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Introdução à Programação de Autómatos Industriais em Linguagem FBD ( incluí esquemas de ligação utilizando o LOGO! 230 RC)
Versão 02 2009/2010
António Henriques
Advertência Este documento tem finalidade didáctica, pelo que, a instalação e aplicação a casos reais deve ter em conta as especificidades dos equipamentos/sistemas a instalar, nomeadamente no que respeita às protecções eléctricas. A consulta dos manuais dos fabricantes, poderá ser esclarecedora e permitirá um aprofundamento do tema.
Introdução
Norma IEC 1131-3 A IEC 1131-3 é uma norma internacional que tem como objectivo padronizar as linguagens de programação de Controladores Lógicos Programáveis na área de automação industrial. Foi desenvolvida para dar resposta a pressões da indústria para uma maior compatibilidade entre os PLCs e a sua programação. A norma define cinco linguagens, sendo duas gráficas, Ladder Diagram (LD) e Function Block Diagram (FBD), duas textuais, Instruction List (IL) e Structured Text (ST), e uma quinta , Sequential Function Chart (SFC - “GRAFCET”) muito utilizada em programação sequencial de eventos através da definição de etapas e condições de transição entre elas. Linguagem FBD A linguagem FBD, Function Block Diagram, é uma linguagem gráfica que permite descrever um processo através de um conjunto de blocos interligados de forma semelhante a um circuito electrónico. A norma IEC1131-3 inclui uma variedade de blocos de funções padrão para diferentes operações: lógicas, temporização, contagem, etc. LOGO!Soft Comfort “LOGO!Soft Comfort” é uma aplicação que permite a programação dos Módulos Lógicos (Relés) Programáveis “LOGO!” fabricados pela Siemens, que utiliza a linguagem FBD. O método para a programação passa pela escrita das equações lógicas associadas às saídas, isto é, determinar em que condições as saídas estão activas ou não. Podemos partir de um esquema eléctrico e/ou da descrição do funcionamento do processo a automatizar. A interface da aplicação LOGO!Soft Comfort pode apresentar-se conforme mostra a figura.
Podemos distinguir três áreas diferentes: área da biblioteca de blocos, área de programação e área de informação, para além de duas barras de ferramentas/comandos. As eventuais dificuldades no uso deste software são facilmente ultrapassadas através da consulta à ajuda (help) do programa, já que a mesma está escrita de forma bastante clara e objectiva.
Área de programação
Biblioteca de Blocos
Biblioteca de BLOCOS
Área de PROGRAMAÇÃO
Mostrar/esconder biblioteca dos blocos Apontador do rato Linhas de ligação entre as saídas e entradas nos blocos Mostrar/esconder grupo de blocos de constantes e bornes de entrada e saída Mostrar/esconder grupo de blocos de funções lógicas básicas Mostrar/esconder grupo de blocos de funções especiais Caixa de texto Interrupção da ligação entre blocos com colocação de etiquetas (destino e origem) Simulação Teste online (LOGO! ligado ao PC)
Exemplo de programa editado. Ajuda
Comutação para diagrama (programa) LADDER
Organização das páginas
Reduzir
Ampliar
Seleccionar linhas de ligação entre blocos
Transferir programa para o PC
Transferir programa para o LOGO!
Alterar funcionamento do LOGO!
Alinhar colunas Alinhar linhas
Alinhar global
Desfazer Refazer
Colar Eliminar
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Exemplos de programação 1 - Programa para arranque e paragem de motor eléctrico. Se levarmos em conta o esquema de comando de arranque directo de um motor eléctrico com botão de marcha e paragem, podemos estabelecer a equação da saída considerando as seguintes variáveis: Entrada: S1 (paragem) S2 (marcha) Saída:
KM1 (contactor motor) KM 1 S1 ( S 2 KM 1 )
Ficando o programa, conforme a figura abaixo:
Antes de fazermos a simulação, devemos parametrizar o tipo de entrada associada a cada botão.
Ao passarmos para a simulação, ficamos com os seguintes ecrãs:
Motor parado (ou após ordem de paragem)
Motor em funcionamento (após ordem de marcha)
Se quisermos substituir o botão de paragem, normalmente fechado, por um outro, normalmente aberto, temos de negar a entrada respectiva. O programa fica assim:
A função desempenhada por este pequeno programa pode ser resolvida de forma mais simples, utilizando o bloco de função “Relé de auto-retenção” (Set/Reset).
Motor parado (ou após ordem de paragem)
Motor em funcionamento (após ordem de marcha)
O seguinte esquema de comando para implementação do circuito tem em conta o esquema de potência com protecção por disjuntor magnético publicado no documento “Automatismos Eléctricos – Arranque de Motores Assíncronos Trifásicos”.
2 - Programa para arranque e paragem de motor eléctrico, com dois sentidos de marcha (inversão de marcha). A condição para que um motor trifásico inverta o sentido de marcha é trocar duas fases no seu circuito de alimentação (potência). Isto consegue-se através do uso de dois contactores motor ligados como mostra a figura.
Daqui se conclui que são necessárias duas saídas. Isto é duas variáveis de saída. Relativamente às variáveis de entrada é fácil estabelecê-las. Estão associadas aos botões que dão as ordens de marcha para: rotação no sentido horário, no sentido anti-horário e paragem. Isto é três variáveis de entrada.
Se estabelecermos as equações das saídas a partir do esquema de comando da figura, obtemos:
KM 1 S1 ( S 2 KM 1) KM 2 KM 2 S1 ( S 2 KM 2) KM 1
O programa fica assim (solução “a”):
Podemos em alternativa desenvolver um programa com recurso ao bloco (relé) de autoretenção. Para isso vamos definir as condições (equações) que permitem activar o “set” e o “reset” de cada uma das saídas. A saída Q1 (KM1) é activada quando se prime o botão de marcha S2 (coloca o valor lógico a 1 na entrada I2) e simultâneamente a saída Q2 estiver inactiva. A saída Q2 (KM2) é activada quando se prime o botão de marcha S3 e simultâneamente a saída Q1 estiver inactiva. As saídas passam ao estado inactivo quando se prime o botão S1(o botão com contactos normalmente fechados tem de ser substituído por outro com contactos normalmente abertos). [ set ] Q1 I 2 Q 2 [ set ] Q 2 I 3 Q1 [reset ] Q1 Q 2 I1
(solução “b”)
Os programas descritos garantem que quando uma saída estiver activa, a outra não se pode activar simultaneamente, isto é, proporciona um encravamento que evita que os contactores ligados às saídas provoquem um curto-circuito por erro de operação.
A implementação do circuito para a solução “a” pode ser feita de acordo com o esquema seguinte. (Se utilizarmos o programa da solução “b” temos de substituir o botão S1 por outro com contactos normalmente abertos)
3 - Programa para arranque sequencial de dois motores eléctricos e paragem simultânea. O esquema de comando mostra a solução em lógica cablada. A análise do circuito permitenos identificar as seguintes variáveis: Entrada: S1 e S2 Saída: KM1 e KM2 Interna: Temporizador ao trabalho que vamos designar por TON As equações são: KM 1 S1 ( S 2 KM 1) TON KM 1 KM 2 TON OUT
O programa fica assim (solução “a”):
Utilizando o bloco (relé) de auto-retenção, e substituindo o botão S1 normalmente fechado, por outro normalmente aberto, obtemos o seguinte programa. (solução “b”)
Como exercício de consolidação, sugere-se que faça o programa para a presente situação introduzindo sinalização de defeitos (sobrecarga para cada um dos motores) e funcionamento (parado, motor 1 e motor 2 activos).
4 - Programa para arranque estrela/triângulo e paragem de motor eléctrico.
Partido do esquema do circuito de comando podemos identificar as seguintes variáveis: Entrada: S1 e S2 Saída: KM1, KM2 e KM3 Interna: Temporizador ao trabalho que vamos designar por TON As equações são:
KM 1 S1 [( S 2 KM 2) KM 1] TON KM 1 KM 2 S1 [( KM 1 KM 2) S 2] TON OUT KM 3 KM 3 KM 1 KM 2
O programa fica assim:
Se quisermos fazer o programa utilizando blocos (relé) de auto-retenção, temos que definir as equações que provocam a activação (set) e a desactivação (reset) de cada saída. Sabemos que KM1, KM2 e o Temporizador ao trabalho são activados simultâneamente e que, decorrido o tempo parametrizado para o Temporizador, é desligado o contactor KM2 e ligado o contactor KM3. Pelo que obtemos:
[ set ] Q1 Q 2 I 2 [ set ] Q3 TON OUT [reset ] Q1 Q3 I1 [reset ] Q 2 TON OUT I1 TON Q1
