Lista de Exercícios para Laboratório de Automação Industrial

Automação Industrial Laboratório 2 Linguagem FBD Prof Carlos V Cardoso Objetivo Introduzir o uso da linguagem FBD na programação de CLPs Questionário Exercício 1 Um carrinho para o carregamento de um alto forno é acionado por um motor de indução trifásico O sistema terá uma chave de duas posições automático e manual No modo manual será possível usar três botões do tipo pushbutton com mola um para inicializar a subida outro para iniciar a descida e um terceiro que será a parada de emergência Mesmo no modo manual quando iniciada a subida o carrinho irá até a posição do sensor S1 onde por gravidade será descarregada a carga o operador deverá iniciar a descida com o botão correspondente parando quando ativado o sensor S0 Figura 2 Sistema de carregamento de forno No modo automático o operador apenas carregará o carrinho com o material até que uma célula de carga ative a subida assim o carrinho subirá até a posição S1 após 10 segundos o carrinho iniciará a descida parando no sensor S0 Lembrar que o motor partirá sempre usando o esquema estrelatriângulo com um tempo de 5s para a troca de estrela para triângulo Fazer a programação em CLP usando a linguagem FBD Exercício 2 Elaborar um programa usando a linguagem FBD que permita realizar o comando para um sistema constituído de três motores de indução trifásicos que acionem esteiras transportadoras de areia com as seguintes características a A partir de um único botão pushbutton os motores devem partir automaticamente na sequência com um intervalo de 5 segundos entre cada um M3 M2 e M1 b Na ocorrência de sobrecarga em um dos motores devem ser desligados todos os motores c O sistema deverá ter uma lâmpada sinalizadora que indicará quando todos os três motores estiverem ligados d Quando ocorrida uma sobrecarga que levou ao desligamento de todos os motores uma outra lâmpada deverá indicar o motor onde ocorreu a sobrecarga Um botão de parada será utilizado para parar instantaneamente os motores e um outro botão pushbutton parará os motores na sequência M3 M2 e M1 com um intervalo de 5segundos Figura 1 Sistema de Esteiras transportadoras de areia Exercício 3 Elaborar o comando do sistema hipotético de montagem de caixas implementado usando válvulas eletropneumáticas cujo comportamento é especificado a seguir Para a parte eletropneumática haverá um botão de partida denominado st0 sendo também previsto um botão de parada pt0 Para a parte eletropneumática do sistema utilizar válvulas direcionais de 1 solenoide e retorno por mola Um sistema similar é apresentado no seguinte vídeo httpswwwyoutubecomwatchvYOpTOiW2G1c Figura 1 Sistema de montagem de caixas 0001 PROGRAM PLCPRG 0002 VAR 0003 BLK1 RS 0004 BLK2 RS 0005 BLK3 RS 0006 BLK4 RS 0007 BLK5 RS 0008 AUX1 BOOL FLAG QUE MARCA AVANCO DO CILINDRO A 0009 AUX2 BOOL FLAG QUE MARCA AVANCO DO CILINDRO C 0010 AUX3 BOOL FLAG QUE MARCA RETORNO DO CILINDRO C 0011 AUX4 BOOL FLAG DE REINICIO AUTOMATICO 0012 ENDVAR 0013 VARINPUT 0014 ST0 AT IX00 BOOL BOTAO DE INICIO DA SEQUENCIA 0015 S1 AT IX01 BOOL SENSOR DO CILINDRO A AVANCADO 0016 S2 AT IX02 BOOL SENSOR DO CILINDRO A RECUADO 0017 S3 AT IX03 BOOL SENSOR DO CILINDRO B AVANCADO 0018 S4 AT IX04 BOOL SENSOR DO CILINDRO B RECUADO 0019 S5 AT IX05 BOOL SENSOR DO CILINDRO C AVANCADO 0020 S6 AT IX06 BOOL SENSOR DO CILINDRO C RECUADO 0021 SP0 AT IX07 BOOL BOTAO DE PARADA 0022 ENDVAR 0023 VAROUTPUT 0024 Y1 AT QX10 BOOL SOLENOIDE DE AVANCO DO PISTAO A 0025 Y2 AT QX11 BOOL SOLENOIDE DE AVANCO DO PISTAO B 0026 Y3 AT QX12 BOOL SOLENOIDE DE AVANCO DO PISTAO C 0027 ENDVAR 0001 Y1 RS BLK1 SET RESET1 Q1 AND AUX1 SP0 OR ST0 AND S1 AUX4 OR S2 SP0 0002 AUX1 RS BLK2 SET RESET1 Q1 AND S2 SP0 OR AUX3 SP0 0003 Y2 RS BLK3 SET RESET1 Q1 AND S1 AUX1 SP0 OR AUX3 SP0 0004 Y3 RS BLK4 SET RESET1 Q1 AND S4 AUX2 SP0 OR S6 SP0 0005 AUX2 RS BLK5 SET RESET1 Q1 AND S6 SP0 OR AUX4 SP0 0006 AUX3 AND S5 AUX2 0007 AUX4 AND S3 AUX3 Explicação da solução das atividades Questão 01 A ideia central desta questão era perceber que só existia um motor trifásico a ser acionado para subir e descer o carrinho Portanto era necessário implementar a lógica de reversão Para uma partida direta seriam necessários somente 2 contatores porém para partida estrelatriângulo são necessários 4 contatores conforme esquema abaixo desenvolvido no CADeSIMU Uma das vantagens de trabalhar com comando elétrico é a extração direta do diagrama ladder a partir do diagrama elétrico No caso acima esta será a base para a programação utilizando a chave na posição manual Agora basta entender um pouco do diagrama de comando O botão BT1 estabelece o sentido horário ao passo que o botão BT2 estabelece o sentido antihorário Supondo que o sentido horário faz o carrinho subir temos que saber quais bobinas de contatores devem ser acionadas Caso na prática seja o contrário basta mudar os botões de posição na lógica de controle Ao pressionar BT1 são acionadas primeiro as bobinas dos contatores K1 e K4 fechamento do motor em estrela e a bobina do relé temporizador ajustado para 5 segundos conforme o problema Ao final da contagem ficam acionados os contatores K1 e K3 fechamento em triângulo e a bobina do relé temporizador No sentido antihorário ao pressionar BT2 o comando aciona as bobinas dos relés K2 e K4 fechamento estrela Ao final da contagem do temporizador as bobinas K2 e K3 ficam acionadas fechamento em triângulo Em suma temos S1 giro horário carrinho sobe motor estrela com K1K4 e após 5 segundos motor triângulo com K1K3 S2 giro antihorário carrinho desce motor estrela com K2K4 e após 5 segundos motor triângulo com K2K3 Agora basta extrair o programa ladder do diagrama de comando Para isso temos que deitar o diagrama e adequar os símbolos Símbolo Elétrico Símbolo Ladder Exemplificando Agora temos que transformar esta linha para uma lógica FBD A regra básica é que ligação em série de elementos pode ser representado por uma lógica AND E operador enquanto que ligação em paralelo pode ser representado por uma lógica OR OU operador Os contatos NF Normalmente Fechados são representados pela lógica NOT Não Operador barra K 1BT 3BT 1K 1 BT 2 K 2 Em FBD conforme norma IEC 611313 implementado no MasterTool IEC As bolhas na frente das variáveis indica operação NOT Como este comando só pode acontecer no modo manual temos que incluir esta condição no bloco AND Temos que prever também que ao atingir o topo S11 o motor deve parar também impedindo que o usuário danifique o motor Adotando que a chave na posição manual está nos contatos normalmente fechado ou seja não acionada MANAUTO0 temos Agora basta incluir a lógica do automático MANAUTO1 em paralelo com esta lógica acionando K1 Nesta situação não há necessidade de pressionar botões apenas o carrinho estar na base S01 e a célula de carga indicando que o carrinho está cheio CELL1 A mesma medida de segurança deve ser usada quando o carrinho atingir o topo S11 Devese prever que K1 mantenha o circuito funcionando pois assim que o carrinho se mover o sensor S0 desativa Assim A lógica OU foi usada no final porque as duas lógicas manual e automático podem acionar K1 Conforme diagrama de comandos elétricos o fechamento das bobinas K3 e K4 dependem apenas das bobinas K1 e K2 Então a lógica pode ser idêntica ao dos comandos elétricos visto que todas as medidas de segurança que desativam K1 ou K2 desativam também K3 e K4 A única mudança é que o relé temporizador componente físico no diagrama de comando elétrico vira um bloco de função no Controlador Lógico Programável para todas as linguagens Assim temos A lógica de acionamento de K2 é semelhante ao do K1 o que muda é que o sensor de proximidade deve ser o da base S0 e que no modo automático ela é acionada 10 segundos após atingir o topo S11 Então no modo automático o sensor S1 deve acionar um temporizador T2 que pode ser por exemplo com atraso para energização Este temporizador contará 10 segundos e depois comutará seus contatos A lógica de acionamento do temporizador T2 no modo automático Funcionamento do temporizador TON segundo norma IEC 611313 IN entrada de habilitação do bloco ENABLE Precisa estar energizado para o bloco funcionar Ou seja o temporizador só contará o tempo enquanto a entrada IN1 PT ajuste da temporização a ser feita pelo bloco Possui uma variável do tipo TIME que deve ter a sintaxe Tvalorunidade onde valor corresponde à quantidade a ser temporizada e unidade é referente à unidade de tempo s ms us h etc Q é a saída QUIT do bloco Ela fica em nível lógico alto Q1 quando a temporização é finalizada No caso do TON o bloco temporiza quando IN1 e a saída Q vira 1 após o tempo configurado em PT Logo o programa completo tem uma linha de acionamento para cada saída física K1 K2 K3 K4 e duas linhas para temporização T1 e T2 Todo programa de CLP vai ter no mínimo a quantidade de linhas referentes à quantidade de saídas que devem ser acionadas Questão 02 Neste problema os motores trifásicos são acionados por partida direta de modo que são necessários apenas um contator para cada motor Como serão 3 motores são 3 contatores O programa pede para acionar uma lâmpada indicando sobrecarga em cada motor e uma lâmpada sinalizando quando todos 3 motores estão ligados Assim temos um total de 4 lâmpadas O programa então deve ter no mínimo 7 linhas uma para cada elemento que deve ser acionado Como os motores devem desligar quando ocorre sobrecarga em qualquer um deles utilizamos uma lógica OU entre os contatos dos relés térmicos de sobrecarga RTS1 RTS2 e RTS3 acionando uma memória AUX2 que deve ser considerada nas linhas de acionamento de todos os motores De modo semelhante o botão de emergência BT0 também deve ser considerado A ideia para acionar sequenciado é a mesma para desligamento sequenciado Porém temos que utilizar temporizadores diferentes para simplificar a lógica de controle Ligar BT 21K 31T 15s K 21T 25s K 11 Desligar BT 11K 30T 35 s K 20T 45s K 10 Em ladder para acionamento de K3 AUX2 e lâmpadas de indicação de sobrecarga L1 L2 L3 e lâmpada de indicação que todos os motores estão ligados L0 temos Em FBD conforme norma IEC 611313 implementado no MasterTool IEC Note que foi possível atribuir o sinal de cada relé térmico de sobrecarga RTSx para cada lâmpada correspondente Lx em uma única linha O acionamento do motor 2 bobina do contator K2 só pode ocorrer 5 segundos após o acionamento do motor 3 Então usamos a bobina K3 como entrada para um temporizador TON T1 e o contato faz o acionamento Note que a lógica de acionamento de K2 é muito semelhante ao do K3 Para acionar K1 basta repetir a ideia de K2 Para desligamento sequenciado o programa deve receber um pulso de BT1 para acionar uma memória AUX1 que indica que este botão foi pressionado Note que o BT1 está barrado na porta AND da linha de acionamento de K3 fazendo com que ele desligue K3 assim que BT10 A lógica abaixo aplicase para temporização do desligamento do motor 2 Assim Após 5 segundos T31 Este contato está no bloco AND da linha de acionamento de K2 Para desligar K1 basta repetir a ideia acima Questão 03 Após assistir o vídeo encaminhado no material notase que os pistões fazem a sequência AABCCB sendo A o pistão com ventosas que avança para coletar o papelão e retorna para o ponto de dobra B o pistão que fecha a caixa e posiciona ela na saída e C o pistão que empurra a caixa para fora da máquina avançando e retornando Quando a caixa sai da máquina o pistão B retorna à posição inicial Para desenvolver o código utilizamos o FluidSIM Porém só tive acesso à versão hidráulica porém as vávulas e pistões possuem mesma simbologia e lógica de acionamento Um ponto que deve ser considerado na questão que a dificultou é que as válvulas devem ser acionadas por solenoide para avançar mas o retorno é mecânico por meio de uma mola dentro da válvula Assim para avançar basta alimentar a solenoide para retornar o pistão basta desligar a alimentação do solenoide A parte mais difícil da lógica de acionamento é a implementação das sequencias AA e CC Estes tipos de sequência quando empregadas em válvulas com simples solenoide retorno por mola são complicadas pois a linha o sensor de posição que detecta a válvula avançada é responsável pelo retorno dela de modo que assim que o pistão retorna o sinal do sensor de posição se perde e o pistão volta a avançar pelo comando anterior A solução disto está no acionamento de uma memória que detecta que a pistão avançou e usar esta memória para desligar o comando de avanço no comando anterior A vantagem de usar esta memória é que ela pode ser usada para dar sequenciamento do programa tendo em vista que o pistão deve ser acionado quando o pistão A retorna logo quando o sensor de posição do pistão A recuado está acionado S11 E quando ele já avançou AUX11 A programação FBD no FluidSIM necessita que todos os componentes sejam fisicamente ligados entre si dificultando a compreensão Abaixo a lógica Assim sendo implementei a lógica também no MasterTool IEC 0001 PROGRAM PLCPRG 0002 VAR 0003 BLK1 TON TEMPORIZADOR DE ACIONAMENTO 1 0004 BLK2 TON TEMPORIZADOR DE ACIONAMENTO 2 0005 BLK3 TON TEMPORIZADOR DE DESLIGAMENTO 1 0006 BLK4 TON TEMPORIZADOR DE DESLIGAMENTO 2 0007 T1 BOOL CONTATO NA DO TEMPORIZADOR T1 0008 T2 BOOL CONTATO NA DO TEMPORIZADOR T2 0009 T3 BOOL CONTATO NA DO TEMPORIZADOR T3 0010 T4 BOOL CONTATO NA DO TEMPORIZADOR T4 0011 AUX1 BOOL FLAG DE MEMORIA DE PRESSAO NO BOTAO BT1 0012 AUX2 BOOL FLAG DE SOBRECARGA EM QUALQUER MOTOR 0013 ENDVAR 0014 VARINPUT 0015 BT0 AT IX00 BOOL BOTAO DE EMERGENCIA DESLIGA TODOS OS MOTORES 0016 BT1 AT IX01 BOOL BOTAO DE IMPULSO DE PARADA SEQUENCIADA DOS MOTORES M1 M2 E M3 0017 BT2 AT IX02 BOOL BOTAO DE IMPULSO DE ACIONAMENTO SEQUENCIADO OS MOTORES M1 M2 E M3 0018 RTS1 AT IX03 BOOL CONTATO NA DO RELE TERMICO DE SOBRECARGA DO MOTOR 1 0019 RTS2 AT IX04 BOOL CONTATO NA DO RELE TERMICO DE SOBRECARGA DO MOTOR 2 0020 RTS3 AT IX05 BOOL CONTATO NA DO RELE TERMICO DE SOBRECARGA DO MOTOR 3 0021 ENDVAR 0022 VAROUTPUT 0023 K1 AT QX10 BOOL BOBINA DO CONTATOR PARA ACIONAMENTO DO MOTOR 1 0024 K2 AT QX11 BOOL BOBINA DO CONTATOR PARA ACIONAMENTO DO MOTOR 2 0025 K3 AT QX12 BOOL BOBINA DO CONTATOR PARA ACIONAMENTO DO MOTOR 3 0026 L0 AT QX13 BOOL LAMPADA QUE SINALIZA TODOS MOTORES LIGADOS 0027 L1 AT QX14 BOOL LAMPADA QUE INDICA SOBRECARGA NO MOTOR 1 0028 L2 AT QX15 BOOL LAMPADA QUE INDICA SOBRECARGA NO MOTOR 2 0029 L3 AT QX16 BOOL LAMPADA QUE INDICA SOBRECARGA NO MOTOR 3 0030 ENDVAR 0001 K3 AND BT0 AUX2 BT1 OR BT2 K3 LOGICA DE ACIONAMENTO DO MOTOR 3 0002 K2 AND BT0 AUX2 T3 OR T1 K2 LOGICA DE ACIONAMENTO DO MOTOR 2 0003 K1 AND BT0 AUX2 T4 OR T2 K1 LOGICA DE ACIONAMENTO DO MOTOR 1 0004 T1 TON BLK1 IN PT Q ET K3 T5S TEMPORIZACAO DE ACIONAMENTO 1 0005 T2 TON BLK2 IN PT Q ET K2 T5S TEMPORIZACAO DE ACIONAMENTO 2 0006 AUX1 AND T4 BT0 OR BT1 AUX1 MEMORIA PARA ARMAZENAR A PRESSAO NO BOTAO BT2 0007 T3 TON BLK3 IN PT Q ET AUX1 T5S TEMPORIZACAO DE DESLIGAMENTO 1 0008 T4 TON BLK4 IN PT Q ET T3 T5S TEMPORIZACAO DE DESLIGAMENTO 2 0009 AUX2 OR L1 RTS1 L2 RTS2 L3 RTS3 SINALIZACAO DE SOBRECARGA 0010 L0 AND K1 K2 K3 0001 PROGRAM PLCPRG 0002 0003 LIGACAO DO MOTOR 0004 K1K4 FECHAMENTO ESTRELA NO SENTIDO HORARIO ADOTADO COMO SENTIDO QUE SOBE O CARRINHO 0005 K1K3 FECHAMENTO TRIANGULO NO SENTIDO HORARIO ADOTADO COMO SENTIDO QUE SOBRE O CARRINHO 0006 0007 K2K4 FECHAMENTO ESTRELA NO SENTIDO ANTIHORARIO ADOTADO COMO SENTIDO QUE DESCE O CARRINHO 0008 K2K3 FECHAMENTO TRIANGULO NO SENTIDO ANTIHORARIO ADOTADO COMO SENTIDO QUE DESCE O CARRINHO 0009 0010 0011 VAR 0012 BLK1 TON TEMPORIZADOR PARA FECHAMENTO DO MOTOR 0013 BLK2 TON TEMPORIZADOR PARA DESCIDA DO CARRINHO 0014 T1 BOOL CONTATO DE TEMPORIZACAO DO FECHAMENTO DO MOTOR 0015 T2 BOOL CONTATO DE TEMPORIZACAO PARA DESCIDA DO MOTOR 0016 ENDVAR 0017 VARINPUT 0018 MANAUTO AT IX00 BOOL CHAVE 2 POSICOES 0 MANUAL 1 AUTOMATICO 0019 BT1 AT IX01 BOOL BOTAO TIPO PUSHBUTTON COM CONTATO NA PARA SUBIR CARRINHO 0020 BT2 AT IX02 BOOL BOTAO TIPO PUSHBUTTON COM CONTATO NA PARA DESCER CARRINHO 0021 BT3 AT IX03 BOOL BOTAO TIPO PUSH BUTTON COM CONTATO NA PARA PARADA DE EMERGENCIA 0022 S0 AT IX04 BOOL SENSOR DE POSICAO BASE 0023 S1 AT IX05 BOOL SENSOR DE POSICAO TOPO 0024 CELL AT IX06 BOOL CELULA DE CARGA 0025 ENDVAR 0026 VAROUTPUT 0027 K1 AT QX10 BOOL BOBINA DE FECHAMENTO DO MOTOR SENTIDO HORARIO SUBIR CARRO 0028 K2 AT QX11 BOOL BOBINA DE FECHAMENTO DO MOTOR SENTIDO ANTIHORARIO DESCER CARRO 0029 K3 AT QX12 BOOL BOBINA DE FECHAMENTO DO MOTOR TRINAGULO AMBOS SENTIDOS 0030 K4 AT QX13 BOOL BOBINA DE FECHAMENTO DO MOTOR ESTRELA AMBOS SENTIDOS 0031 ENDVAR 0001 K1 OR AND MANAUTO BT2 BT3 S1 K2 OR BT1 K1 AND MANAUTO S1 OR K1 AND S0 CELL LOGICA DE ACIONAMENTO DE K1 SUBIR CARRINHO 0002 K2 OR AND MANAUTO BT1 BT3 S0 K1 OR BT2 K2 AND S0 OR T2 K2 LOGICA DE ACIONAMENTO DE K2 DESCER CARRINHO 0003 K3 AND T1 S0 K4 OR K1 K2 LOGICA DE FECHAMENTO TRIANGULO AMBOS SENTIDOS 0004 K4 AND T1 K3 OR K1 K2 LOGICA DE FECHAMENTO ESTRELA AMBOS SENTIDOS 0005 T1 TON BLK1 IN PT Q ET T5S OR K1 K2 LOGICA DE TEMPORIZACAO ESTRELATRIANGULO EM AMBOS SENTIDOS 0006 T2 TON BLK2 IN PT Q ET T10S AND S1 MANAUTO S0