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Curso de Formação Profissional Técnico em

Eletroeletrônica – Módulo III

Senai Arcos-MG

CFP Eliezer Vitorino Costa

Raphael Roberto Ribeiro Silva

Técnico em eletroeletrônica pelo INPA – Arcos

Estudante de Engenharia Elétrica do IFMG - Formiga

Automação

A automação consiste em um conjunto de

tecnologias que podem ser aplicadas dentro de um

processo, afim de diminuir custos e aumentar a

velocidade da produção, ou seja, potencializa

determinado aspecto da cadeia produtiva.

Perspectiva histórica da automação

O que levou a criação do CLP?

• Facilidade de programação e reprogramação;

• Possibilidade de manutenção e reparos;

• Confiabilidade;

• Redução do tamanho;

• Ser competitivo em custo;

• Possibilitar a expansão sem grandes alterações;

• Memoria programável;

• Estações de operação com interface mais amigável;

• Possibilidade da integração dos dados de processo do

CLP em bancos de dados gerenciais.

Definição de CLP

O CLP¹ (Controlador Lógico Programável) é um

equipamento composto de componentes eletrônicos e

memória programável ou não-programável que contém

dados e programas com a finalidade de ler e executar

instruções, interagindo com um sistema que se deve ser

controlado por dispositivos de input (entrada) e output

(saída) do tipo digital ou analógico. (Norma IEC 61131-

Marca registrada da Rockwell Automation no Brasil¹

O CLP e seus periféricos são projetados de forma a

serem integrados compondo um sistema de controle

industrial.

Assim como os computadores, possuem memória

programável para armazenamento e execução de

instruções de um programa de modo sequencial

conforme a necessidade do processo produtivo.

Para que o CLP controle algo, necessita de

informações do comportamento do processo. Para obter

essas informações ele depende de sensores, botões, fim

de curso, entre outros.

Os atuadores são os elementos que podem ser

diretamente controlados pelo CLP ou podem ainda ser

controlados indiretamente, através de contatores e

válvulas.

Utilização do CLP em relação a outros sistemas

Vantagens Desvantagens

• Flexibilidade;• Fácil gestão das falhas;• Grande números de

contatos;• Observação do

funcionamento;• Velocidade de operação;• Facilidade de programação.

• Custo mais elevado;• Uso de algum tipo de

programação;• Sensibilidade a interferência

e ruídos elétricos;• Necessidade de maior

qualificação da equipe de manutenção.

Sistema de Controle

Embora existam tamanhos e complexidades

diferentes, todos os sistemas de controle podem ser

divididos em três partes com funções bem distintas:

Arquitetura Básica do CLP

Os principais blocos que compõe um CLP são:

Exemplo de PLC disponível no mercado

CLP Compacto:

CLP compacto Zelio Logic da Schneider Electric

CPU: Compreende os elementos que formam a

‘inteligência’ do sistema: o Processador e o Sistema de

Memória, além dos circuitos auxiliares de controle. Sua

função é coletar os dados recebidos pelas entradas do

controlador, executar o processamento dessas informações

de acordo com o programa do usuário , definindo uma

resposta para os pontos de saída.

Módulo de entrada: São circuitos utilizados para adequar

eletricamente os sinais de entrada para que possa ser

processado pela CPU ( ou microprocessador ) do CLP.

Eles são divididos em dois: analógicos e digitais.

• Módulo de Entrada Digital: Recebe sinais

conhecidos como ON/OFF. Ligado/desligado ou

níveis lógicos 1/0. Entre os dispositivos de entrada

estão os botões, sensores, pressostato, entre

outros.

• Módulo de Entrada Analógico: Recebe um sinal

de entrada variável normalmente entre 0 a 10 V ou

4 a 20 mA, proveniente de sensores que fornecem

valores analógicos (termopar, ultrassônico, etc).

Módulo de saída: São circuitos utilizados para adequar

eletricamente os sinais vindos da CPU do PLC, para que

possa atuar nos circuitos controlados. Assim como o de

entrada ele também possui saídas digitais e analógicas.

• Módulo de saída digital: fornece sinais digitais do

tipo ON/OFF, ligado/desligado ou 1/0. Essas saídas

são utilizadas para a ligação de lâmpadas,

contatores, válvulas solenoides, entre outros.

• Módulo de saída analógica: É usado, por

exemplo, para movimentar, proporcionalmente a

abertura de uma válvula de controle de vazão,

fornecendo um sinal que varia normalmente de 0 a

10 V ou de 4 a 20 mA. O sinal é enviado para a

válvula controlando sua abertura, variando assim a

vazão.

Fonte: responsável pela tensão de alimentação fornecida à

CPU e aos Circuitos/Módulos de I/O. Em alguns casos,

proporciona saída auxiliar (baixa corrente). Recebe tensão

alternada e fornece tensão continua estabilizada para

alimentar o CLP. Além disso, as fontes proporcionam

proteção contra curto-circuito e contra interferência

eletromagnética.

Modo de operação

Tipos de CLP

Os PLCs são classificados da seguinte forma:

• Nano e Micro: máximo 16 entradas e saídas

(somente digitais), baixo custo e reduzida

capacidade de memoria;

• Médio Porte: ate 256 entradas e saídas (analógicas

e digitais), formado por um modulo básico, que pode

ser expandido, capacidade de memoria de ate 2048

passos;

• Grande Porte: Construção modular, possui uma

CPU principal, auxiliares e dedicadas, permite ate

4096 entradas e saídas, permite acima de 2048

passos de memoria.

Programação do CLP

A norma de referência para a programação do PLC é

a IEC 61131-3, que resume todas as modalidades de

programação do PLC. De todas a Linguagens de

Programação, pode-se fazer uma primeira

macrodistinção em duas grandes categoriais:

Linguagem de Programação

IEC 61131-3

Linguagem Gráfica

Diagrama Ladder

Diagrama de Blocos

Linguagem Textual

Lista de Instruções

Texto Estruturado

Linguagem LADDER

Foi a primeira linguagem desenvolvida para CLP;

É a mais utilizada, estando presente em todos os

CLPs dos mais diferentes fabricantes; Linguagem

gráfica baseada em símbolos elétricos.

Diagrama de Blocos Funcionais - FDB

Modela o sistema em termos do fluxo de sinais entre

elementos de processamento; Os blocos avaliam todas as

variáveis internas e de saída a cada ciclo; Na maioria dos

fabricantes apenas os parâmetros de entrada e saída de um

bloco podem ser acessados externamente.

Lista de Instruções - STL

Linguagem orientada de baixo nível; É a mais

apropriada para programadores experientes; Em alguns

casos, resolve problemas de forma mais fácil que as

outras linguagens de programação.

Texto Estruturado - ST

Linguagem orientada de alto nível (Pascal) utilizada

na programação; Programa de algoritmos complexos;

Programação de funções matemáticas; Otimização de

processos; Normalmente é utilizada para criação de

blocos.

Memória

Memória RAM (Randon Acess Memory): A memória

RAM pode ser escrita e lida em qualquer momento no

microprocessador. Armazena o programa de

aplicação, variáveis de programa, status do sistema,

entre outros.

Memória ROM ( Read Only Memory): Esta é escrita

de modo definitivo pelo construtor que a introduz na

máquina, e disponibiliza para tarefas específicas,

podendo ser apenas lida pelo microprocessador.

Memória EPROM (Erasable Programmable Read

Only Memory): Significa literalmente memória só de

leituram podendo ser cancelada e reprogramada. É

utilizada para backup do programa de aplicação.

Partes das Memória

• Memória Executiva;

• Memória de Sistema;

• Memória de estado das entradas e saídas ou

memória imagem;

• Memória de dados;

• Memória de usuário;

Memória Executiva

Memória ROM e PROM

Responsável pela memória do sistema operacional

do CLP, ou seja, o usuário não opera nela.

Memória do Sistema

Memória RAM.

Resultados e operações intermediarias do sistema,

espécie de rascunho, o usuário não altera nenhum dado.

Memória de Imagem ou Status

Responsável por armazenar os estados de todas as

entradas e saídas.

• O processador após ler os estados de entrada, os

armazena na imagem de entrada;

• Após executar o programa armazena o estado das

saídas na imagem de saída.

Memória de Dados

Armazenam valores de entrada e resultados do

processamento;

• Valores de temporização;

• Valores atuais de temporização;

• Valores limites de contagens;

• Valores atuais de contagens;

• Valores de funções aritméticas.

Memória do Usuário

Tipo RAM; RAM/EPROM; RAM/EEPROM

Nesse tipo de memoria o usuário desenvolve e testa

em RAM e depois passa para EPROM ou o usuário

desenvolve e testa em RAM e depois passa para

EEPROM.

CFP “Eliezer Vitorino Costa”

Operação Básica

A CPU executa a leitura dos status (condições, estados)

dos dispositivos de entrada por meio dos Módulos I/O. Esses

status são armazenados na memória RAM para serem

processados pelo Programa de Aplicação. Após a execução do

Programa de Aplicação, o processador atualiza os status dos

dispositivos de saída por meio dos Circuitos I/O, realizando a

lógica de controle.

Operação Básica do PLC

A programação do PLC é feita por meio de uma

Ferramenta de Programação que pode ser um Programador

Manual ou um PC com software de programação específico.

A linguagem Ladder, muito popular entre os usuários dos

antigos sistemas de controle a relés, é a mais utilizada.

Ciclo de Scan

A CPU do PLC faz todas as suas operações conforme

uma ordem sequencial à qual se dá o nome de Ciclo de Scan,

esquematizado abaixo.

Leitura da entrada física, cópia do estado

da entrada no registro, tabela imagem.

Elaboração das informações segundo o

programa contido na memória

Elaboração de um pedido de comunicação

Execução de autoteste.

Envio das informações para as saídas

Estruturas de Execução

Formas de Processamento:

• CÍCLICO;

• POR INTERUPÇÃO;

• POR TEMPO;

• POR EVENTO.

Cíclico

• INSTRUÇÕES LIDAS EM SEQÜÊNCIA DO INÍCIO AOFIM DO DO PROGRAMA;

• VOLTA-SE AO INÍCIO DO PROGRAMA;

• ESSE CICLO É CHAMADO CICLO DE VARREDURA ESUA DURAÇÃO, TEMPO DE VARREDURA;

• O TEMPO DE VARREDURA DEPENDE DO NÚMERO DEINSTRUÇÕES;

• A VELOCIDADE É EM MÉDIA DE 100 INSTRUÇÕESPOR MILISEGUNDO.

Interrupção

• SE UMA OCORRÊNCIA DO PROCESSO CONTROLADONÃO PUDER ESPERAR O FIM DO CICLO ENTÃO DEVEHAVER UMA INTERRUPÇÃO PARA A EXECUÇÃO DOPROGRAMA DESSA OCORRÊNCA;

• APÓS A INTERRUPÇÃO O PROGRAMA NORMAL VOLTAA SER EXECUTADO DO PONTO ONDE HASVIAPARADO;

Interrupção

CICLO NORMAL CICLO DE INTERRUPÇÃO

PONTO DE INTERRUPÇÃO

• ALGUNS PROGRAMAS DEVEM ACONTECER A CADACICLO DE TEMPO, INDEPENDENTE DO CICLONORMAL DO PROGRAMA;

• É UMA INTERRUPÇÃO SÓ QUE NÃO DEPENDE DENENHUM ACONTECIMENTO E SIM APENAS DAPASSAGEM DO TEMPO.

Evento

• SÃO INTERRUPÇÕES POR ACONTECIMENTOSESPECÍFICOS:

RETORNO DE ENERGIA;

FALHA DE BATERIA;

ULTRAPASSAGEM DO TEMPO DE SUPERVISÃO

WATCH DOG TIME

Linguagem de programação é uma forma de

comunicação entre computadores e humanos por meio

de conjuntos padronizados de instruções.

Para a identificação de entradas e saídas e um CLP,

identificamos a mesma com as letras “I” e ”Q”,

respectivamente, e que, quando utilizadas, armazenam

seus dados em áreas especificas de memória.

O CLP também disponibiliza áreas de memória para

a realização de logicas de programação que não estão

associadas a nenhuma entrada ou saída física do CLP,

essas áreas normalmente são identificadas como

memoria interna e representada pela letra “M”.

Em conjunto com as letras “I”, ”Q” e ”M” são

utilizados dígitos que representam o numero da entrada

ou da saída que também esta alocada em áreas de

memoria dentro do CLP. Quando houver necessidade de

usar mais que um bit de memoria, devemos informar o

tamanho da área requerida por meio de letras que

indicam o tipo de dado utilizado.

O quadro a seguir demonstra como é identificado o

acesso a área de memoria e alguns tipos de dados

disponíveis no CLP.

A norma IEC define o caractere “%” para ser

utilizado antes da identificação do acesso a área de

memoria. Veja alguns exemplos:

• Entrada: %IX0.0 – acesso ao bit 0 do byte 0.

• Entrada: %IW0 – acesso a Word 0.

• Saída: %QB4 – acesso ao byte 2.

• Memória: %MD0 – acesso ao Double Word 100.

A figura abaixo demonstra o tamanho da ocupação

na memória de cada tipo de dado:

Norma IEC 61131-3

A Norma Regulamentadora IEC 61131-3 se refere

basicamente a execução de programa, a estrutura de

software e as linguagens de programação para CP’s.

Entre os benefícios da norma podemos citar:

• Modularização: torna possível decompor um

programa simples ou complexo em partes menores,

possibilitando maior entendimento e controle sobre

• Estruturação: possibilita elaborar um programa de

forma hierárquica, ou seja, em níveis, o que também

proporciona a reutilização de blocos funcionais;

Norma IEC 61131-3

• Tarefas (tasks): controla a execução de programas

ou blocos funcionais de forma periódica ou mesmo

por eventos. A criação de tarefas é necessária em

programas mais complexos, e , principalmente, em

situações de emergência. Por exemplo, no caso de

defeito em um equipamento e necessidade de sua

parada imediata, o sistema interrompe o ciclo normal

de processamento e atende prioritariamente a linha

de programa especifica para essa emergência. Para

cada tarefa é possível determinar uma série de

programas que serão iniciados por ela, atribuindo um

período de execução e uma prioridade especifica.

Linguagem Ladder

Linguagem Ladder é considerada a primeira

linguagem de programação feita para os CLP’s. Foi

criada com o intuito de se aproximar o máximo possível

dos diagramas de comandos elétricos, para facilitar a

aceitação e o entendimento por parte de engenheiros e

de técnicos na indústria. Essa ideia funcionou tanto que

essa linguagem é uma das mais populares e mais

utilizadas nos dias atuais.

Linguagem Ladder

As vantagens da linguagem Ladder são:

• Facilidade de identificação de defeitos;

• Rápido entendimento pela equipe técnica;

• Simbologia padronizada de fácil compreensão.

As desvantagens são:

• Difícil entendimento em programas extensos;

• Elaboração mais lenta do programa;

• Dificuldade de aprendizado por programadores de

linguagem textuais.

Linguagem Ladder Simbologia

Contato NA

Contato NF

Bobina

Bobina Inversa

Bobina Rearme

Bobina de Desarme

Contato Sensível a Borda de Subida

Contato Sensível a Borda de Descida

Porta AND

Porta OR

Temporizador na Energização

Temporizador na Desenergização

Temporizador Retentivo

Rearme Temporizador Retentivo

Contador Crescente

Contador Decrescente

Rearme Contador

Movimentação

Apagamento

Igualdade

Desigualdade

Maior que

Menor que

Subtração

Multiplicação

Divisão

Execução de Leitura

Para elaboração do programa Ladder, é conveniente

saber como ocorre a execução de leitura do processador

nas linhas de programa.

Inicialmente, o processador executa a leitura das

entradas e as armazena na tabela “imagem de

entradas”. Depois de fazer isso, examina a primeira linha

de instrução de programa da esquerda para a direita e

de cima para baixo, na forma conhecida como degraus.

Assim, cada endereço é analisado, resolvendo a logica

programada e armazenando o resultado na tabela

“imagem de saída”. Em seguida, o processador vai para

a próxima linha e executa a mesma analise em forma

sequencial.

Execução de Leitura

Instrução SET-RESET

A instrução Set-Reset possui uma bobina chamada

de “Set” e outra de “Reset”. Quando a bobina “Set”

recebe apenas um pulso, ela é ligada e se mantem

dessa forma ate que a bobina “Reset” receba também

um pulso.

Instrução SET-RESET

Instrução de Temporização

O CLP possui instruções de temporização com a

mesma função dos relés de tempo, mas com a vantagem

de não precisarmos deles fisicamente. Além disso,

temos uma grande variedade de temporizadores

disponíveis na biblioteca do CLP.

Basicamente, a norma IEC define três instruções de

temporização. São elas:

a) TON (Timer On Delay): retardo para ligar;

b) TOF (Timer Off Delay): retardo para desligar;

c) TP (Pulse Timer): temporizador de pulso.

Instrução de Temporização

O símbolo genérico da instrução de temporização é

representado na figura a seguir:

Instrução de Temporização TON

Temporizador com Retardo na Energização

Este tipo de temporizador é o mais comum tanto em

comandos elétricos como em formas de instrução

utilizadas no CLP. Exemplo: Em uma aplicação onde o

motor é ligado após quatro segundos da atuação de um

determinado sensor, teríamos o seguinte programa:

Instrução de Temporização TON

O seu funcionamento se dá da seguinte forma:

Instrução de Temporização TOF

Temporizador com Retardo na Desenergização

Nesse tipo de instrução, a temporização ocorre no

instante em que sua entrada (IN) é desenergizada.

Exemplo: um determinado sistema necessita que um

motor seja desligado depois de três segundos que um

sensor for desligado. O programa ficaria assim:

Instrução de Temporização TOF

O seu funcionamento seria da seguinte forma:

Instrução de Temporização TP

Temporizador de Pulso

Esse tipo de temporizador inicia a contagem do

tempo quando um pulso é inserido na sua entrada IN,

diferentemente do temporizador TON, que necessita

manter o sinal na entrada IN para ocorrer a

temporização. Exemplo: Uma maquina deve ligar o seu

motor quando um operador pressionar um botão com um

pulso. Após cinco segundos, esse motor deve ser

desligado automaticamente. O programa ficaria assim:

Instrução de Temporização TP

O seu funcionamento ficaria assim:

Instruções Básicas Ladder Clic 02

Instrução de Contagem

O CLP possui instruções de contagem virtuais, as

quais matem a mesma vantagem do temporizador, isto

é, não requerer um contador fisicamente presente.

Basicamente a norma IEC define duas instruções de

contagem. São elas:

a) CTU (Count Up): contador crescente;

b) CTD (Count Down): Contador decrescente.

Alguns CLP’s disponibilizam uma combinação

desses dois tipos de instrução, o qual recebe o nome de

CTDU (Count Up & Down).

Instrução de Contagem CTU

Esse tipo de contador é útil quando desejamos

incrementar a contagem de um determinado evento e

acionar uma saída após atingir esse numero.

Instrução de Contagem CTU

Exemplo: Uma determinada aplicação necessita que um

alarme seja ligado após quatro acionamentos do sensor

“S1”. Nesse caso, a programação ficará assim:

Instrução de Contagem CTD

Esse tipo de instrução realiza a contagem de

eventos ocorridos em sua entrada de modo decrescente,

ate atingir o valor zero, momento em que a saída é

desligada.

Exemplo: Um determinado sistema necessita que um

motor seja ligado quando ocorrer a passagem de três

peças no sensor “S1” e que esteja habilitada a contagem

por meio da variável “CarregaValor”. Nesse caso, o

programa ficaria assim:

Observe que o valor de contagem é carregado

somente após ter sido dado o primeiro pulso em

“CarregaValor”, e que o decremento da contagem é

executado após cada pulso em “S1”, ate ser ligada a

saída “Motor”. Enquanto “LD (CarregaValor)” estiver em

nível 1, a contagem não é iniciada.

Funções de Comparação

O CLP possui diversas instruções que comparam

dois valores. Se a condição considerada verdadeira for

atendida, uma resposta booliana em nível 1 é sinalizada,

o que torna possível a tomada de decisões com base

nesse principio. As funções de comparação definidas

pela norma IEC 61131-3 são:

a) EQ (Equal): igual a;

b) NE (not equal): diferente de;

c) GT (greater than): maior que;

d) LT (less than): menor que;

e) GE (greater equal): maior ou igual a;

f) LE (less than equal): menor ou igual a.

Exemplo com a função menor ou igual a: A resistência

de um sistema de aquecimento deve ser ligada quando a

temperatura ambiente for menor ou igual a temperatura

de referencia ajustada pelo operador.

Observe que as temperaturas são valores analógicos, e

que a saída do bloco vai para o nível 1, ligando a

resistência, sempre que a temperatura ambiente for

menor ou igual a 20ºC.

Funções Aritméticas e Movimentação

de Dados

Note que, com a versatilidade do CLP, podemos

também realizar funções aritméticas. As funções

aritméticas básicas definidas pela norma IEC 61131-3

a) ADD (Addition): Adição;

b) SUB (Subtraction): Subtração;

c) MUL (Multiplication): Multiplicação;

d) DIV (Division): Divisão;

e) MOD (Remainder (modulo)): Módulo.

de Dados

Exemplo da função adição: Em um sistema de mistura

composto de areia e cimento, é necessário saber o peso

total após o termino da operação. Nesse caso, o

programa ficaria da seguinte forma:

Quando o contato “FimMistura” estiver fechado, a

entrada “EN” estará em nível 1, a instrução ADD será

habilitada e ocorrera a soma do valor da variável

“PesoAreia” com o da variável “PesoCimento”. O

resultado sera armazenado em “PesoTotal”.

de Dados

Outra função que pode ser considerada aritmética,

mas que tem uma particularidade é a MOV (Move).

A função Move movimenta apenas um dado de uma

variável para outra. Inicialmente isso parece não ter

muito sentido, porem essa função é útil quando

desejamos, por exemplo, armazenar um valor em uma

variável temporária.

de Dados

Exemplo: Quando um motor é acionado, o valor da

temperatura medida na sua carcaça deve ser

armazenado em uma variável, para compara posterior.

Nesse caso ficaria assim:

Funções de Operações com Bits

O CLP pode executar também funções de

deslocamento ou rotação com bits dentro do byte ou da

word, o que permite, por exemplo, alternar o

acionamento das saídas. As funções são:

• SHL (Shift to the left): deslocar bits para a esquerda,

preencher com zeros a direita;

• SHR (Shift to the right): deslocar bits para a direita,

preencher com zeros a direita;

• ROR (Rotate to the right): deslocar bits para a

direita, na forma de um circulo;

• ROL (Rotate to the left): deslocar bits para a

esquerda, na forma de um circulo.

Como um exemplo, vamos entender como é feita a

movimentação de bits. Nesse caso, usaremos a

instrução SHR com apenas quatro bits e deslocamento

de um bit por vez, com base no esquema a seguir:

Observe que da posição “Inicio” para o primeiro

deslocamento todos os bits foram movidos para a direita

e houve o preenchimento da primeira posição do bit com

“0”.

A programação dessa sequencia seria feita da

seguinte forma:

Exercício

1 – Elabore um programa referente a partida direta de

um motor com reversão.

2 – Elabore um programa referente a partida estrela-

triangulo de um motor.

Exercício

1 – Elabore um programa referente a partida direta de

um motor com reversão.

Exercício

2 – Elabore um programa referente a partida estrela-

triangulo de um motor.

Linguagem

Referências Bibliográficas

Allen-Bradley SLC 500™ - Manual de instalação e

operação.

SILVEIRA, Paulo R. da, SANTOS, Winderson E.

Automação e Controle Discreto - Editora Érica, São

Paulo, 1998.

FRANCHI, Claiton Moro; CAMARGO, Valter Luís Arlindo

de. Controladores Lógicos Programáveis - Sistemas

Discretos - 1. ed. - São Paulo: Érica, 2008.

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