Ficha 01 · Princípios, hardware, ladder

a) Ciclo de scan: 1. Ler entradas: snapshot de todas as entradas físicas. 2. Executar programa: processar lógica do início ao fim com snapshot. 3. Actualizar saídas: gravar resultados nas saídas físicas. 4. Gestão interna: comunicação, diagnóstico, watchdog. 5. Voltar a 1.

b) Tempo típico: 5-50 ms para PLCs modernos. Determinístico (sempre similar, independente de carga).

c) Implicações: - Latência máxima entre input e output = tempo de ciclo. - Para sinais críticos rápidos (> 100 Hz): - Interrupções de hardware: PLC executa rotina específica fora do ciclo normal. - Módulos de I/O rápidos: HSC (High Speed Counter) para contagens > 10 kHz. - Servomotores: comando via Profinet IRT com ciclo de 1 ms.

a) Pequena máquina: - Siemens S7-1212C DC/DC/DC: 8 DI + 6 DO + 2 AI, expansão até 24 I/Os. - Compacto, custo ~280 €. - Ou Schneider M221, Allen-Bradley Micro820. - HMI: Siemens KTP400 (~250 €).

b) Linha média 80 + 20 I/Os: - Siemens S7-1500 ou S7-1200 com expansão: - S7-1500 1511C: CPU + módulos I/O via backplane. - Custo CPU: 800-1500 €. - Módulos I/O adicionais: ~150-300 € cada (16 I/Os). - Total: ~3000-5000 €. - Para servomotores: módulos Profinet IRT. - HMI: KTP700 ou Comfort Panel.

c) Segurança prensa: - PLC de segurança certificado SIL3 / PLe: - Siemens S7-1500F. - Allen-Bradley GuardLogix. - Pilz PSS (dedicado para segurança). - Programa em linguagem certificada. - Auditoria por organismo notificado se Anexo IV. - Custo: 2-5× PLC standard.

d) Retrofit PLC antigo: - Modbus ou Profibus se quiser compatibilidade com infraestrutura. - Considerar S7-1200 (Siemens, fácil migração) ou similar. - Manter cabos existentes se possível (poupa muito tempo). - Documentar tudo (esquemas, programa antigo se acessível).

Programa em ladder:

| // Network 1: Comando do motor com auto-retenção
| I0.0    I0.1        I0.2                       Q0.0
|──┤├─────┤├──────────┤├─────────────────────────( )──|
|  START   STOP        Térmico                        |
|                                                     |
|  Q0.0
|──┤├──┘ (auto-retenção)

| // Network 2: Lâmpada verde "motor a funcionar"
| Q0.0                                            Q0.1
|──┤├────────────────────────────────────────────( )──|
|

| // Network 3: Lâmpada vermelha "alarme térmico"
| I0.2                                            Q0.2
|──┤NOT├──────────────────────────────────────────( )──|
|  (Quando NC do térmico abre, I0.2 vai a 0,         |
|   NOT(I0.2)=1, lâmpada acende)

Explicação: - Network 1: motor activa quando START premido + STOP não premido + térmico não disparou. Q0.0 mantém-se via auto-retenção. - Network 2: lâmpada verde acompanha Q0.0. - Network 3: lâmpada vermelha acende quando relé térmico dispara (I0.2 vai a 0, NOT = 1).

Notas: - STOP NC: cabo cortado também activa STOP (fail-safe). - Relé térmico NC: idem. - Em caso de queda de tensão: Q0.0 desactiva → motor pára (segurança). - Operador deve resetar manualmente (re-premir START) após qualquer paragem.

Programa:

| // Network 1: Iniciar avanço
| I0.0    I0.1         I0.2                     M0.0 (avanço)
|──┤├─────┤NC├─────────┤├──────────────────────( S )──|
|  START   STOP         B2 (recolhido)              |

| // Network 2: Parar avanço quando atinge B1
| I0.3                                          M0.0
|──┤├──────────────────────────────────────────( R )──|
|  B1
|
| // Network 3: Saída avanço enquanto M0.0 = 1
| M0.0                                          Q0.0
|──┤├──────────────────────────────────────────( )──|
|

| // Network 4: Iniciar temporizador 2s quando B1 activo
| I0.3                                          T1
|──┤├──────────────────────────IN───PT=T#2s────Q──┐
|  B1                                              │
|                                                  │
| // Network 5: Activar recuo após temporização
| T1.Q                                              │ M0.1 (recuo)
|──┤├──────────────────────────────────────────────┴─( S )──|
|

| // Network 6: Reset recuo quando atinge B2
| I0.2                                          M0.1
|──┤├──────────────────────────────────────────( R )──|
|  B2
|
| // Network 7: Saída recuo (em biestável)
| M0.1                                          Q0.1
|──┤├──────────────────────────────────────────( )──|
|

| // Network 8: STOP/Emergência reseta tudo
| I0.1
|──┤NOT├──┐ (NC do STOP — se premido, sinal vai a 0)
|         │
|         ├──────────────────────( R M0.0 )──|
|         │                       ( R M0.1 )──|
|         │                       ( R T1 )──|

Sequência: 1. START premido (com B2 activo) → SET M0.0. 2. Q0.0 = 1 → cilindro avança. 3. B1 activa → RESET M0.0 → Q0.0 = 0. 4. B1 inicia T1 (2s). 5. Após T1.Q → SET M0.1 → Q0.1 = 1 → cilindro recua. 6. B2 activa → RESET M0.1 → Q0.1 = 0. 7. Sistema em repouso, pronto para próximo START.

Em válvula monostável (1 solenoide + mola): basta gerir Q0.0 (avanço). Em queda de Q0.0, mola devolve cilindro automaticamente. Network 7 não seria necessário.

a) GRAFCET:

   ╔══╗
   ║ 0║  Inicial. Cilindros recolhidos.
   ╚═╤╝
     │ Trans: START AND B2A AND B4B
     ▼
   ┌──┐ ┌─────────┐
   │ 1├─┤ EV_A+   │
   └─┬┘ └─────────┘
     │ Trans: B1A
     ▼
   ┌──┐ ┌─────────────────┐
   │ 2├─┤ EV_A+; EV_B+    │  (A mantém + B avança)
   └─┬┘ └─────────────────┘
     │ Trans: B3B
     ▼
   ┌──┐ ┌─────────────────┐
   │ 3├─┤ EV_A−; EV_B+    │  (A recua + B mantém)
   └─┬┘ └─────────────────┘
     │ Trans: B2A
     ▼
   ┌──┐ ┌─────────┐
   │ 4├─┤ EV_B−   │  (B recua)
   └─┬┘ └─────────┘
     │ Trans: B4B
     ▼
   (volta a 0)

b) I/Os:

c) Ladder equivalente (usando memórias):

// 1 memória por estado
// M10.0 = estado 0 (inicial)
// M10.1 = estado 1 (A+)
// M10.2 = estado 2 (A+ B+)
// M10.3 = estado 3 (A− B+)
// M10.4 = estado 4 (B−)

| // Inicialização (M10.0 = 1 ao arranque)
| FirstScan                                          M10.0
|──┤├──────────────────────────────────────────────( S )──|

| // Transição 0→1: START AND B2A AND B4B
| M10.0   I0.0    I0.3    I0.5                  M10.0
|──┤├─────┤├──────┤├──────┤├────────────────────( R )──|
|         START   B2A     B4B                    M10.1
|                                                ( S )──|

| // Transição 1→2: B1A
| M10.1   I0.2                                   M10.1
|──┤├─────┤├────────────────────────────────────( R )──|
|         B1A                                    M10.2
|                                                ( S )──|

| // Transição 2→3: B3B
| M10.2   I0.4                                   M10.2
|──┤├─────┤├────────────────────────────────────( R )──|
|         B3B                                    M10.3
|                                                ( S )──|

| // Transição 3→4: B2A
| M10.3   I0.3                                   M10.3
|──┤├─────┤├────────────────────────────────────( R )──|
|         B2A                                    M10.4
|                                                ( S )──|

| // Transição 4→0: B4B
| M10.4   I0.5                                   M10.4
|──┤├─────┤├────────────────────────────────────( R )──|
|         B4B                                    M10.0
|                                                ( S )──|

| // Acções por estado
| // EV_A+ activo em estados 1 e 2
| M10.1                                          Q0.0
|──┤├──┐                                        ( )──|
| M10.2 │
|──┤├──┘
|
| // EV_A− activo em estado 3 (em biestável)
| M10.3                                          Q0.1
|──┤├────────────────────────────────────────────( )──|
|
| // EV_B+ activo em estados 2 e 3
| M10.2                                          Q0.2
|──┤├──┐                                        ( )──|
| M10.3 │
|──┤├──┘
|
| // EV_B− activo em estado 4
| M10.4                                          Q0.3
|──┤├────────────────────────────────────────────( )──|

| // Tratamento de emergência: STOP reseta tudo, vai a M10.0
| I0.1
|──┤NOT├──┐
|         │
|         ├─( R M10.1 )──( R M10.2 )──( R M10.3 )──( R M10.4 )──|
|         │
|         └─( S M10.0 )──|

Comparação: - GRAFCET: 8 linhas, muito visual. - Ladder: ~30 networks, mais complexo mas funcional.

Por isso GRAFCET / SFC é preferido para sequências.

a) Profinet vs Profibus:

Profinet é mais moderno e standard em novas instalações Siemens.

b) Configurar IP num PLC Siemens (S7-1500 ou S7-1200):

1. Hardware Configuration no TIA Portal:
2. Definir IP do PLC (ex: 192.168.0.1).
3. Definir subnet mask (255.255.255.0).

4. Definir gateway se aplicável.

5. Atribuição inicial:

6. PLC novo: usar "Set IP address" no TIA Portal via interface PC-PLC directa.

7. Ou via cartão SD com configuração pré-feita.

8. Verificação:

9. Ping ao PLC do PC.
10. Conexão via TIA Portal.

c) Topologia:

• Estrela (cada PLC/HMI ligado a um switch central):
• Pro: falha de um cabo não afecta os outros.
• Contra: cabo extra por cada dispositivo.

• Standard para escritórios e PLCs centrais.

• Linha (daisy chain):

• Pro: cabo curto, simples.
• Contra: falha numa secção desliga tudo a jusante.

• Usada em I/Os remotos (Siemens ET 200SP).

• Anel (ring) com MRP (Media Redundancy Protocol):

• Pro: redundância — falha numa secção, dados circulam no outro sentido.
• Contra: configuração mais complexa.
• Standard em aplicações críticas (linha 24/7).

Para fábrica média: - Esqueleto principal: anel com switches industriais (Scalance, Hirschmann). - Ramificações: estrela a partir do anel. - I/Os remotos: linha local em cada zona.

Investimento em switches industriais redundantes paga-se em fiabilidade.

a) Conectar PC ao PLC:

Pré-requisitos: - TIA Portal instalado. - Cabo Ethernet. - PC e PLC na mesma subnet.

Procedimento: 1. Conectar cabo Ethernet PC ↔ PLC (directo ou via switch). 2. Configurar IP do PC para estar na mesma subnet do PLC (ex: PC=192.168.0.10, PLC=192.168.0.1). 3. No TIA Portal, abrir projecto. 4. Go Online (Ctrl+K) — TIA Portal procura PLC. 5. Aceitar credenciais (password se configurada). 6. Aparece indicação "Online" verde.

b) Ver valores em tempo real:

• No bloco de programa, premir Monitor (Ctrl+Shift+M):
• Cada contacto/bobina mostra estado (verde activo, cinza inactivo).

• Linhas de "corrente" visíveis.

• Watch Table (Add new watch table):

• Adicionar variáveis de interesse.
• Ver valores actualizados em tempo real.

• Útil para variáveis não-visuais (contadores, valores analógicos).

• Trace (View → Trace):

• Gravar sinais ao longo do tempo (1-1000 ms resolução).
• Equivalente a osciloscópio.
• Útil para sinais transientes que não se vêem no Monitor.

c) Quando usar Force:

Force entrada: simular sinal sem actuar sensor físico. - Útil para testar lógica quando sensor não é acessível. - Cuidado: PLC ignora estado real do sensor.

Force saída: activar bobina ignorando programa. - PERIGOSO: pode mover máquinas! - Útil para teste de actuadores em desenvolvimento. - Apenas em ambiente controlado.

Boas práticas: - Avisar colegas antes de fazer force. - Garantir segurança (LOTO se necessário). - Limpar force imediatamente após teste. - Indicação clara no TIA Portal quando há force activo. - Nunca esquecer force activo (causa comportamento confuso).

d) Diagnostic Buffer:

Log interno do PLC com eventos. Acedido em Online & Diagnostics.

Tipos de evento: - Verde: informação (start, stop). - Amarelo: avisos. - Vermelho: erros.

Erros típicos: - CPU goes to STOP: erro de programa, divisão por zero, watchdog. - Module fault: módulo I/O em falha. - Communication error: perda de comunicação Profinet. - Battery low: bateria do PLC fraca. - Diagnostic from station: I/O remoto reporta problema.

Acção: - Identificar erro mais recente que parou produção. - Consultar causa provável + acção recomendada no help. - Resolver problema (substituir módulo, corrigir cabo, etc.). - Limpar buffer após resolução.

a) Dados a guardar:

1. Programa fonte completo (.ap18 ou versão do TIA Portal).
2. Configuração de hardware (rack, módulos, endereços IP).
3. Mapas de I/O (etiquetas, descrições, comentários).
4. Receitas e parâmetros (do PLC e do HMI).
5. Dados retentivos (DBs, M-memory marcadas como retentive).
6. Documentação (esquemas eléctricos, manuais, lista de peças).
7. Versões anteriores (manter histórico de alterações).

b) Frequência:

• Após cada modificação significativa (mesmo pequena).
• Pelo menos mensalmente mesmo sem alterações (para confirmar funcionamento dos backups).
• Antes de qualquer intervenção arriscada.

c) Onde guardar (regra 3-2-1):

• 3 cópias dos dados.
• Em 2 tipos diferentes de mídia.
• 1 cópia offsite.

Exemplo prático: 1. PC do programador (acesso diário). 2. Servidor da empresa (backup automatizado nightly). 3. Cloud (Google Drive, Dropbox, OneDrive — cifrado). 4. Bonus: cartão SD no próprio PLC (Siemens S7-1200/1500 suportam).

Segurança: - Cifragem dos backups (especialmente cloud). - Controlo de acesso (apenas pessoal autorizado). - Versioning (manter histórico, não substituir).

d) Restauro em caso de avaria:

Cenário: PLC queimou; substituir.

Procedimento:

1. Comprar PLC equivalente (mesma referência idealmente; ou compatível).
2. Substituir fisicamente:
3. LOTO.
4. Desligar cabos com cuidado (etiquetar).
5. Instalar novo PLC.
6. Configurar IP inicial:
7. Conectar PC com TIA Portal.
8. Atribuir IP correcto.
9. Baixar configuração de hardware do backup.
10. Baixar programa fonte.
11. Baixar receitas e parâmetros (HMI também se aplicável).
12. Verificar I/Os:
13. Cada entrada activa correctamente.
14. Cada saída comuta correctamente.
15. Teste funcional completo (sem carga primeiro).
16. Documentar: substituição registada, número de série do PLC novo.

Tempo: 2-8 horas se backup estiver actualizado e bem documentado.

Sem backup: dias a semanas de re-programação. Risco enorme de introduzir bugs novos.

Lição: investir em backup é investir em disponibilidade futura.