Apostila-SENAI SP S7-200

Apostila-SENAI SP S7-200

(Parte 1 de 4)

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 1

PROGRAMÁVEIS SIEMENS SIMATIC S7-200

LABORATÓRIO DE PROJETOS E AUTOMAÇÃO MAIO DE 2003

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 2

INTRODUÇÃO3
1 INTRODUÇÃO AO CLP3
1.1 HISTÓRICO3
1.2 MERCADO ATUAL4
1.3 APLICAÇÕES5
2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMENTO6
2.1 ESTRUTURAS DO CLP6
2.2 HARDWARE CARACTERÍSTICO7
3 INTRODUÇÃO A PROGRAMAÇÃO9
3.1 LÓGICA MATEMÁTICA E BINÁRIA9
3.2 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO1
4 O CLP SIEMENS SIMATIC S7-20013
4.1 CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE14
4.1.1 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS15
4.2 CARACTERÍSTICAS DO SOFTWARE16
5 INSTALANDO O CLP S7-20017
5.1 INSTALANDO EM PAINEL OU TRILHO18
5.2 LIGANDO O CLP AO COMPUTADOR18
5.3 INSTALANDO O STEP 7 Micro/WIN 3219
6 PROGRAMANDO O CLP S7-20020
6.1 CONCEITOS BÁSICOS20
6.2 CONFIGURANDO O CLP2
6.3 PROGRAMANDO EM LADDER23
6.4 INSTRUÇÕES LADDER26
6.5 EXEMPLOS DAS INTRUÇÕES LADDER4

SUMÁRIO 7 EXERCÍCIOS ...................................................................................................... 64

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 3

1 – INTRODUÇÃO AO CLP

Os Controladores Lógicos Programáveis ou CLPs, são equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível. São ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamentos e controle, e por isso são utilizados em grande escala no mercado industrial. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de saída.

1.1 – HISTÓRICO

Durante a década de 50, os dispositivos eletromecânicos foram os recursos mais utilizados para efetuar controles lógicos e de intertravamentos nas linhas de produção e em máquinas isoladas. Tais dispositivos são baseados principalmente em relés, tinham especial importância na indústria automobilística em que a complexidade dos processos produtivos envolvidos exigia, não raro, instalações em painéis e cabinas de controle com centenas de relés e, conseqüentemente, um número maior ainda de interconexões deles. Tais sistemas de controle, apesar de funcionais, apresentavam problemas de ordem prática bastante relevantes. Como as instalações possuíam uma grande quantidade de elementos, a ocorrência de uma falha qualquer significava o comprometimento de várias horas ou mesmo dias de trabalho de pesquisa e correção do elemento faltoso. Além disto, pelo fato de os relés apresentarem dimensão física elevada, os painéis ocupavam grande espaço, o qual deveria ser protegida contra umidade, sobre temperatura, gases inflamáveis, oxidações, poeira, etc.

Outro fator ainda comprometedor das instalações a relés era o fato de que como a programação lógica do processo controlado era realizada por interconexão elétrica com lógica fixas (hardwired), eventuais alterações na mesma exigiam interrupções no processo produtivo a fim de se reconectarem os elementos. Interrupções estas nem sempre bem-vindas na produção industrial Como conseqüência ainda, tornava-se obrigatória a atualização das listas de fiação como garantia de manter a documentação do sistema. Com o advento da tecnologia de estado sólido, desenvolvida a princípio em substituição às válvulas a vácuo, alguns dispositivos transistorizados foram utilizados no final da década de 50 e início dos anos 60, sendo que tais dispositivos reduziam muitos dos problemas existentes nos relés. Porém, foi com o surgimento dos componentes eletrônicos integrados em larga escala (LSI), que novas fronteiras se abririam ao mundo dos computadores digitais e, em especial às tecnologias para a automação industrial.

Assim, a primeira experiência de um controle de lógica que permitisse a programação por recursos de software foi realizada em 1968, na divisão de hidramáticos da General Motors Corporation. Aliado ao uso de dispositivos periféricos, capazes de realizar operações de entrada e saída, um minicomputador com sua capacidade de programação pode obter vantagens técnicas de controle que suplantaram o custo que tal implementação representou na época. Iniciava-se a era dos controladores de lógica programável.

Essa primeira geração de PLC, como poderia ser denominada, recebeu sensíveis melhorias com o advento dos microprocessadores ocorrido durante os anos 70. Assim, não se tornava necessário o uso de computadores de grande porte, tornando-o uma unidade isolada. Foram adicionados ainda recursos importantes tais como interfaces de

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 4 operação e programação facilitadas ao usuário, instruções de aritmética e de manipulação de dados poderosas, recursos de comunicação por meio de redes de PLC, possibilidades de configuração específica a cada finalidade por meio de módulos intercambiáveis, dentre outras inúmeras vantagens encontradas nos modelos comerciais que estão atualmente disponíveis.

Assim, os técnicos em controle de máquinas e processos passaram a contar com um dispositivo capaz de:

- Permitir fácil diagnóstico de funcionamento ainda na fase de projeto do sistema e/ou de reparos em falhas que venham a ocorrer durante a sua operação.

- Ser instalado em cabinas reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido.

- Operar com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem gerados faiscamentos.

- Ser facilmente reprogramado sem necessidade de interromper o processo produtivo (programação on-line).

- Possibilitar a criação de um banco de armazenamento de programas que podem ser reutilizados a qualquer momento.

- Manter uma documentação sempre atualizada com o processo em execução. - Apresentar baixo consumo de energia.

- Manter o funcionamento da planta de produção com uma reduzida equipe de manutenção. - Garantir maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos.

- Emitir menores níveis de ruídos eletrostáticos.

- Ter a flexibilidade de expansão do número de entradas e saídas por serem controladas. - Ter a capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos

Em nível de Brasil, porém, é na década de 80, que o PLC veio a proliferar na indústria, primeiramente pela absorção de tecnologias utilizadas na Matriz das multinacionais. Atualmente, com a crescente redução no custo do PLC, observa-se o incremento de sua utilização nas indústrias em geral, independente de seu porte ou ramo de atividades. Nota: Citação de Silveira, Paulo Rogério e Santos, Winderson em Automação e controle Discreto.

1.2 – MERCADO ATUAL

A roda viva da atualização, da qual fazemos parte, movimenta e impulsiona o mercado mundial atualmente. Os profissionais buscam conhecimentos para se tornarem mais versáteis, adequando-se às necessidades das empresas, que por sua vez, buscam maior variedade e rapidez de produção para atender ao cliente, que se torna cada vez mais exigente.

As empresas estão se reorganizando para atender as necessidades atuais de aumento de produtividade, flexibilidade e redução de custos. Destas necessidades surgiram as necessidades de os equipamentos se adequarem rapidamente às alterações de configurações necessárias para produzirem diversos modelos de produtos, com pequenas alterações entre si.

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 5

1.3 – APLICAÇÕES

Projetado para substituir antigos quadros de comando de relés o controlador deve ocupar pequeno espaço físico, apresentar flexibilidade para possíveis mudanças na lógica de controle, ser resistente ao ambiente e ser imune a toda natureza de ruídos. O CLP trabalha manipulando saídas conforme o estado de suas entradas. O usuário elabora um programa, normalmente por software que dá os resultados desejados. CLPs são muito usados hoje. São boas as chances que haja um CLP presente em vários tipos de indústrias. Se você trabalha em máquinas automatizadas ou em processos industriais você provavelmente está os usando. Quase qualquer aplicação que precisa de algum tipo de controle pode se usar um CLP. Algumas aplicações de sucesso são:

- Máquinas industriais em geral - Prensas

- Máquinas de usinagem de madeira

- Aparafusadeiras

- Manipuladores

- Máquinas de solda

- Estações de tratamento de efluentes

- Estações de bombeamento de fluidos

- Elevadores

- Transportadores de cargas

- Máquinas de lavar veículos

- Sistemas de empacotamento

- Automação predial

- Sistema de alarme com monitoramento remoto

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 6

2 – PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Neste capítulo serão apresentados os princípios técnicos de funcionamento de um

CLP. As características físicas e técnicas são comuns em alguns aspectos. O que ocorre no mercado, são as características específicas que um ou outro fabricante adiciona ao seu clp, como por exemplo, facilidade de programação, conectores padronizados, tamanhos reduzidos, potências de controle, etc.

2.1 – ESTRUTURAS DO CLP

Podemos apresentar a estrutura de um CLP dividida em três partes: entrada, processamento e saída.

Figura 1 – Estrutura básica de um CLP

Os sinais de entrada e saída dos CLPs podem ser digitais ou analógicos. Existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adequam as necessidades do sistema a ser controlado.

Os módulos de entrada e saídas são compostos de grupos de bits, associados em conjunto de 8 bits (1 byte) ou conjunto de 16 bits, de acordo com o tipo da CPU.

As entradas analógicas são módulos conversores A/D, que convertem um sinal de entrada em um valor digital, normalmente de 12 bits (4096 combinações). As saídas analógicas são módulos conversores D/A, ou seja, um valor binário é transformado em um sinal analógico.

Os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador e a cada ciclo (varredura) todos esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de memória interna denominada memória imagem de entrada. Estes sinais são associados entre si e aos sinais internos. Ao término do ciclo de varredura, os resultados são transferidos à memória imagem de saída e então aplicados aos terminais de saída. Este ciclo esta representado na figura 2.2.

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 7

Figura 2 – Ciclo de processamento dos CLPs.

2.2 – HARDWARE CARACTERÍSTICO

Basicamente o CLP é um computador dedicado a funções de controle, este possui um processador, memória e dispositivos de entrada e saída como veremos mais adiante. Um sistema de controle de estado sólido, com memória programável para armazenamento de instruções para controle lógico, pode executar funções equivalentes as de um painel de relés ou de um sistema de controle lógico. É ideal para aplicações em sistemas de controle de relés e contadores, os quais se utilizam principalmente de fiação, dificultando, desta forma, os acessos, possíveis modificações e ampliações do circuito de controle existente.

Figura 3 – Esquema de hardware característico.

O Controlador Programável monitora o estado das entradas e saídas, em resposta às instruções programadas na memória do usuário, e energiza ou desenergiza as saídas, dependendo do resultado lógico conseguido através das instruções de programa.

O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo Controlador

Programável para executar um processo. A tarefa do Controlador Programável é ler, de forma cíclica, as instruções contidas neste programa, interpretá-las e processar as operações correspondentes.

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Um CLP é basicamente um pequeno computador dedicado, onde em sua

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 8 estrutura físico encontra-se: - Unidade Central de Processamento

- Memória do tipo ROM para armazenamento do FIRMWARE (programa onde se encontra os principais códigos de operação da máquina) - Memória RAM para armazenamento de dados e programas do usuário

- Dispositivos de Entrada e Saída para a comunicação com o exterior.

Por outro lado, algumas características são particulares nos CLPs, como por exemplo:

- Espaço de memória RAM com mapeamento para uso específico na aplicação fim, em outras palavras durante o projeto do controlador lógico programável seus espaços de memória são previamente organizados durante a elaboração do FIRMWARE. Isto ocorre porque os CLPs são equipamentos dedicados a um tipo de aplicação específica, admitindo apenas serem programados com SOFTWARES desenvolvidos especificamente para eles

- - Normalmente é utilizado um dispositivo de SOFTWARE que monitora o tempo limite para a varredura do programa do usuário (watch dog time).

- Os dispositivos de entrada saída (pontos digitais), são geralmente isolados para evitar ruídos e também a danificação interna por picos de tensão na entrada ou saída.

O processador do CP efetua a leitura das entradas e atualiza a tabela imagem de

entrada, logo após executa o programa do usuário e atualiza a tabela imagem de saída.

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 9

3 – INTRODUÇÃO A PROGRAMAÇÃO

Dentro deste capítulo, veremos a base lógica de um CLP e de onde surgiram as linguagens de programação, bem como as diversas linguagens existentes no mercado e as mais usadas. Para dominarmos uma linguagem de programação, devemos primeiramente entender como funciona a lógica matemática e binária, muito usada na lógica digital.

O cuidado dedicado ao desenvolvimento de uma linguagem adequada é prioridade do fabricante. Desta forma, o formato torna-se fundamental para aceitação do produto no mercado. Este deve ser de fácil operação e também oferecer uma grande flexibilidade de programação e estruturação.

3.1 – LÓGICA MATEMÁTICA E BINÁRIA

A lógica matemática ou simbólica visa superar as dificuldades e ambigüidades de qualquer língua, devido a sua natureza vaga e equívoca das palavras usadas e do estilo metafórico e, portanto, confuso que poderia atrapalhar o rigor lógico do raciocínio. Para evitar essas dificuldades, criou-se uma linguagem lógica artificial. A lógica binária possui apenas dois valores que são representados por : 0 e 1. A partir desses dois símbolos construímos então uma base numérica binária. A partir desses conceitos foram criadas as portas lógicas, que são circuitos utilizados para combinar níveis lógicos digitais de formas específicas. Neste curso aprenderemos apenas as portas lógicas básicas: AND, OR e NOT.

Portas Lógicas Símbolo Expressão Ladder

AS
S
s

B S = A+B Tabela 1 – Portas lógicas e suas equivalências em Ladder.

Os CLPs vieram a substituir elementos e componentes eletro-eletrônicos de acionamento e a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvidos por eletrotécnicos e profissionais da área de controle, esta linguagem é denominada linguagem de contatos ou simplesmente LADDER. A linguagem Ladder permite que se desenvolvam lógicas combinacionais, seqüenciais e circuitos que envolvam ambas, utilizando como operadores para estas lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros numéricos. A Tabela 2 nos mostra os três principais símbolos de programação:

Escola De Educação Profissional SENAI “Visconde De Mauá”

Apostila CLP SIEMENS SIMATIC S7-200 10

Tipo Símbolo Equipamento elétrico

Contato Aberto

Contato Fechado

Saída Tabela 2 – Principais símbolos de programação.

Para entendermos o circuito com o CLP, vamos observar o programa desenvolvido para acender a lâmpada L quando acionamos o botão B1.

Figura 4 – Acionamento de uma lâmpada.

O botão B1, normalmente aberto, está ligado a entrada I0.0 e a lâmpada está ligada à saída Q0.0. Ao acionarmos B1, I0.0 é acionado e a saída Q0.0 é energizada. Caso quiséssemos que a lâmpada apagasse quando acionássemos B1 bastaria trocar o contato normal aberto por um contato normal fechado, o que representa a função NOT. Podemos desenvolver programas para CLPs que correspondam a operações lógicas combinacionais básicas da álgebra de Boole, como a operação AND. Na área elétrica a operação AND corresponde a associação em série de contatos, como indicado na figura x.

(Parte 1 de 4)

Comentários