Complemento Clp

2

Introdução: "A fabricação de um produto pode ser entendida como o cruzamento de fluxos de material, energia e informação." (Ferreira,...) Sendo: Fabricação ou processo (produção): Máquinas ou sistemas que alteram a matéria prima ao longo do processo. Para estas alterações, as quais agregam valor ao produto, é necessário fazer uso da energia. Informações: Desenhos Documentos de descrição de processos e fabricação Documentos de controle de processo e fabricação Relatórios... "Dependendo das funções que o homem exerce na interligação dos fluxos de informações com os de energia e material, define-se o grau de automatização do processo de fabricação." (Ferreira,...). Pelo colocado acima, observa-se que a automatização das indústrias envolve duas áreas distintas e complementares: a fabricação e o gerenciamento de informações de produção.

Automatização da Fabricação (Produção): Tem objetivo de, por meio de máquinas ou sistemas que realizem tarefas de forma automática, porporcionar uma produção com repetibilidade assegurada, ou elevado grau de acuracidade, ou simplesmente substituir o operador humano em tarefas repetitivas e/ou perigosas e cansativas. Na fabricação de produtos por meio de processos, como no caso de materiais em forma líquida ou granel, o nível de automatização nas indústrias é bastante elevado. Estes produtos são geralmente produzidos em grande quantidade, justificando o investimento em plantas completamente automatizadas. Já na fabricação de peças na indústria mecânica, há que se diferenciar entre a produção de grandes e pequenos lotes. Nos grandes lotes são utilizadas máquinas dedicadas, de produção elevada, e freqüentemente muito precisas. Pode-se dizer que

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esta se trata de uma automatização "dura" por não envolver grande variação no fluxo de informações. Na produção de pequenos lotes tem havido grande evolução desde o advento da máquina

CNC

(Comando

Numérico

Computadorizado).

Nos

processos

não

automatizados de fabricação de pequenos lotes, o operador é responsável pela execução do trabalho, bem como pelas tomadas de decisão envolvidas e fornecimento das informações necessárias aos passos posteriores. Esta quantidade de atividades, mesmo que sejam simples, colocadas em paralelo podem acarretar erros ou falta de informações necessárias à continuação do processo. Com o uso da máquina CNC, o operador passa a programar as atividades a serem executadas pela máquina. As vantagens do uso deste tipo de tecnologia na fabricação de pequenos lotes de peças são expressivas. É importante notar que há dois pontos muito importantes na automatização da fabricação e de processos: a programação e a aquisição de sinais. Dependendo da característica do produto, estes pontos têm maior ou menor importância. Por exemplo, numa planta fabril para produtos laticínios ou para transformação de cereais, o fluxo de sinais (temperatura, pressão, umidade, vazão...) é muito intenso, pois os sistemas de controle de processo necessitam destas informações para tomar decisões e ativar os atuadores que corrigem o processo. Já na fabricação de peças em máquinas CNC´s, poucas ou nenhuma variáveis de processo são controladas enquanto a ferramenta corta o material (isto depende do grau de complexidade do controlador da máquina). Porém, nestas aplicações, o papel da programação é de suma importância. A implementação de programas-peça eficientes, de forma rápida e precisa são trunfos para tornar a empresa competitiva no mercado.

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Automatização na campo da informação da área de fabricação: Nesta área estão os softwares de CAD/CAE/CAM/CAP/CAQ e Bancos de Dados. Definições de termos usuais na manufatura: CIM - Computer Integrated Manufacturing CAD / CAM

PP&C

Computer Aided Design & Manufacturing

Production Planning & Control ( atividades organizacionais do CIM )

CAD Computer Aided Design

CAP Computer Aided Process Planning

CAQ Computer Aided Quality Control

CAM Computer Aided Manufacturing & Assembly

Planejamento dos recursos de produção Planejamento dos materiais Estudo do tamanho e tempo de produção dos lotes Emissão de ordens de trabalho Controle da Manufatura

CAD (Computer Aided Design): Esta atividade compreende a concepção, desenho e cálculos de engenharia de novos produtos com auxílio do computador. Como várias atividades de engenharia estão relacionadas a este módulo, como simulação e testes de desempenho do produto, análise estática e/ou dinâmica dos componentes, geração de programas NC e outras, freqüentemente o termo CAE (Computer Aided Engineering) é usado juntamente com CAD. CAP (Computer Aided Planning): Atividade relacionada à geração, auxiliada por computador, de um plano tecnológico de fabricação do produto. Este plano compreende o processo e seqüência de tarefas de fabricação das peças e produto final. O planejamento adequado provoca aumento da produtividade devido aos seguintes fatores: padronização dos procedimentos de fabricação, otimização do fluxo de produção, redução da mão de obra indireta, diminuição do tempo para início da fabricação, redução no inventário das ferramentas e melhor utilização dos recursos disponíveis. CAM (Computer Aided Manufacturing): Esta atividade defina as funções de um computador para controlar as atividades no chão de fábrica, incluindo controle direto das máquinas, gerenciamento de materiais e insumos, ferramentas, elementos de fixação (gabaritos) e manutenção. CAQ (Computer Aided Quality Control): Esta atividade compreende todas as tarefas de

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controle de qualidade num sistema de manufatura. Em alguns casos é chamado CAT (Computer Aided Testing), o qual restringe bastante o significado do termo. CAD/CAM: representa a soma das atividades CAD, CAP, CAM e CAQ. PP&C (Production Planning and Control): esta função se trata da atividade organizacional do CIM. CIM (Computer Integated Manufacturing): Se trata da combinação das atividades de CAD, CAP, CAM, CAQ e PP&C em um único sistema.

Conceitos Básicos: Comando e controle: Comando: é um sistema no qual uma ou mais grandezas de entrada produzem efeito sobre as grandezas de saída. Controle: é um sistema no qual o valor de uma grandeza de saída é comparado com um valor desejado. O resultado desta comparação (que representa um erro) é utilizado pelo sistema para corrigir a grandeza de saída.

Sinais analógicos, digitais e binários: Os sinais de entrada e saída de um sistema representam grandezas físicas mensuráveis, como pressão, temperatura, umidade, força, tensão, deformação, etc. Estas grandezas são analógicas, ou seja, podem assumir valores contínuos (número infinito de valores). Freqüentemente estes sinais são digitalizados pelos sistemas de medição e controle, ou seja, a grandeza física é discretizada (particionada em degraus). Em particular, se este número discreto de valores for de apenas dois, falamos de sinais binários. Apesar do sistema binário basear-se na premissa de que há apenas dois estados para uma grandeza (ligado/desligado, aberto/fechado, alto/baixo...) o uso da lógica binária e da álgebra booleana permitiu o crescimento da indústria eletro-eletrônica, o desenvolvimento dos computadores e dos controladores micro-processados (além de inúmeras outras aplicações).

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Lógica Binária: Os comandos binários têm sua lógica estruturada na "existência" (valor 1) ou "não existência" (valor 0) de sinal. Estes dois estados lógicos são os elementos da álgebra booleana.

Funções lógicas básicas, tabela verdade e equações booleanas: Para melhor compreensão são apresentadas as funções lógicas básicas por interruptores elétricos e elementos pneumáticos. No primeiro caso, a existência de sinal de saída A é representada pela lâmpada acesa e, no segundo, pela existência de pressão. Os sinais de entrada a e b correspondem à existência de corrente elétrica (interruptores fechados) ou à existência de pressão.

Função E (conjunção: A=a••b): a

U A

A

b

a

b

b

A

& O a

a

tabela verdade:

a

b

A

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

b

A

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Função OU (disjunção: A=a+b):

+

a

A

U

b

a

b

≥1 O

-

a

A

b

tabela verdade: a

b

A

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

Função SIM (identidade: A=a): U

+ a

A

1

a -

a

O A

tabela verdade: a

A

0

0

1

1

8

Função Não (negação: A= a ): +

U a a

A

1

a O

-

A tabela verdade: a

A

0

1

1

0

Comandos Combinatórios: Comandos combinatórios são aqueles em que o sinal de uma saída S do sistema depende da combinação dos sinais de entrada, ou seja: S = f(E)

Comandos Combinatórios com Memória: A "memória" possui a função de manter um sinal dado, até que outro sinal contrário venha repor a variável de saída ao valor original. Abaixo seguem exemplos de sistemas de memória eletro-pneumática. 1) Memorização na parte elétrica: enquanto o sinal elétrico estiver ativo a válvula está acionada. A

P

R

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2) Memorização na parte pneumática: um pulso elétrico ativa um estado da válvula. Este estado só é alterado por meio de um pulso contrário. A

P

R

Montagem no cilindro:

A

R

P

A

B

S

R

B

S

P

Circuitos equivalentes:

b1

d1

d1

b1

b2

botão com retorno

b0

Relé auxiliar

d1

s1

s1

s2

10

Comandos Combinatórios - Memória RS: Fluxograma lógico do elemento de memória RS:

A

≥1

a

&

A

b

Tabela verdade: A anterior

a

b

A

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0

Da tabela verdade vemos que: 1) a entrada b tem função de RESET, ou seja, sempre que b = 1, então a saída é zerada (A = 0). A isto chama-se "desligar dominante". 2) Sempre que b = 0, ou seja, a entrada RESET não estiver ativada: a) Basta que a = 1 para que a saída seja A = 1, portanto, a entrada a tem função de SET. b) Se a = 0 mas a história do sistema diz que A anterior = 1, então a saída é mantida alta A = 1. 3) As observações anteriores provam que este sistema apresenta memória, ou seja, no momento em que foi dado um sinal de SET, este é mantido até que um sinal de RESET venha desarmá-lo.

Portanto o fluxograma lógico do elemento RS pode ser substituído pela caixa preta: SET A RESET

Diagrama ladder

correspondente

para

a

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memória RS:

SET

RESET

A

A

Comandos Sequenciais: Comandos sequenciais são aqueles em que a passagem de um passo para o seguinte só ocorre após satisfeitas condições pré-determinadas num programa.

Projeto de Comandos Sequenciais pelo Método Passo a Passo: O método passo a passo oferece uma sistemática bastante geral para o projeto dos comandos sequenciais. Suas principais características são: Fácil e rápido projeto e programação. Fácil supervisão e visão global da estrutura de programação. Flexibilidade para mudanças ou ampliações. Ocorrendo problemas de funcionamento, facilidade de localização e correção do erro Padronização e facilidade de inclusão e variação nos modos de funcionamento da seqüência, como por exemplo: ciclo único ou contínuo, ciclo automático ou comando manual passo-a-passo, desativação das memórias para colocação no estado inicial (resetagem dos estados internos), etc... Suas principais características são: Cada passo constitui-se num estado perfeitamente individualizado e diferente dos demais. A cada passo é associada uma memória RS. A passagem de um passo a outro se dá através da satisfação das condições para o seguimento da seqüência. As memórias são intertravadas, ou seja: quando está ocorrendo o passo "n", a memória "n-1" é desativada e a memória "n+1" ativada. O passo "n+1" ocorre apenas se: a memória do passo anterior está ativada

E as condições para prosseguimento da seqüência foram confirmadas.

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Diagrama de Funções para o Método Passo a Passo: Simbologia:

Ei = Sn-1

E1 E2 Ej

B0 B1

Passo n

A

B

C

B2

Comentário Sn

onde: S = Saídas de sinal E = Entradas de sinal: condições de prosseguimento para o passo n B0 = Reset manual B1 = Liberação (de todos os passos da seqüência) B2 = Realização do passo n, sem as condições de prosseguimento E1 a Ej e Ei

Campos: A = Tipo de comando M = memorizado D = atrasado (delayed) MD = memorizado e atrasado MH = memorizado mesmo com queda de energia

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Exemplo de comando sequencial: A+ B+ B- AConfiguração física:

A

S1

A

B

10 P

S3

A

13 R

B

S2

B

11

S

12 R

Diagrama Trajeto-passo:

A

B

P

S

S4

14

Diagrama de Funções: S6

S0 S1

1

M

A+

S2

M

B+

S4

M

B-

S3

M

A-

S1

Fixar S2

2 Conformar S4

3 Recuar S3

4 Soltar

Diagrama lógico:

15

S6 = RESET de todas as memórias.

S0 S1

≥1

&

&

13

S6 11

10

S2

≥1 passo posterior irá desativar a memória atual

último passo está ativado

S2 ≥1

& 10

S6 12

&

11

S4

&

12

S3

&

13

S1

≥1

S4 ≥1

& 11

S6 13

≥1

S6 ≥1 S3 12

≥1

&

Diagrama ladder:

10

16

S0

S1

13

S6

11

10

10

S6

12

11

11

S6

13

12

10

S2

11

S4

12

S3

12 S6 13

Programa do Controlador WEG A080:

10

13

17

ORG E E OU ENÃO ENÃO SAI

1 0 13 10 6 11 10

ORG E OU ENÃO ENÃO SAI

2 10 11 6 12 11

ORG E OU ENÃO ENÃO SAI

4 11 12 6 13 12

ORG E OU OU ENÃO SAI

3 12 13 6 10 13

Exercício:

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Apresentar a configuração física, o diagrama trajeto-passo, o diagrama de funções, o diagrama lógico, diagrama ladder e programação literal do seguinte problema: O cilindro A alimenta a peça a partir de um depósito, colocando-a no local de estampagem. Em seguida desce o cilindro B e permanece prensando por dois segundos, para em seguida retornar. O cilindro C expulsa a peça da sede e um jato de ar comprimido empurra a peça para o depósito receptor. Um sensor ótico indica a queda da peça neste depósito, quando então pode se reiniciar um novo ciclo.

B Magazine S0 = botão de início

A

Y2 Y4

P

R

S3

S1

SOT

A S2

A

Depósito

Y1

P

R

C

A

Y3

P

R

Sinais de entrada: S0 = Botão de início de ciclo

-

Acionado:

S0 = 1

S1 = Posição recuada do cilindro A

-

Cilindro recuado:

S1 = 1

S2 = Sensor na sede de estampagem

-

Peça existente:

S2 = 1

S3 = Posição avançada do cilindro B-

Cilindro avançado:

SOT = Sensor ótico

-

Sinais de saída:

S3 = 1

Peça passando

SOT = 1

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Y1 = Comando da válvula do cilindro A

-

Cilindro A avança:

Y1 = 1

Y2 = Comando da válvula do cilindro B

-

Cilindro B avança:

Y2 = 1

Y3 = Comando da válvula do cilindro C

-

Cilindro C avança:

Y3 = 1

Y4 = Comando do jato de ar

-

Jato aberto:

Y4 = 1

Outros sinais de comando: B0 = 1 -

Resetar toda a programação

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Projeto de Comandos Sequenciais Eletropneumáticos com apoio de Controladores Programáveis: Fundamentos dos Controladores Programáveis: O controlador programável se trata de um equipamento destinado ao controle de máquinas e processos, em substituição aos circuitos de relés tradicionais. Seu trabalho pode ser explicado de modo simplificado por meio de um diagrama tipo caixa preta: E0

S0

CONTROLADOR PROGRAMÁVEL

E1

S1

E2

S2

E3

S3 • • •

En

Programa

• • • Sn

Os controladores programáveis possuem uma memória programável para armazenar instruções que implementam funções da lógica binária, permitindo a execução de comandos combinatórios e sequenciais utilizados no controle e automação de processos. Este equipamento permite fácil, flexível e compacta execução do processamento dos sinais utilizados para o comando de atuadores elétricos (relés) e eletro-pneumáticos (bobinas solenóide). Na figura abaixo pode-se observar um circuito eletro-pneumático simples, no qual foi inserido um CP. Nesta figura, os elementos geradores de sinais de entrada (botoeira e sensores de fim de curso) estão em verde e os elementos para os quais o CP envia um sinal de saída (bobinas de uma válvula duplo solenóide) estão em azul.

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b1

d1

d2

FC1

d1

d2

FC2

d2 d1

d2

S1

S2

A+

AFC2

FC1

b1

Entradas

CLP Programa armazenado na memória

Saídas S1

S2

A+

A-

Principais elementos do controlador programável: E/S (em inglês I/O): Módulos de entrada e saída (digitais ou analógicas). CPU: Unidade Central de Processamento. É composta por três módulos básicos: Unidade de Controle: Gera os sinais para controle dos módulos de I/O e de comunicação. Rede

de

Registradores:

armazenam

dados

temporariamente,

contam,

armazenam endereços, etc. Unidade Lógica e Aritmética: executa operações lógicas (E, OU, NÃO OU...) e operações aritméticas.

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Memórias:

RAM: memória para porgramação do controlador programável ROM: memória interna do CP (o usuário não tem acesso) EPROM: Apagável por luz UV EEPROM: Apagável eletricamente

Módulos de comunicação: Responsáveis pelo trânsito de informações binárias entre os módulos I/O, memórias e a CPU (bus de dados, bus de endereços e bus de controle). Dispositivos de Programação: Dispositivos geralmente separados do controlador programável, podendo ser compartilhados. Programador direto: unidade separada, geralmente com um pequeno teclado e visor, específico para cada tipo ou marca de controlador programável. Computador PC: Por meio de interfaces e softwares edita-se o programa, o qual é transferido posteriormente ao controlador programável.

Varredura Cíclica do Programa (Cyclic Scanning): A Unidade de Controle faz com que a lista de instruções do programa seja lida sequencialmente de forma cíclica. O tempo de duração de um ciclo depende do controlador programável e do tamanho do programa. Em cada ciclo ocorre: 1. Leitura dos dados de entrada pelo controlador programável 2. Varredura do programa do usuário, efetuando as operações lógicas relacionadas às alterações ocorridas nas entradas e gerando um novo estado de saída 3. Transferência do novo estado de saída ao Módulo de Saída do controlador programável.

Linguagens de Programação: 1. Diagrama Ladder: Conhecida também como diagramas de contatos, é a linguagem mais popular. Faz uso de símbolos de contatos (NA e NF) e de bobinas ou relés, os quais são conhecidos por praticamente todos os engenheiros e técnicos. 2. Álgebra Booleana: Disponível em alguns controladores programáveis, mas não é muito popular. Faz uso das funções lógicas E, OU e NÃO para a descrição do programa. A maioria do pessoal de manutenção não é familiarizada com álgebra booleana, embora muitos engenheiros gostem de utilizá-la. 3. Linguagem de programação de computadores: É uma linguagem próxima à linguagem de máquina, fazendo com que os programas fiquem bastante "enxutos".

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Embora trate-se de uma linguagem muito eficiente, é utilizada apenas por engenheiros de controle e automação. 4. Linguagens de alto nível: À medida que os controladores programáveis incorporam novas funções: programas matriciais, maior capacidade aritmética, uso de subrotinas, etc, torna-se necessário utilizar linguagens de programação mais sofisticadas (próximas à linguagem C).

Dispositivos de entrada/saída (E/S ou I/O): Os controladores programáveis apresentam uma forma modular, ou seja, o módulo principal (que contém a CPU) apresenta um número limitado de E/S, sendo necessário conectar módulos de expansão no caso de controle de mais entradas e/ou saídas. Em um controlador programável de grande porte, o custo dos dispositivos de E/S será provavelmente mais elevado que o da CPU. Em alguns casos se faz necessária a leitura de sinais analógicos (termopares, sensores de umidade, células de carga, etc.), o que geralmente obriga o usuário a adquirir um módulo próprio para este tipo de sinal. Neste caso normalmente a transmissão do sensor ao CP é feita por um sistema transmissor de sinais de 4 a 20 mA, o qual permite distâncias de transmissão relativamente elevadas. No caso de sinais digitais de pequena distância, os sensores são conectados diretamente às entradas da CPU e módulos de expansão, os quais ficam unidos fisicamente. No caso de sensoreamento digital remoto, é usual a colocação do módulo de expansão de E/S próximo aos sensores, sendo que a comunicação com a CPU é feita de forma serial por um cabo RS 485, por uma rede própria do fabricante, ou ainda uma rede padrão InterBus ou ProfiBus. Para que isso ocorra, o módulo de E/S tem um processador que gerencia a comunicação com a CPU do controlador programável. Dependendo da aplicação, pode ser mais interessante colocar um controlador programável de pequeno porte trabalhando como escravo. Como no caso anterior, a comunicação mestre-escravo pode se dar por RS 485 ou por uma rede. No caso de distâncias muito grandes (vários quilômetros), a transmissão é feita por modem. Para a especificação das E/S deve-se observar a tensão de entrada (110 Vca, 220 Vca, 12 Vcc ou 24 Vcc) e saída (geralmente 24 Vcc, porém, pode ser TTL, ou seja, 5 Vcc). No caso da necessidade de acionamento de elevada potência (chave de partida de um motor, por exemplo), a saída em 24 Vcc aciona um relé, cuja função é isolar o

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circuito de potência da parte de sinais. Finalmente, a maior parte dos controladores programáveis pode ter uma ou mais saídas para indicador de sete segmentos.