Ficha de Trabalho 1 — UC02953

ST, SFC e Comunicação Modbus TCP

Duração: 90 minutos | Consulta: Sebenta e referência IEC 61131-3 | Calculadora: Permitida

Grupo I — Verdadeiro / Falso (20 pontos)

O IEC 61131-3 define 5 linguagens de programação para PLCs: LD, FBD, ST, IL e SFC. ___
No Structured Text (ST), o bloco TON é um temporizador de atraso na descida (off-delay). ___
O diagrama SFC (Sequential Function Chart) é baseado nas Redes de Petri e é ideal para controlo sequencial de estados. ___
O Modbus TCP usa o protocolo UDP (User Datagram Protocol) como transporte de rede. ___
Na tabela Modbus, os Holding Registers têm endereços entre 40001–49999 e permitem leitura e escrita. ___
O OPC UA é um standard de comunicação que inclui segurança integrada (autenticação e encriptação) ao contrário do OPC DA. ___
Um programa Function Block (FB) em IEC 61131-3 tem memória interna (variáveis de instância) que persiste entre chamadas. ___
O PROFINET IRT (Isochronous Real-Time) é adequado para controlo de servos com ciclos de 250 µs. ___
No SFC, uma acção do tipo 'N' (Non-stored) permanece activa mesmo após o passo ficar inactivo. ___
A cibersegurança industrial segundo a IEC 62443 define 4 níveis de segurança (SL 1 a SL 4), onde SL 4 representa a maior protecção. ___

Grupo II — Programação ST para Controlo de Temperatura (40 pontos)

Problema — Controlo de Forno Industrial

Um forno industrial de tratamento térmico deve ser controlado por um PLC com as seguintes especificações:

Temperatura actual: temp_actual (REAL, ºC, entrada analógica)
Saída de aquecedor: heater_output (REAL, 0–100%, saída analógica)
Setpoint: setpoint (REAL, ºC, configurável pelo operador)
Alarme alto: alarm_high (BOOL) → temp > setpoint + 10°C
Alarme baixo: alarm_low (BOOL) → temp < setpoint - 5°C
Parâmetros PID: Kp=3.0, Ti=20s, Td=1s, ciclo=0.5s

a) Escreva um bloco de programa ST completo para o controlo proporcional puro (apenas P) do aquecedor, com os alarmes.

b) Adicione as componentes integral e derivativa ao bloco P para completar o controlador PID.

c) Adicione protecção anti-windup na integral (limitar a integral entre -50 e +50).

d) Escreva um SFC (em texto estruturado de transições) para um ciclo de tratamento térmico com os estados: FRIO → AQUECIMENTO → TEMPERATURA_TRABALHO → ARREFECIMENTO → FIM.

Grupo III — Configuração Modbus TCP PLC-Inversor (40 pontos)

Exercício — Comunicação Modbus TCP entre S7-1200 e Inversor Schneider ATV320

Um PLC Siemens S7-1200 deve controlar um inversor Schneider ATV320 via Modbus TCP. Os registos Modbus do ATV320 usados são:

8501 (Holding Register): Command Register (palavra de comando — 0x0006 = marcha; 0x0007 = paragem)
8502 (Holding Register): Speed Reference (0–10000 = 0–50Hz)
8603 (Input Register): Motor Current (valor inteiro, ampères × 10)
8604 (Input Register): Drive Fault Code

a) Defina os parâmetros de comunicação Modbus TCP necessários no PLC (IP, porta, Unit ID, Function Codes).

b) Escreva o bloco ST para enviar a palavra de comando "marcha" ao inversor.

c) Escreva o bloco ST para definir uma referência de velocidade de 30 Hz no inversor.

d) Escreva o bloco ST para ler a corrente do motor do inversor e converter para ampères (dividir por 10).

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