Comunicação por Trem de Pulsos entre CLP’s e Disjuntores Eletrônicos Wago

INTRODUÇÃO

Neste documento iremos apresentar algumas formas de programação em linguagem LADDER para realizar interações remotas com os disjuntores eletrônicos WAGO 787-166x, tais como: obter os status dos canais, comandar o rearme de canais em estado de trip, ligar e desligar as saídas dos canais, entre outras, utilizando diferentes tipos de CLP.

Para um melhor entendimento, utilize este documento em conjunto com o Manual de Instruções do equipamento.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

Nos disjuntores eletrônicos WAGO, temos a opção de enviar bits de informação através da entrada “S1” e de receber informações através da saída “S2”. Ambas as portas operam com tensão 24Vcc, com referencial no 0V da alimentação do equipamento e devem ser conectadas, respectivamente, a uma saída digital e a uma entrada digital do CLP. Já a saída “S3”, que também opera em 24V, pode ser usada para uma sinalização simples, identificando se um ou mais canais de saída entrar em modo trip.

COMUNICAÇÃO UTILIZANDO BIBLIOTECAS PRONTAS

Para uso em conjunto com os controladores WAGO, a forma mais prática de realizar a comunicação é através dos blocos fornecidos na biblioteca Wago_App_Fuse. Basta adicionar essa biblioteca ao projeto no Codesys ou no e!Cockpit para ter acesso aos blocos de programação, que podem ser no formato básico (somente comandos e status) ou completo (medições de tensão e corrente):

Na biblioteca, há funções para comunicação com disjuntores que já possuem módulo de comunicação IO-Link e também para trem de pulsos no formato Manchester Code via portas “S1” e “S2”, que é a opção que trataremos aqui.

Os blocos se apresentam da seguinte forma:

Os comandos para ligar e desligar as saídas são independentes por canal, bem como a leitura de status dos canais e a informação de corrente em cada canal. Já a função de rearme dos canais que estiverem em trip é única para todos os canais, sem possibilidade de individualização.

Nota-se que para informação de status de cada canal, os blocos não diferenciam o estado “desabilitado” do estado de “trip”, embora seja possível fazer essa diferenciação no trem de pulsos.

Ao utilizar esses blocos, é recomendável que sua execução seja feita em uma task separada dentro do projeto, com configuração do tipo cíclica e intervalo próximo a 50ms. Isso decorre do fato de que os blocos não fazem controle de largura dos pulsos; apenas a sequência lógica dos mesmos e, conforme consta nos manuais, o período de cada pulso precisa ser de 70ms a 200ms para que o disjuntor eletrônico responda corretamente à comunicação.

Eventualmente, a biblioteca Wago_App_Fuse pode ser utilizada com controladores de outros fabricantes que também utilizem plataforma de programação baseada em Codesys (ex.: Schneider), desde que a importação da biblioteca seja permitida pela plataforma. Há ainda alguns add-ons desenvolvidos pela WAGO para permitir a comunicação dos disjuntores eletrônicos com controladores Siemens (S7-300, S7-1500) e Rockwell. Consulte a equipe de engenharia da Safety Control ou o suporte técnico da WAGO para mais informações

COMUNICAÇÃO UTILIZANDO CÓDIGO ABERTO

Outra forma de comunicar os disjuntores eletrônicos com os controladores já mencionados e principalmente com outros que não possuem add-on (ex.: Siemens S7-1200) ou que não utilizam plataforma Codesys, é manipular os pulsos diretamente na entrada e na saída digital do CLP conforme o padrão Manchester Code, que é baseado na norma IEEE 802.3. Os modelos de 2, 4 e 8 canais utilizam a mesma estrutura de código, devendo-se apenas ignorar os canais que não façam parte da configuração do hardware.

O formato da comunicação segue a descrição encontrada nos manuais da série 787-166x, com uma sequência de 17 bits (somente comandos e status) ou 89 bits (inclui leituras de tensão e corrente):

Como se pode observar, o código Manchester executa os bits em duas partes, com uma sequência alto-baixo para o valor 0 e uma sequência baixo-alto para o valor 1. À medida que os bits são enviados pela porta S1, o disjuntor responde com os sinais na porta S2 conforme a descrição do gráfico. Caso a operação seja apenas de leitura dos status, basta enviar uma sequência de 17 zeros para o disjuntor. Os comandos são dispostos da seguinte forma:

Bit 1 – start bit, sempre com valor 0;

Bits 2 a 9 – do canal 8 para o canal 1: valor 1 para ativar e 0 para desativar;

Bit 10 – deve ser 1 para que os bits 2 a 9 tenham efeito;

Bit 11 – valor 0 para comunicação de 17 bits, valor 1 para comunicação de 89 bits;

Bit 12 – valor 0 para leitura de corrente nos canais, valor 1 para informação do ajuste de corrente máxima nos canais (posição da chave seletora física) – sem efeito na comunicação de 17 bits;

Bits 13 a 17, ou 13 a 89 (conforme selecionado no bit 11) – sequência de zeros, para geração de clock da resposta na porta S2.

O comando para rearme dos canais em trip é executado com um pulso simples de 500ms na porta S1, não dependendo de protocolo.

É importante notar que, ao ativar o bit 10, sempre haverá ativação ou desativação de todos os canais, conforme valores dos bits 2 a 9. 

CÓDIGO EXEMPLO

Como fonte de referência, implementamos um código com as funções básicas de comunicação dos disjuntores eletrônicos WAGO: leitura de status dos canais, comando de rearme e ativação/desativação remotos. A comunicação não anula a operação local no painel do equipamento.

Neste exemplo foi utilizada a plataforma Codesys 3.5, porém com funções básicas que estão presentes em praticamente qualquer modelo de CLP. Logo, é possível replicar o programa em qualquer outro controlador desde que este possua, minimamente, as funções da tabela abaixo:

Aqui demonstramos apenas o protocolo curto, com 17 bits. No entanto, este programa pode ser estendido para realizar também as leituras de tensão e corrente. Para isso basta ampliar a contagem de 17 para 89 (network 3) e, seguindo o modelo da 4ª e 5ª etapas, continuar a sequência de leitura dos bits 18 até 89, separando-os em blocos de 8 e concatenando os valores para formação das medições de tensão e corrente. Como se trata de operações um pouco mais complexas, a possibilidade e a forma de programação irão depender das funções e tipos de variável disponíveis em cada modelo de CLP.

1ª etapa: geração dos pulsos de clock, com 50ms para cada metade do bit (período de 100ms); após a contagem dos 17 bits é dado um intervalo de 500ms e então a contagem é reiniciada:

2ª etapa: configuração dos bits que podem ter valor 0 ou 1 na transmissão, acompanhando as respectivas variáveis; todos os bits que não possuem essa configuração são transmitidos sempre com valor 0:

No caso do bit 10, é adicionado um tempo limite a fim de que a comunicação não se sobreponha involuntariamente à operação local do disjuntor.

3ª etapa: execução dos bits na porta S1, com valor 1 ou 0 de acordo com a configuração:

 

O pulso de rearme se sobrepõe aos bits de comunicação, por isso na 1ª etapa esse mesmo pulso interrompe e reinicia a sequência de transmissão.

4ª etapa: leitura dos bits 2 a 9 na porta S2 para identificar se os canais estão ativos ou inativos e armazenamento nas respectivas variáveis:

5ª etapa: leitura dos bits 10 a 17 na porta S2 para identificar se os canais estão em trip e armazenamento nas respectivas variáveis:

CONCLUSÃO:

Embora seja muito mais fácil realizar a comunicação com os disjuntores eletrônicos utilizando os blocos pré-desenvolvidos, vimos que é perfeitamente possível implementar o formato Manchester Code em um programa LADDER, desde que o CLP possua as funções básicas necessárias e quantidade de memória suficiente.

Uma limitação a ser considerada é a velocidade da comunicação, pois cada ciclo de leitura/escrita pode levar até 3,5 segundos no formato básico e até 18 segundos no formato completo sendo, porém, suficiente para a maioria das aplicações.

O uso do disjuntor eletrônico em circuitos 24V, por si só, já traz benefícios em matéria de confiabilidade e segurança nos processos industriais. Ao adicionar a capacidade de comunicação com o CLP exigindo apenas uma entrada e uma saída digitais, podemos, de forma muito econômica, melhorar o gerenciamento das cargas elétricas, com maior capacidade de supervisão e reação assertiva a eventos de falha e sobrecargas.