O documento apresenta os principais modelos de Controladores Lógicos Programáveis (CLP) da família SIMATIC da Siemens, incluindo S7-200, S7-300 e S7-400. Descreve as características, aplicações e programação de cada modelo, destacando sua performance, modularidade, conectividade e compatibilidade com o software STEP 7.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ECA-703
Universidade Federal
de Itajubá
CLP -
Controlador Lógico
Programável
SIEMENS
Professor: Luiz Lenarth Gabriel Vermaas
Data: 23/06/2010
Alunos:
Adèle Braz Magalhães – 14019
Fábio Vicente Ribeiro - 14489
Renan
Victor
Introdução
CLP SIEMENS 1

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Este trabalho tem como objetivo apresentar alguns dos modelos de
Controladores Lógicos Programáveis (CLP) da família SIMATIC da
SIEMENS. A partir dessas apresentações, será possível aprender um pouco
sobre as características, aplicações e programações desses modelos em
questão.
Família SIMATIC
A Fam’lia SIMATIC
SIEMENS
SIMATIC HMI
S IM A T IC O P 1 7
K 1 K 2 K 3 K 4 K5 K 6 K 7 K 8 H E L P
S H I F T H E L P
S H IF T
A C K
SIMATIC NET
MPI
Industrial Ethernet
PROFIBUS
A família Simatic IT foi lançada em 2004 pela Siemens e se trata de uma solução de
MES (sistemas para execução da manufatura) que integra tecnologia da informação,
automação e gerenciamento da produção. Composta pelos aplicativos Historian,
CLP SIEMENS 2
SIMATIC
Controller
SIEMENS
SIMATIC
S F
RUN
S TOP
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
S7-200
CPU 212
Qui ckTime™ and a
decompressor
a re needed t o se e this pi cture.
SIMATIC PG
SIMATIC PC
PG 7 40
7 8 9
4 5 6
1 2 3
0
.
D E F
A B C I N S
D E L
E S C
E N T E R
K 9 K 1 0 K 11 K 1 2 K 1 3 K 14 K 1 5 K1 6
ASI
FM
SV
SIMATIC DP
PROFIBUS-DP
SIMATIC NET

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Production Suite, Unilab e Interspec; a família Simatic IT permite, entre outras funções,
a coleta de dados da produção, em tempo real, e a integração das mesmas com os
sistemas de gerenciamento empresarial das indústrias.
Ela consiste numa solução de MES (sistemas para execução da manufatura) que
integra tecnologia da informação, automação e gerenciamento da produção. A família
Simatic IT é composta por vários aplicativos e possui diversas funções, o que significa
que com o Simatic IT é possível unificar as informações do processo produtivo e
ajustá-las, automaticamente, ao sistema administrativo e de compras.
A família Simatic IT foi escolhida para integrar a linha de produção com o sistema de
gestão empresarial (ERP) de grandes indústrias do mundo como Unilever
(Gerenciamento de Laboratório e de Ciclo de Vida de Produtos implementado),
Danone, Degussa, entre outras. No Brasil, a Renault (Controle de toda a produção),
Fiat, Pirelli, Termoelétrica Ibirité também utilizam a solução.
Na família Simatic IT, existem os CLPs S7-200, S7 300 e S7 400, que serão
analisados individualmente a seguir:
SIMATIC S7-200
• é um micro CLP S7-200 ;
• aplicações na área de automação de pequeno porte;
• elevada performance;
• excelente modularidade;
• elevada conectividade.
Elevado desempenho
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• pequeno e compacto – ideal para as aplicações onde o espaço disponível é
crítico;
• rápido – oferece um excelente comportamento em tempo real, garantindo
maior qualidade, eficiência e confiabilidade ao processo;
• recursos amigáveis de programação – pode ser programado de maneira
rápida, simples e conveniente.
Excelente modularidade
• soluções podem ser desenvolvidas sob medida e ampliadas conforme a
demanda composta de CPU's com diferentes níveis de memória e diferentes
números de entradas e saídas integradas;
• vasta gama de módulos de expansão para diversas funções, bem como
diversas possibilidades de painéis de comando e visualização.
Elevada conectividade
• as interfaces integradas padrão RS485 suportam taxas de transferência de
dados até 187,5 Kbps;
• trabalham no modo Freeport, que aceita protocolo definido pelo usuário;
• através de módulos de expansão específicos, é possível a comunicação via
modem, PROFIBUS-DP, AS-Interface e até Ethernet.
Características Funcionais
A própria CPU já vem equipada com diversos recursos, como:
• entradas e saídas digitais integradas;
• interface RS485 integrada;
• protocolo PPI (mestre/escravo), MPI (escravo), ou outros como Modbus
(programável via Freeport);
• contadores rápidos;
• saídas de pulso rápido;
• memória retentiva;
CLP SIEMENS 4

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• entradas de interrupção;
• relógio de tempo real (opcional para alguns modelos) ;
• cartão de memória removível ;
• potenciômetro.
Comunicação
• a interface RS485 integrada possibilita a comunicação com um máximo de 126
estações ou nós;
• no modo Freeport, a interface RS485 integrada possibilita ligar o S7-200 em
aparelhos tais como modens, impressoras, leitores de código de barras, PC's,
PLC's externos e muito mais;
• utilizando o protocolo USS para acionamentos de velocidade variável, é
possível controlar até 31 inversores de freqüência do tipo MICROMASTER;
• com o módulo de comunicação via modem, é possível comunicar com o S7-
200 em quase todos os locais do mundo, através da rede fixa ou móvel. Isso
permite que seja feita de forma rápida e fácil, a assistência técnica remota,
economizando no deslocamento de técnicos;
• cada módulo permite ligar até 62 estações, representando um total de 248
entradas e 186 saídas digitais.
Interfaces Homem-Máquina
Uma linha de painéis de operação específicos para o uso com o S7-200 foi
desenvolvida, os Micro Painéis:
• T: display de texto de duas linhas com teclas programáveis, velocidade de até
187,5 Kbps e extremamente fácil de usar;
• T: painel gráfico com tela de 5,7” do tipo “touch-screen” com elevado
contraste”.
Programação e Parametrização
A programação do SIMATIC S7-200 é feita através do software STEP 7-
Micro/WIN, é uma ferramenta que possibilita a programação nas linguagens LAD, FDB
e STL (SIMATIC), ou KOP e FUP (IEC 1131). Sua aparência e operação são idênticas
às aplicações padrão Windows, agilizando a ambientação do usuário.
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Aplicações
O SIMATIC S7-200 pode ser usado em:
• máquinas industriais em geral;
• prensas ;
• máquinas de usinagem de madeira;
• aparafusadeiras;
• manipuladores;
• máquinas de solda;
• estações de tratamento de efluentes;
• estações de bombeamento de fluidos;
• elevadores;
• transportadores de cargas;
• máquinas de lavar veículos;
• sistemas de empacotamento;
• automação predial;
• sistema de alarme com monitoramento remoto.
SIMATIC S7-300
Características
O S7-300 é um sistema modular amplamente utilizado em aplicações
centralizadas ou distribuídas de pequeno a médio porte.
Com uma arquitetura modular o SIMATIC S7-300 provê economia de espaço,
flexibilidade de configuração e rápida expansão. O CLP S7-300 não necessita de
racks com números predefinidos de slots para ser montado, o conjunto de módulos é
encaixado e aparafusado sobre um trilho DIN padrão, os módulos são interligados uns
aos outros através de um bus modular que fica embutido no trilho.
Um amplo espectro de CPU’s está disponível para aplicações simples ou
aplicações de grande performance. As CPU’s possibilitam curtos tempos de ciclo, até
1μs. por instrução binária, através de seus eficientes processadores. Para algumas
tarefas especiais, existem CPU’s compactas com I/O’s, funções tecnológicas e
interfaces de comunicação já integradas.
Módulos de Comunicação (CP)
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• Profibus DP / FMS
• Ethernet
• AS-interface
• Serial ponto-a-ponto
• Modbus
Módulos de I/O (SM)
• Digitais (24Vdc, 48-130Vuc, 120/230VAC, Relé, etc.)
• Analógicos (±5V, 0-10V, 0/4 até 20mA, Hert, etc.)
Módulos de Função (FM)
• Contadores rápidos
• Saída de pulso rápida
• Controle de posição
• Controle de Motor de Passo
• Controle de malha fechada (PID)
Um total de até 32 módulos de expansão pode ser utilizado em uma
configuração centralizada. Os módulos de expansão para S7-300 também são
utilizados na estação de I/O distribuído ET 200M, possibilitando economia com peças
de reposição em uma configuração distribuída com CLP S7-300 e ET 200M.
Especificações
Pode ser instalado diretamente nos equipamentos, por possuir IP 20, está
protegido contra incidência direta da luz do sul, da chuva e de respingos de água.
• Possui 8 tipos de CPU, as especificações mostradas abaixo, são
referentes ao CPU 313:
• alimentação:
• tensão de entrada: 93 a 264 V AC ou 16.8 a 138 V DC;
• corrente de entrada: 0,8 a 4 A;
• tensão de saída: 24 V DC ;
• memória principal: 32Kbytes;
• tempo de processamento:
• operações binárias: 0,1μs;
• operações com palavras: 0,5μs;
• área total de endereçamento de I/O: 1024/1024 byte;
• canais totais:
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• analógicos: 1024;
• digitais I/O: 256/128;
• I/O integrados:
• entradas digitais: 24; DC 24V; todos canais podem ser usados
para alarmes de processo;
• saídas digitais: 16; 24V DC; 0,5 A;
• entradas analógicas: 4: ± 10V, 0..10V, ± 20mA, 0/4...20mA; 1: ...600Ω,
PT100;
• saídas analógicas: 2: ± 10V, 0-10V, ± 20mA, 0/4-20mA;
• funções integradas:
• contadores: 3 encoders incrementais 24V/30 kHz; saídas de pulsos: 3 canais
de modulação largura de pulso máx. ,5kHz; medição de freqüência: 3 canais máx.
30kHz; controle de malhas: Regulador PID; dimensão: 80 X 125 X 130 mm; peso:
530 g.
Comunicação
Além dos diversos módulos de comunicação que podem ser agregados a
configuração, toda CPU da série S7-300 traz integrada a si uma porta de comunicação
MPI. Através desta porta a CPU é programada e parametrizada. Com a porta MPI é
possível ainda implementar uma rede de pequeno porte com equipamentos SIEMENS,
tais como:
• CLPs SIMATIC S7-200/300/400
• Controladores SIMATIC C7
• Interfaces Homem Máquina SIMATIC HMI
• Computadores Industriais SIMATIC PC
Além da interface MPI, alguns modelos de CPU possuem uma segunda
interface de comunicação integrada Profibus ou Serial Ponto-a-Ponto.
Aplicações
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O SIMATIC S7-300 oferece soluções para as mais diversas tarefas de
automação, nas seguintes áreas:
• Indústria automobilística;
• Indústria de embalagens;
• Processamento de plástico;
• Indústria alimentícia e de cigarro;
• e outras.
Programação
Implementada através do software STEP 7, nas versões STEP 7 Lite, STEP7 e
STEP 7 Professional.
SIMATIC 400
A solução para sistemas baseados em engenharia de produção e processos.
É uma plataforma de CLP ideal para as mais sofisticadas soluções em
automação, tais como controle de processos com grande volume de dados ou
gerenciamento de sistemas de manufatura que exijam um alto nível de performance.
Instalação e Configuração
O S7-400 possui instalação simples e robusta com configuração modular. Não
há regras para a disposição dos slots, nem há necessidade de instalação de
ventiladores de refrigeração. Um espectro graduado de CPU’s esta disponível para a
configuração do sistema de controle. Todas as CPU’s possuem uma grande
capacidade de armazenamento de programa e interfaces de comunicação integradas.
Diversas CPU’s podem operar em regime de Multiprocessamento, trabalhando juntas
para garantir uma maior performance. A grande velocidade de processamento e o
tempo de reação determinístico da CPU possibilitam curtos ciclos de máquina, o que
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aumenta a produção. A diversidade de módulos de I/O, Função e Comunicação
permitem compor expansões centralizadas e arquiteturas distribuídas – seus módulos
podem ser substituídos “a quente", garantido assim uma grande disponibilidade do
sistema.
Programação
O SIMATIC S7-400 trabalha com o software de programação STEP7 ,
estando em conformidade com o padrão IEC 61131-3 e possibilita a utilização de
linguagens de programação de alto nível como SCL, ferramentas gráficas para o
controle de seqüenciais, diagrama de status e diagramas tecnológicos. Todo o projeto
de software pode ser armazenado na própria CPU juntamente com símbolos e
comentários, o que facilita futuras modificações ou mesmo manutenções.
Aplicações
O S7-400 deve ser utilizado em aplicações que exijam alta performance, ele é
especialmente popular na Indústria Automotiva e Geração e Distribuição de energia. O
S7-400 é a base para o sistema de controle de processos PCS7 especialmente
empregado em indústrias químicas, farmacêuticas e petroquímicas.
Estão disponíveis variações de produtos para aplicações específicas. Sistemas
redundantes que possibilitam alta disponibilidade e segurança intrínseca podem ser
implementados com o sistema S7-400H. Para aplicações de falha segura (failsafe), o
S7-400F é a escolha ideal.
Com o módulo de comunicação Industrial Ethernet CP443-1 IT é possível
receber e enviar e-mails, carregar páginas Web e implementar supervisão, controle e
monitoração de diagnósticos de qualquer lugar do mundo.
Processos utilizando CLP da Siemens
SIMATIC S7-200 no tratamento de água na Itália
Com freqüência, para tornar potável a água primária, é necessário percorrer
um longo caminho através das mais variadas etapas de purificação. A empresa Sintec,
de Perugia, Itália, apresenta agora a instalação Ecofilter-Comby, uma solução
autônoma móvel para rápida obtenção de água potável através de tratamento
bacteriológico.
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O equipamento Ecofilter-Comby é um sistema de tratamento de água a base
de radiação ultravioleta (UV) completamente automatizado com SIMATIC S7-200. A
água circula através de tubos de teflon e filtros auto-limpantes ecológicos. No sistema
atuam duas bombas que impulsionam a água até os filtros. O primeiro filtro retém as
partículas de até 16 microns e o segundo alcança até as de 5 microns. Na seqüência,
a água circula pelo equipamento de UV, onde um tratamento ultravioleta de choque
elimina até 99,99% das bactérias que o líquido poderia conter.
Os ensaios realizados pelo departamento de Higiene da Universidade de
Perugia confirmaram esses valores e a ótima qualidade final do produto. Na saída do
equipamento UV, o recipiente coletor com duas torneiras permite obter imediatamente
amostras de água para verificar sua qualidade. A água purificada chega a um tanque
onde o dosador administra cloro granulado para evitar a proliferação de bactérias. A
água potável é extraída desse tanque por meio de uma bomba de circulação, que
pode, inclusive, bombeá-la até o local de consumo. O sistema de filtros ecológicos
trabalha de forma completamente automática e sem a adição de produtos químicos.
Um sensor supervisiona a pressão interna do sistema de filtros e, quando esta
alcança o limite prefixado, é iniciado um processo de auto-limpeza, que consiste em
uma lavagem por contra-corrente combinada com centrifugação. Na ausência de rede
elétrica, esse sistema de tratamento de água funciona em qualquer lugar com um
grupo gerador à Diesel.
O sistema SIMATIC S7-200 que controla toda a instalação demonstra
novamente sua capacidade de administrar um alto grau de automação com um gasto
mínimo.
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Aplicação
Monitoramento de posição de guindastes Sistema de Posicionamento
Global (GPS) e CLP S7-200
Vistas gerais dos guindastes em operação
O objetivo do projeto é monitorar em tempo real a posição absoluta e relativa
de dois guindastes de contêineres no porto de Montevidéu, Uruguai, e dar aviso ao
operador e/ou bloquear a operação sempre que necessário Os dois guindastes podem
se deslocar livremente pelo cais, por cerca de 300 metros, mas devem obedecer a
certas limitações de operação, de acordo com sua posição absoluta no cais, seu
estado e posição relativa – de um guindaste em relação ao outro.
Requisitos
O sistema que determina a posição de cada um dos guindastes devia cumprir
certos requisitos:
· Trabalhar em condições de intempérie à beira mar;
· Dispor de uma referência de posição confiável, sem necessidade de
mover o guindaste de 800 t até um ponto fixo para obter a referência;
· Os elementos do sistema de posicionamento não devem ser afetados
ou danificados pelos equipamentos e/ou materiais que habitualmente
operam no cais;
· O cais deve permanecer livre de qualquer obstáculo para a operação de
carga e descarga, devido aos tipos distintos de veículos que são
utilizados;
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· Cada guindaste deve conhecer a posição do outro a todo o momento
para evitar operações não autorizadas.
Equipamento
Para atender a todos os requisitos exigidos, optou-se por uma solução que
combina a eficácia do CLP S7-200 ao Sistema de Posicionamento Global (GPS).
Assim, cada guindaste foi dotado de um GPS acoplado a um equipamento de
transmissão por rádio com entradas e saídas digitais embutidas. Como existe sempre
um pequeno desvio na posição informada por um GPS, foi utilizado outro GPS em um
ponto fixo, cujas coordenadas já eram precisamente conhecidas, que servia de
referência para a correção da posição em tempo real. Finalmente, o CLP SIMATIC S7-
200, CPU 226, foi conectado a um equipamento de transmissão por rádio e ao GPS
fixo, através de suas duas portas de comunicação.
Funcionamento
A cada segundo, o CLP recebe a posição do GPS fixo e compara com sua
posição previamente conhecida, determinando instantaneamente o desvio na posição
informada pelo GPS. Depois, envia uma solicitação a cada guindaste para saber sua
posição e estado de operação (com ou sem carga). Imediatamente após a solicitação,
cada guindaste responde com a posição lida por seu GPS e seu estado de operação.
Uma vez obtidas às posições dos dois guindastes, o CLP as corrige com base no
desvio calculado anteriormente e realiza a transformação das coordenadas, expressas
em milésimos de graus de Latitude e Longitude, para dois eixos perpendiculares com
as distâncias medidas em metros. Determinadas as posições reais dos dois
guindastes e seus estados, o CLP determina os sinais de aviso e/ou bloqueio para
cada um e os transmite pelo rádio. Além disso, conta com uma rotina de controle de
falhas que dá um alarme em casos de perda de comunicação, erro na leitura de
posição ou defeito nos equipamentos.
CONCLUSÃO
Com este trabalho, pudemos nos familiarizar um pouco mais com os
Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s) da Siemes.
Com o avanço da tecnologia e com um mercado bastante competitivo, os
CLP’s se tornaram mais baratos, substituindo cada vez mais processos que
funcionavam com lógica de relés.
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Para especificar um CLP, antes de mais nada, é de fundamental importância
que se tenha um profundo conhecimento sobre o processo que será controlado, pois
praticamente para todas as situações há uma família e tipo de CLP que se adequará
com maior facilidade.
Bibliografia
· www.siemens.com
· http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/
en/Pages/Default.aspx
· http://www.taginfo.com.br/publico
· http://www.clubedotecnico.com/S7-Bas-01.ppt
· Revista GO! Edição Latino-Americana Nº 2 | 2002
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