s7 200 modulo avancado completo

Píndaro Secco Cancian CEFET-PR 1 www.pindaro.com.br Departamento Acadêmico de Eletrônica

ÍNDICE Potenciômetro Analógico ___________________________________________________ 3

Exemplos do uso do potenciômetro _________________________________________ 3 Interface analógica EM235__________________________________________________ 4

Instalação da interface ___________________________________________________ 4 Tabela de configuração para selecionar modo bipolar/unipolar, ganho e atenuação __ 5 Modo UNIPOLAR ____________________________________________________ 5 Modo BIPOLAR _____________________________________________________ 5

Diagrama das entradas da interface analógica EM235___________________________ 6 Diagrama da saída da interface analógica EM235 ______________________________ 7 Especificações da EM 235 ________________________________________________ 8 Calibração das entradas __________________________________________________ 9 Palavras de entrada da EM235 ____________________________________________ 11 Informação Bipolar_____________________________________________________ 11 Informação Unipolar ___________________________________________________ 11

Saídas de Pulso __________________________________________________________ 12 Saída operando no modo PWM ___________________________________________ 12 Saída operando no modo PTO ____________________________________________ 12 Bloco de saída de pulso _________________________________________________ 13 Os bytes de controle da saída de pulso______________________________________ 13 Exemplo de configurações da saída de pulso _________________________________ 15

Contador de alta velocidade (HSC) __________________________________________ 18 Acessando o endereço do HSC____________________________________________ 19 HSC Wizard __________________________________________________________ 19

Operações matemáticas ___________________________________________________ 27 Byte___________________________________________________________________ 27 Word ou Inteiro _________________________________________________________ 27 Dupla Word ou Duplo Inteiro_______________________________________________ 27 Real___________________________________________________________________ 28 Operadores matemáticos __________________________________________________ 29

Operações com números reais ____________________________________________ 29 Soma de números Reais ___________________________________________________ 29 Subtração de números Reais________________________________________________ 29 Multiplicação de números Reais ____________________________________________ 29 Divisão de números Reais _________________________________________________ 30 Raiz quadrada de número Real______________________________________________ 30

Operações com números inteiros __________________________________________ 31 Incremento de byte _______________________________________________________ 34 Incremento de inteiro _____________________________________________________ 34 Incremento de duplo inteiro ________________________________________________ 34 Decremento de byte ______________________________________________________ 35 Decremento de inteiro ____________________________________________________ 35 Decremento de duplo inteiro _______________________________________________ 35 Controlador PID _________________________________________________________ 36


O Controlador Proporcional (P) ___________________________________________ 36 O controlador Proporcional-Integral (PI) ____________________________________ 36 O Controlador Proporcional-Derivativo (PD) ________________________________ 38 O Controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID)_________________________ 39 PID wizard ___________________________________________________________ 41

Referências Bibliográficas _________________________________________________ 46


Potenciômetro Analógico As CPU’s da família S7-200 da Siemens possuem um potenciômetro analógico interno que pode ser utilizado para diversos fins, tais como ajustar o valor de temporizadores, de contadores, ajustes de ganho, offset entre outros.

Este potenciômetro está localizado na parte frontal do equipamento, sob a mesma tampa lateral que dá acesso à chave de seleção RUN/TERM/STOP do equipamento. Ajustando o potenciômetro, você modifica o valor do bit especial de memória SMB28. Na CPU 224 existem dois potenciômetros, o valor do segundo fica armazenado no bit especial SMB29.

Em todos os casos, o potenciômetro utiliza 8 bits e tem uma repetitibilidade de ±2.

Exemplos do uso do potenciômetro 1 – Ajustando o limite de um temporizador:

Lê o valor do potenciômetro (byte) e armazena no endereço de memória vw100 como um valor inteiro. Utiliza o valor armazenado em VW100 como limite para o temporizador T37


Interface analógica EM235 Instalação da interface Siga as seguintes recomendações para garantir a precisão e repetitibilidade:

• Tenha certeza que a fonte de 24-VDC não apresenta ruídos e é estável • Use sensores com os menores cabos possíveis e de preferência blindados até o

ponto onde está conectado o sensor • Evite dobrar os cabos usando ângulos muito agudos

Evite posicionar cabos de sensores próximos a cabos de alimentação


Tabela de configuração para selecionar modo bipolar/unipolar, ganho e atenuação SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Uni/Bipolar Ganho Atenuação

ON Unipolar OFF Bipolar

OFF OFF x1 OFF ON x10 ON OFF x100 ON ON invalid

ON OFF OFF 0.8 OFF ON OFF 0.4 OFF OFF ON 0.2

Modo UNIPOLAR SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Escala de entrada Resolução ON OFF OFF ON OFF ON 0 to 50 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF ON 0 to 100 mV 25 uV ON OFF OFF OFF ON ON 0 to 500 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON ON 0 to 1 V 250 uV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 to 5 V 1.25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 to 20 mA 5 uA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 to 10 V 2.5 mV

Modo BIPOLAR SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Escala de entrada Resolução ON OFF OFF ON OFF OFF +25 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF OFF +50 mV 25 uV OFF OFF ON ON OFF OFF +100 mV 50 uV ON OFF OFF OFF ON OFF +250 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON OFF +500 mV 250 uV OFF OFF ON OFF ON OFF +1 V 500 uV ON OFF OFF OFF OFF OFF +2.5 V 1.25 mV OFF ON OFF OFF OFF OFF +5 V 2.5 mV OFF OFF ON OFF OFF OFF +10 V 5 mV


Diagrama das entradas da interface analógica EM235

ganho

R

C Rloop

A=1

C

C

R A-

RA

A+

R

C Rloop

B=1

C

C

R B-

RB

B+

R

C Rloop

C=1

C

C

R C-

RC

C+

R

C Rloop

D=1

C

C

R D-

RD

D+

Vref

Buffer

Amplificador de instrumentação

+

-

Buffer

Conversor A/D

Offset


Diagrama da saída da interface analógica EM235

Conversor D/A ± 2V

R

Vout

+

-

R

+

- +

-

24V

R

R

Iout

R

Conversor tensão-corrente


Algumas Definições: Precisão: Variação do valor medido em relação ao esperado Resolução: Influência do bit menos significativo no valor medido Repetitibilidade: Variação dos valores medidos, dado um mesmo sinal na entrada. Especificações da EM 235

Repetitibilidade Precisão média Escala de entrada % da escala contagem % da escala contagem 0 to 50 mV ± 0.075% ± 24 ± 0.25% ± 80 0 to 100 mV ± 0.075% ± 24 ± 0.2% ± 64 0 to 500 mV ± 0.075% ± 24 ± 0.05% ± 16 0 to 1 V ± 0.075% ± 24 ± 0.05% ± 16 0 to 5 V ± 0.075% ± 24 ± 0.05% ± 16 0 to 20 mA ± 0.075% ± 24 ± 0.05% ± 16 0 to 10 V ± 0.075% ± 24 ± 0.05% ± 16 ± 25 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.25% ± 160 ± 50 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.2% ± 128 ± 100 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.1% ± 64 ± 250 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32 ± 500 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32 ± 1 V ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32 ± 2.5 V ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32 ± 5 V ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32 ± 10 V ± 0.075% ± 48 ± 0.05% ± 32


Calibração das entradas

A calibração da interface afeta o amplificador de instrumentação que segue ao multiplexador analógico de entradas (veja o diagrama em blocos da entrada). Como é utilizado um único amplificador para todas as entradas, a calibração afeta as quatro entradas de forma simultânea. Mesmo após a calibração, pequenos erros de leitura podem ser encontrados quando lemos o mesmo sinal utilizando diversas entradas, devido a variações no valor dos componentes de cada entrada.

Para encontrar o valor, devem ser habilitados os filtros de entrada dos sinais

analógicos, e selecionado um número de 64 ou mais amostras de sinal para calcular a média dos valores.

Configuração dos filtros analógicos, em System Block > Analog Input Filters

O número de amostras indica quantas vezes deve ser feita a leitura antes que o valor seja atualizado pela CPU. Quanto maior este número, maior o tempo que o valor vai levar para ser modificado e mais estável. Em compensação, variações rápidas podem não ser detectadas. Deadband indica a variação máxima aceita em determinada entrada. Caso entre


leituras sucessivas o valor mude mais que o especificado neste campo, o valor da leitura anterior é assumido. DICA: Não use os filtros analógicos para sinais que tenham indicação de alarmes na palavra analógica. Sempre desabilite o filtro para RTD, termopares e mestres AS-i.

Para calibrar as entradas, siga os seguintes passos:

1. Desligue o módulo de entradas e selecione a escala desejada 2. Ligue o sistema e deixe que o módulo se estabilize por 15 minutos 3. Utilize uma fonte para aplicar tensão ou corrente zero a uma das entradas 4. Leia, na CPU, o valor medido da entrada escolhida 5. Ajuste o potenciômetro de OFFSET até que o valor lido seja zero, ou o valor

desejado 6. Ligue a uma das entradas o valor máximo da escala de leitura 7. Ajuste o potenciômetro de ganho até que seja lido o número 32000 ou o valor

desejado 8. Repita o procedimento caso seja necessário


Palavras de entrada da EM235 AIW XX Informação Bipolar MSB LSB 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Valor lido – 12 bits 0 0 0 Informação Unipolar MSB LSB 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Valor lido – 12 bits 0 0 0 0

O valor lido pelo conversor Analógico/Digital das entradas é alinhado a esquerda. No caso de um sinal bipolar, o bit mais significativo (MSB) representa o sinal, sendo que o zero indica um valor positivo.

No valor bipolar, os três zeros causam uma variação de pelo menos oito a cada

variação do sinal de entrada. No sinal unipolar, os quatro zeros causam uma variação de pelo menos dezesseis. Palavra de saída da EM235 AQW XX Saída de corrente MSB LSB 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Valor de saída – 11 bits 0 0 0 0 Saída de tensão MSB LSB 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Valor de saída – 12 bits 0 0 0 0

O valor digital do conversor Digital/Analógico de saída é alinhado a esquerda. O bit mais significativo (MSB) corresponde ao sinal, zero indica um valor positivo. Os quatro zeros da direita são eliminados antes que seja efetuada a conversão.


Saídas de Pulso

A CPU S7-200 tem duas saídas de pulso integradas, as saídas Q0.0 e Q0.1. Estas saídas podem ser configuradas para três modos de operações distintos:

• Saída digital convencional • Saída PWM • Saída PTO

Saída operando no modo PWM

Se configurada para operar no modo PWM, a saída vai fornecer um trem de pulsos de largura constante e com duty cycle variável.

Saída operando no modo PTO

Se configurada para operar no modo PTO, a saída vai fornecer um trem de pulsos de largura variável e com duty cycle fixo em 50%.


Bloco de saída de pulso

O bloco de saída de pulsos é o PLS, localizado junto aos contadores na árvore de instruções.

Os bytes de controle da saída de pulso

O byte especial de memória SMB67 inicializa o modo de saída PWM/PTO para a

saída Q0.0. O valor de seus bits de controle é o seguinte:

Byte SM67 Configuração geral da saída de pulsos 0 SM67.0: Este bit indica quando atualizar o tempo de ciclo da saída Q0.0. Valor 1 = Escrever um novo valor de período. SM67.1: Este bit indica quando atualizar a largura do pulso PWM da saída Q0.0. Valor 1 = Escrever um novo valor pulso. SM67.2: Atualização da contagem de pulsos no modo PTO Valor 0 = Sem atualização

Valor 1 = Atualiza contagem SM67.3: Este bit permite definir a base de tempo Valor 0 = Base de tempo é 1 µs/ciclo

Valor 1 = Base de tempo é 1 ms/ciclo SM67.4: Modo de atualização da saída PWM Valor 0 = Assíncrono

Valor 1 = Síncrono SM67.5: Modo de operação da saída PTO Valor 0 = Segmento simples

Valor 1 = Segmento múltiplo SM67.6: Este bit seleciona o modo de operação para a saída Q0.0.

Valor 0 = Seleciona PTO Valor 1 = Seleciona PWM SM67.7: Habilita a saída Q0.0. Valor 1 = saída habilitada. SMW68: especifica o tempo de ciclo da saída, em ms ou µs dependendo de SM67.3 (2 – 65535)


SMW70: Valor a ser enviado para a saída de pulso (0 – 65535) SMD72: Contagem de pulsos enviados para a saída no modo PTO (0 – 2^32-1)

No caso de saída PTO para múltiplos segmentos, o byte SMB166 armazena o número de segmentos a ser utilizado na rampa e SMW168 armazena o endereço de memória que contem o início da tabela que descreve a rampa.

Para a saída de pulsos Q0.1, a configuração é exatamente a mesma, porem utilizam-se os bytes SMB77, SMW78, SMW80, SMD82, SMB176 e SMW178.


Exemplo de configurações da saída de pulso Exemplo de configuração da saída de pulso no modo PWM, com 40ms de tempo

total de ciclo e com 15ms de tempo alto. 16#CB é igual ao binário 11001011


Exemplo de configuração da saída de pulso no modo PTO, com total de 50 ciclos de

25ms na saída. 16#8D é igual ao binário 10001101


Exemplo de configuração da saída de pulso no modo PTO, com rampa dividida em

3 partes. 16#A8 é igual ao binário 10101000

Bloco de Dados: // característica da rampa do PTO VB500 3 // Number of segments // Primeiro Segmento VW501 500 // Inicializa com 500 milisegundos de tempo de ciclo VW503 -2 // Decrementa por 2 milisegundos cada pulso VD505 200 // por 200 pulsos. // Segundo Segmento VW509 100 // Taxa constante de pulsos com 100 milisegundos de tempo de ciclo VW511 0 VD513 3400 // por 3400 pulsos. // terceiro Segmento VW517 100 // Inicializa com 100 milisegundos de tempo de ciclo VW519 1 // Incrementa por 1 milisegundo cada pulso VD521 400 // por 400 pulsos.


Contador de alta velocidade (HSC)

O programa no CLP leva um determinado tempo para ser executado, por exemplo, 250ms. Medir sinais de período inferior a este tempo seria um problema se não existissem os contadores rápidos. Um contador rápido (HSC) é um módulo especial que permite a contagem de pulsos de freqüências elevadas. No caso da família S7-200, algumas CPU’s tem módulos HSC integrados.

Os tipos de HSC e os modos de operação dependem do tipo de CPU utilizada, no caso da CPU S7-200 222, dispomos de quatro contadores rápidos, HSC0, HSC3, HSC4 e HSC5 que podem operar nos seguintes modos:


Acessando o endereço do HSC

HSC Wizard

Para implementar contadores rápidos, utilizamos um wizard que vai nos auxiliar na configuração do HSC.


Depois disso selecionamos “HSC” e clicamos em NEXT, uma pergunta pode ser

feita, dizendo que o programa deve ser compilado para implementar um HSC, caso seja feita, clique em YES.

Num próximo passo, será perguntado qual contador será configurado e qual o seu modo de operação. Qual contador depende basicamente da CPU que estiver sendo utilizada, e o modo de operação será explicado a seguir.

Alguns contadores podem possuir entradas de reset e start. Se o contador possuir resset, caso haja um pulso nesta entrada do contador, o valor do contador vai a zero e permanece em zero durante o tempo que a entrada de reset estiver ativa. A entrada start inicializa e pára a contagem. O valor do contador permanece inalterado.


Descrição dos modos de operação


Voltando ao wizard de configuração, no próximo passo escolheremos o nome da rotina de inicialização do HSC e parâmetros de valor inicial, valor de contagem, direção, tipo de sinal de reset e start e divisor por 1x/4x no caso de contadores de quatratura.

Depois de clicar em next , passamos a última tela do wizard que define se alguma interrupção será chamada no caso de reset, de mudança de direção de contagem ou se o contador chegar ao valor definido no preset.


Para inicializar o contador, basta utilizar um contato com detecção de borda ou o bit especial SM0.1.


Operações matemáticas

Existem basicamente dois tipos de operações matemáticas nas CPU’s S7-200, as operações com números inteiros e as operações com números reais. Uma operação com uso de número inteiro, leva 46µs para ser executada e uma operação com número real pode levar de 100µs a 400µs.

Quatro bits especiais de memória podem ser alterados após uma operação matemática: I1.0 - Este bit é ativado quando o resultado de uma certa operação é zero. I1.1 - Este bit é ativado quando ocorre um overflow, ou seja, quando o resultado da

operação está fora dos limites do tipo numérico escolhido. I1.2 - Este bit é ativado quando o resultado da operação é um número negativo. I1.3 - Este bit é ativado quando ocorre uma tentativa de dividir um número por zero. Formatos numéricos Byte Número de Bits 8 Espaço na memória 1 byte Limites 28 = 256

0 – 255 Acesso à de memória VB Usos Operações matemáticas, comparadores, potenciômetro analógico Word ou Inteiro Número de Bits 16 – depende do processador Espaço na memória 2 bytes Limites 216 = 65536

0 – 65535 -32768 – 32767

Acesso à de memória VW Outros usos Operações matemáticas, comparadores, temporizador, contador, Dupla Word ou Duplo Inteiro Número de Bits 32 – depende do processador Espaço na memória 4 bytes Limites 232 = 4.294.967.296


0 – 4.294.967.295 -2.147.483.648 – 2.147.483.647

Acesso à de memória VD Outros usos Operações matemáticas, comparadores Real Número de Bits 32 - padrão ANSI/IEEE 754-1985 Espaço na memória 4 bytes Limites 0 – 4.294.967.295

-2.147.483.648 – 2.147.483.647 Acesso à de memória VD Outros usos Operações matemáticas, comparadores


Operadores matemáticos Operações com números reais

Soma de números Reais A operação de soma de números reais soma dois valores reais de 32 bits e produz como resultado um número real de 32 bits. EXEMPLO: No exemplo ao lado o valor real contido em VD1000 é somado ao número 123.0, o resultado da operação é armazenado no endereço de memória VD2000

Subtração de números Reais A operação de subtração de números reais subtrai dois valores reais de 32 bits e produz como resultado um número real de 32 bits. EXEMPLO: No exemplo ao lado do valor real contido em VD1000 é subtraído o número 123.0, o resultado da operação é armazenado no endereço de memória VD2000

Multiplicação de números Reais A operação de multiplicação de números reais efetua o produto de dois valores reais de 32 bits e produz como resultado um número real de 32 bits. EXEMPLO:


No exemplo ao lado o valor real contido em VD1000 é multiplicado pelo número 123.0 e o resultado da operação é armazenado no endereço de memória VD2000

Divisão de números Reais A operação de divisão de números reais efetua a divisão de dois valores reais de 32 bits e produz como resultado um número real de 32 bits. EXEMPLO: No exemplo ao lado o valor real contido em VD1000 é dividido pelo número 123.0 e o resultado da operação é armazenado no endereço de memória VD2000

Raiz quadrada de número Real A operação de raiz quadrada de números real extrai a raiz quadrada de um número real de 32 bits e produz como resultado um número real de 32 bits. EXEMPLO: No exemplo ao lado o resultado da raiz quadrada do valor real contido em VD1000 é armazenado no endereço de memória VD2000


Operações com números inteiros

Soma de número inteiro A função soma de números inteiros efetua a soma de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um número inteiro de 16 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado adiciona 1000 ao valor do temporizador T37 e armazena o resultado no endereço de memória VW2000.

Soma de número duplo inteiro A função soma de números inteiros duplos efetua a soma de dois valores inteiros de 32 bits e gera como resultado um número inteiro de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado adiciona o valor contido no endereço VD300 ao valor contido no endereço VD1000 e armazena o resultado no endereço de memória VD1234.


Subtração de número inteiro A função subtração de números inteiros calcula a diferença de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um valor de 16 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado subtrai do valor armazenado no endereço VW1100 o valor de C0 e armazena o resultado no endereço de memória VW300.

Subtração de número duplo inteiro A função subtração de número duplo inteiro calcula a diferença de dois valores inteiros de 32 bits e gera como resultado um valor de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado subtrai 200000 do valor armazenado no endereço VD600 o valor de C0 e armazena o resultado da operação no endereço de memória VD200.

Multiplicação de número inteiro - 1 A função multiplicação de números inteiros calcula o produto de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um número inteiro de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado multiplica o valor armazenado no endereço VW200 pelo valor de C0 e armazena o resultado no endereço de memória VD150.

Multiplicação de número inteiro - 2 A função multiplicação de números inteiros calcula o produto de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um número inteiro de 16 bits. EXEMPLO


O exemplo ao lado multiplica o valor armazenado no endereço VW1000 pelo valor de C0 e armazena o resultado no temporizador T150.

Multiplicação de número duplo inteiro A função multiplicação de número inteiro duplo calcula o produto de dois valores inteiros de 32 bits e gera como resultado um número inteiro de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado multiplica o valor armazenado no endereço VD600 por 200000 e armazena o resultado no endereço de memória VD200.

Divisão de número inteiro - 1 A função divisão de números inteiros calcula o quociente de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um número inteiro de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado divide o valor de C0 pelo número armazenado no endereço VW200 e armazena o resultado no endereço de memória VD150.

Divisão de número inteiro – 2 A função divisão de números inteiros calcula o quociente de dois valores inteiros de 16 bits e gera como resultado um número inteiro de 16 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado divide o valor armazenado no endereço VW1100 pelo valor de C0 e armazena o resultado no endereço VW300.


Divisão de número duplo inteiro A função divisão de número inteiro duplo calcula o quociente de dois valores inteiros de 32 bits e gera como resultado um número inteiro de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado divide o valor armazenado no endereço VD1000 pelo valor contido no endereço VD400 e armazena o resultado no endereço de memória VD400.

Incremento de byte A função incremento de byte adiciona 1 a um número inteiro de 8 bits e gera como resultado outro número de 8 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado incrementa o valor contido no endereço VB100 e armazena o resultado no endereço VB200.

Incremento de inteiro A função incremento de inteiro adiciona 1 a um número inteiro de 16 bits e gera como resultado outro número de 16 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado incrementa o valor contido no endereço VW100 e armazena o resultado no próprio endereço VW100.

Incremento de duplo inteiro A função incremento de duplo inteiro adiciona 1 a um número inteiro de 32 bits e gera como resultado outro número de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado incrementa o valor contido no endereço VD1000 e armazena o resultado no próprio endereço VD1010.


Decremento de byte A função decremento de byte subtrai 1 de um número inteiro de 8 bits e gera como resultado outro número de 8 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado subtrai 1 do valor contido no endereço VB100 e armazena o resultado no endereço VB200.

Decremento de inteiro A função decremento de inteiro subtrai 1 um de um número inteiro de 16 bits e gera como resultado outro número de 16 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado subtrai 1 do valor contido no endereço VW100 e armazena o resultado no próprio endereço VW100.

Decremento de duplo inteiro A função decremento de duplo inteiro subtrai 1 de um número inteiro de 32 bits e gera como resultado outro número de 32 bits. EXEMPLO O exemplo ao lado subtrai 1 do valor contido no endereço VD100 e armazena o resultado no próprio endereço VD1000.


Controlador PID

As CPU’s de grande portem permitem que sejam incluídos módulos PID (Proporcional, Integral e Derivativo) para o controle de processos. O Controlador Proporcional (P)

Muitas vezes, processos simples podem ser controlados satisfatoriamente apenas com a ação proporcional. Neste caso as ações integral e derivativa são simplesmente desligadas. Tem-se:

Em mu itos controladores PID industriais, ao invés de especificarmos diretamente o valor de K, especifica-se o valor da banda propocional em valor percentual. Note que, considerando-se umax-umin=100%, tem-se:

Logicamente, quanto maior o valor de K menor é a banda proporcional. Como visto no estudo da ação proporcional, para um sistema do tipo 0, quanto maior o ganho K menor será o valor do erro em regime permanente, mas este erro nunca será completamente anulado. O controlador Proporcional-Integral (PI)

A principal função da ação integral é fazer com que processos do tipo 0 sigam, com erro nulo, um sinal de referência do tipo salto. Entretanto, a ação integral se aplicada isoladamente tende a piorar a estabilidade relativa do sistema. Para contrabalançar este fato, a ação integral é em geral utilizada em conjunto com a ação proporcional constituindo-se o controlador PI, cujo sinal de controle é dado por:

O gráfico da figura abaixo ilustra a aplicação da ação integral conjuntamente com a ação proporcional. A partir deste gráfico podemos dar uma interpretação para Ti: o tempo integral ou reset-time, corresponde ao tempo em que a parcela relativa a parte proporcional da ação de controle é duplicada. Ti é comumente especificado em minutos.


Efeito da ação integral

Aplicando-se a transformada de Laplace tem-se a seguinte função de transferência

para o controlador PI:

Note que tem-se um zero em que tende a compensar o efeito desestabilizador do pólo na origem.

Na figura abaixo é ilustrada a influência da sintonia do parâmetro Ti na resposta do

sistema considerando-se o mesmo sistema simulado com K=2 constante. Para altos valores de Ti, tem-se a predominância da ação proporcional, sendo que Ti=∝ corresponde ao controlador proporcional. Note que, neste caso, existe um erro em regime permanente. A medida que diminuímos Ti a ação integral começa a predominar sobre a ação proporcional e a resposta tende a se aproximar mais rapidamente da referência, ou seja, o erro em regime tende a ser anulado mais rapidamente. Diminuindo-se excessivamente Ti observa-se que a resposta começa a ficar mais oscilatória numa tendência de instabilização. Isto justifica-se pelo fato de que, neste caso, o zero do controlador começa a se afastar demasiadamente do pólo na origem e o controlador tende a comportar-se como um integrador puro.


PI - K=1; Ti=2(pontilhado),4(tracejado),10(contínuo)

O Controlador Proporcional-Derivativo (PD)

A saída de uma processo apresenta, intuitivamente, uma certa "inércia" com relação a modificações na variável de entrada. Esta "inércia" explica-se pela dinâmica do processo que faz com que uma mudança na variável de controle provoque uma mudaça considerável na saída da planta somente após um certo tempo. Uma outra interpretação é que, dependendo da dinâmica do processo, o sinal de controle estará em "atraso" para corrigir o erro. Este fato é responsável por transitórios com grande amplitude e período de oscilação, podendo, em um caso extremo, gerar respostas instáveis.

A ação derivativa quando combinada com a ação proporcional tem justamente a função de "antecipar" a ação de controle a fim de que o processo reaja mais rápido. Neste caso, o sinal de controle a ser aplicado é proporcional a uma predição da saída do processo. A estrutura básica do controlador PD é dada por:

Considerando-se que e(t+Td) pode ser aproximado por


tem-se que u(t)=Ke(t+Td), ou seja, o sinal de controle é proporcional a estimativa do erro de controle Td unidades de tempo a frente. Em outras palavras, a predição é feita extrapolando o valor do erro pela reta tangente a curva do erro no instante t, como mostrado na figura abaixo:

Interpretação da ação proporcional-derivativa

Esta ação preditiva tende a aumentar a estabilidade relativa do sistema e a tornar a resposta transitória do mesmo mais rápida.

Na prática, deve-se limitar o ganho da parte derivativa em altas-freqüências. A função de transferência do controlado PD é dada então por:

Observe que o zero do controlador PD está sempre à direita do pólo. Esta configuração é equivalente à de um compensador de avanço de fase. Note também que ao aumentarmos Td, o zero do controlador tende a origem, significando a predominância da ação derivativa.

O Controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID)

O controlador proporcional combina as vantagens do controlador PI e PD. A ação integral está diretamente ligada à precisão do sistema sendo responsável pelo erro nulo em regime permanente. O efeito desestabilizador do controlador PI é contrabalançado pela ação derivativa que tende a aumentar a estabilidade relativa do sistema ao mesmo tempo que torna a resposta do sistema mais rápida devido ao seu efeito antecipatório.


Considerando-se o mesmo sistema do exemplo anterior e fixando-se K=1 e Ti=2, a influência da ação derivativa na resposta do sistema pode ser observada na figura abaixo:

A função de transferência do controlador PID é dada por:

É importante ressaltar que a função de transferência anterior constitui a versão

clássica do controlador PID. Outras versões e variações existem, mas a filososfia de funcionamento, a partir da combinação dos efeitos das três ações básicas, é a mesma.

A figura abaixo mostra o efeito da ação derivativa considerando-se um controlador

PID para o mesmo sistema das simulações mostradas anteriormente.

PID - Kp=4; Ti=1.5; Td=0.1 (tracejado), 0.4(pontilhado), 2(contínuo)


PID wizard

O S7-200 tem um wizard que facilita a implementação do laço PID, para implementar o controlador, primeiro escolha no menu a opção TOOLS > INSTRUCTION WIZARD, depois escolha PID e clique em NEXT.

A CPU S7-200 permite que sejam implementados até oito controladores PID. Para que seja implementado um destes laços é necessário que o programa seja compilado. O passo seguinte é selecionar qual dos laços PID será implementado.


Depois selecionamos as características do PID. O endereço de memória onde os bytes de configuração do PID serão armazenados, o set-point normalizado, o tempo de amostragem, ganho proporcional, tempo derivativo e integral.

No próximo passo configuramos os parâmetros de entrada e saída, se são sinais unipolares, quais são as os endereços de E/S e seus limites.


As opções de alarme permitem que sejam ativadas saídas no caso do valor de entrada acima ou abaixo do limite especificado. Se for necessário pode ser incluído um sinal de erro em uma das saídas analógicas.


O Controlador necessita de 32 bytes de memória para efetuar os cálculos e efetuar o controle. Se for de interesse pode ser associado um bit de controle que desabilita o controle automático do PID.

O último passo é especificar qual é o nome da rotina que será implementado o PID e qual a interrupção que será utilizada.

Depois disso o PID está implementado.

s7 200 modulo avancado completo

Documents