOR 2
Quando o valor de saída do PID for maior que 50, a escala é convertida de 50-100 para 30-100. O Valor da saída do PID é subtraído de 50, depois multiplicado por 1,4 e somado com 30, o valor final é carregado na entrada dos ventiladores.
O Contato Lim_Hist é acionado quando o valor de SetPoint esta dentro da Histerresse, com isso é desligada a saída.
Always_On LIM_HIST
/
PID_DI
>D
50
SUB_DI
EN ENO 3.A
PID_DI IN1
+50 IN2
OUT AUX_13
DI_R MUL_R
3.A EN ENO EN ENO 3.B
AUX_13 IN OUT AUX_14 AUX_14 IN1
1.4 IN2
OUT
TRUNC
3.B EN ENO 3.C
AUX_15 AUX_15 IN OUT AUX_16 AUX_16
+30
ADD_DI DI_I
3.C EN ENO EN ENO
IN1
IN2
OUT AUX_17 AUX_17 IN OUT POT_OUT
Symbol Always_On
AUX_13
AUX_14
AUX_15 AUX_16
AUX_17
LIM_HIST
PID_DI
POT_OUT
Address SM0.0
VD96
VD100
VD104 VD108
VD112
M0.1
VD44
VW30
Comment Contato Sempre Ativo
Valor do PID subtraído de 50
Valor do AUX_13 em Real
Valor do AUX_14 multiplicado por 1,4 Valor do AUX_15 em Duplo Inteiro
Valor de AUX_16 somado 30
Contato do Limite da Histeresse
Saída do PID em Duplo Inteiro
Valor da Potência Carregada nos Ventiladores
8 / 20
89
TCC-GANGORRA / Rotina PID (SBR1)
Network 4 POTÊNCIA DOS VENTILADORES
Para carregar a Potência nos Ventiladores a escala é alterada de 0-100 para 0-32000. Para isso, o valor de saída é multiplicado por 320.
Always_On I_DI DI_R
EN ENO EN ENO 4.A
POT_OUT IN OUT AUX_19 AUX_19 IN OUT
MUL_R
4.A EN ENO 4.B
AUX_20 AUX_20 IN1
320.0 IN2
OUT AUX_21 AUX_21
ROUND DI_I
4.B EN ENO EN ENO 4.C
IN OUT AUX_22 AUX_22 IN OUT POT_OUT_REAL
MOV_W
4.C EN ENO
POT_OUT_REAL IN OUT VENT_OUT
Symbol Always_On
AUX_19
AUX_20
AUX_21
AUX_22 POT_OUT
POT_OUT_REAL
VENT_OUT
Address SM0.0
VD120
VD124
VD128
VD132 VW30
VW20
AQW0
Comment Contato Sempre Ativo
Valor de Pot_Out em Duplo-Inteiro
Valor de Pot_Out em Real
Valor de Pot_Out multiplicado por 320
Valor da AUX_21 em Duplo inteiro Valor da Potência Carregada nos Ventiladores
Valor da Potência em escala de 0-32000
Saída Analógica para os Ventiladores
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90
TCC-GANGORRA / Rotina PID (SBR1)
Network 5 APLICAÇÃO DA HISTERESSE PARA O POSICIONAMENTO DOS VENTILADORES
Calcula a diferença entre o valor de Set Point e da Variável Controlada. Verifica se esta dentro dos Limites da Histerese, se estiver é carregado o valor zero na saída dos ventiladores e é desativada a logica de controle dos ventiladores.
Always_On SUB_R
EN ENO
AUX_18
>R
-2.0
AUX_18
<R
2.0
AUX_6 IN1
SP_IHM IN2
OUT AUX_18
5.A
LIM_HIST
MOV_W
5.A EN ENO
0 IN OUT VENT_OUT
Symbol Always_On
AUX_18
AUX_6
LIM_HIST
SP_IHM VENT_OUT
Network 6
Address SM0.0
VD116
VD36
M0.1
VD160 AQW0
Comment Contato Sempre Ativo
Diferença entre o valor do S.P e de V.C
Valor de AUX_5 multiplicado por 100
Contato do Limite da Histeresse
Valor do Set Point definido pela IHM Saída Analógica para os Ventiladores
ROTINA PARA ZERAR A INTEGRAL DO PID
Quando o sistema está estabilizado a chave LIM_HIST é acionada e através do bloco "move" o valor do SP é carregado em VC_ATUAL, com isso o bloco PID irá enxergar erro zero e irá parar a integração
Always_On LIM_HIST MOV_W
EN ENO
SET_POINT_I IN OUT VC_ATUAL
Symbol Always_On LIM_HIST
SET_POINT_I
VC_ATUAL
Address SM0.0 M0.1
VW40
VW10
Comment Contato Sempre Ativo Contato do Limite da Histeresse
Valor do Set Point em Inteiro
Valor da Variável Controlada Atual
10 / 20
91
TCC-GANGORRA / Rotina ON OFF (SBR2)
Block: Author: Created:
Rotina ON OFF Alexandre de Souza 08/22/2009 11:27:26 am
Last Modified: 12/04/2009 05:59:33 pm
Symbol
EN
Var Type
IN
IN
IN_OUT
OUT
TEMP
Data Type
BOOL
Comment
CONTROLADOR ON-OFF
Network 1 DEFINICAO DO LIMITE SUPERIOR
O Limite Superior é definido através da Soma do Set-Point com o Valor de Histerese
Chave_ON_OFF EXT
/
ADD_I
EN ENO
SET_POINT_I IN1
HIST_ATUAL IN2
OUT LS
Symbol Chave_ON_OFF
EXT
HIST_ATUAL
LS SET_POINT_I
Network 2
Address V0.2
M0.2
VW70
MW10 VW40
Comment Acionamento do Controle ON/OFF
Extremo da Escala
Valor Atual da Histerese
Limite Superior Valor do Set Point em Inteiro
DEFINICAO DO LIMITE INFERIOR
O Limite Inferior é definido através da Subtração do Set-Point com o Valor de Histerese
Chave_ON_OFF EXT
/
SUB_I
EN ENO
SET_POINT_I IN1
HIST_ATUAL IN2
OUT LI
Symbol Chave_ON_OFF
EXT
HIST_ATUAL
LI
SET_POINT_I
Address V0.2
M0.2
VW70
MW20
VW40
Comment Acionamento do Controle ON/OFF
Extremo da Escala
Valor Atual da Histerese
Limite Inferior
Valor do Set Point em Inteiro
11 / 20
92
TCC-GANGORRA / Rotina ON OFF (SBR2)
Network 3 LÓGICA DE ACIONAMENTO DO VENTILADOR 1
Compara se Variável Controlada é menor que LI (Limite Inferior) . Se for verdadeiro, reseta-se a contatora e carrega a potência máxima no Ventilador 1.
VC_ATUAL
<I
LI
K1
R
1
MOV_W
EN ENO
32000 IN OUT VENT_OUT
Symbol K1 LI
VC_ATUAL
VENT_OUT
Network 4
Address Q0.4 MW20
VW10
AQW0
Comment Saída da Contatora Limite Inferior
Valor da Variável Controlada Atual
Saída Analógica para os Ventiladores
LÓGICA DE ACIONAMENTO DO VENTILADOR 2
Compara se Variável Controlada é maior que LS (Limite Superior) . Se for verdadeiro, aciona-se a contatora e carrega a potência máxima no Ventilador 2.
VC_ATUAL
>I
LS
K1
S
1
MOV_W
EN ENO
32000 IN OUT VENT_OUT
Symbol K1
LS
VC_ATUAL
VENT_OUT
Network 5
Address Q0.4
MW10
VW10
AQW0
Comment Saída da Contatora
Limite Superior
Valor da Variável Controlada Atual
Saída Analógica para os Ventiladores
LÓGICA DE DESLIGAMENTO DOS VENTILADORES
Se VC estiver dentro dos limites da histerese, carrega-se zero na saída dos ventiladores.
VC_ATUAL
<I
LS
VC_ATUAL
>I
LI
MOV_W
EN ENO
0 IN OUT VENT_OUT
Symbol LI
LS
VC_ATUAL
VENT_OUT
Address MW20
MW10
VW10
AQW0
Comment Limite Inferior
Limite Superior
Valor da Variável Controlada Atual
Saída Analógica para os Ventiladores
12 / 20
93
TCC-GANGORRA / Rotina ON OFF (SBR2)
Network 6 CORREÇÃO DO EXTREMO SUPERIOR DA ESCALA
Subtrai-se da Histerese o valor de 100 e carrega em AUX_25 Significa que SetPoint + Limite Superior é maior que 100. Então é carregado o valor de 100 no Limite Superior.
Chave_ON_OFF SUB_I
EN ENO
+100 IN1
HIST_ATUAL IN2
OUT AUX_25
Symbol AUX_25
Chave_ON_OFF
HIST_ATUAL
Network 7
Address VW80
V0.2
VW70
Comment Valor da HIsterese menos 100
Acionamento do Controle ON/OFF
Valor Atual da Histerese
Se AUX_25 for igual ou maior ao Set Point. Significa que SetPoint + Limite Superior é maior que 100. Então é carregado o valor de 100 no Limite Superior.
SET_POINT_I
>=I
AUX_25
EXT
S
1
MOV_W
EN ENO
100 IN OUT LS
Symbol AUX_25
EXT
LS
SET_POINT_I
Network 8
Address VW80
M0.2
MW10
VW40
Comment Valor da HIsterese menos 100
Extremo da Escala
Limite Superior
Valor do Set Point em Inteiro
CORREÇÃO DO EXTREMO INFERIOR DA ESCALA
Se o valor do Set Point for menor que a histerese, então é carregado zero no Limite Inferior
SET_POINT_I
<=I
HIST_ATUAL
EXT
R
1
MOV_W
EN ENO
0 IN OUT LI
Symbol EXT
HIST_ATUAL
LI
SET_POINT_I
Address M0.2
VW70
MW20
VW40
Comment Extremo da Escala
Valor Atual da Histerese
Limite Inferior
Valor do Set Point em Inteiro
13 / 20
94
TCC-GANGORRA / PID0_INIT (SBR4)
Block: Author: Created:
PID0_INIT 09/24/2009 08:22:36 pm
Last Modified: 09/24/2009 08:22:36 pm
LW0
LD2
Symbol
EN
PV_I
Setpoint_R
LW6 Output
LD8
LD12
Tmp_DI
Tmp_R
Var Type
IN
IN
IN
IN
IN_OUT
OUT
OUT
TEMP
TEMP
TEMP
Data Type
BOOL
INT
REAL
Comment
Process Variable Input: Range 0 to 100
Setpoint Input: Range 0.0 to 100.0
INT PID Output: Range 0 to 100
DWORD
REAL
This POU was created by the PID formula of the S7-200 Instruction Wizard. To enable this configuration within the program, use SM0.0 to call this Subroutine from the MAIN program block every scan
cycle. This code configures PID 0. See DB1 for the PID loop variable table starting at VB204. This subroutine initializes the
variables used by the PID control logic and starts the PID Interrupt "PID_EXE" routine. The PID interrupt routine is called
cyclically based on the PID sample time. For a complete description of the PID instruction see the S7-200 System Manual.
Note:When the PID is in manual mode the output should be controlled by writing a normalized value(0.00 to 1.00) to the Manual Output parameter instead of changing the output directly. This will automatically provide a bumpless transfer when
the PID is returned to automatic mode.
14 / 20
95
TCC-GANGORRA / PID_EXE (INT0)
Block: Author: Created:
PID_EXE 12/04/2009 12:33:23 pm
Last Modified: 12/04/2009 12:33:23 pm
Symbol Var Type
TEMP
TEMP
TEMP
TEMP
Data Type Comment
This POU was created by the PID formula of the S7-200 Instruction Wizard. This interrupt routine implements Timed Interrupt for PID execution. This interrupt routine was attached in subroutine
"PID1_INIT".
15 / 20
96
TCC-GANGORRA / Auxiliares
Symbol
AUX_1
AUX_2
AUX_3
AUX_4
AUX_5
AUX_6
AUX_7
AUX_8
AUX_9
AUX_10
AUX_11
AUX_12
AUX_13
AUX_14
AUX_15
AUX_16
AUX_17
AUX_18
AUX_19
AUX_20
AUX_21
AUX_22
AUX_23
AUX_24
SP_IHM
AUX_25
Address
VD8
VD12
VD16
VD24
VD32
VD36
VD40
VD76
VD80
VD84
VD88
VD92
VD96
VD100
VD104
VD108
VD112
VD116
VD120
VD124
VD128
VD132
VD136
VD140
VD160
VW80
Comment
Valor do SP dividido por 32760
Valor do AUX_1 multiplicado por 100
Valor do AUX_2 em Duplo Inteiro
Valor de VC em Duplo Inteiro
Valor de VC_R dividido por 32000
Valor de AUX_5 multiplicado por 100
Valor de AUX_6 em Duplo Inteiro
Valor de PID_DI subtraído de 50
Valor do AUX_8 em Real
Valor do AUX_9 multiplicado por 1,4
Valor do AUX_10 em Duplo Inteiro
Valor do AUX_11 somado 30
Valor do PID subtraído de 50
Valor do AUX_13 em Real
Valor do AUX_14 multiplicado por 1,4
Valor do AUX_15 em Duplo Inteiro
Valor de AUX_16 somado 30
Diferença entre o valor do S.P e de V.C
Valor de Pot_Out em Duplo-Inteiro
Valor de Pot_Out em Real
Valor de Pot_Out multiplicado por 320
Valor da AUX_21 em Duplo inteiro
Valor de SP_IHM em Real
Valor de SP_IHM em Duplo Inteiro
Valor do Set Point definido pela IHM
Valor da HIsterese menos 100
16 / 20
97
TCC-GANGORRA / PID
Symbol
SP_R
VC_LIDO
VENT_OUT
LIM_HIST
K1
Always_On
Chave_PID
SET_POINT
VC_R
PID_DI
VC_ATUAL
PID_OUT
POT_OUT_REAL
POT_OUT
Address
VD200
AIW2
AQW0
M0.1
Q0.4
SM0.0
V0.1
VD20
VD28
VD44
VW10
VW12
VW20
VW30
Comment
Valor do Set Point Atual
Valor da Leitura da Variável Controlada
Saída Analógica para os Ventiladores
Contato do Limite da Histeresse
Saída da Contatora
Contato Sempre Ativo
Chave de Acionamento da Lógica do PID
Valor do Set Point Atual
Valor da Leitura da Variável Controlada - Real
Saída do PID em Duplo Inteiro
Valor da Variável Controlada Atual
Saída do PID
Valor da Potência em escala de 0-32000
Valor da Potência Carregada nos Ventiladores
17 / 20
98
TCC-GANGORRA / ON/OFF
Symbol
Chave_ON_OFF
HISTERESE_IHM
SET_POINT_I
LS
EXT
LI
HIST_ATUAL
Address
V0.2
VW60
VW40
MW10
M0.2
MW20
VW70
Comment
Acionamento do Controle ON/OFF
Valor da Histerese - IHM
Valor do Set Point em Inteiro
Limite Superior
Extremo da Escala
Limite Inferior
Valor Atual da Histerese
18 / 20
99
TCC-GANGORRA / POU Symbols
Symbol
Variáveis
Rotina PID
Rotina ON OFF
PID0_INIT
PID_EXE
Principal
Address
SBR0
SBR1
SBR2
SBR4
INT0
OB1
Comment
LEITURA E CONVERSÃO DAS VARIÁVEIS
LÓGICA DE CONTROLE DOS VENTIADORES
CONTROLADOR ON-OFF
This POU was created by the PID formula of the S7-200 Instruction Wizard.
This POU was created by the PID formula of the S7-200 Instruction Wizard.
PROGRAMA PRINCIPAL
19 / 20
TCC-GANGORRA / PID0_SYM
Symbol
PID0_D_Counter
PID0_D_Time
PID0_I_Time
PID0_SampleTime
PID0_Gain
PID0_Output
PID0_SP
PID0_PV
PID0_Table
Address
VW284
VD228
VD224
VD220
VD216
VD212
VD208
VD204
VB204
Comment
Derivative Time
Integral Time
Sample Time (To modify, rerun the PID Wizard)
Loop Gain
Calculated, Normalized Loop Output
Normalized Process Setpoint
Normalized Process Variable
Loop Table Starting address for PID 0
20 / 20