Um Controlador Lógico Programável, conhecido também por suas siglas CLP (Programmable Logic Controller), é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle, de diversos tipos e níveis de complexidade. Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas pela capacidade de processamento de um determinado numero de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S).

Barramento de entrada e saída de CLP

O Barramento de Entrada e Saída (I/O) é um conjunto de circuitos e linhas de comunicação que se ligam ao resto do PC com a finalidade de possibilitar a expansão de periféricos e a instalação de novas placas no PC.

Através deste barramento o processador faz a comunicação com o seu exterior. Nele trafegam os dados lidos da memória, escritos na memória, enviados para interfaces e recebidos de interfaces computacionais.

Estrutura de I/O

Sensores/Encoders

Utilizado em automação industrial para fornecer informações a um PLC, os sensores enviam sinais necessários sobre as posições, níveis e outros. Detectam sólidos e líquidos, tais como metais, vidro, madeira, plástico, etc.  

O Sistema de Input/Output

O sistema input/output (I/O) é a seção de um PLC para o qual todos os dispositivos estão conectados. Se a CPU pode ser considerado como o cérebro de um PLC, então o sistema de I/O pode ser considerado de como os braços e as pernas. O sistema de I/O é o que real e fisicamente leva a cabo os comandos de controle do programa armazenado na memória do PLC. O sistema de I/O consiste em duas partes principais:

- A prateleira

- E os módulos de I/O

A prateleira é um documento anexo com aberturas onde isso é conectado ao CPU. Módulos de I/O são dispositivos com terminais de conexão para os quais os dispositivos internos são telegrafados. Junto a prateleira e os módulos de I/O formam a interface entre os dispositivos de campo e o PLC. Quando montado corretamente, cada módulo de I/O são ambos telegrafados a seus dispositivos de campo correspondentes e instalados em uma abertura na prateleira. Isto cria a conexão física entre o equipamento de campo e o PLC. Em alguns PLCs pequenos, a prateleira e os módulos de I/O são pre-empacotados como uma única unidade.Um pouco mais sobre "output/Input"

Todos os dispositivos de campo conectados a um PLC podem ser classificados em um de duas categorias:

- Entrada.- Saída.

De entrada são os dispositivos que provêem um sinal/dados a um PLC. Exemplos típicos de entradas são botões de apertar, interruptores, etc.Basicamente, um dispositivo de entrada diz ao PLC, "Hei, algo está acontecendo fora daqui… você precisa conferir isto, veja como afeta o programa de controle".

De saídas são os dispositivos que esperam um sinal/dados do PLC para executar as funções de controle deles. Luzes, sinalizadores, motores, e válvulas são todos bons exemplos de dispositivos de saída. Estes dispositivos até então só estavam prestando atenção ao próprio funcionamento deles, até que o PLC diz, "Você precisa virar agora" ou "Seria melhor abrir um pouco mais sua válvula", etc.

Há dois tipos básicos de dispositivos de entrada e de saída:

- Discretos

- Analógico

Dispositivos discretos são entradas e saídas de dados que têm apenas dois estados: de tempo em tempo. Como resultado, eles enviam e recebem sinais simples para/de um PLC. Estes sinais consistem em só Uns ou Zeros. Os "uns" solicitam ligar algum dispositivo é os "zeros" mandam desligar os dispositivos.

Dispositivos analógicos são entradas e saídas que podem ter um número infinito de estados. Estes dispositivos não só podem ser de tempo em tempo, mas eles também podem identificar algo para diminuir de intensidade ou aumentar, etc.Este envia/recebe de dispositivos complexos sinaliza para/de um PLC. As comunicações deles consistem em uma variedade de sinais, não apenas "uns ou zeros". Porque dispositivos de entradas e de saídas enviam tipos diferentes de sinais, eles às vezes têm tempo escasso para se comunicar com o PLC. Mesmo os PLCs sendo dispositivos poderosos, eles as vezes não podem falar o " idioma " de todos dispositivos conectados a eles. Isso é o motivo porque os módulos de I/O, o qual falamos precisam estar ativos mais cedo. Os módulos agem como " tradutores " entre os dispositivos de campo e o PLC. Eles asseguram que o PLC e os dispositivos de campo adquiram as informações das que eles precisam em um idioma que eles podem entender.Modos de execuçãoOs CLP’s podem executar um programa que está em sua memória e não aceitar outroprograma ou alterações do programa em execução enquanto não se alterar o seuestado para o modo de programação.Esta forma de programação chama-se OFF- LINE. Quando o CLP aceita um novoprograma ou alterações no programa em execução, com o processo de varredura emandamento damos o nome de programação ON-LINE.É importante salientar que quando se programa ON-LINE, qualquer alteração ocorreráde forma imediata, sendo necessário ter absoluta certeza dos resultados das alterações que estão sendo implementadas.

Os processadores recebem informação dos módulos de entrada e enviam para os módulos de saída. Os módulos de entrada recebem informação dos instrumentos de entrada, que estão no processo (também chamado de campo), enquanto os módulos de saída se comunicam com os atuadores do campo. Barramentos computacionais ou elétricos (busbar). Os barramentos também conectam os controladores distribuídos com um centro de controle, que finalmente é conectado a uma interface homem-máquina (IHM), que permite visualizar as dados e informações do processo, em tempo real. Também é comum a

existência de estações de operação local, distribuídas pela planta, caso haja uma falha na central de controle, essas estações assumem suas funcionalidades e caso uma dessas estações falhe, outras assumem as funcionalidades desta, isto provê um grau maior de redundância e confiabilidade.

Os elementos do SDCD pode estar conectado diretamente com equipamento físico, como interruptores, bombas e válvulas, ou pode trabalhar através de um sistema intermediário, como por exemplo o sistema SCADA.

Ao contrário do que se pode pensar a interface de entrada e saída não é só o conector físico e sim também o responsável pela comunicação lógica entre o barramento e o dispositivo. Essa função de conexão foi basicamente desenvolvida para que seja possível a comunicação entre vários dispositivos, fazendo com que a velocidade do barramento seja mais bem aproveitada e ainda tanto os periféricos quanto os elementos essenciais tenham programação/produção mais voltada ao seu desempenho, deixando a interconexão com as interfaces de entrada e saída.

Controlador monitora continuamente o estado dos dispositivos conectados às entradas, e baseando-se no programa de aplicação, controla os dispositivos conectados às saídas. Estes dispositivos de entrada e saída podem ser de diversos tipos, com mais variadas faixas e corrente, incluindo entre outros

Chaves de nível, seletoras ou pressostatos Botões de comando Chaves digitais Painéis de alarme, indicadores ou anunciadores Solenóides Motores ou contatores para motores Transdutores Vários dispositivos de estado sólido, incluindo instrumentação TTL e analógica

Os indicadores dos vários componentes do sistema CLP sinalizam o estado dos dispositivos de E/S, do controlador e das fontes de alimentação, permitindo obter o rápido diagnóstico de uma situação de falha e facilitando, assim, a sua manutenção

  Entradas: O CLP recebe todos os sinais provenientes de botões, sensores, chaves, entre outros, para conhecimento do estado do processo.Saídas: Conectam-se todos os elementos passivos do processo, como por exemplo: Motores, lâmpadas, eletro-válvulas, sirenes, entre outros.

Uma vez conectadas às entradas e saídas, utiliza-se um microcomputador para programar o funcionamento desejado de um processo.

O CLP pode receber ou enviar informações para o processo, através de sinais, classificados como sinais digitais ou sinais analógicos. Os sinais digitais são os que possuem dois estados definidos: Ligado ou desligado. Como exemplo de sinais digitais de entrada podem ser citados: Botões de controle; sensores de presença; chaves de fim-de-curso; entre outros. E, como exemplo de sinais digitais de saída,

tem-se: Lâmpadas de controle; sirenes; displays; eletros-válvulas; chaves magnéticas; entre outros.

Muitas vezes, não basta apenas saber se um elemento foi acionado ou não, mas o quanto foi acionado; Para estas situações, utilizam-se sinais analógicos.

Nestes casos, são sinais que indicam um valor de uma variável através de um sinal de tensão (0 a 10Vcc; -5V a +5V; -10V a +10V) ou de corrente (0 a 20mA; 4 a 20mA).

Como exemplo de sinais analógicos de entrada, tem-se: Sensores de temperatura; umidade; pressão; nível; entre outros. E, de sinais digitais de saída, tem-se: servos-mecanismos de um modo geral (como o utilizado na movimentação e posicionamento de câmeras ou outros elementos móveis) como as servos-válvulas (válvulas que abrem e fecham completamente ou parcialmente, se desejado); entre outros.

Os sinais analógicos de entradas ao serem recebidos pelo CLP, são convertidos em números binários e se diferenciam também com respeito a sua precisão; isto pode ser indicado pelo número de bits* compostos pelo valor obtido.

No mercado brasileiro encontram-se disponíveis CLP’s com entradas ou saídas analógicas com resolução de 8, 10, 12 ou 16 bits. Cabe ressaltar que, quanto maior o número de bits de resolução, maior será a precisão obtida e conseqüentemente, maior será o custo do aparelho.

Por exemplo, qual seria a precisão de leitura de um forno industrial que possa ser aquecido de 0ºC a 1000°C, se utilizasse um sensor, que mostrasse o valor desta temperatura na entrada analógica de um CLP, com um conversor para binário de 8 bits? Com um valor binário que utilize 8 bits pode-se conseguir 256 combinações diferentes entre seus bits. Portanto, dividindo-se o valor da temperatura por 256, tem-se que, cada progressão binária representará uma variação de aproximadamente 3,9°C de temperatura no forno.

Assim sendo, devido à capacidade de trabalhar com qualquer tipo de sinal, pode-se dizer que um CLP é o elemento ideal para se controlar um sistema, ou processo, seja ele, analógico ou digital.

* Bits são algarismos de um sistema de contagem composto por "0" e "1" chamado de Sistema Binário .

Além da possibilidade de funcionamento autônomo, o CLP pode ser integrado com outros CLP´s (não necessariamente do mesmo fabricante) através da implementação de placas de redes ProfBus, InterBus, ModBus,entre outras, que serão descritas mais adiante.

 

Os CLPs, são freqüentemente definidos como miniaturas de computadores industriais que contem um hardware e um software que são utilizados para realizar as funções de controles. Um CLP consiste em duas seções básicas: a unidade central de processamento (CPU – central processing unit) e a interface de entradas e saídas do sistema. A CPU, que controla toda a atividade do CLP, pode ser dividida em processador e sistema de memória. O sistema de entradas e saídas são conectados fisicamente nos dispositivos de campo (interruptores, sensores, etc.) e provem também uma interface entre a CPU e o meio externo.

Operacionalmente, a CPU lê os dados de entradas dos dispositivos de campo através da interface de entrada, e então executa, ou realiza os controles de programa que tinham sido armazenados na memória. Os programas são normalmente realizados na linguagem Ladder, a linguagem que mais se aproxima de um esquema elétrico baseado em relês, e são colocados na memória da CPU em forma de operações. Finalmente, baseado no programa, o CLP escreve ou atualiza as saídas atuando nos dispositivos de campo. Este processo, também conhecido como um ciclo, continua na mesma seqüência sem interrupções, ou mudanças, apenas quando as mudanças são realizadas através de comandos de programa.

CLP de hoje

Como a tecnologia do CLP tem avançado, temos diferentes linguagens de programação e capacidades de comunicação e muitas outras características. O CLP de hoje, oferece ciclo de programa mais rápidos, sistema de entrada e saída mais compacto, interfaces especiais que permitem que aparelhos sejam conectados diretamente no CLP. Além de comunicar com outros sistemas de controles, eles também podem realizar funções que indiquem suas próprias falhas, como também as falhas da máquina ou do processo.