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Programação de SFC no CLP: Metodologia e Aplicação em Controles Industriais, Esquemas de Mecatrônica

Uma metodologia para programar sfc (sequential function chart) no clp (controlador lógico programável), enfatizando a importância da disposição dos ramos no programa plc e sua relação com o comportamento final. Inclui exemplos de aplicação em controles de carros sobre trilhos e seleção de trajetos, bem como a criação de diagramas de contatos para transições, etapas e ações.

Tipologia: Esquemas

2021

Compartilhado em 06/05/2021

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SFC no CLP
METODOLOGIA PARA PROGRAMAR SFC NO CLP
Na estrutura de um SFC, observa-se claramente a existência de três elementos
básicos: as transições, as etapas e as ações. Assim, se cada um desses elementos for
corretamente especificado na programação do PLC, obter-se-á como resultado uma
implementação isenta de erros (desde que o SFC esteja corretamente modelado). Ou
seja, as dificuldades inerentes à formação da sequência lógica na programação
tornam-se transparentes, obtendo-se rapidamente uma implementação prática e
funcional.
Alguns equipamentos dispõem de recursos para a programação de estruturas
sequenciais por meio de SFC. Não obstante, apesar de o SFC ser uma ferramenta
gráfica destinada ao modelamento de processos industriais, muitos fabricantes, a
exemplo da Siemens, Telemechanique e Klocner Moeller, dentre outros, já possuem
o SFC como linguagem de programação (além das quatro formas tradicionais citadas
no capítulo anterior). Nesses equipamentos, assim como na metodologia descrita em
seguida, o consenso a respeito de uma ordem hierárquica na qual as ações são
realizadas a partir das etapas, e estas, por sua vez, têm origem nas transições.
De fato, num diagrama de relés, deve-se encarar uma implementação SFC
como sendo subdivida em três partes distintas: uma responsável pela ocorrência das
transições (responsáveis em maior grau pelo fluxo do processo), outra responsável
pela sequencialização das etapas (interconectadas rigidamente a fim de formarem a
correta sequencialização do processo) e, finalmente, outra que realizará as ações
operativas (consequência da etapa correntemente ativa).
figura 1 - Diagrama de contatos implementados a partir de um SFC.
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SFC no CLP

METODOLOGIA PARA PROGRAMAR SFC NO CLP

Na estrutura de um SFC, observa-se claramente a existência de três elementos

básicos: as transições , as etapas e as ações. Assim, se cada um desses elementos for

corretamente especificado na programação do PLC, obter-se-á como resultado uma

implementação isenta de erros (desde que o SFC esteja corretamente modelado). Ou

seja, as dificuldades inerentes à formação da sequência lógica na programação

tornam-se transparentes, obtendo-se rapidamente uma implementação prática e

funcional.

Alguns equipamentos dispõem de recursos para a programação de estruturas

sequenciais por meio de SFC. Não obstante, apesar de o SFC ser uma ferramenta

gráfica destinada ao modelamento de processos industriais, muitos fabricantes, a

exemplo da Siemens, Telemechanique e Klocner Moeller, dentre outros, já possuem

o SFC como linguagem de programação (além das quatro formas tradicionais citadas

no capítulo anterior). Nesses equipamentos, assim como na metodologia descrita em

seguida, há o consenso a respeito de uma ordem hierárquica na qual as ações são

realizadas a partir das etapas , e estas, por sua vez, têm origem nas transições.

De fato, num diagrama de relés, deve-se encarar uma implementação SFC

como sendo subdivida em três partes distintas: uma responsável pela ocorrência das

transições (responsáveis em maior grau pelo fluxo do processo), outra responsável

pela sequencialização das etapas (interconectadas rigidamente a fim de formarem a

correta sequencialização do processo) e, finalmente, outra que realizará as ações

operativas (consequência da etapa correntemente ativa).

figura 1 - Diagrama de contatos implementados a partir de um SFC.

Prof. Dr. Winderson E dos Santos

Devido à característica sequencial da solução das saídas no circuito de

controle de um SFC, ocorre que a disposição dos ramos, no programa PLC, pode

afetar sobremaneira o comportamento final obtido. Casos críticos dessa natureza

ocorrem principalmente com intertravamentos oriundos de sinais com natureza

impulsional. Por isso, essas partes do programa devem, necessariamente, estar

dispostas conforme o seguinte critério: primeiro as transições, depois as etapas e

por último as ações, conforme ilustra a figura 1.

E, cada uma dessas partes pode ser facilmente obtida a partir do SFC.

Tomando como exemplo o caso de um carro que se desloca sobre trilhos entre as

estações A e B, toda vez que uma ordem de marcha M for enviada, o qual tem o

seguinte esquema funcional e SFC:

figura 2 - Esquema funcional de um carro sobre trilhos. figura 3 - SFC para o carro sobre trilhos (conceitual).

Define-se uma tabela que relacione as sensibilidades e ações do processo com

as entradas e saídas do PLC.

Sensibilidade Entrada PLC Ação Saída PLC Ordem de marcha M I0 Carro vai p/ Direita Q Fim-de-curso "a" I1 Carro vai p/ Esquerda Q Fim-de-curso "b" I

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ela ocorrerá quando estiver válida (etapa F1 ativa) e sua receptividade verdadeira (I

em nível alto).

Em seguida, escreve-se o Diagrama de Contatos para as etapas que, pelo fato

de terem características biestáveis, terão, cada uma delas, condição de ligamento

pelo comando SET e condição de desligamento pelo comando RESET, tal ilustra a

figura 6.

figura 6 - Diagrama de Contatos referente às etapas.

Cabe observar que a etapa inicial é aquela que deverá se tornar ativa quando

se acionar o processo pela primeira vez, ou seja, quando nenhuma das demais

etapas estiverem ativas. Esta condição é apresentada no diagrama pela associação

série dos contatos NF de todas as bobinas de etapas. Porém, uma forma alternativa

para ativar a(s) etapa(s) inicial(is) pode ser pela detecção de partida do PLC (quando

ele entra no estado energizado e operante conforme descrito na seção 4.3.1). Tal

estratagema, mostrado na figura 7, será válido quando não houver a necessidade de

reiniciar o processo na última etapa em que ele foi interrompido (PLC inoperante ou

desenergizado), quando então o diagrama da figura 6 seria mais apropriado. Neste

caso, ainda as flags de etapas deveriam ser do tipo protegidas contra falta de

energia.

figura 7 - Programa detector de partida do PLC.

SFC no CLP

Observa-se que a flag F20 emite um único pulso durante o primeiro ciclo de

varredura autorizado por F21. A partir do segundo ciclo de varredura, F20 é inibida

pelo fato de F21 ficar permanentemente ligada.

E, finalmente, o diagrama referente às ações no controle do carro sobre trilhos

terá o seguinte aspecto:

figura 8 - Diagrama de Contatos referente às ações.

No diagrama das ações, percebe-se que como elas são do tipo ordem contínua

(descrito na seção 4.2.4), cada uma das saídas do PLC é diretamente acionada pela

etapa correspondente.

EXEMPLO COM SELEÇÃO ENTRE SEQUÊNCIAS

A implementação de um modelo SFC com seleção de sequências apresenta

peculiaridade em relação à estrutura de convergência e divergência em OU,

conforme pode-se observar pelo exemplo descrito em seguida:

Um sistema de carro para transporte de peças deve servir dois grupos de

operários em diferentes posições (B e C), conforme ilustrado na figura 9. Se um

operário localizado em B pressionar a botoeira P1, o carro deve efetuar o trajeto

ABA. Se um operário localizado em C pressionar a botoeira P2, o carro deve efetuar

o trajeto ACA. Os comandos só serão aceitos se o carro estiver na posição de

repouso (A). O acionamento do carro é feito por M1 para a esquerda e M2 para a

direita. O atuador V1 controla o destino do carro, sendo que quando V1=0, implica

que o carro vai para C, e V1=1 implica que o carro vai para B.

figura 9 - Carro com seleção de trajeto.

SFC no CLP

E, assim, desenha-se um novo SFC orientado para o esquema tecnológico do

PLC:

figura 11 - SFC tecnológico para controle de carro com seleção de trajeto.

O Diagrama de Contatos referente às transições fica como na figura 12.

figura 12 - Diagrama das transições no controle de carro com seleção de trajeto.

Cabe observar que a especificação das transições segue a mesma regra geral,

em que se deve identificar a etapa que a torna válida e a sensibilidade que a faz

ocorrer. Especial atenção cabe à etapa F10, a qual serve como condição de validade

para duas transições: a transição F20 e a transição F23, o que caracteriza a seleção

do processo.

Como neste caso há uma condição de correlatividade (ver seção 4.2.5) entre

as transições F20 e F23, determinada pela possibilidade de P1 e P2 serem acionados

no mesmo instante, há a necessidade de tratamento mútuo exclusivo entre tais

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transições, conforme se percebe pelo contato NF de F20 no ramo de F23. Este fato

nem sempre ocorre com estruturas de divergência em ‘OU’, mas quando assim o for,

tal exclusividade deve ser prevista no Diagrama de Contatos, conforme orienta a

seção 4.3.4.

O Diagrama de Contatos referente à parte destinada ao controle das etapas do

SFC modelado para o processo de seleção de caixas é, então, ilustrado na figura 13.

figura 13 - Diagrama das etapas no controle de carro com seleção de trajeto.

Observa-se que a etapa F10 tem como condições de ligamento: a partida do

PLC (pois ela é etapa inicial), bem como as transições F22 e F2 Além disto, a mesma

etapa é desligada por duas possíveis transições, a saber: F20 e F23. Já as demais

etapas são ativadas e desativadas, seguindo a mesma regra de ativação pelas

transições anteriores, e desativação pelas transições posteriores.

Finalmente, o Diagrama de Contatos pertinente às ações do controle de carro

com seleção de trajeto tem o aspecto conforme ilustrado na figura 14.

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Dois carros se deslocam sobre trilhos em percursos distintos. Quando em

repouso, ambos os carros encontram-se posicionados à esquerda. Os sensores fim-

de-curso A, B, C e D sinalizam a posição em que se encontram os carros. O comando

M (ordem de marcha), dado pelo operador, põe em movimento ambos os carros

que, ao finalizarem seu trajeto, retornam à posição de origem. Como os carros

operam de forma independente, não há como determinar qual deles termina seu

percurso antes (fato que vai depender da carga que transportam). O acionamento

dos carros é feito pelos motores M1 e M2 que movem o carro 1 para direita e

esquerda, bem como pelos motores M3 e M4 que movem o carro 2 para direita e

esquerda. A figura 15 ilustra o sistema.

O SFC que modela o funcionamento desses dois carros sobre trilhos é

apresentado pela figura 16 (o uso de algarismos romanos serve para ilustrar a

flexibilidade permitida num SFC).

figura 16 - SFC para controle de dois carros sobre trilhos.

Pela ilustração, percebe-se que as etapas IV e VII não possuem ações

específicas. Neste caso, ambas são etapas de espera , ou de sincronização entre os

dois ramos sequenciais. A transição que lhes sucede tem o particular de não possuir

receptividade associada, autorizando a continuidade do fluxo tão logo ambas as

etapas citadas estejam ativas. Nos modelos SFC com paralelismo, estes são casos

bastante frequentes.

Definindo uma tabela que relacione as sensibilidades e ações do processo com

as entradas e saídas do PLC, tem-se:

SFC no CLP Sensibilidade Entrada PLC Ação Saída PLC Ordem de marcha - M I0 Acionar M1 Q Fim-de-curso A I1 Acionar M2 Q Fim-de-curso B I2 Acionar M3 Q Fim-de-curso C I3 Acionar M4 Q Fim-de-curso D I

E, tabelas para memorização interna do PLC de cada uma das Etapas, bem

como cada uma das Transições:

Transição Memória PLC Etapa Memória PLC Entre etapas I e II/V F20 Etapa I F Entre etapas II e III F21 Etapa II F Entre etapas III e IV F22 Etapa III F Entre etapas V e VI F23 Etapa IV F Entre etapas VI e VII F24 Etapa V F Entre etapas IV/VII e I F25 Etapa VI F Etapa VII F

E, assim desenha-se um novo SFC orientado para o esquema tecnológico do

PLC, como ilustra a figura 17:

figura 17 - SFC tecnológico para controle de dois carros sobre trilhos.

A partir desse SFC, especifica-se o Diagrama de Contatos para implementação

do controle em PLC, conforme ilustra a figura 18.