Processos Industriais: Programação de CLP para interação com esteira transportadora

O objetivo desse estudo é fazer a interação entre kits de CLP e esteira, para realizar projetos que aproximam-se de processos industriais. Para isso, será utilizado o kit XC122 (SIMATIC S7-1200) e o kit XC243 (ESTEIRA), ambos da Exsto Tecnologia. Assim é possível programar em Ladder ou em Texto estruturado para controlar os recursos disponíveis do kit Esteira .

Palavras chave — Programação em Leadder, Esteira Transportadora, Estudo de caso, Exsto Tecnologia, Siemens S7-1200

I. INTRODUÇÃO
Assim como em indústrias onde é necessário o controle de máquinas, motores, equipamentos, sensores e atuadores diversos, as linhas de produção e processos também necessitam de controle. Esse artigo demonstra um caso de aplicação possível de ser observado nessas áreas.
O estudo de caso a seguir serve como experiência prática de desenvolvimento de programas capazes de controlar um processo que imita uma linha de produção.
O caso em questão, pede que o programador configure o kit para que um indicador luminoso (amarelo) fique aceso com a esteira sem movimento.
Quando a esteira estiver em movimento um indicador luminoso (vermelho) deve ficar aceso. O programador deve criar uma lógica de separação de peças atuando os pistões.
Cada caixa lateral deve receber 3 peças e quando cada caixa atingir seu valor, um indicador luminoso (verde) deverá acender. Cada caixa de descarte deve contabilizar a peça descartada através de um bloco contador. Quando todas as caixas receberem suas peças, a esteira é desligada. Para aumentar a dificuldade, vamos limitar a usar no máximo 8 entradas e 8 saídas.

II. DESENVOLVIMENTO
Para esse caso foram utilizados os kits da Exsto Tecnologia de PLC e Esteira Transportadora, kit XC122[2] e Kit XC243[3], respectivamente. Cada caso foi resolvido usando a plataforma de desenvolvimento TIA Portal v13, da Siemens e em 2 (dois) tipos de liguagem: Ladder e Texto estruturado.
O kit XC122 (Figura 1) possui o CLP da Siemens SIMATIC S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC modelo 6ES7 214-1AG31-0XB0 com entradas e saídas digitais e analógicas incorporadas. Conta também com uma IHM gráfica colorida com tela touch, e ainda módulos de chaves, botões e sinaleiros.
O kit XC243 (Figura 2) é uma Esteira Transportadora que possui motor DC, sensores (Ópticos, capacitivo, indutivo, reed switch, fim de curso), sistema pneumático, atuadores eltromecânicos que desviam as peças para as caixas de descarte, módulos de botões, chaves, sinaleiros, Buzzers e Displays que exibem a quantidade de peça descartada em cada caixa de descarte.

 

 

CLP S71200 SIEMENS
figura 1.  XC122 – CLP S7 1200 Siemens
ESTEIRA TRANSPORTADORA
figura 2.  XC243 – Esteira Transportadora

 

A. Recursos utilizados
Como as entradas e saídas foram limitadas em no máximo 8 e afim de uma melhor visualização do desafio, foi criada uma tabela para a solução em Ladder (Tabela 1 ) e uma tabela para a solução em Texto estruturado (tabela2). Essas tabelas identificam todas as entradas e saídas do CLP, nomes das Tags e o nome no Módulo painel de controle da Esteira.

NOTA:
1 = nível lógico alto.
0 = nível lógico baixo.

programacao clp leadder

B. Encoder
Para a solução do caso proposto, foi escolhido o Encoder para determinar as posições das peças através da quantidade de pulsos enviados. Sendo assim foi preciso conhecer seu funcionamento e como programá-lo no TIA Portal V13. Os manuais[2] do encoder vem no Kit da Esteira e estão dentro da pasta de manuais do XC243. No TIA Portal, foi usado o bloco de contagem rápida HSC (High Speed Counter, Contador de Alta Velocidade) para fazer a contagem do pulsos enviados pelo encoder.

Há duas maneiras de configurar o encoder para essa aplicação, usando interrupção externa para reiniciar a contagem ou fazer isso pelo próprio programa. As duas formas estão exemplificadas no arquivo em anexo desta pasta. Para esse caso foi definido a reinicialização por interrupção externa, na qual a entrada física é a entrada %I0.3 onde está ligado o sensor capacitivo, ou seja, sempre que uma peça passar pelo senso o valor atual da contagem do bloco contador vai a 0. Nessa opção não é necessário colocar o bloco HSC no programa.

C. Ladder
A solução desse caso consistiu em usar um bloco contador para fazer a contagem total de peças num total de 9 peças, ou seja, cada peça que passa pelo sensor C1 (sensor capacitivo) pode ser identificado pelo seu número equivalente, por exemplo a 1ª peça é a número 1, a 2ª é a número dois e assim sucessivamente. Com isso foram escolhidas as peças de número 2, 4 e 9 para serem descartadas na 1ª caixa de descarte. Na 2ª caixa foram escolhidas as peças 1, 6 e 7. E na última caixa as peças 3, 5 e 8.
Tendo determinado quais peças iriam para cada caixa de descarte, o próximo passo foi fazer a lógica da separação das peças. Foram usadas 3 chaves de comparação em paralelo, para comparar o valor atual do bloco contador com os números relacionados a caixa, nesse caso 2, 4 e 9. Em série com essas chaves, foram colocadas uma chave para atuar como trava(“TRAVA 1”), uma chave de dado tipo M(bit interno) denominada “SCAP” e uma chave de comparação para comparar o valor de pulsos recebido pelo encoder com a quantidade de pulsos necessario para chegar na posição desejada para descarte(Figura 3). Essa sequência é responsável por acionar o primeiro pistão e colocar o bit interno “SCAP” em 0. Essa variável é responsável por impedir a iniciação da contagem de pulsos do encoder antes que a peça passe pelo sensor C1. Quando a peça é descartada, o sensor FC1(sensor de descarte) manda um sinal que é lido e contabilizado por um bloco contador responsável pelo descarte da caixa referente(figura 4). Assim, quando a contagem chega a 3, aciona a “TRAVA 1” e o indicador luminoso verde. Esse indicador permanece ligado por 2 segundos. A mesma lógica foi usada para a 2ª e 3ª caixa de descarte.

atuacao pistao esteira
Figura 3. Lógica para atuar o pistão.

 

recuo pistao e descarte esteira
Figura 4. Recuo do pistão e contagem das peças descartadas.

D. Texto Estruturado
Para a solução desse caso em Texto Estruturado foi substituído o encoder por blocos temporizadores. A lógica de separação das peças também foi alterado. Agora, as peças são descartadas de acordo com seu tamanho. Peça pequenas são descartadas na 3ª caixa de descarte, peças médias na 2ª caixa e peças grandes na 1ª caixa. Cada caixa de descarte recebeu um contador para determinar a quantidade de peça descartada. Quando o contador chega na sua contagem máxima(3) ele aciona uma variável boleana de bit interno referente a sua caixa. Para fazer a leitura do tamanho das peças foram utilizados os sensores F2 e F3 da Esteira. O Sensor F2 indica um tamanho médio e o sensor F3 indica um tamanho grande. Na estrutura do programa, quando o sensor F2 é acionado a variável do bit interno, de dado tipo M denominada de “VAR1” passa a estar em 1, o mesmo também ocorre para “VAR2” quano F3 é acionado (Figura 5). Dessa maneira foi possível fazer a lógica de separação das peças, pois se a peça é pequena, nenhuma variável fica em nível lógico alto, se a peça é média apenas a “VAR1” fica em nível lógico alto e se a peça é grande “VAR2” fica em nível lógico alto(Figura 6).
Para completar a lógica de separação, foi colocada um varíavel de bit interno boleana para funcionar como trava no caso de peças pequenas, pois quando as caixas de descartes 1 e 2 estiverem cheias e uma peça média ou grande passar pela Esteira o programa não vai alterar o estado lógico de “VAR1” e “VAR2”, considerando-a uma
peça pequena.
O sensor capacitivo (C1) aciona a memória virtual boleana “VAR3”, esta é responsável por iniciar a lógica que determina em qual caixa a peça será descartada . Os tempos para os acionamentos dos pistões foram relacionados a partir da posição desse sensor. Por último foi criada a lógica de acionamento do indicador luminoso verde que é ligado sempre que uma caixa de descarte recebe 3 peças. Quando o contador de alguma caixa atinge seu valor, liga o indicador luminoso e um temporizador que ao final do tempo decorrido de 2 segundos a lógica desliga o indicador luminoso, o temporizador e aciona uma trava (Figura 7) para não voltar a ocorrer o acionamento pela mesma caixa.

texto estruturado.png
figura 5.
texto estruturado 2.png
figura 6.
texto estruturado 3.png
figura 7.

 

III. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para solucionar o caso proposto em Ladder foi necessário aprofundar os conhecimentos sobre o Encoder e seu bloco de função específico no TIA Portal. Com isso foi possível determinar a localização da peça na esteira para fazer o acionamento dos pistões.
Outro desafio em ladder foi arrumar a lógica de acionamento do indicador luminoso verde, pois na primeira lógica criada o indicador funcionava apenas para a primeira caixa que recebesse as 3 peças, depois não acionava mais. Esse erro foi corrigido fazendo com que o contador que acionasse o indicador fosse reiniciado. Dessa maneira ele não travava a sua saída em nível lógico alto.
Na solução em Texto estruturado houve problema inicial, quando uma caixa estava cheia a lógica impedia que uma a peça fosse descartada nessa caixa, porém as variáveis “A” e “VAR3” permaneciam em nível lógico alto o que interferia na próxima peça. Esse erro foi
consertado usando um bloco temporizador para fazer que as variáveis voltassem para nível lógico baixo. O tempo para o temporizador foi escolhido de 4,4 segundos, 100 milisegundos a mais que o tempo de acionamento do último pistão. Foi escolhido esse delay para que não atrapalhasse o acionamento do ultimo pistão caso fosse necessário. Desse jeito passando pelo ultimo pistão pode ser reiniciado e assim está pronto para próxima peça. A interação entre programador e os kits de CLP e esteira da Exsto, possibilita uma melhor visão do objeto determinado. Isso facilita a aprendizagem e aguça a curiosidade para novos desafios.

Escrito por: Olavo Henrique Leite Alves Madeira, formado em Automação e Controle pelo Instituto Nacional de Telecomunicações

REFERÊNCIAS
[1] Suporte da Siemens. Disponível:
(https://www.support.industry.siemens.com/tf/br/en/threads/237/?page=0&pageSize=10).
[2] Manuais do kit XC122.
[3] Manuais do kit XC243.

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