Controle de nível em um reservatório

Em diversas aplicações, necessitamos de um controle de nível máximo e mínimo em um reservatório. Por exemplo, num condomínio de apartamentos, nunca podemos deixar o reservatório secar, nem tampouco transbordar, independentemente do consumo atual do prédio. No primeiro caso, os moradores correm o risco de ficar sem água e no segundo, podem pagar taxas exorbitantes de consumo (conta da CAERN). A segunda aplicação da nossa aula tem como objetivo resolver esse problema. A ideia é desenvolver um diagrama Ladder capaz de operar em modo manual, o qual o operador pode ligar e desligar a bomba quando quiser, e em modo automático, em que a bomba é ligada ou desligada automaticamente pelo CLP. Adicionalmente, no modo automático, o processo deve ligar e desligar a bomba 10 segundos após a identificação de nível baixo ou alto pelos sensores.

O sistema é composto fisicamente por um reservatório, uma bomba, dois sensores de nível (um para nível baixo e outro para nível alto), uma chave NA para selecionar o modo de operação (manual e automático) e duas botoeiras NA, uma para ligar a bomba e outra para desligar. Quando a chave de seleção (manual ou automático) estiver fechada, o modo automático está ativo, caso contrário, é o modo manual que está ativo.

Nesse exemplo, em vez de trabalharmos com o método do GRAFCET, vamos implementar a lógica de trabalho de forma mais direta. Para tal, precisamos de chaves e solenoides para representar as variáveis auxiliares ($DN_1$ e $DN_2$), chaves para representar os sinais de entrada (sensor de nível alto $N_{A}$, sensor de nível baixo $N_{B}$, chave seletora de modo M, botão de ligar $L_1$ e botão de desligar $L_2$) e um solenoide para representar a saída do sistema (bomba B). Além disso, vamos precisar de um novo elemento no diagrama Ladder chamado de temporizador TON. Podemos “encarar” esse elemento como um solenoide que, ao ser energizado - o que depende das condições associadas (chaves da respectiva linha), inicia um processo de contagem de zero até um valor máximo predeterminado. Ao término desse processo, uma variável do contador chamada “DN” recebe “1”, informando o fim da temporização. Caso a alimentação seja interrompida, o processo de contagem é paralisado, “zerando” o temporizador e a sua respectiva variável “DN”. Após a contagem total, caso a alimentação seja interrompida a qualquer momento, a variável “DN” também recebe “0”.

Para desenvolver o nosso diagrama Ladder, vamos dividir essa aplicação em duas partes. A primeira delas é referente ao funcionamento do sistema no modo manual, e outra referente ao modo automático. A linha 1 do nosso programa será responsável por implementar o modo manual do sistema. Sendo assim, o primeiro elemento que deve fazer parte dessa linha corresponde a uma chave NF associada ao modo de trabalho. O principal objetivo é verificar se o modo manual está ativo ou não, antes de tomar qualquer ação referente a esse modo. Em caso positivo, essa chave estará fechada no nosso diagrama, enquanto os demais elementos da linha (chaves e solenoides) podem então ser considerados. Em série com essa chave, devemos inserir uma chave NA associada ao botão de ligar a bomba ($L_1$), uma chave NF associada ao botão de desligar ($L_2$) e um solenoide convencional (ou seja, sem memória) associado à saída do sistema (B). Esse esquema inicial é apresentado na Figura 28.

Com base na configuração da Figura 28, supondo que a chave M esteja fechada, ao fechar a chave $L_1$ (pressionando o botão de ligar), o solenoide B será energizado. Porém, isso só ocorre enquanto a chave $L_1$ estiver fechada (botão pressionado). Ao abrir essa chave (botão liberado), a alimentação do solenoide é cortada, sendo necessário um contato de selo para manter a alimentação de B ativa. Para tal, podemos utilizar a própria saída do sistema (na condição de uma variável interna) representada por uma chave NA e que será posicionada em paralelo com a chave $L_1$. Uma vez que vamos representar a variável B por uma chave NA, quando o solenoide for alimentado, a chave associada a ela será fechada. Caso se deseje desligar a bomba, é só abrir a chave $L_2$ (botão de desligar pressionado). A Figura 29 apresenta a linha 1 do nosso programa com a implementação do contato de selo mencionado.

Não se esqueça de como funciona a rotina de um CLP: as entradas físicas são lidas pelo dispositivo e armazenadas na memória (através de variáveis internas como M, por exemplo), em seguida, as ações são executadas com base no programa e os resultados salvos na memória (através de variáveis internas como B, por exemplo), e por fim, as saídas físicas são atualizadas.

Agora, vamos lidar com o modo automático do sistema, desenvolvendo as linhas 2 e 3 (Figura 30) do programa. A linha 2 será responsável por acionar o nosso primeiro temporizador, caso o modo atual do sistema seja o automático, e o sensor de nível alto esteja acionado. Dessa forma, precisamos utilizar duas chaves NA em série (chaves M e $N_{A}$), sendo uma para cada condição mencionada. Caso essas chaves estejam fechadas, o temporizador TON será energizado, iniciando o processo de contagem de 0 a 10 segundos. Ao final da temporização, a sua variável $DN_1$ recebe “1”, podendo ser utilizada na próxima linha do programa (linha 3) para energizar o solenoide B, responsável por desligar a bomba (note o “R” no interior do solenoide).

Por fim, vamos novamente lidar com o modo automático do sistema, desenvolvendo as linhas 4 e 5 (Figura 31) do programa. A linha 4 será responsável por acionar o nosso segundo temporizador, caso o modo atual do sistema seja o automático, e o sensor de nível baixo esteja acionado. Dessa forma, precisamos utilizar duas chaves NA em série (chaves M e $N_B$), sendo uma para cada condição mencionada. Caso essas chaves estejam fechadas, o temporizador TON será energizado, iniciando o processo de contagem de 0 a 10 segundos. Ao final da temporização, a sua variável $DN_2$ recebe “1”, podendo ser utilizada na próxima linha do programa (linha 5) para energizar o solenoide B, responsável por ligar a bomba (note o “S” no interior do solenoide).

O diagrama Ladder completo é apresentado na Figura 32. Note que ele nada mais é do que a união de todas as linhas apresentadas anteriormente nas Figuras 29, 30 e 31.