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Projeto com CLP CLIC02 – Automação de um Portão de Garagem

Relatório Técnico Avaliativo.

Cleofe Basso Gerson Sena Professor: Ms Sidinei Ghissoni

Alegrete, 16 de Fevereiro de 2008.

P á g i n a

Índice:Página:

1. Objetivo 3

2. Metodologia 3

3. O Controlador Lógico Programável 3 3.1. Um Breve histórico 3 3.2. Como Funciona o CLP 4 3.3. O Hardware 4 3.3.1. Fonte de Alimentação: 4 3.3.2. CPU (Central Processor Unit) ou Unidade Central de Processamento 4 3.3.3. Interfaces E/S (Entrada e Saída, ou do inglês I/O – Input and Output) 4 3.3.3.1. Entradas e Saídas Analógicas 4 3.3.3.2. Entradas e Saídas Digitais 4 3.4. Programação 5 3.4.1. Bloco de Organização (OB – Organization Block) 5 3.4.2. Bloco de Programa (PB – Program Block) 5 3.4.3. Bloco de Funções (FB – Function Block) 5 3.4.4. Bloco de Dados (DB – Data Block) 5 3.4.5. Bloco de Passos (SB – Step Block) 5 3.5. O CLP CLIC02® (WEG®) 6 4. Projeto de um Portão de Garagem com o CLIC02® 7 4.1. Tipo de Portão 8 4.2. Tipo de Motor e Alimentação 8 4.3. Sensores Utilizados 8 4.5. Comando e Temporização 8 4.6. Proteção para Falha Eletromecânica 8 4.7. Proteção para Interrupção de Energia (falha na alimentação) 8 4.8. Estimativa de Uso (pior caso) 8 4.9. Tempo de Acionamento e Abertura total 8 4.10. Tempo de Espera quando aberto 9 4.1. Potência Consumida durante Acionamento e em Repouso 9 4.12. Estimativa de Auto-suficiência Energética sob Falha de Alimentação 9 4.13. Projeto 9 4.13.1. O Motor 9 4.13.2. Cálculos 10 4.13.3. Proteção 1 4.13.4. No-break 1 4.13.4. Esquema Elétrico 1 4.13.5. Programação 12 4.13.5.1. Descrição 12 5. Conclusão 14 6. Bibliografia 14

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1. Objetivo:

Fazer uma breve introdução aos controladores lógicos programáveis (CLP’s) e Demonstrar uma aplicação como Controlador lógico Programável CLI02® .

2. Metodologia:

Encontrar as informações necessárias em literatura técnica e nos manuais do fabricante

(WEG) do CLP CLIC02® e com base nas mesmas projetar um portão de garagem controlado pelo mesmo.

3. O Controlador Lógico Programável (CLP): 3.1. Um Breve Histórico1

Para melhor clareza, antes precisamos entender um pouco da história de evolução dos processos de chão de fábrica (como chamamos o local onde fica instalado o maquinário em si).

Antes da evolução da Era Eletrônica na indústria já existia a necessidade crescente de se automatizar os processos de fábrica. Mas naquela época, o que as fazia era controlar esses processos por meio de grandes placas com um amontoado de relés que, a cada acionamento, executavam uma ação “programada”. A “programação” destas diversas placas era feita por meio de cabos plugáveis, do mesmo modo que se fazia com as conexões telefônicas de tempos remotos. Cada configuração de cabos executava ações específicas. Todas estas placas eram presas a outra placa maior (bastidor ou rack).

Desta forma, além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas: alto consumo de energia, difícil manutenção, modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação ocasionando número de horas paradas, além das dificuldades em manter documentação atualizada dos esquemas de comando modificado.

Com a industrialização da eletrônica, os custos diminuíram, ao mesmo tempo em que a flexibilidade aumentou, permitindo a utilização de comandos eletrônicos em larga escala. Mas alguns problemas persistiram, e quem sentia estes problemas de forma significativa era a indústria automobilística, pois a cada ano com o lançamento de novos modelos, muitos painéis eram sucateados, pois os custos para alteração eram maiores do que a instalação de novos painéis.

Porém, em 1968 a GM (General Motors), através de sua Divisão Hidromatic, preparou as especificações detalhadas do que posteriormente denominou-se Controlador Programável (CP). Estas especificações retratavam as necessidades da indústria, independentemente do produto final que iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP na GM executando apenas funções de intertravamento.

Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução:

De 1970 a 1974, em adição às funções intertravamento e seqüenciamento (lógica), foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de dados e introdução de terminais de programação de CRT (Cathode Ray Tube).

De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fechada com algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a comunicação com outros equipamentos “inteligentes”. Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador em muitas aplicações industriais.

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Nesta década atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de software, podemos dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos extremamente atraentes.

3.2. Como Funciona o CLP:

De modo simplista, o CLP funciona basicamente por um sistema de controle sobre processos.

Para que esse controle seja correto e preciso é preciso que o processo que se deseja controlar seja monitorado, papel este desempenhado por sensores. O CLP então atua sobre o processo com base nas leituras dos sensores, por meio de atuadores. Observe a figura 1, nela é possível verificar o que foi dito:

Figura 1 — Diagrama em Blocos de um Sistema de Automação. 3.3. O Hardware2: Basicamente o hardware de um CLP pode ser dividido em três partes:

3.3.1. Fonte de Alimentação:

Atualmente a maioria das fontes de CLP é chaveada e apresenta uma tensão de saída única de 24 Vcc. Ela serve para alimentar os módulos de entrada e saída e CPU ao mesmo tempo. Esta tensão possui algumas vantagens sobre outras (como 5 Vcc, por exemplo) por poder ser facilmente regulada para tensões menores, ter uma maior imunidade a ruídos elétricos e ser compatível com o padrão RS- 232 de comunicação.

3.3.2. CPU (Central Processor Unit) ou Unidade Central de Processamento:

A CPU pode ter inúmeras naturezas. Logo no inicio eram usados microcontroladores (por exemplo, o PIC da Microchp®) ao invés de microprocessadores, devido ao custo-benefício. Atualmente, com exceção de alguns pequenos CLP’s, os tipos industriais utilizam microprocessadores padrão IBM-PC. Muitas vezes a CPU é a mesma que a de um PC, mudando apenas o aspecto construtivo.

3.3.3. Interfaces E/S (Entrada e Saída, ou do inglês I/O – Input and Output):

São as portas por onde entram e saem sinais do CLP. Ao trazer uma informação do mundo externo o CLP também precisa enviar um comando baseado nesta informação. Estas podem ser divididas em dois grupos distintos.

3.3.3.1. Entradas e Saídas Analógicas: Na maioria dos processos industriais temos grandezas do tipo analógicas, como temperatura, umidade relativa, posicionamento de eixos, entre outras. Através de um conversor interno analógico/ digital (A/D) o CLP pode monitorar e controlar este tipo de sinal. O fator mais importante neste caso é a resolução do módulo A/D, pois quanto melhor o fator de amostragem maior a precisão e rapidez das "decisões a serem tomadas pelo CLP.

Por exemplo: Se desejo monitorar uma variação de tensão de algum sensor, que varia de 0V a 10V, e tenho um conversor A/D de 8 bits, qual será minha resolução para a aplicação?

Primeiro:

Determinar o número de palavras digitais que podem ser montadas (2n = 28 número de bits do conversor. Segundo:

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Verificar a natureza do sinal de entrada. No nosso exemplo temos 0V a 10V. Terceiro:

Aplicar a fórmula: , que fica

Isso significa que qualquer sinal inferior a este valor não será reconhecido pela entrada, o que faz perceber que se uma precisão maior for necessária este conversor precisa ter maior número de bits. Este tipo de entrada recebe sinais de dispositivos tais como termopares (temperatura), sensores de deformação mecânica (strain-gauges), sensores de umidade, sensores piezelétricos (pressão mecânica), tacogeradores, potenciômetros de deslocamento angular ou linear e encoders senoidais.

A diferença entre as entradas e saídas analógicas está apenas ao que são ligadas e seu modo construtivo, pois nas saídas temos outro tipo de conversor, que é o Digital/ Analógico (D/A).

3.3.3.2. Entradas e Saídas Digitais: Como o próprio nome já diz, estas interfaces apenas aceitam dois estados, ou seja, “0” e “1”.

Normalmente, como já exposto, o nível lógico 1 (um) para o CLP significa 24 Vcc. Estas interfaces podem ser de dois tipos: ativa baixa (ou tipo N) e ativa alta (tipo P). Logicamente, para ativarmos uma entrada “P” devemos ligá-la em 24 Vcc,e para uma entrada “N” 0 Vcc.

Outro detalhe que deve ser observado quando falamos em interfaces digitais é a sua isolação ótica. Esta técnica possui duas funções principais: eliminação de ruídos elétricos e proteção do sistema de controle. Por ruído elétrico entende-se qualquer anomalia que provoque uma variação de tensão ou corrente que não consiga ser identificada corretamente pelo CLP e provoque comportamento errático (instabilidades).

Os sensores mais comuns para entrada digitais são: sensores indutivos de proximidade, chaves fim-de-curso, botoeiras, pressostatos, entre outros. Por sua vez, as cargas mais associadas às saídas digitais são: contatores, relés eletromecânicos e de estado sólido (SSR), solenóides, válvulas, sonoalarmes, LED’s, lâmpadas, etc..

Para que um CLP funcione corretamente ele precisa ser programado para desempenhar a função que desejarmos. Isso quer dizer que ele não vem pronto de fábrica para ligar onde quisermos, é preciso que se diga a ele o que fazer com as informações que o mesmo receber através de suas entradas.

O programa do CLP é estruturado em blocos, mais precisamente em cinco blocos:

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