Automação Industrial PLC - Teoria e Aplicações - Curso Básico, 2ª edição

Autor(es): PRUDENTE, Francesco
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Esta segunda edição de Automação Industrial - PLC: Teoria e Prática - Curso Básico traz novidades, atualizações e aplicações práticas com o objetivo de atender às necessidades do mercado, que não para de evoluir.
Os fundamentos sobre Controladores Lógicos Programáveis (PLC) - indispensáveis à área de automação - e sua aplicabilidade ao ambiente industrial são o foco do texto, exposto de forma gradual para conduzir a leitura e ampliada em profundidade a cada capítulo.
Essencial para profissionais do setor de automação industrial, a obra é recomendada também a estudantes de cursos técnicos e universitários por seu caráter objetivo e didático.

21 capítulos

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CAPÍTULO 0 - INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS

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INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS

AUTOMÁTICOS

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0

Generalidades

Bloco de Comando e Bloco de Potência de um

Comando Automático

Partes que Compõem uma Automação

Fluxograma das Partes que Compõem uma Automação

0.4

0.5

0.6

0.7

Definição de Lógica Cabeada

Definição de Lógica Programada

Descrição do Sistema PLC

Conclusão

0

Generalidades

Um sistema pode ser definido como automatizado quando é capaz de cumprir uma ou mais tarefas por meio de decisões que são tomadas em função de sinais de várias naturezas que provêm do mesmo sistema a ser controlado. Em poucas palavras, o sistema age sem intervenção humana.

Os primeiros resultados obtidos no campo da automação industrial tiveram início no começo dos anos 1960, com a introdução de uma automação de tipo rígido. Nesse tipo de automação, a máquina automática executava uma tarefa com mínima intervenção humana. As máquinas eram construídas somente para construir um tipo particular de produto, mas tinham uma desvantagem: se o produto mudava, a reconversão do sistema automático era ou impossível ou muito custosa.

 

CAPÍTULO 1 - LÓGICA PROGRAMADA

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LÓGICA PROGRAMADA

1.0

1.1

1.2

1.3

1.0

Definição de Programmable Logic Controller

Evolução dos Modernos PLC

Vantagens e Desvantagens na Utilização do PLC

Confiabilidade e Segurança no Sistema PLC

1.4

1.5

1.6

1.7

Significado de Hardware e Software

Algoritmos

Introdução ao Diagrama de Blocos

Conclusão do Diagrama de Blocos

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Definição de Programmable Logic Controller

O PLC é um equipamento composto de componentes eletrônicos e memória programável ou não programável que contém dados e programas com a finalidade de ler e executar instruções, interagindo com um sistema que deve ser controlado por dispositivos de input e output do tipo digital ou analógico (Norma IEC 61131-1).

O PLC é um computador que realiza funções de controle em vários níveis de complexidade.

O aspecto interessante do PLC é que ele pode ser programado e utilizado por pessoas sem um grande conhecimento no uso do computador. Esse pequeno computador (PLC) é projetado para trabalhar em ambiente industrial com variação de temperatura, umidade, vibrações, distúrbios elétricos e outras variantes que existem no ambiente industrial.

 

CAPÍTULO 2 - HARDWARE DO PLC

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HARDWARE DO PLC

2.0

2.1

2.2

2.3

Generalidades

Microprocessador e CPU

Ciclo de Scan

Sistema Operacional

2.3.1 Autodiagnóstico

2.3.2 Proteção dos dados

2.3.3 A função de interrupção

2.4

2.5

2.0

Memória

2.4.1 Generalidades sobre a memória

2.4.2 Capacidade das memórias

2.4.3 Organização da memória no PLC

2.4.4 Retenção dos dados em seguida ao desligamento da corrente de alimentação

2.4.5 Notas técnicas sobre a capacidade da memória no PLC

Fonte de Alimentação

Generalidades

O hardware de um Controlador Lógico Programável é constituído de três componentes fundamentais:

• unidade central

• unidade de entrada/saída I/O

• unidade de programação.

A unidade central é a unidade do PLC que organiza todas as funções de controle.

A unidade I/O refere-se ao nome das iniciais inglesas Input (entrada) e Output (saída) e à interface entre a unidade central e a máquina automática a controlar.

 

CAPÍTULO 3 - UNIDADE DE ENTRADA E SAÍDA

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UNIDADE DE ENTRADA E SAÍDA

3.0

3.1

3.2

3.3

3.0

Introdução

Placa de Entrada Digital (On/Off)

Placa de Saída Digital (On/Off)

Placa de Entrada Analógica

3.4

3.5

3.6

Placa de Saída Analógica

Sinal Analógico Padronizado

Exemplos Aplicativos

Introdução

A unidade de entrada e saída é composta de dispositivos apropriados de modo a permitir o diálogo do PLC com os sinais de entrada e sinais de saída provenientes do campo.

A unidade de entrada opera sob o sinal de entrada proveniente dos sensores da instalação para torná-la compatível com a CPU do PLC.

A unidade de saída trata os sinais emitidos pela CPU para enviá-los aos dispositivos que devem ser acionados, chamados atuadores (motor elétrico, lâmpadas, válvula pneumática e outros).

A construção prática dessas unidades, que são geralmente chamadas de “Placas I/O”, é efetuada com base em sinais que podem ser:

 

CAPÍTULO 4 - MÓDULOS ESPECIAIS

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MÓDULOS ESPECIAIS

4.0

4.1

4.2

4.3

4.0

Generalidades

Módulos para Interfaceamento dos

Termopares

Módulos de Contagem Veloz

Módulo Controle Eixo

4.4

4.5

4.6

4.7

Módulos ASCII

Módulos de Comunicação

Módulos PID (Proportional Integrative Derivative)

Módulos Input/Output (I/O) Remotos

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Generalidades

Além dos módulos de entrada e de saída dos tipos digitais e analógicos, também é fabricada toda uma série de módulos para aplicação particular que satisfaz a exigência da fábrica automatizada. Esse é o caminho seguido por quase todos os fabricantes de PLC. Os benefícios desses módulos especiais são:

– liberar a CPU do peso da gestão de tais funções especiais, de modo tal que a CPU trabalhe somente com operação fundamental de controle;

– a possibilidade de oferecer aplicação (controle eixo, comunicação, contagem veloz e outros) com uma velocidade de resposta muito elevada.

 

CAPÍTULO 5 - UNIDADES PERIFÉRICAS E DISPOSITIVOSDE PROGRAMAÇÃO

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UNIDADES PERIFÉRICAS E DISPOSITIVOS

DE PROGRAMAÇÃO

5.0

5.1

5.2

5.3

5.0

Generalidades

Simulador de Entradas

Dispositivo de Memorização dos Dados

Interface para Comunicação e Transmissão dos Dados

5.4

5.3.1 Transmissão de dados serial e paralelo

5.3.2 Os dispositivos de comunicação serial

5.3.3 O novo padrão USB

Dispositivo de Programação

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Generalidades

Com o objetivo de melhorar a prestação do PLC e ainda de facilitar o diálogo homem/máquina, os fabricantes propõem alguns periféricos a serem conectados aos controladores industriais:

– simulador de entradas

– dispositivo de memorização de dados.

Para realizar a conexão em rede, é também necessário:

– interface para comunicação entre PLC

– interface para transmissão de dados ao PC.

5.1

Simulador de Entradas

O simulador de entradas é um dispositivo conectável ao controlador para efetuar a prova dos programas.

 

CAPÍTULO 6 - SOFTWARE

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SOFTWARE

6.0

6.1

Generalidades

A Norma IEC 61131-3

6.2

6.3

Linguagem de Programação Textual

Linguagem de Programação Gráfica

6

6.0

Generalidades

Este capítulo apresenta as várias modalidades de programação do PLC, destacando no entanto a mais usada, que demonstra de forma gráfica os esquemas elétricos.

6.1

A Norma IEC 61131-3

A norma de referência para a programação do PLC é a IEC 61131-3, que resume todas as modalidades de programação do PLC. De todas as linguagens de programação, pode-se fazer uma primeira macrodistinção em duas grandes categorias:

FIGURA 6.1

6.2

Linguagem de Programação Textual

Essa modalidade de programação é das mais “difíceis” para quem se propõe ao mundo do PLC proveniente do setor eletrotécnico. Tal sistema de programação provém do setor eletrônico ou então informático e, portanto, constitui a verdadeira linguagem de programação, com enorme possibilidade de desenvolver as necessidades do projeto.

 

CAPÍTULO 7 - INTRODUÇÃO À LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO

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7

INTRODUÇÃO À LINGUAGEM

DE PROGRAMAÇÃO

7.0

7.1

7.2

7.3

7.4

7.0

Linguagem em Lista de Instruções — IL

Linguagem com Texto Estruturado — ST

Linguagem LADDER — LD

Linguagem com Diagrama de Blocos Funcionais

— FBD

Linguagem com Sequenciamento Gráfico de

Funções — SFC

7.5

7.6

7.4.1 Estrutura de um diagrama funcional

7.4.2 Alguns símbolos gráficos segundo a Norma

IEC 60848

7.4.3 Regras para um SFC (segundo a Norma

IEC 60848)

Programação Linear e Estruturada

Considerações Finais

Linguagem em Lista de Instruções — IL

Com já foi dito no capítulo anterior, esta é uma linguagem do tipo textual. É muito potente e não utiliza símbolos gráficos. O aspecto negativo é que não se tem a visão rápida do funcionamento do programa, como acontece com a linguagem gráfica.

A linguagem IL contém linhas de instruções alfanuméricas. A sintaxe desse tipo de instrução depende, por ora, do tipo de PLC em que se está trabalhando. Os fabricantes estão, gradativamente, se alinhando ao padrão internacional IEC 61131-3.

 

CAPÍTULO 8 - ESQUEMAS ELÉTRICOS A RELÉ

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ESQUEMAS ELÉTRICOS A RELÉ

8.0

8.1

8.2

8.3

8.4

8.5

8.6

8.0

Generalidades

O Esquema Funcional Europeu

O Esquema Funcional Americano

Definição e Funcionamento de um Relé

Classificação com Base no Modo de Funcionamento

Os Contatores

Partida e Parada de um MAT (Motor Assíncrono

Trifásico)

8.7

Inversão do Sentido de Rotação do Motor

Assíncrono Trifásico (MAT)

8.8 Chave Eletromecânica Estrela/Triângulo para

MAT

8.8.1 O relé temporizador

8.8.2 O esquema elétrico

8.9 Relé Auxiliar

8.10 Conclusão

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8

Generalidades

Vimos que a linguagem de programação mais difundida para os controladores é a linguagem a esquema Ladder. O esquema da linguagem LADDER é baseado no esquema a relé. É portanto indispensável, para andar adiante no tratamento deste curso, enfrentar o capítulo relativo à lógica eletromecânica, chamada também de lógica cabeada (wired logic control).

 

CAPÍTULO 9 - INTRODUÇÃO AO PLC SIEMENS

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INTRODUÇÃO AO PLC SIEMENS

9.0

9.1

9.2

9.3

9.4

9.5

9.6

9.0

Generalidades

O PLC Siemens S7-200

Configuração Hardware do Sistema S7-200

Cablagem do PLC S7-200

Seleção do Modo de Funcionamento da CPU S7-200

Pacote de Programação STEP 7-Micro/WIN 32

Programação: Linhas Gerais

9.6.1 Organização de um programa

9.6.2 Notas sobre o subprograma

9.7 Componentes de um Projeto

9.8 Como Escrever um Programa com

STEP 7-Micro/WIN 32

9.9 Editor de Programação

9.10 Conexão ao PLC e Transferência do Programa

9.11 Monitoramento e Controle do Estado do Programa

Generalidades

Protagonista no mercado há décadas com a linha própria SIMATIC, a Siemens tem atualmente três diferentes faixas de Controlador Lógico Programável que estão ocupando três diferentes segmentos aplicativos:

• PLC compacto (série LOGO)

 

CAPÍTULO 10 - FASES PRINCIPAIS DA PROGRAMAÇÃODO PLC

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FASES PRINCIPAIS DA PROGRAMAÇÃO

DO PLC

10.0 Generalidades

10.1 Definição Específica do Comando Automático e Sua Representação Funcional

10.2 Atribuições I/O

10.3 Tradução da Representação Funcional na

Linguagem de Programação Escolhida

10.4 Transferir Todas as Instruções para a Memória de

Programa do PLC

10.5 Debug e Arquivamento Final

10

São cinco as fases principais de programação do PLC: definição específica do comando automático e sua representação funcional; atribuições I/O; tradução da representação funcional na linguagem de programação escolhida; transferir na memória de programa do PLC todas as instruções; debug e arquivamento final.

10.0 Generalidades

Os controladores programáveis substituem o uso material de relé, temporizador, contatores e outros dispositivos, sejam combinatórios ou sequenciais, simulando o seu funcionamento.

Este capítulo ilustra as fases para realizar tal lógica e desenvolver o programa usuário que, instalado no PLC, o instrui acerca das operações de controle que deve efetuar.

 

CAPÍTULO 11 - CARACTERÍSTICAS DO SOFTWARE DOPLC S7-200

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CARACTERÍSTICAS DO SOFTWARE DO

PLC S7-200

11.0 Introdução

11.1 Endereçamento dos Dados

11.2 Modalidade de Endereçamento das Principais

Áreas/Dados do PLC S7-200

11.3 Set de Instruções

11.0 Introdução

Como já foi dito, o PLC é um pequeno computador. Praticamente os microprocessadores do PLC são de 16 bits, e isso se reflete sobre a estrutura dos dados internos. O set de instrução à disposição do PLC S7-200 é muito vasto, permitindo muitas funções em relação àquelas básicas

(AND, OR) usadas na lógica booleana.

11.1 Endereçamento dos Dados

A CPU S7-200 memoriza as informações em diferentes posições da memória, que tem endereço preestabelecido. O programador poderá acessar diretamente essa informação especificando a

área de memória à qual queira ter acesso e o seu endereço.

O acesso a uma área de memória pode acontecer de dois modos:

• acesso aos bits

 

CAPÍTULO 12 - INTRODUÇÃO À PROGRAMAÇÃOEM KOP

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INTRODUÇÃO À PROGRAMAÇÃO

EM KOP

12.0 Generalidades

12.1 Transformação de Esquema Funcional em

Diagrama Ladder

12.2 Introdução às Aplicações

12

12.0 Generalidades

A introdução à linguagem de programação já foi descrita no Capítulo 7. O objetivo deste capítulo é ilustrar regras simples para a transfomação de um esquema elétrico funcional em um diagrama Ladder. Existem casos em que a transformação direta do esquema elétrico funcional em diagrama Ladder pode gerar falhas na codificação sucessiva do programa.

Nas figuras deste capítulo os contatos são indicados com Cx e as bobinas, com Bx.

FIGURA 12.1

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Capítulo 12.indd 107

27.04.11 15:52:36

108

CAPÍTULO DOZE

12.1 Transformação de Esquema Funcional em Diagrama Ladder

• Esquema Elétrico com Bobina em Paralelo

Constatando que nem todos os PLCs têm instruções para ativar saídas em paralelo, é preferível dispor do Ladder, que traduz o esquema funcional demonstrado na Figura 12.1A, como indicado na Figura 12.1C, e não como na Figura 12.1B.

 

CAPÍTULO 13 - CONVERSÃO DA LINGUAGEM LADDER (KOP) EM LISTA DE INSTRUÇÕES (AWL)

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CONVERSÃO DA LINGUAGEM LADDER

(KOP) EM LISTA DE INSTRUÇÕES (AWL)

13.0 Generalidades

13.1 Combinações Lógicas

13.1.1 Início de uma linha lógica com um contato normalmente aberto

13.1.2 Início de uma linha lógica com um contato normalmente fechado

13.1.3 Habilitação da saída

13.1.4 Habilitação da saída set/reset

13.1.5 Conexão de contatos em série

13.1.6 Conexão de contatos em paralelo

13.2 Os Blocos em AWL

13.2.1 Blocos de contatos em série

13.2.2 Blocos de contatos em paralelo

13.3 Função OR/AND (Paralelo/Série)

13.4 Função AND/OR (Série/Paralelo)

13.5 Ativação de Relé com Autorretenção (Primeira

Solução)

13.6 Ativação de Relé com Autorretenção (Segunda

Solução)

13.0 Generalidades

Veremos agora como converter da linguagem LADDER em lista de instruções. É importante precisar que, utilizando como console gráfico o pequeno teclado, a linguagem AWL é a única possível, dada a reduzida dimensão desse console.

 

CAPÍTULO 14 - TEMPORIZADORES

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TEMPORIZADORES

14.0 Generalidades

14.1 Imposição por Meio do Programa de um

Determinado Tempo de Atraso

14.1.1 Timer com atraso no desligamento

14.1.2 Timer com atraso na ligação com memória

14.1.3 Timer com atraso na ligação

14.2 Simples Comandos Temporizados

14.2.1 Ativação de uma saída por um tempo tx

14.2.2 Ativação de mais de uma saída em sequência

14.2.3 Ativação de um timer por meio de um botão

(sinal impulsivo)

14.2.4 Timer cíclico

14.2.5 Timer em sequência com atraso na ligação

14.2.6 Timer em sequência com atraso no desligamento

14.3 Operação de Temporização com a CPU S7-200

14.4 Boxes TON, TOF, TONR

14.4.1 Exemplos de TON

14.4.2 Exemplos de TOF

14.4.3 Exemplos de TONR

14.5 Aplicação: Lubrificação de um Motor Elétrico de

Grande Potência

14.6 Aplicação: Circuito Eletropneumático Relativo à

 

CAPÍTULO 15 - CONTADORES

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CONTADORES

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15.1

15.2

15.3

15.4

Generalidades

Contador Crescente/Decrescente

Ativação de Um Contador

Soma de Contagem de Dois Contadores

Combinação de Timer e Contador nos Processos

Industriais

15.5 Contador Expandido

15.6 Operação de Contagem na CPU S7-200

15.7 Aplicação: Enchimento de uma Caixa de Cerveja

15.8 Aplicação: Linha de Transporte Automático de

Garrafas

15.9 Aplicação: Ciclos de Aspiração de Resíduos

Materiais

15

15.0 Generalidades

Os contadores do PLC têm um formato similar ao do timer. A entrada fornece o pulso de contagem que o PLC analisa; no entanto, a outra entrada permite ressetar tudo a qualquer momento.

São disponíveis contadores crescente (counter up) e decrescente (counter down). Em geral o contador crescente conta do número 0 até o valor pré-imposto, no qual depois deve acontecer uma ação. O contador decrescente parte na ordem regressiva do número pré-imposto até 0. Os contadores, na prática, efetuam contagens de eventos de todos os tipos a partir de um sensor ou transdutor que converte eventos em pulsos elétricos.

 

CAPÍTULO 16 - APLICAÇÕES PRÁTICAS

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APLICAÇÕES PRÁTICAS

16.0

16.1

16.2

16.3

16.4

16.5

Generalidades

Breves Considerações sobre Instalação e Manutenção

Referências de Normas para Segurança

Algus Conceitos Ligados à Segurança

Função de Parada e Parada de Emergência

Exemplo de Comando do Relé Monoestável na

Ótica da Segurança

16.5.1 Comando do relé monoestável com PLC — primeira solução

16.5.2 Comando do relé monoestável com PLC — segunda solução

16.5.3 Comando do relé monoestável com PLC — terceira solução

16.5.4 Consideração sobre as entradas do PLC

16.6 Ciclos de Funcionamento do Comando Automático

16.6.1 Ciclo automático

16.6.2 Ciclo manual

16.6.3 Ciclo semiautomático

16.7 Aplicação: Controle de um Trocador de Calor por meio do PLC S7-200

16.8 Aplicação: Automatismo para Portão Elétrico do

Tipo Industrial que Desliza Controlado pelo PLC

S7-200

16.9 Aplicação: Ciclo Eletropneumático de Dois Cilindros de Duplo Efeito e Válvula Biestável Controlado pelo

 

CAPÍTULO 17 - TÉCNICA DE PROGRAMAÇÃO UTILIZAÇÃO DA TABELA BOOLEANANA RESOLUÇÃO DE COMANDOS AUTOMÁTICOS SEQUENCIAIS

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TÉCNICA DE PROGRAMAÇÃO

UTILIZAÇÃO DA TABELA BOOLEANA

NA RESOLUÇÃO DE COMANDOS

AUTOMÁTICOS SEQUENCIAIS

17

17.0

17.1

17.2

17.3

17.4

17.5

17.6

Generalidades

A Tabela Booleana

Passagem da Tabela Booleana ao Esquema Ladder

Utilização do Temporizador na Tabela Booleana

Ciclos Mistos em Função do Processo e do Tempo

Tabela Booleana com Reinício Automático do Ciclo

Introdução às Aplicações

17.7 Aplicação: Portão Automático para Porta Batente de

Uso Doméstico

17.8 Aplicação: Carro Automático para Máquina Operatriz

17.9 Aplicação: Aquecimento de um Forno Industrial

17.10 Aplicação: Semáforo para Fórmula 1

17.11 Aplicação: Controle em Sequência de Esteira

Transportadora

17.0 Generalidades

Vimos nos capítulos anteriores como é definido um simples projeto de comando automático com a utilização do Controlador Lógico Programável. Sem dúvida a parte mais difícil é a idealização do esquema funcional, em que é preciso ter ideias claras sobre como funciona o sistema automático que iremos projetar. Sem esquecer, naturalmente, a questão ligada à segurança. Apresentaremos agora uma técnica de programação muito simples e eficaz para eliminar, quando possível, o desenho do esquema funcional. Esse método utiliza a tabela booleana, que os alunos estudam em vários cursos técnicos. Diremos primeiramente que esse método é válido somente se o sistema é sequencial e se consegue sintetizar todos os funcionamentos do ciclo automático numa sequência de “1” e “0”, ou seja, uma tabela booleana.

 

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