Automação e Instrumentação módulo 16A Contadores rápidos Rui Marques/2013

Contadores rápidos Os autómatos são equipados com microprocessadores cujo o tempo de execução do varrimento de leitura pode ser mais lento que o tempo em que os sinais de entrada estão ativos. O exemplo mais comum é quando se utiliza encoderes. São objetivos deste módulo conhecer os diferentes tipos de contadores: Contador de uma fase. Contador de duas fases. Contador up/down. Conhecer a estrutura dos contadores, CTU e CTD. Conhecer a estrutura do contador, CTUD. Realizar uma automação com contadores.

Encoder Os Codificadores Óticos ou Encoders são equipamentos eletromecânicos, utilizados para conversão de movimentos rotativos ou deslocamentos lineares em impulsos elétricos de onda quadrada. São constituídos por um LED (light-emitting diode), um recetor fotossensível e um disco fisicamente ligado pelo eixo à máquina controlada.

Encoder Aplicações podem ser utilizados em conjunto com contadores, tacómetros, microcontroladores, controladores lógicos programáveis ou conversores frequência – tensão. Fornecem medidas e controles precisos em comprimentos, velocidades de rotação, velocidades lineares, posicionamento angulares, volumes ou vazões de produtos líquidos, robótica outras aplicações em processos diversos.

Encoder Aplicações Controlo de fluxo

Encoder Aplicações Medição de comprimentos

Encoder Aplicações Controlo de velocidade

Encoder Tensão de saída do encoder Frequência máxima de funcionamento Principais níveis de tensão usados na indústria : 5V DC TTL para conexão à circuitos do tipo TTL (microcontroladores ou computadores). 10-30V DC para aplicação em circuitos com controlo (PLC). Frequência máxima de funcionamento É a frequência acima da qual o sinal de saída já não apresenta uma forma de onda que possa ser processada corretamente. Em geral esta frequência fica em torno de 300 kHz.

Encoder Tipos de encoders: Encoder Absoluto - gera um código binário para cada unidade de deslocamento. Não requer a transposição de marcas de referência para obter a posição atual. O encoder transmite o valor absoluto através do interface. Encoder Incremental - gera um impulso para cada unidade de deslocamento. A posição atual é determinada partindo de um zero e contando os passos de medida, ou subdividindo e contando períodos de sinal. Alguns encoders incrementais têm marcas de referência, que devem ser transpostas após ligar o aparelho para restabelecer o zero. Este processo é especialmente simples e rápido com marcas de referência codificadas.

Encoder absoluto Encoder absoluto Os encoders absolutos produzem uma palavra digital diferente para cada uma das N posições distintas do eixo. O código produzido por um codificador rotativo absoluto pode ser binário ou código de Gray. O código Gray tem a particularidade de só mudar um bit em cada contagem consecutiva. O código Gray não produz contagens intermédias erradas se um dos canais (bits) for mais lento ou mais rápido a mudar de estado. Disco programado em código Gray

Encoder absoluto Vantagens dos codificadores absolutos sobre os codificadores incrementais: São tolerantes às falhas de alimentação. Na reinicialização após uma falha, o codificador fornece o dado exato correspondente à posição angular do objeto móvel, que pode ser imediatamente utilizado pelo processador. Os codificadores incrementais, por outro lado, têm que ser inicializados antes de os sinais poderem ser utilizados. São insensíveis às interferências na linha. As interferências podem modificar o código produzido por um codificador absoluto, mas esse código é autocorretivo assim que a interferência desaparece.

Encoder incremental Encoder incremental Gera um certo número de impulsos por rotação. Um impulso representa a medida da distância básica percorrida (angular ou linear). Como gera apenas uma sequência de impulsos, não consegue sozinho informar a posição, sendo necessário tratar o sinal. Utiliza-se um contador rápido do autómato para, através de cálculos, se determinar a posição.

Encoder incremental A posição deve ser calculada pelo sistema através da soma ou subtração dos impulsos recebidos pelo encoder, determinando a distância percorrida. Para facilitar esta função o encoder pode possuir saídas auxiliares: permitem ao sistema de controlo detetar se o encoder esta a girar no sentido horário ou anti-horário; indica a posição zero graus do encoder.

Encoder incremental Estas saídas auxiliares são chamadas de: Fase “A” para gerar o impulso em quadradura; Fase “B” para gerar o impulso complementar de 90º em relação ao sinal “A”. Index 0 (fase “Z”) para indicar a posição zero.

Contadores rápidos Os encoders podem gerar impulsos de elevada frequência. O encoder E6B2 – CWZ5 da Omron gera 500 impulsos por volta e pode dar 100 voltas por segundo, resultando 50 x 100 = 50 000 impulsos por segundo. Para não perder nenhum destes impulsos deve ser usado um contador rápido. Os autómatos dispõem de contadores rápidos com entradas específicas para o efeito. Para poderem efetuar contagens crescentes e decrescentes, os contadores rápidos podem funcionar em vários modos.

Contadores rápidos Contagem em modo de fase diferencial. A contagem é incrementada ou decrementada de acordo com o os sinais de fase:

Contadores rápidos Contagem em modo Impulso + Direção Este modo usa os impulsos e um sinal de direção. A contagem é incrementada ou decrementada de acordo com o estado (ON ou OFF) do sinal de direção. A contagem é incrementada quando o sinal de direção está ON e decrementado quando está OFF.

Contadores rápidos Contagem em modo Up/Down Este modo usa dois sinais, um para incrementar e outro para decrementar. A contagem é incrementada para cada flanco ascendente do impulso de incrementação e decrementada para cada flanco ascendente do impulso de decrementação.

Contadores rápidos Contagem em modo incremento Este modo usa apenas um sinal de entrada. Só pode incrementar a contagem. Só são contados os flancos ascendentes dos impulsos.

Contadores rápidos Modos de contagem Modo linear Os impulsos podem ser contados entre limites mínimo e máximo. Se a contagem de impulsos é inferior ao limite mínimo ocorrerá a situação de underflow e a contagem pára. Se a contagem de impulsos é superior ao limite máximo ocorrerá a situação de overflow e a contagem pára.

Contadores rápidos Modos de contagem Modo linear Os diagramas que se seguem mostram os valores limite mínimo e máximo para contadores no modo incremento e up/down.

Contadores rápidos Modos de contagem Modo circular Os impulsos são contados de modo recorrente dentro de limites estabelecidos: Se a contagem é incrementada para além do limite máximo automaticamente é reposta a zero e a incrementação continua. Se a contagem é decrementada para aquém do limite mínimo automaticamente é fixada no limite máximo e a decrementação continua. Em consequência underflows e overflows não ocorrem na contagem circular.

Contadores rápidos Modo circular Máxima contagem circular Restrições O valor máximo no modo de contagem circular pode ser estabelecido no Setup do autómato. Os valores possíveis vão de 0000 0001 até FFFF FFFFh Restrições Não há valores negativos em contagens circulares. Se for estabelecido o zero como máxima contagem circular, o contador funcionará com a máxima contagem FFFF FFFFh.

Contadores rápidos Métodos de Reset Reset pelo sinal da fase Z + software O valor presente (PV) do contador de alta velocidade é colocado a zero quando o sinal da fase Z (entrada de Reset) vai de OFF para ON. O CPU só reconhece o estado ON do bit de Reset do contador de alta velocidade no início do ciclo do autómato. Consequentemente, quando o bit de Reset vai a ON no diagrama de contactos, o sinal de fase Z não se torna efetivo antes do próximo ciclo do autómato.

Contadores rápidos Métodos de Reset Reset por software O valor presente (PV) do contador de alta velocidade é colocado a zero quando o correspondente bit de Reset vai de OFF a ON. O CPU só reconhece a transição de OFF para ON do contador de alta velocidade apenas no início do ciclo do autómato. O processamento do Reset é executado ao mesmo tempo. A transição OFF para ON não será reconhecida se o bit de Reset for a OFF novamente no mesmo ciclo.

Contadores rápidos Procedimentos para implementar um contador rápido no autómato CP1L da Omron. Selecionar o contador de alta velocidade 0 a 3. Selecionar o método de entrada de impulsos. o método de Reset. a gama de contagem. Selecionar o tipo de interrupção (se houver algum). Fazer a ligação das entradas. Fazer as configurações do Setup. Elaborar o Diagrama de Contactos.

Contadores rápidos Arranjo dos terminais das entradas para o autómato CP1L-M30DR-A

Contadores rápidos Área auxiliar de dados Função Número do contador de alta velocidade 1 2 3 Armazenamento do valor presente (PV) 4 Dígitos da esquerda A271 A273 A317 A319 4 Dígitos da direita A270 A272 A316 A318 Flags Overflow/Underflow ON quando a situação ocorre. Usado apenas no modo de contagem Linear A274.09 A275.09 A320.09 A321.09 Direção de contagem 0: Decrementa 1: Incrementa A274.10 A275.10 A320.10 A321.10 Bit de Reset Usado para o reset por software do PV A531.00 Bit de Gate Quando ON o PV não é alterado mesmo que o contador receba impulsos A531.08

Contadores rápidos Instruções associadas aos contadores PRV(881) Lê o valor presente da contagem Fornece indicações do estado do contador Port specifier: 0010 hex – contador 0 0011 hex – contador 1 Contro data: 0000 hex – leitura do valor presente, PV

Valores em hexadecimal Contadores rápidos Instruções associadas aos contadores Instruções de comparação = <> < <= > >= Comparam dois valores e criam uma condição de execução ON quando a comparação é verdadeira. Comportam-se como contactos e podem ser associados com outros contactos. Valores em hexadecimal

Contadores rápidos Exemplo de aplicação. Enrolar um determinado comprimento de papel. O comprimento pretendido corresponde a 400 voltas O encoder utilizado gera 500 impulsos por volta.

Contadores rápidos Resolução. Selecionar o contador de alta velocidade Será usado o contador 0. Selecionar o método de entrada de impulsos. Será usado o método da fase diferencial (fases A e B) o método de Reset. Será usada o Reset por software. a gama de contagem. Não será considerada. Selecionar o tipo de interrupção (se houver algum). Não serão usadas interrupções

Contadores rápidos Resolução. Ligações das entradas

Contadores rápidos Resolução. Fazer as configurações do Setup. Em PLC Settings, separador Built-in Input Item configuração Use high speed counter 0 to 3 Counting mode Linear mode Circular Max. Count  Reset method Software reset Input Setting Differential phase input

Contadores rápidos Resolução. Elaborar o Diagrama de Contactos. Reset do contador 0003 0D40 (Hex) = 200 000 impulsos