MATERIAL DIDÁTICO PARA TREINAMENTO NO
SOFTWARE TIA PORTAL V11
Chapecó – Santa Catarina Fábio Luiz Araldi Petik LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Portal VIEW ... 10
Figura 2 - Project View ... 11
Figura 3 - Kit Didático FESTo, demonstração das saídas de tensão contínua ... 12
Figura 4 - Demonstração das entradas digitais do Kit didático FESTO. ... 13
Figura 5 - Diagrama de funcionamento das saídas digitais do kit didático FESTO. ... 14
Figura 6 - IHM KTP 600 Siemens ... 15
Figura 7 - Demonstração dos módulos de comunicação no Kit FESTO. ... 15
Figura 8 - Criação de novos projetos. ... 16
Figura 9 - Apagar projetos. ... 16
Figura 10 - Excluir entradas de projetos antigos ... 17
Figura 11 - Inserção de equipamentos ao projeto pelo portal VIEW. ... 18
Figura 12 - Inserção de hardware pela janela de projeto ... 19
Figura 13 - Janela de inserção de equipamentos ... 19
Figura 14 - Janela de configuração de dispositivo ou equipamento ... 20
Figura 15 - Inserção de módulos de periféricos em um equipamento ... 21
Figura 16 - Método de arrastar e soltar. ... 21
Figura 17 - Exemplo de configuração de hardware de um CLP S7-1200 ... 22
Figura 18 - Configuração de endereçamento lógico para o endereço físico. ... 22
Figura 19 - Visualização de endereçamento na exibição gráfica de um equipamento. ... 23
Figura 20 - Inserção de um hardware branco em um projeto. ... 24
Figura 21 - Detecção automática de Hardware. ... 25
Figura 22 - Janela de dispositivos online... 25
Figura 23 - Hardware Kit Festo inserido automaticamente ... 26
Figura 24 - Declaração de TAGS em um CLP ... 27
Figura 25 - Demonstração gráfica de um TAG declarado endereços físicos. ... 28
Figura 26 - Janela de dispositivos acessíveis... 29
Figura 27 - Dispositivos online na árvore de projetos. ... 29
Figura 28 - Funçõe Online de um CLP S7-1200 ... 30
Figura 29 - Voltando às configurações de fábrica ... 32
Figura 30 - CLP sem endereço lógico ... 32
Chapecó – Santa Catarina Fábio Luiz Araldi Petik
Figura 32 - TON Ladder ... 38
Figura 33 - Gráfico TON ... 38
Figura 34 - TOF Ladder ... 38
Figura 35 - Gráfico TOF ... 39
Figura 36 - TP Ladder ... 39
Figura 37 - Gráfico TP ... 39
Figura 38 - CTU Ladder ... 40
Figura 39 - CTD Ladder ... 41
Figura 40 - CTUD Ladder ... 41
Figura 41 - Exemplo de MOVE_BLK ... 42
Figura 42 - Caminho para o bloco de configuração de uma malha PID ... 48
Figura 43 - Instanciando uma OB de interrupção de tempo. ... 48
Figura 44 - Bloco PID Compact ... 49
Figura 45 - Janela 01 configuração PID ... 50
Figura 46 - Janela 2 configuração PID ... 50
Figura 47 - Janela 3 configuração PID. ... 51
Figura 48 - Bloco PID Funcionando ... 51
Figura 49 – Pré-configuração da Auto configuração do PID ... 52
Figura 50 - Finalização do PreTuning do PID ... 53
Figura 51 - Sistema PID monitorado após auto configuração. ... 54
Figura 52 - Habilitando o controle PID. ... 54
Figura 53 - Inserção de uma FB com linguagem Graph ... 56
Figura 54 - Janela de desenvolvimento para Grafcet ... 56
Figura 55 - Sequência em Grafcet ... 57
Figura 56 - Programação de passos e transições no Grafcet ... 59
Figura 57 – Inserção de uma função em Grafcet ... 60
Figura 58 - Exemplo de código em SCL. ... 61
Figura 59 - Comportamento de variáveis no TIA PORTAL ... 65
Figura 60 - Tabela de dados complexos. ... 65
Figura 61 - Estrutura DLT e função RD_SYS_T ... 66
Figura 62 - Estrura ARRAY ... 66
Figura 63 - Estrutura STRUCT ... 67
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Figura 65 - Utilização de memória em um CLP. ... 68
Figura 66 - Chamada de uma FC (Função) ... 69
Figura 67 - Chamada de uma FB (Bloco de Função) ... 70
Figura 68 - Meios de estruturação de um programa. ... 71
Figura 69 - Chamada de OB's em um programa ... 71
Figura 70 - Tabela de variáveis OB80 ... 72
Figura 71 - Alocação das memórias especiais. ... 73
Figura 72 - Inserindo uma IHM a um projeto. ... 83
Figura 73 - Ambiente de desenvolvimento de sistemas em IHM's ... 84
Figura 74 - Tabela de Tags em uma IHM. ... 85
Figura 75 - Tela de configuração de conexões de uma IHM... 86
Figura 76 - Devices e Networks ... 87
Figura 77 - Indicação de conexão física de rede entre equipamentos. ... 88
Figura 78 - Instanciando uma conexão utilizando a ferramenta de configuração de redes. ... 88
Figura 79 - Configurando novas telas ou templates em IHM's ... 89
Figura 80 - Configuração de elementos de tela em IHM's. ... 91
Figura 81 - Inserindo uma função a um evento ... 92
Figura 82 - Conexões de redes de uma Interface... 92
Figura 83 - Configuração de uma animação em um objeto na IHM. ... 94
Chapecó – Santa Catarina Fábio Luiz Araldi Petik SUMÁRIO
Introdução ... 8
1. Conhecendo o software e o kit de treinamento. ... 9
1.5 Tia Portal V11 ... 9
1.6 Visão geral do software Tia Portal V11 ... 10
1.7 Visão Geral do Kit De Treinamento FESTO. ... 12
1.8 Exercícios ... 16
2. Configuração de Hardware e Comunicação equipamentos. ... 18
2.1 Configurando novos dispositivos. ... 18
2.1.1 Configuração de Hardware Manual. ... 18
2.1.2 Configuração de Hardware Automática. ... 23
2.1.3 Configuração de TAGS em Hardwares. ... 27
2.2 Monitorando um dispositivo conectado. ... 28
2.3 Configuraões de Enderaçamentos físicos e lógicos. ... 31
2.4 Exercícios. ... 34
3. Operações Lógicas, MATEMÁTICAS E BINÁRIAS. ... 36
3.1 Operações Binárias. ... 36 3.2 Temporizadores. ... 37 3.3 contadores. ... 40 3.4 Operações de transferência. ... 41 3.5 Blocos matemáticos. ... 42 3.6 oPERAÇÕES lÓGICAS. ... 44 3.7 INSTRUÇÕES DE COMPARAÇÃO. ... 45 3.8 Instruções de conversão. ... 47
3.9 Instruções para controle PID. ... 47
3.10 Grafcet (s7 - Graph) ... 55 3.11 SCL... 60 4. Estrutura de um programa. ... 64 4.1 Tipos de dados. ... 64 4.1.1 Dados Elementares. ... 64 4.1.2 Dados Complexos. ... 65 4.2 DB - Blocos de Dados. ... 67
Chapecó – Santa Catarina Fábio Luiz Araldi Petik 4.3 FC – Função ... 69 4.4 FB – Bloco de Função. ... 69 4.5 OB - Blocos de Organização. ... 70 4.5.1 OB’s de Diagnóstico. ... 71 4.6 Memórias do Sistema. ... 72 4.7 Atalhos ... 73 4.8 Exercícios. ... 74 4.8.1 Bancada MPS Distribuição. ... 74
4.8.2 Bancada MPS New Testing. ... 76
4.8.3 Bancada de Produção. ... 78
4.8.4 Controle de Temperatura. ... 80
5. WINCC Flexible V11 ... 82
5.1 Configuração de Tags. ... 84
5.2 Configuração de Conexões. ... 85
5.3 Telas e seus objetos. ... 89
5.4 Eventos. ... 91
5.5 Animações. ... 93
5.6 Usuários. ... 94
5.7 Exercícios. ... 95
6. configuração de Redes Industriais (Tutoriais). ... 96
6.1 Ethernet. ... 96 6.1.1 Comunicação S7-1200 com S7-1200 ... 96 6.1.2 Comunicação S7-1200 com S7-200 ... 106 6.2 Profibus. ... 115 6.2.1 Comunicação S7-1200 com S7-200 ... 115 6.2.2 Comunicação S7-1200 com S7-300 ... 121
6.2.3 Comunicação S7-1200 com Micromaster 440 ... 124
6.3 AS-i. ... 127
6.3.1 Comunicação VIA DP Coupler Profibus. ... 127
6.4 MODBUS ... 131
Chapecó – Santa Catarina Fábio Luiz Araldi Petik LISTA DE SIGLAS
Símbolo Significado
CCM Centro de Controle de Motores. CEP Controle estatístico do processo CIP Control Information Protocol
CLP Controlador Lógico Programável. CPU Central Processing Unit
CSMA/CD Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detect
DB Data Block
Gbps Giga Bytes por segundo GSD Datasheet eletrônico
IGBT Insulate Gate Bipolar Transitor.
IHM Interface Homem-Máquina.
IP Internet Protocol.
IP Industrial Protocol
IP International Protection
KW Quilo Watt
Mbp/s Mega Bytes por segundo
N.m Newton.metro
NPN Negativo Positivo Negativo
ºC Graus Célsius
ODVA Organização que suporta tecnologias de rede construída sobre o CIP PNP Positivo Negativo Positivo
PT100 Sensor de temperatura tipo termorresistência. SCADA Supervisory Control and Data Acquisition.
SP Set Point
TCP Transmission Control Protocol
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol
TIA Totally Integrated Automation
Página 8 Introdução
Pensando em novas tecnologias Silveira e Santos (2006), sabe-se que a automação de processos é útil e essencial para qualquer área de produção melhorando a qualidade do produto e trazendo flexibilidade em toda planta.
Dentro desse enfoque, existem vários métodos para diversos tipos de controle um deles é um método chamado TIA (Totally Integrated Automation), onde todos os níveis de produção são interligados por alguma forma de rede, com objetivo de utilização de dados de chão de fábrica em níveis mais altos de gerenciamento, esta interligação é denominada de modelo pirâmide (SILVEIRA e SANTOS, 2006).
No universo Norte Americano o Buildings Energy Data Book por Kwok & Rajkovich (2009), publicado pelo Departamento de Energia, mostra que a partir de 2006 as indústrias cada vez mais investem em qualidade de produto. No Brasil, de acordo com o Procel (2010), cerca de 16% da produção de equipamentos também sofre mudanças frente à certificação de qualidade de produção.
Diante do exposto propõe-se um sistema integrado de automação que envolva todos os níveis mais baixos, que compreendem as máquinas de produção do chão de fábrica até sistemas de gerenciamento de manutenção, controle e visualização dos equipamentos envolvidos. Com este projeto pode-se atender o cenário atual de automação industrial que o mercado exige na região Oeste de Santa Catarina ou mesmo fora dela.
Dentro deste enfoque a empresa Siemens propõe um sistema integrado para programação de CLP’s e IHM’s da linha de automação Simatic S7, o software tem por nome TIA Portal V11.
Este material tem por objetivo ser apoio no aprendizado de programação de CLP’s e IHM’s no software TIA Portal V11 Siemens. Os CLP’s tratados neste material serão da linha S7-1200 e S7-300 tal como IHM’s da linha KTP e TP.
Ao longo do aprendizado o aluno terá capacidade de programar, testar e tratar erros nos equipamentos anteriormente citados.
Página 9 1. CONHECENDO O SOFTWARE E O KIT DE TREINAMENTO.
Esta unidade tem por base apresentar aos alunos as principais características do software em questão. Também demonstramos um dos kits didáticos utilizados no treinamento para facilitar eventuais dúvidas ao longo do estudo.
1.5 TIA PORTAL V11
O software de programação TIA Portal V11 é considerado um sistema de engenharia por abrigar em seu escopo mais de uma ferramenta de programação. Os dois principais software contidos neste pacote são STEP 7 V11 e Wincc Flexeble V11, outras ferramentas trabalham em conjunto com estes atores principais, ferramentas estas que tem por objetivos, diagnósticos de erros, configurações de redes entre outros, logo, descreve-se a função de cada um.
O SIMATIC STEP 7 V11 é parte integrante da estrutura de engenharia centralizada do Portal de Automação Totalmente Integrada. Graças à integração completa na estrutura de engenharia centralizada, o SIMATIC STEP 7 V11 apresenta um conceito uniforme de alimentação de informações realizadas por operadores em todas as tarefas de automação com serviços compartilhados (por exemplo, configuração, comunicação, diagnóstico), bem como de consistência de dados automáticos (Siemens 2011).
O software se divide em três versões: • STEP 7 Basic
• STEP 7 Professional • STEP 7 Safety Advanced
Para este material utiliza-se o STEP 7 Professional, que tem capacidade de programar toda a linha de CLP’s da Siemens.
O STEP 7 tem como objetivo principal programar CLP’s, apresenta cinco linguagens de programação conforme norma IEC, são elas:
• Structured text (SCL) • Ladder diagram (LAD)
• Function block diagram (FBD) • Statement list (STL)
Página 10 Já o software WINCC Flexible também contido no Tia Portal compreende programação de toda a linha de interface da Siemens. Como o STEP 7 se divide nas três versões a utilizada para este material será a Professional.
Nas próximas versões do Tia portal, prevista para lançamento em maio de 2013 também irá se apresentar integrado ao sistema o Starter ferramenta está que possibilita programação de toda a linha de Drives da Siemens.
1.6 VISÃO GERAL DO SOFTWARE TIA PORTAL V11
A ferramenta de engenharia TIA Portal praticamente se divide em dois ambientes.
Portal VIEW: Ambiente que apresenta Wizards para desenvolvimento inicial ou visualizações rápidas de um projeto existente.
Nesta tela apresenta-se ferramentas tais como, criação de um projeto novo, acesso a um projeto existente, migração de projetos desenvolvidos em versões antigas do Step 7, tal como atalhos que levam o usuário para inserção de CLP’s, IHM’s, Configuração de redes ou mesmo ferramentas de diagnóstico.
Página 11 Project VIEW: A tela de projetos é em geral o ambiente de desenvolvimento de todo o sistema, se divide em várias abas que podem estar atreladas a tela ou mesmo flutuantes para utilização do software em mais de um monitor, o que facilita bastante a vida do programador.
Como todo o programa para Windows o Portal View segue o padrão convencional, acima se observa a barra de ferramentas que apresenta em forma de botões de atalhos e menus para todo o programa. No lado esquerdo a árvore de projeto apresenta toda a estrutura da engenharia, ou seja, cada elemento online ou inserido no projeto é detalhado e acessado pela árvore. Ao lado direito a aba de ferramentas se adéqua a cada componente sendo programado na tela central, ou seja, quando programa-se um CLP a barra de ferramentas apresenta as ferramentas necessárias para desenvolvimento das linguagens disponíveis, quando programa-se uma interface a barra oferece objetos gráficos para tal, ou mesmo uma lista de hardwares Siemens disponíveis a serem inseridos no projeto. A barra inferior possui várias funções, quando selecionado o botão propriedades apresenta todas as características e configurações possíveis do objeto selecionado, o botão de informações apresenta os últimos acontecimentos relacionados à seleção e por fim o botão diagnóstico demonstra status da seleção como erros ou informações que os equipamentos apresentam quando estão no modo online.
Todos deverão se familiarizar com esta janela, 99% do tempo se passa nela no tempo da engenharia do projeto.
Página 12
1.7 VISÃO GERAL DO KIT DE TREINAMENTO FESTO.
O conjunto modular didático é formado para acondicionar o controlador lógico programável S71200 e IHM, disponibilizando pontos de entradas e saídas através de bornes, chaves e módulo para simulação de controle de temperatura.
O conjunto principal é formado por: • Fonte 24Vcc;
• Fonte 12Vcc; • Entradas digitais; • Saídas digitais; • I/O Analógico;
• Módulo simulador de temperatura; • Conjunto de relés de proteções; • Conjunto de chaves para simulação;
• Conjunto de cabos com conectores tipo banana;
• CLP S71200 CPU 1214C DC/DC/DC com módulo de Saída analógica integradado.
• IHM Siemens KTP600 Basic Color PN 5,7”
O painel deve ser ligado em fonte de alimentação estável 100 a 240Vca através de uma tomada 2P+T, as fontes possuem proteção contra curto-circuito, com sistema de religamento automático. Para alimentação de componentes externos deve-se observar que há duas saídas de tensão contínua, para o CLP sempre se deve utilizar as de 24Vcc que se apresentam a direita conforme demonstra a Figura 3 - Kit
Didático FESTo, demonstração das saídas de tensão contínua
. A esquerda é disponibilizado uma saída 12Vcc.
Página 13 O módulo de entradas digitais conforme demonstra a Erro! Fonte de referência não encontrada. é composto por 14 bornes DEV 4mm pretos, identificados como I0 ~ I13 e 14 chaves de três estados, estas ligadas em paralelo aos bornes.
Ao lado dos bornes e das chaves existe uma chave seletora para escolher a forma de acionamento das entradas, bornes ou chaves. Não há necessidade de ligações externas, pois todas as chaves já estão alimentadas internamente.
Figura 4 - Demonstração das entradas digitais do Kit didático FESTO.
Os sinais provindos das chaves ou bornes são ligados aos acionamentos dos relés de proteção de 12Vcc, Os contatos do relé são alimentados com 24Vcc e ligados as entradas digitais do CLP, dessa forma, o CLP está totalmente isolado das chaves e bornes.
As saídas digitais do KIT são isoladas tais como as entradas, neste kit se apresentam 10 saídas digitais e são disponibilizadas por Q0 ~Q9.
Os contatos disponíveis podem ser alimentados com sinais de 0 a 250V com capacidade máxima de condução de corrente de 6A, possibilitando o acionamento de diferentes tipos de equipamentos. A figura 5 representa em forma de diagrama como as saídas são energizadas.
Página 14
Figura 5 - Diagrama de funcionamento das saídas digitais do kit didático FESTO.
No modulo analógico há duas entradas disponíveis também em bornes pretos, porém agora de 2mm de diâmetro identificados com AI0 e AI1. Esses bornes estão conectados a canais de entrada analógica integrados na CPU do CLP, as duas entradas são de tensão com variação possível de 0 – 10Vcc.
Também está disponível uma saída de tensão analógica de 0 a 10Vcc através do borne representado por AQ0.
As entradas e saídas analógicas podem ser utilizadas de duas formas, através de sinais externos, respeitando o valor da tensão, ou realizando interligação do modulo de I/O analógico ao simulador de temperatura disponível no KIT.
O modulo simulador de temperatura é dedicado para realizar controles de temperatura utilizando conceito de controle de malha fechada.
Para utilização e realização dos experimentos é necessário posicionar a chave seletora na posição “PWM” e interligar as entradas e saídas analógicas disponíveis do CLP com as entradas e saídas analógicas do controlador de temperatura.
No kit também se apresenta uma IHM Siemens modelo KTP600 Basic Color PN 5,7” conforme demonstra a figura 5. O painel da IHM possui 4 bornes vermelhos de 4mm e 4 bornes azuis de 4mm, utilizados para alimentação do componente por uma tensão de 24Vcc que é fornecida pelo painel do CLP ou uma fonte de energia CC externa.
Página 15
Figura 6 - IHM KTP 600 Siemens
Tanto a IHM quanto o CLP possuem portas de comunicação PROFINET, que pode ser utilizada tanto para Download e Upload do software quanto para comunicação entre ambos, no então no Kit do CLP apresenta-se um Switch gerenciável de 4 portas de comunicação.
Se apresenta também módulos de comunicação para o CLP nos protocolos PROFIBUS (Master) e RS485 que pode ser utilizado para diversos protocolos como ModBUS e USS. A figura 7 demonstra a localização dos módulos de comunicação e do Switch no painel do principal do KIT.
Página 16 1.8 EXERCÍCIOS
• Criar projetos e salvar em uma pasta predeterminada. • Abrir um projeto salvo em uma pasta predeterminada.
Figura 8 - Criação de novos projetos.
• Copiar ou fazer BackUP de projetos Antigos. • Apagar projetos Antigos.
Figura 9 - Apagar projetos.
Página 17
Figura 10 - Excluir entradas de projetos antigos
Anotações.
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
Página 18 2. CONFIGURAÇÃO DE HARDWARE E COMUNICAÇÃO EQUIPAMENTOS.
Esta unidade tem por base demonstrar meios para configuração de hardwares de equipamentos no software TIA portal, detecção de erros e comunicação com os equipamentos.
2.1 CONFIGURANDO NOVOS DISPOSITIVOS.
Na concepção do TIA Portal a primeira instância do desenvolvimento de um projeto de automação é a declaração do hardware do projeto, ou seja, a parte física do sistema, então apenas após este passo é iniciado o desenvolvimento da parte lógica (Programação). No exemplo deste material apresentam-se dois modos possíveis de configuração de hardware, manual e automática, porém, nem todos os equipamentos podem ser declarados automaticamente.
2.1.1 Configuração de Hardware Manual.
Após o projeto criado e configurado existem basicamente dois caminhos para inserção do hardware no mesmo. Pelo Portal View pode-se selecionar opções de inserção de CLP, IHM ou equipamentos de redes conforme demonstra a figura 11.
Página 19 Já pela janela de projetos deve-se selecionar o botão presente na árvore de projetos descrito como ADD New Device conforme demonstra a figura 12.
Figura 12 - Inserção de hardware pela janela de projeto
Na inserção de hardware pelo ambiente de programação ao clicar se abrirá uma nova janela onde se seleciona que tipo de equipamento é desejado para inserção.
Página 20 A figura 13 demonstra a inserção de um CLP S7-1200, designado por CPU 1214C DC/DC/DC, ao lado direito da tela se apresentam as características e imagem do equipamento para evitar erros, na configuração já é possível definir um nome simbólico para o equipamento e também a versão do mesmo. Para concluir a inserção basta clicar no botão OK, caso seja opção inserir outros equipamentos antes de configurar o anteriormente selecionado deve-se desmarcar a opção grifada na imagem.
Vale lembrar que para projetos com IHM’s deve estar instalado o WinCC no TIA. Após inserir o equipamento o mesmo já é automaticamente colocado na árvore de projetos, para acessar configurações do hardware deste basta selecionar a opção Device
Configuration conforme demonstra a figura 14.
Figura 14 - Janela de configuração de dispositivo ou equipamento
Nesta etapa a CPU do CLP já esta inserida, agora utilizando a barra de ferramentas na direita devem-se selecionar os módulos periféricos ligados ao CLP, para este modelo estão disponíveis módulos de Entradas e Saídas digitais e analógicas, módulos combinados e módulos de comunicação. Para inserir um componente, basta buscar o desejado na aba de ferramentas ou mesmo digitar o código do equipamento no campo de busca. O botão Filter quando habilitado separa somente os elementos compatíveis com o equipamento selecionado. A figura 15 demonstra um módulo de entradas digitais sendo inserido na configuração de hardware da CPU previamente selecionada.
Página 21
Figura 15 - Inserção de módulos de periféricos em um equipamento
O procedimento deve ser feito com duplo clique ou mesmo utilizando o método arrastar e soltar.
Figura 16 - Método de arrastar e soltar.
Assim o processo deve ser repetido para quantos módulos forem necessários ou acabarem as possibilidades de inserção de periféricos no CLP. Conforme demonstra a figura 17 no modelo de CLP S7-1200 os módulos de I/O devem ser inseridos a direita da CPU e módulos de comunicação à esquerda.
Página 22
Figura 17 - Exemplo de configuração de hardware de um CLP S7-1200
A aba inferior demonstra configurações do Hardware selecionado, as propriedades principais serão descritas nas próximas sessões deste material, por hora, deve-se observar a aba que fica entre meio as propriedades e a demonstração ilustrada do equipamento.
Página 23 É de suma importância compreender esta aba, pois, na hora do desenvolvimento lógico do sistema os endereçamentos da parte física se apresentam neste local, os valores carregados ao inserir um equipamento ou módulo são padrões, mas podem ser alterados conforme vontade do usuário. Também é possível observar o endereço lógico aumentado o zoom do dispositivo.
Figura 19 - Visualização de endereçamento na exibição gráfica de um equipamento.
2.1.2 Configuração de Hardware Automática.
Outro método de configuração de hardware é a configuração automática, conforme descrito anteriormente esta função não está disponível para todos os equipamentos Siemens, em principio todos os materiais que possuam interface de rede Profinet integrada carregam esta característica. Os primeiros passos da configuração de hardware é a mesma, entretanto, no momento em que se deve escolher o hardware específico se seleciona um equipamento em branco da mesma família do desejado.
Página 24
Figura 20 - Inserção de um hardware branco em um projeto.
A opção é interessante em dois casos, o primeiro é quando não se tem definido ainda o hardware necessário e já se faz necessário o desenvolvimento lógico, fato este que não é considerado boa prática, ou quando já temos o hardware montado e devidamente energizado. Esta opção traz exatamente todos os periféricos interligados a CPU em questão.
Após inserir o equipamento branco seleciona-se a opção de detecção automática de hardware.
Página 25
Figura 21 - Detecção automática de Hardware.
Ao clicar na opção de detecção, automaticamente se abrirá uma janela que será útil em mais de uma ocasião, esta janela mostra todos os equipamentos conectados em determinada interface de rede.
Página 26 Caso haja mais de um dispositivo ativo, os mesmos serão apresentados na tabela, algumas funções são relevantes como o botão Flash LED, este, pisca os LED’s de Status do CLP selecionado na tabela, a seleção da interface correta de rede também é importante, a primeira configuração é feita pelo tipo de protocolo, no caso deste CLP seleciona-se a Ethernet que é determinada pela Siemens por PN/E (Profinet/Ethernet), logo após destaca-se a placa de rede do computador que irá fazer a conexão com os dispositivos. Selecionado o equipamento desejado, basta clicar no botão Detect para o hardware ser automaticamente configurado.
Para entrar nesta janela novamente observa-se o atalho destacado na parte superior da figura 22.
Figura 23 - Hardware Kit Festo inserido automaticamente
O exemplo da figura 23 demonstra a inserção automática feita dos Kits didáticos Festo que serão utilizados no decorrer deste material. Também se observa que ao inserir o segundo CLP o mesmo se apresenta separadamente na árvore de projetos.
A configuração do endereçamento lógico dos periféricos se apresenta do mesmo modo que a configuração de hardware manual.
Página 27 2.1.3 Configuração de TAGS em Hardwares.
Atualmente é comum a utilização de endereçamento simbólico para melhorar a documentação, leitura e endentação de um código, para isto, em sistemas de automação se faz uso de TAGS, onde são definidos nomes simbólicos ou “apelidos” para os endereços lógicos. Os TAGS também podem ser definidos como a declaração de variáveis em um sistema de automação, porém, em um CLP praticamente todas as variáveis já vem instanciadas, basta referenciá-las com um nome específico. No TIA Portal além do endereço lógico é necessário estipular a “Tipagem” do TAG, ou seja, deve-se definir o tipo de dado ao instanciar o símbolo, tipos de dados serão estudados nas próximas sessões deste material.
As tabelas de TAGS são individuais para cada equipamento, após definidos podem-se compartilhar os mesmos entre diferentes dispositivos do projeto.
Para acessar as tabelas de TAGS de um CLP seleciona-se a opção PLC TAGS descrita dentro do equipamento na árvore de projetos, é possível a criação de diferentes tabelas para melhor organização do sistema, como Entradas Digitais, Saídas Digitais, Memórias e outras, caso seja opção demonstrar todos os TAGS do projeto, basta selecionar a opção Show all
tags.
Página 28 Para declarar um TAG basta cadastrar o nome, o tipo e o endereço lógico, há também opções para marcação de tornar visível e acessível para outros dispositivos. É importante lembrar que um código bem endentado apresenta comentários em todas as variáveis para facilitar futuras manutenções.
Um opção interessante do TIA Portal é que todo TAG definido para endereços físicos automaticamente são apresentados na interface gráfica demonstrativa do CLP.
Figura 25 - Demonstração gráfica de um TAG declarado endereços físicos.
2.2 MONITORANDO UM DISPOSITIVO CONECTADO.
A monitoração de um dispositivo conectado a um projeto é de suma importância no ramo da automação, pois um CLP sendo parte crucial no processo de automação quando entra em falha simplesmente demonstra o erro com um LED Vermelho, a causa do erro só é demonstrada utilizando algum tipo de interface gráfica, um sistema SCADA ou um computador conectado ao mesmo com a ferramenta de diagnóstico ativa.
Para acessar dispositivos online utiliza-se a mesma ferramenta para detecção de equipamentos acessíveis utilizado na detecção automática de hardware, relembrando esta função pode ser acessada de dois pontos, pelo Portal View ou pelo Project View.
A tela de dispositivos acessados já foi estudada neste material, neste caso ao invés do botão de detecção aparece um botão SHOW que abre o dispositivo selecionado na tabela.
Página 29
Figura 26 - Janela de dispositivos acessíveis.
Figura 27 - Dispositivos online na árvore de projetos.
Ao clicar no botão de mostrar o dispositivo selecionado automaticamente é mostrado na árvore de projetos na barra de dispositivos online. Esta aba apresenta todas as interfaces
Página 30 instaladas no computador onde o TIA está instalado, no caso deste CLP o mesmo é se apresenta na aba da placa de rede Ethernet do PC.
Caso outro dispositivo seja conectado posteriormente a detecção pode-se utilizar o atalho Update Acessible Devices apresentado logo abaixo do diretório da placa para recarregar os elementos acessíveis. Neste caso utiliza-se a opção Online & Diagnostics para acessar algumas funções que só podem ser alteradas ou lidas em modo online.
Figura 28 - Funçõe Online de um CLP S7-1200
Anotações: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________
Página 31 2.3 CONFIGURAÕES DE ENDERAÇAMENTOS FÍSICOS E LÓGICOS.
Quando se utiliza redes industriais um quesito que deve ser levado por regra são os endereçamentos lógicos e físicos dos equipamentos.
Por endereçamento Físico compreendem-se os endereços gravados nas interfaces de redes dos equipamentos, na Ethernet/Profinet que é o caso dos CLP’s S7-1200 este endereço é conhecido como endereço MAC. Este endereço deve ser único para qualquer placa de rede deste protocolo existente mundialmente. Caso haja dois endereços MAC iguais em uma rede é possível que algum deles sofreu alterações errôneas ou algum dos equipamentos tenha o número clonado de outro. Este número pode ser considerar o número do “Chassi” do equipamento que possua este tipo placa de rede.
Já o endereço Lógico é o endereço dado ao equipamento para se conectar a algum tipo de rede, vale ressaltar que dois equipamentos nunca podem ter o mesmo endereço de rede. No caso do CLP S7-1200 este endereçamento é chamado de endereço IP. Junto à configuração do IP encontramos o MASK, este é a mascará de rede utilizada para definir quanto do endereço IP identifica a rede e quanto identifica o número único do equipamento. Nesta questão encontram-se vários outros endereços a serem configurados, porém esta questão será tratada posteriormente em outro material.
Os CLP’s S7-1200 quando comprados novos se apresentam sem endereço lógico, ou seja, é responsabilidade do programador endereçar este CLP. Caso o CLP já esteja endereçado para trocar este IP deve-se apagar o endereço lógico e escrever novamente o endereço físico conforme demonstra o próximo exemplo.
Após entrar online no CLP na aba de diagnóstico deve-se buscar a opção resetar para configurações de fábrica dentro da aba funções conforme demonstra a figura 29. Ao clicar em RESET algumas mensagens irão solicitar confirmação, por conta de o reset ser uma operação delicada em um sistema de automação. Neste caso devem-se confirmar as operações, então uma janela de aviso demonstrará que o CLP será passado para STOP. Após confirmação uma mensagem dizendo a função foi concluída deve aparecer no canto inferior direito da tela.
Página 32
Figura 29 - Voltando às configurações de fábrica
Logo após o RESET de fábrica se for verificado o CLP não possui mais endereço lógico, porém o endereço físico sempre é o mesmo. Um CLP em estado de novo apresenta as mesmas características apresentadas na figura 30.
Página 33 Para configurar um novo IP a este CLP novamente busca-se as ferramentas de diagnóstico, porém agora seleciona-se a opção de assinar um IP (Endereço Lógico) a este equipamento conforme demonstra a figura 31. Uma mensagem demonstrando que os parâmetros foram transferidos com sucesso deve aparecer no canto direito inferior da tela.
Figura 31 - Assinando um IP a um CLP S7-1200
OBS – É de suma importância lembrar que nunca um CLP deve ter o mesmo endereço de rede e para pleno funcionamento da comunicação todos os elementos conectados devem estar com a mesma máscara de rede. Para descobrir qual o IP e MASK do computador basta entrar no prompt de comando e digitar IPCONFIG.
Anotações. ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________
Página 34 ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2.4 EXERCÍCIOS.
Item Descrição Pontos Atende
Parcial
Atende Pleno 1 Criação e arquivamento de um projeto para o
sistema de manufatura do laboratório de automação industrial.
0,75
2 Criação e arquivamento de um projeto para um sistema de controle de temperatura no laboratório de automação industrial.
0,75
3 Inserção e configuração do CLP S7-300 da bancada MPS - Distribuição, no projeto do sistema de manufatura. (Hardware e Endereçamento)
0,75
4 Inserção e configuração de um CLP S7-1200 da bancada MPS – NewTesting, no projeto do sistema de manufatura. (Hardware e Endereçamento)
0,75
5 Inserção e configuração do hardware necessário para pleno funcionamento da bancada de processos no projeto sistema de manufatura. (Hardware e Endereçamento)
0,75
6 Inserção e configuração do hardware necessário para funcionamento pleno de um sistema de controle de temperatura. (Painel CLP do Kit Didático). (Hardware e Endereçamento)
0,75
7 Inserção e configuração de um IHM KTP 600 para monitoração do projeto sistemas de manufatura. (Hardware e Endereçamento).
0,75
8 Inserção e configuração de um IHM KTP 600 para monitoração do projeto controle de temperatura.
Página 35 (Hardware e Endereçamento).
9 Desenvolvimento da tabela de Tags de entradas e saídas do CLP da bancada MPS – Distribuição.
1,0
10 Desenvolvimento da tabela de Tags de entradas e saídas do CLP da bancada MPS – New Testing.
1,0
11 Desenvolvimento da tabela de Tags de entradas e saídas do CLP da bancada de Produção.
1,0
12 Desenvolvimento da tabela de Tags de entradas e saídas do CLP do controle de temperatura.
1,0
Página 36 3. OPERAÇÕES LÓGICAS, MATEMÁTICAS E BINÁRIAS.
Todos os CLP’s possuem para sua programação operações com funções distintas, este módulo tem por objetivo apresentar ao programador principais funções do CLP S7-1200.
3.1 OPERAÇÕES BINÁRIAS.
As operações binárias são as funções mais utilizadas para programação dos CLP’s. A tabela abaixo demonstra as principais operações binárias utilizadas em programações que utilizem linguagem Ladder.
Instrução Descrição Ladder
NA Contato Normalmente Aberto
NF Contato Normalmente Fechado
Bobina Bobina Lógica
NOT Contato de negação – Este contato inverte o nível lógico de sua entrada na sua saída.
Bobina R Bobina Reset – Atribui zero ao nível lógico do endereço selecionado
Bobina S Bobina Set – Atribui um ao nível lógico do endereço selecionado
Bobina Rb Bobina Reset Bit Field – Atribui zero ao nível lógico do endereço lógico e também à quantia de bits sucessora selecionada no parâmetro abaixo da instrução.
Página 37 Bobina Sb Bobina Set Bit Field – Atribui um ao
nível lógico do endereço lógico e também à quantia de bits sucessora selecionada no parâmetro abaixo da instrução.
P Flanco de borda positiva – Manda um pulso na largura de tempo de um ciclo de leitura do código quando a borda positiva do endereço lógico selecionado acima é detectada. É necessário uma memória auxiliar na configuração da detecção do flanco. N Flanco de borda negativa - Manda
um pulso na largura de tempo de um ciclo de leitura do código quando a borda negativa do endereço lógico selecionado acima é detectada. É necessário uma memória auxiliar na configuração da detecção do flanco.
3.2 TEMPORIZADORES.
Todos os temporizadores apresentados no TIA Portal para as novas linhas de CLP Siemens se enquadram na norma IEC 61131-3. Portanto ao instanciarmos um temporizador automaticamente é criada uma estrutura onde são armazenadas todas as suas variáveis. Esta estrutura será estudada mais adiante.
Para adicionarmos um contato deste temporizador deve-se começar pelo nome do temporizador e concatenar a variável do mesmo após o nome separando o nome da variável com um ponto.
Página 38 • TON – Timer On Delay: Temporizador com retardo na energização.
Figura 32 - TON Ladder
Figura 33 - Gráfico TON
• TOF – Timer Off Delay: Temporizador com retardo na desenergização.
Página 39
Figura 35 - Gráfico TOF
• TP – Timer Pulse: Temporizador de Pulso
Figura 36 - TP Ladder
Página 40 • TONR – Timer On Delay Retentivo: temporizador com retardo na energização
retentivo.
3.3 CONTADORES.
• CTU – Contador Crescente, conta crescentemente a cada flanco de impulso positivo na entrada CU. A saída Q é “0”, enquanto o valor de CV for menor que PV, caso contrário a saída será “1”. Se houver um flanco de impulso positivo na entrada R o contador é resetado, isto é, o valor de CV vai para 0.
Figura 38 - CTU Ladder
• CTD – Contador Decrescente, conta decrescentemente a cada flanco de impulso positivo na entrada CD. A saída Q é “0” enquanto o valor de CV for diferente de “0”, caso contrário a saída Q será “1”. Se houver um flanco de impulso positivo na entrada LD o contador é carregado com o valor de PV.
Página 41
Figura 39 - CTD Ladder
• CTUD – Reúne as funções dos dois contadores anteriormente descritos.
Figura 40 - CTUD Ladder
3.4 OPERAÇÕES DE TRANSFERÊNCIA.
Instrução Descrição Ladder
MOVE Move o valor da entrada IN para as saídas selecionadas OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”
MOVE_BLK Move um vetor inteiro descrito na entrada IN para a saída OUT. O numero de elementos do vetor deve ser determinado na entrada COUNT. A condição só é verdadeira se a entrada EN
Página 42 estiver em nível lógico “1”
A Figura abaixo demonstra um exemplo de uma área de um vetor sendo transferida para outro ponto.
Figura 41 - Exemplo de MOVE_BLK
3.5 BLOCOS MATEMÁTICOS.
Instrução Descrição Ladder
CALCULATE Esta função se apresenta somente em novos CLP’s da linha Siemens, pode-se declarar uma função matemática em seu bloco, evitando assim o uso de vários blocos para executar um cálculo mais complexo. Traz a grande maioria das funções matemáticas presentes em uma calculadora científica. Como Negação, exponenciação, funções trigonométricas, raiz quadrada, cálculo de resto, arredondamento, linearização entre outras.
Página 43 ADD Soma os elementos das entradas
IN1 e IN2 e grava na saída OUT1. (Várias entradas podem ser adicionadas neste bloco). A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”
DIV Divide o elemento da entrada IN1 pela IN2 e grava na saída OUT1. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”. SUB Subtrai o elemento da entrada
IN1 pela IN2 e grava na saída OUT1. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”. MUL Multiplica os elementos das
entradas IN1 e IN2 e grava na saída OUT1. (Várias entradas podem ser adicionadas neste bloco). A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”. LIMIT Limita o valor da entrada IN aos
valores definidos nas entradas MIM e MAX. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
Página 44 MOD Divide o valor na entrada IN1
pelo valor na entrada IN2 e escreve o resto na saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
MIN A operação compara o valor na entrada IN1 com a entrada IN2 e grava o MENOR valor na saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
MAX A operação compara o valor na entrada IN1 com a entrada IN2 e grava o MAIOR valor na saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
3.6 OPERAÇÕES LÓGICAS.
Instrução Descrição Ladder
DECO Leva para nível lógico “1” o bit que é selecionado pelo número na entrada “1”. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
Página 45 ENCO Lê o número do bit para o bit menos
significativo que esteja em ‘ na entrada IN e informa seu valor na saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
SEL Seleciona uma das entradas IN0 ou IN1 dependendo da chave (Parâmetro G) e copia seu conteúdo na saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
MUX Utiliza-se esta instrução para copiar o conteúdo de uma entrada selecionada para saída OUT. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”. A MUX pode ter no máximo 30 entradas.
3.7 INSTRUÇÕES DE COMPARAÇÃO.
Instrução Descrição Ladder
= = Compara se duas variáveis são iguais.
Página 46 > = Compara se a variável superior é
maior ou igual à inferior.
< = Compara se a variável superior é menor ou igual à inferior.
< Compara se a variável superior é menor que à inferior.
> Compara se a variável superior é maior que à inferior.
< > Compara se duas variáveis são diferentes.
IN_RANGE Determina se os valores da entrada VAL esta DENTRO dos valores predeterminados nos parâmetros MIN e MAX.
OUT_RANGE Determina se os valores da entrada VAL esta FORA dos valores predeterminados nos parâmetros MIN e MAX.
Página 47 3.8 INSTRUÇÕES DE CONVERSÃO.
Instrução Descrição Ladder
CONVERT Converte um tipo de dado em outro tipo de dado. Exemplo Inteiro para Real.
NORM_X Converte um tipo de dado para outro, normatizando seu valor. Um exemplo claro é uma entrada analógica de 4 ~20mA, normatizada para um range de 0 ~1000. O range deve ser apresentado nos parâmetros MIN e MAX. A condição só é verdadeira se a entrada EN estiver em nível lógico “1”.
SCALE_X Cria uma escala de um valor de acordo com parâmetros mínimo e máximo.
3.9 INSTRUÇÕES PARA CONTROLE PID.
Os CLP’s das novas linhas da Siemens trazem em si funções que auxiliam no controle discreto de processos, para tal utiliza-se um bloco que faz automaticamente a sintonia e configuração dos parâmetros de uma malha PID para diversas aplicações, este bloco é encontrado na aba de elementos tecnológicos na barra de ferramentas conforme demonstra a figura 42.
Página 48
Figura 42 - Caminho para o bloco de configuração de uma malha PID
Para pleno funcionamento do bloco a Siemens recomenda que o mesmo seja instanciado dentro de uma OB de interrupção de tempo. A figura 43 demonstra como instanciar esta OB.
Figura 43 - Instanciando uma OB de interrupção de tempo.
Dentro desta OB instala-se o bloco PID que trás diversos parâmetros em sua interface, nota-se que os parâmetros não são obrigatórios tornando característica esta de um bloco FB que será estudado mais adiante, na instanciação desta função é necessário criar uma DB para
Página 49 guardar as funções deste bloco, é o mesmo conceito utilizado em temporizadores estudados anteriormente.
O bloco quando instalado apresenta dois botões no seu canto direito superior, um deles diz respeito às configurações do PID outro diz respeito ao AutoTune, ferramenta esta que possibilita o cálculo automático das variáveis para o melhor rendimento do processo.
Figura 44 - Bloco PID Compact
Na janela de configuração do PID se observa três abas, a primeira delas corresponde a configurações do tipo de processo. Também demonstra as variáveis básicas do processo SP, PV e MV.
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Figura 45 - Janela 01 configuração PID
A segunda apresenta valores de escala e valores mínimos e máximos do processo, tal como a relação entre a variável do processo e a variável de controle interna do CLP.
Figura 46 - Janela dois configuração PID
A terceira aba trás configurações avançadas da malha PID, as mais importantes são demonstradas na figura 47, estas são as variáveis do controle PID, após a realização do
AUTOTUNE as mesmas se ajustam automaticamente, por opção pode-se habilitar a entrada
manual dos dados para aplicações muito específicas onde o cálculo automático do CLP não foi eficiente o suficiente para o processo.
Página 51
Figura 47 – Janela Três configuração PID.
A outra opção presente no bloco PID_Compact se refere a sintonia automática de parâmetros. O CLP efetua rotinas de cálculos para chegar a melhor eficiência no controle desejado.
O primeiro passo é estabelecer entradas e saídas do bloco PID, a figura 48 demonstra um bloco configurado e em execução após o Auto-Tune. As entradas e saídas se referem a saídas de comando para a variável de controle e o sensor que alimenta a malha do PID. Utilizam-se as entradas e saídas em porcentagem, pois nas configurações já estabelecidas foram definidas regras para que 0-100% seja o mesmo que entrar diretamente com 0-27648 o máximo da entrada de 12 bits.
Figura 48 - Bloco PID Funcionando
Após as rotinas de configuração que serão apresentadas ao monitorar o bloco online nenhum símbolo de atenção deve ser exibido no módulo para que o mesmo esteja funcionando corretamente.
A primeira tela do Tunning se apresenta com um gráfico estático, deve-se clicar no botão START da esquerda, para que a leitura das variáveis do processo aconteça. Um gráfico de penas apresenta os valores das variáveis em tempo real, à figura 49 demonstra o gráfico após se pressionado o primeiro botão de START, pode-se notar que a variável de controle (MV) representada pelo traço vermelho ainda está em zero, o Set Point (SP) Representado em azul está em 70% e a variável de processo (PV) está aproximadamente em 30.
Página 52 Um ponto importante a ser lembrado é que para executar o AutoTune o SP deve estar no mínimo 50% maior que o PV.
Figura 49 – Pré-configuração da Auto configuração do PID
O próximo passo é executar o Pretuning, esta rotina executa a primeira rodada de cálculos para os parâmetros PID, nota-se que a variável de controle já se ativa buscando levar a variável de processo o mais perto possível do Set point. Esta rotina de cálculos leva em torno de um minuto para ser concluída. Para executar a função basta apertar o botão de Start da direita com o campo de seleção mostrando PRETUNIG.
Página 53
Figura 50 - Finalização do PreTuning do PID
Após a conclusão do Pretuning o sistema já esta pronto para rodar, porém ainda existem meios de melhorar o controle do processo, este meio se chama Fine tuning, no campo de seleção onde antes se demonstrava Pretuning deve-se selecionar Fine tuning. Ao clicar no botão Start novamente a rotina de cálculos irá se iniciar, esta rotina leva em torno de 10 minutos para ser executada. Após rodada de testes e a rotina ter sido executada basta fazer
Página 54
Figura 51 - Sistema PID monitorado após auto configuração.
Nota-se claramente que o PV está praticamente igual ao SP, este em um mundo perfeito considerando um sistema de hardware perfeito seria a situação ideal, porém é muito comum existir alguma taxa de erro provocado tanto pelo hardware quanto pelo controle trabalhando sobre o processo.
As variáveis também podem ser monitoradas pela janela na parte inferior direita da tela, que demonstra exatamente o valor da variável em tempo real.
Um ponto importante a ser observado é se o PID está ativo, este Status se apresenta nesta mesma janela no canto inferior direito. Caso o controle esteja desativo basta clicar no botão demonstrado pela figura 52.
Figura 52 - Habilitando o controle PID.
Agora se pode visualizar as variáveis PID na janela de configuração, nota-se que antes as variáveis estavam zeradas agora já estão previamente calculadas.
Página 55 3.10 GRAFCET (S7 - GRAPH)
Linguagens de programação rápida são comumente utilizadas em sistemas de automação. A linguagem Ladder surgiu suprindo a necessidade de profissionais que tinham conhecimento perfeito de diagrama de contatos e precisavam passar este conhecimento para um sistema processado, por isso o CLP obteve grande acedência em sua origem. Atualmente outras linguagens se apresentam para desenvolvimento em CLP’s, uma delas é o Grafcet utilizado largamente em processos contínuos como movimentação de robôs ou mesmo uma linha de produção automotiva. Uma grande questão é a capacidade de um programa de CLP suportar várias linguagens em um processo somente. Neste caso sim, parte do controle pode ser feito em Grafcet outra parte em Ladder ou ainda partes em SCL linguagem se apresenta no próximo tópico deste material.
O Grafcet tem por base execução do programa passo após passo, entre cada execução existe um teste a ser feito, caso o teste seja verdadeiro passamos a próxima execução e assim sucessivamente em uma cadeia de controles.
Esta linguagem se apresenta somente nas linhas de CLP S7-300 e S7-400 da Siemens, e de acordo com fóruns apresentados pela Siemens o lançamento S7-1500 também trará a linguagem nativa em sua programação.
Para exemplificar esta linguagem se deve inserir um CLP S7-300 em um projeto. Logo em seguida na inserção de um novo bloco selecionar uma FB e selecionar a linguagem GRAPH.
A figura 53 demonstra a inserção do bloco descrito anteriormente, o conceito de FB será demonstrado na próxima sessão deste trabalho.
Página 56
Figura 53 - Inserção de uma FB com linguagem Graph
Quando selecionado a opção adicionar nova e abrir automaticamente se abrirá a janela de programação do Grafcet.
Página 57 A caixa destacada na figura 54 mostra uma execução do Grafcet, ela é constituída por um passo e uma transição. No passo se executam as tarefas como a de ligar um motor, uma válvula ou qualquer outro objeto da planta de controle, na transição testa-se o resultado esperado com a ação do passo anterior.
Uma FB pode conter diversas sequências com variados tipos de arranjos de ações e transições. Para inserir mais passos e ações utiliza-se a barra de ferramentas logo acima da janela de desenvolvimento. A figura 55 demonstra sequência montada em linguagem Grafcet.
Figura 55 - Sequência em Grafcet
A lógica desta programação é que para acontecer o passo 2 a transição 2 deve ser verdadeira e assim sucessivamente, pode-se apresentar passos que tenham mais de uma transição no caso da transição 4 e 6 que fazem uma escolha entre dois caminhos no processo. A próxima tabela demonstra as ferramentas para inserção de passos e transições.
Atalho Função
Insere um passo e uma transição após uma transição selecionada. Pode-se utilizar a tecla F5 como atalho para a função.
Página 58 Insere um passo após uma transição selecionada
Insere uma transição após um passo selecionado.
Insere uma parada ao final de uma sequência, um exemplo de utilização é colocação de uma máquina em um ponto seguro. A sequência para de ser executada neste ponto.
Insere um salto após uma transição. Nesta função deve-se indicar um passo para a sequência seguir após a transição.
Abre um caminho alternativo em uma sequência. Programadores chamam de lógica “SENÃO”
Abre um passo alternativo para a sequência, porém este passo roda simultaneamente com a coluna ao seu lado. A regra é ter dois ou mais passo após uma transição. Quando se termina a lógica, para o próximo passo acontecer os dois caminhos devem ter sido percorridos para a lógica continuar.
Fechamento de coluna.
Cada passo ou transição deve ser programado. Nos passos utilizam-se funções básicas para ligar e desligar elementos. Basicamente utilizam-se três funções:
• S – Carrega “1” para o endereço lógico selecionado. • R – Carrega “0” para o endereço lógico selecionado.
• N – Carrega “1” para o endereço lógico selecionado com a duração da execução do passo, quando a próxima transição for verdadeira o endereço recebe “0”.
Outras funções se apresentam dentro de passos, como funções de tempo, contagem e atribuição de valores diferentes para variáveis, porém neste material trabalharemos somente com estas três funções.
A transição é programada em Ladder, a diferença é que não se atribui valor no final da linha. Quando o teste executado for verdadeiro automaticamente o próximo passo é executado. Nas transições utiliza-se lógica binária e de comparadores normalmente. Uma função de tempo pode ser adicionada em linha na transição. Esta função espera um tempo e fecha o contato conforme demonstra a figura 56. Para abrir a configuração do passo e
Página 59 transição basta executar duplo clique em uma transição ou mesmo utilizar o botão de atalho destacado na próxima imagem.
Figura 56 - Programação de passos e transições no Grafcet
A seleção destacada abaixo na figura 56 representa uma contagem de tempo. Nota-se que esta transição é testada após o passo 1, quando ela for verdadeira o passo 2 será executado e assim sucessivamente em toda a programação. Após todas programadas basta selecionar a chamada da função em outro bloco de programação, no caso do exemplo no escopo principal OB1.
É importante perceber que a linguagem Grafcet não trabalha sozinha, então quando for necessário executar algumas funções mais específicas com cálculos matemáticos utiliza-se uma variável que chame outra função que pode estar fora da FB do Grafcet.
Para chamar a rotina, deve-se buscar a mesma na arvore de projetos na estrutura de blocos de programas conforme demonstra a figura 57.
Quando a função é instanciada novamente é gerado um bloco de dados e alguns parâmetros fornecidos são importantes para extrairmos todas as características da função.
• OFF_SEQ: Para a sequência no instante que o parâmetro for verdadeiro. • INIT_SEQ: Inicia a sequência do inicio.
• S_PREV: Volta ao passo anterior. • S_NEXT: Avança um passo.
Página 60 • SW_MAN: Seleciona modo manual para a sequência.
Figura 57 – Inserção de uma função em Grafcet
3.11 SCL
Linguagens consideradas de alto nível se apresentam cada vez mais em CLP’s, com a computação cada vez mais avançada o “baixo nível” começa a receber funções que antes só poderiam ser programadas em sistemas de supervisórios que estão um nível acima do nível de controle na pirâmide da automação. A linguagem SCL veio suprir e melhorar o desenvolvimento de algumas funções que sejam facilmente programadas com linguagem textual. Esta linguagem se assemelha muito a linguagens como VB da Microsoft ou Delphi da Borland.
A principio o SCL é utilizado em FB’s ou FC’s, CLP’s S7-1200 já incorporam estas funções. A linguagem trás estruturas amplamente utilizadas em programações de alto nível como IF, FOR, CASE, WITH entre outros.
Primeiramente devem-se declarar as variáveis de entrada e saída da função tal como variáveis estáticas ou temporárias. Estas variáveis podem ser declaradas na tabela apresentada logo acima da aba de desenvolvimento. O exemplo mostra a condição de soma de duas variáveis caso uma entrada seja verdadeira ou multiplicação das mesmas, caso a entrada seja falsa, porém se a entrada diferença for verdadeira a diferença entre os dois números é demonstrada.
Página 61 A figura 58 demonstra o código em SCL e a chamada da função no bloco de programa principal OB1.
Figura 58 - Exemplo de código em SCL.
A tabela abaixo retirada do manual do CLP representa os operadores no SCL da linha S7-1200.
Página 62 Os trabalhos feitos em SCL exercem funções que em outras linguagens necessitam muito código ou mesmo não podem ser desenvolvidas. Teste seu conhecimento desenvolvendo um algoritmo em SCL que organize uma sequência de dez números quaisquer e retorne um vetor com os mesmos em ordem crescente. Para isso utilize o exemplo abaixo de um Buble Sort para organização de sequências numerais exemplificado em linguagem não formal.
Mais informações sobre o SCL pode ser encontrada no manual do CLP S7-1200 ou no sistema de ajuda do TIA Portal.
Algoritmo Bubble(V, n) 1. k = n-1
2. para i = 1 até n faça 3. j = 1 4. enquanto j <= k faça 5. se V[j] > V[j+1] então 6. aux = V[j] 7. V[j] = V[j+1] 8. V[j+1] = aux 9. j = j+1 10. k = k-1 Anotações. ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________
Página 63 ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________
Página 64 4. ESTRUTURA DE UM PROGRAMA.
4.1 TIPOS DE DADOS.
Como todos os ambientes de programação para automação, o TIA Portal tem sua “Tipagem” forte, isto é, todas as variáveis antes de serem utilizadas devem ser declaradas, para comodidade do usuário ao instanciar uma área qualquer de memória o próprio sistema já aloca um espaço e escreve a mesma na tabela padrão de Tags. Nesta sessão se apresenta os tipos de dados presentes no CLP S7-1200. E são divididos em Elementares e Complexos.
4.1.1 Dados Elementares.
Os dados elementares são os mais utilizados em programações básicas. São dados que se apresentam frequentemente em toda aplicação. A tabela abaixo apresenta os dados elementares do CLP S7-1200.
Todos os CLP’s da Siemens trabalham com números negativos, logo, explica-se o que acontece na variável. Um exemplo é um Tag do tipo SINT (ShortINT), este possui o tamanho de oito bits e é formado por dois componentes, um sinal e um valor numérico. O sinal afeta os valores dos demais bits (0 ~ 6) conforme seu valor. O valor do bit sete representa o sinal. O
Página 65 sinal será “0” para números positivos e “1” para números negativos. A Figura 59 demonstra como a variável se comporta.
Figura 59 - Comportamento de variáveis no TIA PORTAL
4.1.2 Dados Complexos.
Os dados complexos no TIA Portal, são junções de dados elementares em uma estrutura. Esta estrutura pode ter vários elementares do mesmo tipo ou um conjunto de variáveis elementares distintas, abaixo se apresenta algumas das variáveis encontradas no TIA Portal.
Página 66 • DTL – O tipo de dado DTL representa um momento no tempo o qual é especificado pela data e hora do dia. Estes dois componentes podem ser acessados diretamente. Abaixo se apresenta a estrutura da variável DTL e também a forma de instanciá-la com a função RD_SYS_T, que lê Data e Hora do CLP.
Figura 61 - Estrutura DLT e função RD_SYS_T
• ARRAY – Também conhecido como vetor (para arrays uni-dimensionais) ou matriz (para arrays bi-dimensionais), é uma das mais simples estruturas de dados. Os arrays mantêm uma série de elementos de dados, no CLP são do mesmo tamanho e tipo de dados. Elementos individuais são acessados por sua posição no array. A posição é dada por um índice, também chamado de subscrição. O índice geralmente utiliza uma sequência de números inteiros. Abaixo se descreve uma estrutura de array em um CLP Siemens.
Página 67 • STRUCT – Nos CLP’s Siemens uma STRUCT tem o mesmo conceito de um ARRAY, porém podem-se declarar variáveis de diferentes tipos dentro de uma estrutura STRUCT. A figura abaixo representa a declaração de uma STRUCT dentro de bloco de dados.
Figura 63 - Estrutura STRUCT
• STRING – Uma STRING é considerada uma estrutura no CLP por ser uma variável considerada de alto nível. Não é comum a utilização de STRING’s em uma programação de CLP’s, em poucas palavras uma STRING é um conjunto de caracteres que simplesmente determinam uma frase ou palavra. Abaixo um exemplo de STRING sendo declarada dentro de um bloco de dados.
Figura 64 - Exemplo de declaração de STRING.
