Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia

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Universidade Federal de Minas Gerais

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Eletrônica Laboratório de Informática Industrial

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Aula - Programa¸

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ao IEC 61131-3 no ambiente CODESYS

Objetivos: Desenvolver programas em SFC sob o ambiente CODESYS.

Atividades Pr´

evias

Leia atentamente, em casa, o texto desta pr´atica, de forma a agilizar os procedimentos a serem executados no laborat´orio.

Projeto utilizando o CODESYS

CODESYS Development System é um aplicativo para a programa¸cão de projetos de controle e automa¸cão no ambiente da norma IEC 61131-3. As etapas para o desenvolvimento de um projeto neste aplicativo são as seguintes:

1 Cria¸c˜ao de um novo projeto

1.1. Abra o aplicativo CODESYS atrav´es do menu iniciar (3S CODESYS →CODESYS → CO-DESYS V3.5 SP3 Patch5 ) ou do ´ıcone na ´area de trabalho do computador.

1.2. Crie um novo projeto em comp → New Project... CtrlN. Na janela que se abrir, conforme mostra a figura 1, selecione a op¸cão Standard project, defina o nome do projeto (Name), o diretório para armazená-lo (Location) e selecione OK.

Figura 1: Janela para criar um novo projeto

1.3. Uma nova janela será aberta (fig 2): selecione o dispositivo CODESYS Control Win V3 (este dispositivo permite que o aplicativo execute o projeto em um ambiente virtual, sem a neces-sidade de definir uma configura¸cão real de hardware de CLP), e a linguagem do programa PLC PRG. No nosso caso, será SFC. Por default, o aplicativo cria uma árvore hierárquica (fig. 3) com uma tarefa principal, denominada PLC PRG, que é uma POU do tipo Program, cujo nome poderá ser alterado posteriormente.

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Figura 2: Janela para sele¸c˜ao do dispositivo

Figura 3: Árvore hierárquica inicial da configura¸cão do projeto

seu projeto (no nosso caso seqfull). Para isso basta clicar no nome que se deseja alterar. Lembre-se de mudar nos dois pontos da árvore hierárquica onde o nome PLC PRG aparece. 1.5. Salve seu projeto, e não se esque¸ca de salvá-lo ao final de cada uma das próximas etapas.

2 Cria¸c˜ao de POUs

Você pode criar quantas POUs forem necessárias para o seu projeto. Para isso, pressione o botão direito do mouse em Application e utilize o caminho Add Object → POU. Defina o nome da POU, o seu tipo (Program, Function Block ou Function) e a linguagem de implementa¸cão. Lembre-se que se a POU for do tipo Function é preciso definir também o tipo de valor de retorno da fun¸cão.

3 Edi¸c˜ao de POUs

Para editar um POU basta clicar em seu nome que o editor da linguagem selecionada na cria¸cão da POU será aberta. Independente da linguagem selecionada, a janela do editor é dividida em duas partes. A parte superior é destinada à declara¸cão das variáveis locais, e a parte inferior ao algoritmo da POU, como mostrado na figura 4.

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3a Declara¸c˜ao de vari´aveis locais

A declara¸cão das variáveis locais de uma POU pode ser feita editando-se as variáveis direta-mente na parte superior do editor ou usando o recurso de auto-declara¸cão. Neste segundo caso, quando o nome de uma variável ainda não declarada for editada na parte inferior destinada ao algoritmo, uma janela surgirá, como mostrado na figura 5, para auxiliar na declara¸cão.

Figura 5: Janela para criar uma nova vari´avel

3b Declara¸c˜ao de vari´aveis globais

No caso de variáveis globais a serem manipuladas por duas ou mais POUs de um dado projeto, a declara¸cão das mesmas é feita clicando-se com o botão direito do mouse em Application e selecionando-se Add Object → Global Variable List ; será então aberta uma nova janela na qual define-se o nome da Lista de variáveis globais. Este nome será adicionado à árvore do projeto e, clicando-se no mesmo, seráberta uma aba para a declara¸cão das variáveis globais desta lista (figura 6)

Figura 6: Janela para sele¸c˜ao do dispositivo

3c Edi¸c˜ao das POUs

A edi¸cão de uma POU nas linguagens textuais (ST e IL) é de formato livre, bastando escrever o algoritmo. Para facilitar, o editor oferece recursos interativos que auxiliam na edi¸cão.

A edi¸cão de uma POU nas linguagens gráficas (LD, FDB e SFC) é realizada por meio do recurso “arrasta e cola” dos elementos de programa¸cão que são exibidos na janela ToolBox que se abre juntamente com o editor.

Ao utilizar as linguagens LD e FDB, os elementos de programa¸cão virão associados ao s´ımbolo “???” que deve ser substitu´ıdo por uma variável ou por valores constantes.

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Action ou AddObject → Transition. Na janela que se abrir, defina um nome e a linguagem de implementa¸c˜ao. Depois basta editar o algoritmo na linguagem selecionada.

Além disso, as transi¸cões em SFC também podem ser editadas diretamente substituindo-se o termo TRUE por uma variável booleana ou por uma expressão simples que resulte em um valor booleano.

Por fim, para associar um objeto criado como a¸cão ou transi¸cão ao elemento gráfico do editor, clique no s´ımbolo . Selecione o objeto desejado na janela que se abrir.

4 Configura¸c˜ao das tarefas

As diversas POUs que foram criadas e editadas, podem ser organizadas em diferentes tarefas (tasks) que, por sua vez, podem ser executadas das seguintes formas:

• Cyclic: A tarefa ser´a processada ciclicamente de acordo com a defini¸c˜ao de um tempo de ciclo determinado no campo Interval.

• Event : A tarefa ser´a iniciada assim que a vari´avel do tipo BOOL definida no campo Event perceber uma borda de subida.

• Freewheeling: A tarefa será processada livremente assim que o programa for iniciado e, no final de sua execu¸cão, será reiniciada automaticamente em um loop cont´ınuo.

• Status: A tarefa ser´a iniciada assim que a vari´avel do tipo BOOL definida no campo Event tiver o valor TRUE.

Para organizar as diversas POUs em suas respectivas tarefas, como mostrado na figura 7, fa¸ca:

Figura 7: Tela t´ıpica para configura¸c˜ao de tarefas

4.1. Configure inicialmente a tarefa principal. Para isso dˆe um duplo clique em MainTask. Na janela que se abrir do lado direito do editor, selecione o campo Type de acordo com a forma de execu¸c˜ao definida no seu projeto (no nosso caso, Freewheeling).

4.2. Use o campo Add Call para incluir outras POUs que tiverem o mesmo tipo de execu¸cão. 4.3. Caso necessário, crie outras tarefas. Para isso pressione o botão direito do mouse em Task

Configuraton e utilize o caminho Add Object → Task. Na janela que se abrir, defina o nome para a tarefa. Ap´os criada a nova tarefa, n˜ao se esque¸ca de definir o campo type e incluir as POUs no campo Add Call.

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5 Compila¸c˜ao do projeto

Compile seu projeto antes de test´a-lo. Para isso siga o caminho Build → Build F11. Analise os erros e as mensagens que forem exibidas, e corrija o projeto caso seja necess´ario.

6 Cria¸c˜ao do aplicativo

Mesmo em ambiente de simula¸cão, é preciso criar o aplicativo do projeto e fazer download no dispositivo que foi definido na página 1, item 1.3. Para isso siga os seguintes passos:

6.1. Marque a op¸c˜ao de simula¸c˜ao: Online → Simulation

6.2. Crie a aplica¸cão: Online → Create boot application. Na janela que se abrir salve a aplica¸cão no mesmo diretório onde o projeto está sendo salvo.

6.3. Fa¸ca o download : Online → Multiple Download ... e confirme OK na janela que se abrir.

7 Simula¸c˜ao e teste do Projeto

Para testar o projeto utilize os recursos de simula¸c˜ao dispon´ıveis, da seguinte forma:

7.1. Abra a janela de declara¸c˜ao das vari´aveis globais e das POUs que se deseja verificar o funcio-namento.

7.2. Fa¸ca o login seguindo o caminho Online → Login

7.3. Ajuste as janelas abertas para visualiza¸c˜ao seguindo o seguinte caminho: Window → New Horizontal Tab Group ou Window → New Vertical Tab Group

7.4. Inicialize a aplica¸c˜ao em Debug → Start.

A partir deste ponto sua aplica¸cão já estará sendo executada.

Para alterar online o valor de uma varável, utilize o campo Prepared value na janela de variáveis para editar um novo valor. Após a edi¸cão deste novo valor, fa¸ca a carga utilizando o seguinte caminho: Debug → Write Values.

Se quiser alterar ou corrigir a aplica¸c˜ao, utilize antes o comando Stop seguido de Logout.

Observa¸c˜oes Importantes

O aplicativo CODESYS oferece uma série de recursos de edi¸cão, como, por exemplo, ´ıcones, teclas de shortcuts e janelas popup, para agilizar a edi¸cão e a manipula¸cão de informa¸cões. Neste roteiro, esses recursos praticamente não foram utilizados, mas você pode usá-los à medida que for conhecendo melhor o aplicativo.

Neste roteiro trabalhamos apenas com simula¸cão. Utilize a referência [1] para que o CODESYS opere como SoftPLC e comunica¸cão via cliente/servidor OPC.

Atividades

Ap´s inicializar o aplicativo do CODESYS e criar o novo projeto, deverão ser implementadas as tarefas e programas que executem a opera¸cão automática de um reservatório industrial, dotado de um agitador interno [2].

Para implementar os programas referentes a este projeto no ambiente CODESYS, inicialmente crie uma lista de vari´aveis globais (Application → Add Object → Global Variable list...) e defina a Base de Dados como indicado na Tabela 1.

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Tabela 1: Base de dados do Projeto Nome Tipo Descri¸c˜ao

executa seq Boolean Parte a seqüência automática liga agitador Boolean Liga o agitador

valv entrada Boolean Abre/fecha válvula de entrada valv saida Boolean Abre/fecha válvula de sa´ıda reserv vazio Boolean Status de “reservatório vazio” reserv cheio Boolean Status de “reservatório cheio”

nivel Integer N´ıvel do reservatório (faixa de 0 a 100) seqstatus String Tamanho: 40 - Status da seqüência

O projeto deve conter as seguintes POUs:

• seqfull - Program em SFC que implementa uma sequência automática de chamada de um algoritmo que executa o enchimento/esvaziamento de um reservatório. Essa POU será a Main Task e deve ser configurada para ser executada livremente.

• nivelR - Program em FBD que deve ser configurado para ser executado livremente e gera os status do reservat´orio (reserv vazio para nivel ≤ 0 e reserv cheio para nivel ≥ 100).

• encheR - A¸cão de seqfull em SFC que deve ter o qualificador N e implementa uma sequência au-tomática de enchimento/esvaziamento de um reservatório.

• simul - Program em ST que deve ser configurado para ser executado ciclicamente com tempo de 200ms e implementa uma simula¸cão lógica de n´ıvel do reservatório (se valv entrada aberta, então nivel:=nivel+1; se valv saida aberta então nivel:=nivel-1; obs: sature os limites máximo e m´ınimo).

O programa seqfull dever´a implementar a seguinte sequˆencia:

1. Inicialmente o sistema permanece no estado desligado.

2. Verifica se o operador deu a partida no sistema (ou seja, se executa seq ´e verdadeiro).

3. Caso a condi¸cão 2 seja verdadeira, ativar a a¸cão encheR que irá controlar o enchimento ou esvazi-amento do reservatório, e escrever o status da sequência na variável seqstatus (‘Partindo’ ).

4. Verifica se a sequˆencia foi desabilitada (desligada) pelo operador (ou seja, se executa seq ´e falso).

5. Caso a condi¸cão 4 seja verdadeira, parar tudo, ou seja, fechar as válvulas, desligar o agitador e escrever o status da sequência na variável seqstatus (‘Desabilitada’ ).

6. Retornar ao passo 1.

O programa encheR dever´a implementar a seguinte sequˆencia:

1. Verifica se o reservatório está vazio (ou seja, se reserv vazio é verdadeiro).

2. Caso esteja, abrir a válvula de entrada para encher o reservatório e escrever o status da sequência na variável seqstatus (‘Enchendo’ ).

3. Quando o estado de reserv cheio for verdadeiro, fechar a válvula de entrada e ligar o agitador por 10s, além de escrever o status da sequência na variável seqstatus (‘Agitando’ ).

4. Decorridos os 10s, desligar o agitador, abrir a válvula de sa´ıda para esvaziar o reservatório e escrever o status da sequência na variável seqstatus (‘Esvaziando’ ).

5. Verificar se o reservatório está vazio (ou seja, se reserv vazio é verdadeiro). Caso esteja, retornar ao passo 1.

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Teste seu programa minuciosamente. É comum, em automa¸cão industrial, ignorarmos (por descuido ou desconhecimento) algumas situa¸cões operacionais importantes durante o projeto, as quais porém podem ser reveladas mediante um teste cuidadoso.

Roteiro de a¸

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O propósito desta se¸cão é auxiliar a cria¸cão e desenvolvimento da atividade proposta, através de re-ferências apropriadas aos tópicos 1 2 3 3a . . . contidos na se¸cão inicial “Projeto utilizando o CODESYS”.

1. Cria¸c˜ao da estrutura do projeto

1.1. Crie o projeto. 1

1.2. Adicione as POUs seqfull, nivelR e simul `a ´arvore do projeto. 2

1.3. Adicione as vari´aveis globais descritas na tabela 1. 3b

1.4. Configure as tarefas em conformidade com as POUs presentes no projeto. 4

Ao final desta etapa, a ´arvore de seu projeto deve ficar parecida com a figura 8.

Figura 8: ´Arvore do projeto

2. Edi¸c˜ao dos programas 3a 3c

2.1. Na árvore do projeto, clique no programa nivelR para abrir o editor de FBD. Selecione os objetos desejados na região direita designada como Toolbox e arraste-os para a linha (network ) de edi¸cão, inserindo os mesmos nas regiões permitidas (aquelas real¸cadas com a cor verde).

2.2. Edite em seguida o programa simul empregando a linguagem ST.

2.3. Adicione a a¸c˜ao de nome encheR ao programa seqfull, cuidando para que a linguagem da mesma seja SFC.

2.4. Para editar o programa seqfull e, posteriormente, a a¸cão encheR, observe as seguintes dicas: • Não é poss´ıvel editar diretamente os elementos gráficos correspondentes às a¸cões inseridas em

um programa SFC. Você deve inicialmente criar e editar as a¸cões em separado, e depois inserir o nome das mesmas nos respectivos elementos gráficos do programa SFC.

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• Transi¸cões, ao contrário, devem ter suas expressões booleanas digitadas diretamente no campo editável à direita das mesmas.

• Não é poss´ıvel desenhar diretamente linhas de conexão entre passos e transi¸cões. Estas co-nexões devem ser realizadas inserindo-se elementos gráficos de “salto” (jump), especificando, nos mesmos, o identificador do passo de destino.

3. Compila¸cão, gera¸cão do aplicativo e simula¸cão Siga atentamente as instru¸cões contidas em 5 6 7 .

Durante a simula¸cão de seu projeto, você verificará que, no CODESYS, uma a¸cão escrita em SFC (no nosso caso, encheR) sempre se inicia no mesmo passo em que foi abandonada, na execu¸cão anterior. Para contornar esta dificuldade, lembre-se que cada passo em SFC possui uma variável associada <nome_do_passo>.X que indica se o passo está ativo (= 1) ou não (= 0). Esta variável pode ser escrita. Use este recurso para permitir que a a¸cão em SFC sempre recomece em seu passo inicial.

Referˆencias

[1] Abreu, L. F. e Michel, H. C. C.; Procedimento de configura¸c˜ao do OPC-Server usando CodeSys; Universidade Federal de Minas Gerais; Departamento de Engenharia Eletrˆonica, 2014.

[2] Braga, Carmela M. P. e Mendes, Luiz T. S.; 11a _{Aula - Programa¸}_c˜_{ao IEC 61131-3 no ambiente}