O Método da Cadeia Estacionária
Aplicada ao CLP Festo, CLP Matsushita e FluidSim
Objetivo:
Utilizar o método da Cadeia estacionária para o desenvolvimento do programasLADDER e diagramas de comandos elétricos para automatizar controles sequenciais.
Introdução:
O uso do método da cadeia estacionária na resolução de comandos para uma sequência de movimentos é uma excelente opção, pois permite resolver de uma maneira rápida, sistemática e independente do tipo de sequência ser direta ou indireta.
Ao usarmos o método da cadeia estacionária a elaboração do programa deve ser organizada em dois diagramas que se complementam:
Diagrama de comando; Diagrama principal. Procedimentos para Aplicar Cadeia Estacionária:
Como primeiro passo é recomendável criar uma lista de alocação de variáveis:
Liste todos os elementos de entradas, como por exemplo, botão de partida e chaves ou sensores de fim de curso de atuadores, de acordo com as legendas simbólicas usadas no diagrama eletropneumático da situação-problema apresentada.
Liste também todos os elementos de saída, que no caso são basicamente todos os solenoides de acionamento das válvulas.
Associe cada elemento de E/S listado ao endereço de uma variável de E/S disponível no CLP. Ex:
Elementos de Entrada Elementos de Saída Endereço Simbólico Endereço Absoluto Descrição Função Localização Endereço Simbólico Endereço Absoluto Descrição Função Localização
B1 I1.0 Botão de Partida Y1 O0.0 Avança o Cilindro A
S1 I1.1 Cilindro A Recuado Y2 O0.1 Avança o Cilindro B
S2 I1.2 Cilindro A Avançado Y3 O0.2 Recua o Cilindro B
S3 I1.3 Cilindro B Recuado
S4 I1.4 Cilindro B Avançado
Em seguida é necessário definir a quantidade de relês auxiliares que serão necessários na cadeia estacionária, e isso equivale a definir o número de passos da cadeia estacionária. Para isso temos uma regra:
Como exemplo temos a seguinte representação algébrica de sequência dos movimentos:
A+ A- T B+ B-
onde T= 4,5sNo exemplo em questão temos quatro movimentos mais um tempo. Tanto os movimentos quanto o tempo são eventos. Assim, a cadeia estacionária tem cinco eventos, portanto o diagrama de comando da cadeia estacionária deverá ter:
5 + 1 = 6 passos ∴ 6 Relês auxiliares
O sexto e último passo da cadeia estacionária é importante, pois é ele que permitirá o desligamento automático de toda cadeia ao final da sequência. A cadeia estacionária é um circuito de lógica sequencial que funcionará de acordo com a seguinte tabela:
Transição ↑↑↑↑ de
Elementos Ativadores Passo
Passos (Relês Auxiliares)
K1 K2 K3 K4 K5 K0 Nenhum 0 0 0 0 0 0 B1 1 1 0 0 0 0 0 S2 2 1 1 0 0 0 0 S4 3 1 1 1 0 0 0 T 4 1 1 1 1 0 0 S1 5 1 1 1 1 1 0
Uma cadeia estacionária terá a quantidade passos igual a n +1, onde n é igual ao número de eventos (movimentos + temporizações) previstos na sequência. “Passos” de uma cadeia estacionária são também denominados “Etapas”.
S3 6 1 1 1 1 1
Nenhum 0 0 0 0 0 0
O fato de designarmos de K1 até K6 e deixarmos K0 por último é tão somente por motivos de estratégia que facilitará possíveis manutenções (ampliações) posteriores do programa. Com isso podemos completar as tabelas de alocações.
Elementos de Internos Endereço Simbólico Endereço Absoluto Descrição Função Localização K1 F1.1 Passo 1 (A+) K2 F1.2 Passo 2 (B+) K3 F1.3 Passo 3 (T) K4 F1.4 Passo 4 (A-) K5 F1.5 Passo 5 (B-)
K0 F1.0 Passo 6 (Desligamento Automático)
Constituição de um passo da cadeia estacionária em LADDER:
Um dado passo da cadeia estacionária é constituído dos seguintes quatro Elementos Básicos:
Um contato do elemento ativador (contato tipo NA)
Elemento ativador é o elemento que ativa (que faz começar) um determinado passo, desde que tal passo esteja previamente habilitado;
Um contato do elemento habilitador (contato tipo NA):
Um determinado passo da cadeira se torna habilitado sempre que o passo imediatamente anterior a ele for ativado;
Existe uma exceção a essa regra, o que é o caso do primeiro passo da cadeia:
O primeiro passo da cadeia não tem passo anterior a ele que o habilite. Assim, para que uma sequência possa ser iniciar, o primeiro passo da cadeia precisa estar previamente habilitado.
Além do mais, ao final da sequência quando se ativa o último passo, como
Desligamento Automático
Note que, no caso de estarmos operando em modo de ciclo contínuo (no qual a sequência se repete indefinidamente), o último passo da cadeia torna-se de fato o passo imediatamente anterior ao primeiro passo;
Um contado de selo (contato tipo NA)
O contato de selo é colocado em paralelo com o contato do elemento ativador. O contato de selo é sempre relacionado com o próprio elemento de saída do passo em questão;
Existe uma exceção a essa regra:
O último passo de comando da cadeia não precisa ter contato de selo, pois a função da mesma é apenas o de, com um pulso, provocar o desligamento de toda a cadeia, colocando a mesma em condições para posteriormente ser reiniciada;
Um elemento de saída (no diagrama de comando da cadeia estacionária todas as bobina de saída devem ser do tipo do tipo elemento interno (relê auxiliar)).
Diagrama LADDER da Cadeia Estacionária:
A seguir é apresentada a estrutura básica da cadeia Estacionária (antes de definir as os endereços ou símbolos das variáveis):
Elemento Acionador
Elemento Habilitador * Contato de Selo
Elemento de Interno ( Relê Auxiliar)
Esta mesma estrutura também pode ser desenhada utilizando blocos lógicos:
* Repare que o primeiro passo não possui elemento habilitador NA, mas sim contato de desligamento NF (função negação na entrada do bloco lógico “E”).
Usando cadeia estacionária, para agilizar a edição de um programa de CLP no software editor, seja em LADDER ou DFB devemos sempre, na medida do possível, usar o recurso de edição “Copiar” e “Colar” (Marcar bloco / Copiar Bloco no software do CLP Festo).
Deste modo, convém que, ao desenharmos a primeira network, deixemos a segunda entrada da porta “E” sem negação, a fim de podermos copiar e colar para as demais networks. Em seguida voltamos à edição da primeira network e acrescentamos a negação da entrada da porta Habilitador *
Acionador Selo
Elemento Interno ( Auxiliar)
Definindo os Endereços dos Elementos de Saída e dos Contatos de Selo:
Repare que os endereços foram escolhidos e dispostos numa sequência ordenada, o que ajuda a manter a organização do projeto e facilita a leitura, interpretação e manutenção do mesmo.
Repare também que no último passo não há o contato de selo. O contato de selo não teria utilidade neste passo: no último passo, com ou sem o contato de selo o funcionamento é o mesmo.
Definindo os contatos habilitadores e o contado de desligamento:
Contatos de Habilitação Contato de Desligamento
Repare como o elemento de interno (relê auxiliar) de saída de cada passo da cadeia habilita através de um contato NA o passo imediatamente posterior.
Assim, até aqui, a edição de um programa de CLP usando o método da cadeia estacionária se torna um ato totalmente mecânico.
Definindo o Elemento Ativador:
Esta parte da tarefa requer que o desenvolvedor fique atento ao diagrama eletropneumático e também a sequência dos movimentos.
A cadeia estacionária define o passo que corresponde a cada evento (movimento, temporização, etc). É necessário “descobrir” qual é o elemento causador do evento, ou seja, que dá início a cada um dos eventos.
Normalmente o primeiro movimento é ativado a partir do acionamento de um botão de partida e cada um dos movimentos subsequente será ativado a partir do acionamento do sensor de fim de curso do movimento anterior.
No exemplo em questão, temos a sequência:
A+ A- T B+
B-O primeiro evento é um movimento (A+), que é ativado pelo acionamento manual do botão de partida B1 (I0.0);
O segundo evento é um movimento (A-), que é ativado pelo acionamento da chave (ou sensor) de fim de curso do movimento anterior (A+), ou seja, por S2 (I0.2);
O terceiro evento é uma temporização (T = 4,5s), que é ativado pelo acionamento do sensor de fim de curso do movimento anterior (A-), ou seja, por S1 (I0.1);
O quarto evento um movimento (B+), que é ativado pelo acionamento de um contato do temporizador (T0) que é comutado ao final do tempo decorrido, ou seja, T (T0);
O quinto evento é um movimento (B-), que é ativado pelo acionamento do sensor de fim de curso do movimento anterior (B+), ou seja, por S4 (I0.4);
√ O sexto (e último) evento tem a função de desligar a cadeia (esta é a função do último passo do comando de uma cadeia estacionária. Uma vez terminada a sequência é isso é preciso). O desligamento da cadeia é ativado pelo acionamento do sensor de fim de curso do movimento anterior (B-), ou seja, S3 (I0.3).
No CLP Festo nós podemos também implementar o circuito de comando da cadeia estacionária utilizando a linguagem de bloco de funções:
Lógica de Acionamento dos solenoides das Válvulas Direcionais (Diagrama Principal): Você deve ter notado que apesar da cadeia de comandos definir os passos para cada um dos movimentos, ela em si não está acionando diretamente nenhum solenoide de válvula.
Assim a nossa cadeia estacionária (circuito de comando) precisa ser complementada com uma lógica de acionamento dos solenoides (circuito principal).
Tal lógica poderá ser obtida a partir do seguinte questionamento:
• Qual solenoide dever se acionar para provocar um dado movimento? • A válvula é de duplo ou simples solenoide?
No caso de válvula de duplo solenoide, além de acionar o solenoide relacionado ao movimento desejado, deve-se também tomar o cuidado de não se esquecer de cortar o solenoide do movimento oposto, em caso contrário provocaria contrapressão que impediria o movimento desejado.
No caso de válvula de simples solenoide, o retorno é por mola, ou seja, para retornar deve-se apenas cortar o solenoide de avanço.
Assim:
O solenoide Y1 (O0.0) deve ser energizado para obter o movimento A+ (no passo K1); O solenoide Y1 (O0.0) deve ser desenergizado para obter o movimento A- (no passo K2); O temporizador T (T0) deve ser ativado para dar início a temporização (na etapa K3); O solenoide Y2 (O0.1) deve ser energizado para obter o movimento B+ (no passo K4). Por tratar-se de uma válvula de duplo solenoide, é recomendável que Y2 seja desenergizado logo no passo seguinte, independente de qual seja o próximo movimento; O solenoide Y2 (O0.1) deve ser desenergizado e o solenoide Y3 deve ser energizado para obter o movimento B- (no passo K5).
Trabalhando Com Temporizadores:
Para se trabalhar com um temporizador alguns CLPs requerem que, o valor que define o tempo seja carregado antecipadamente numa variável intermediária do temporizador (no caso do
Esta operação de carga deve ser feita em qualquer passo anterior do passo de temporização. Para fazer isso siga o caminho New Element / Special assignments / Multibit
Assignement Condition.
√ Na entrada I do bloco LOAD associe uma variável intermediária com designação V450 (para 4,5s);
√ Na saída Q do bloco LOAD associe outra variável intermediária com designação TP0;
√ A mesma variável intermediária TP0 deve ser associada à entrada t do temporizador.
Assim, como diagrama principal, obtemos o seguinte esquema:
Exercício:
1- Usando DFB, implementar com o CLP Festo um programa baseado em cadeia estacionária para automatizar a seguinte sequência:
A+ B+ A- T B+
B-Onde T = 3,5 s. Considere a mesma planta do exemplo desenvolvido anteriormente. Considere ainda um botão de partida para dar início à sequência.
2- Usando LADDER, implementar com CLP Matsushita (NAIS FP1 – C16) a mesma solução de automação do exercício 1;
