clp-teoria b sica

CFP1.06 - NAI Guia de Treinamento - CLP – Teoria Básica

ÍNDICE ANALÍTICO Teoria 1 CLP ............................................................................3

1.1 Conceitos Gerais: ..........................................................................................................3 1.2 Automatização: .............................................................................................................3

1.2.1 Sistemas de comando:................................................................................................4 1.2.2 Sistemas de controle: .................................................................................................4

1.3 Sistema de Automação Rígido X Sistema de Automação Flexível: .............................5 1.4 Os controladores Lógicos Programáveis:......................................................................5

1.4.1 Histórico: ...................................................................................................................6 Teoria 2 CLP ............................................................................7

2.1 Vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas de controle automático convencionais: ........................................................................................7 2.2 Princípio de Funcionamento: ............................................................................................7 2.3 Programação dos CLPs: ....................................................................................................9

2.3.1 A Linguagem LADDER: ............................................................................................9 2.3.2 Operandos: ................................................................................................................10 2.3.3 Elementos Básicos de Lógica: ..................................................................................10 2.3.4 Instruction List (IL):..................................................................................................12

Teoria 3 CLP ..........................................................................13 3.1 Modularidade: .................................................................................................................13 3.2 Módulo de CPU: .............................................................................................................14

3.2.1 Scan Rate ou Tempo de Varredura: ..........................................................................14 3.2.2 WDT – WatchDog Timer: ........................................................................................15 3.2.3 Canais de comunicação serial: ..................................................................................15 3.2.4 Módulo da C.P.U do CLP Digicon D-48:.................................................................15

3.3 Módulos de Entrada e Saída:...........................................................................................16 3.3.1 Módulos de Entradas e Saídas Digitais: ...................................................................16 3.3.1.1 Módulos de Entrada Digital em C.C.:...............................................................17 3.3.1.2 Módulo de Entrada Digital em C.A.:................................................................18 3.3.1.3 Módulo de Saída Digital:..................................................................................19 3.3.1.4 Módulos de Saída Digital em C.C.:...................................................................20

3.3.1.5 Módulos de Saída Digitais de C.A. com TRIAC:.............................................20 3.3.1.6 Módulos de Saídas Digitais a Relê:...................................................................21

3.3.2 Módulos de Entradas e Saídas Analógicas: ..............................................................21 3.3.2.1 Unidade de Entrada Analógica:.........................................................................22 3.3.2.2 Unidade de Saída Analógica:............................................................................23

3.4 Fontes de Alimentação:...................................................................................................23 3.5 Módulos Especiais: .........................................................................................................24

Teoria 4 CLP ..........................................................................25

4 Funções Lógicas: ..........................................................................................................25 Teoria 5 CLP ..........................................................................29

5 Método da Cadeia Estacionária - Procedimentos para a Aplicação: ............................29 5.1 Criar uma Lista de Alocação:..........................................................................................29 5.2 Definindo Número de Linhas de Comando da Cadeia Estacionária:..............................30

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5.2.1 Obtendo a Expressão Algébrica da Seqüência dos Movimentos:.............................30 5.3 Constituição de uma linha de comando da Cadeia Estacionária: ....................................30

5.3.1 Os Quatro Elementos Básicos: .................................................................................30 5.4 Diagrama LADDER da Cadeia Estacionária: .................................................................31

5.4.1 Estrutura Básica do Diagrama LADDER: ................................................................31 5.4.2 Definindo os Endereços dos Elementos de Saída e do Contato Selo........................31 5.4.3 Definindo os Contatos Habilitadores e o Contato de Desligamento: .......................32 5.4.4 Definindo o Elemento Acionador..............................................................................32

5.5 Operando em Ciclo Contínuo: ........................................................................................33 5.6 Lógica de Acionamento dos Solenóides das Válvulas:...................................................33 5.7 Acrescentando Botão de Emergência: ............................................................................34

Teoria 6 CLP ..........................................................................35

6.1 O PADRÃO EIA RS-485................................................................................................35 6.1.1 Características para os drivers: .................................................................................36 6.1.2 Características para os receivers :.............................................................................36 6.1.3 Conceito de Unidade de Carga: ................................................................................37

Acrônimos Internacionais Utilizados com CLP .........................................39 Questionário 1 CLP ..........................................................................40

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Teoria 1 CLP Objetivos:

• Expor conceitos variados sobre o CLP – Controlador Lógico Programável; • Abordar a utilização do CLP na industria no controle de automação de processos.

1.1 Conceitos Gerais: As operações associadas ao controle de processos existem na natureza desde que a primeira criatura surgiu na face da Terra. Podemos considerar controle de processo natural as operações que regulam algumas características físicas de suma importância para a vida humana, tais como a temperatura do corpo, a pressão sangüínea, a intensidade de luz na retina, o equilíbrio de líquidos no corpo, etc. Com o tempo, o homem sentiu a necessidade de regular alguns dos parâmetros físicos externos ao seu meio para manter as condições de vida e assim teve início o controle de processo artificial.

O mercado consumidor cada vez mais competitivo tem exigido das indústrias produtos de melhor qualidade e de custo reduzido. Para atingir tais resultados, não basta apenas a perícia humana, é necessário também um bom nível de automação.

1.2 Automatização:

No início da industrialização, os processos industriais utilizavam o máximo da força da mão de obra.

A produção era composta por etapas ou estágios, nos quais as pessoas desenvolviam

sempre as mesmas funções, especializando-se em uma certa tarefa ou etapa da produção. Assim temos o princípio da produção seriada.

O mesmo ocorria com as máquinas de produção, que eram específicas para uma dada

aplicação, o que impedia seu uso em outras etapas da produção. Ou seja, uma determinada máquina só fazia furos e de um só tipo.

Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas

alterações nas máquinas e equipamentos, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções inadequadas à estrutura física do homem. A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem, a supervisioná-la.

Com a finalidade de prover controle do sistema de produção, foram colocados sensores

nas máquinas para indicar condições de funcionamento que garantissem o acionamento dos atuadores.

Automatizar um sistema tornou-se muito mais viável à medida que a eletrônica passou a

dispor de circuitos eletrônicos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada e gerar os respectivos sinais de saída.

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Com este avanço, o controlador, os sensores, e os atuadores passaram a funcionar em conjunto, transformando o processo em um sistema automatizado, onde o próprio controlador toma decisões em função da situação dos sensores e aciona os atuadores.

A automação de processos industriais pode ocorrer em duas formas básicas:

• Sistemas de comando; • Sistemas de controle.

1.2.1 Sistemas de comando: Consiste num conjunto de elementos interligados em malha aberta, isto é, as informações processadas nesses elementos apresentam-se num único sentido, da entrada para a saída.

1.2.2 Sistemas de controle:

Consiste num conjunto de elementos interligados em malha fechada, isto é, além do fluxo de informação no sentido direto (da entrada para a saída), existe outro no sentido contrário (da saída para a entrada), chamado de realimentação (feedback).

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1.3 Sistema de Automação Rígido X Sistema de Automação Flexível:

Os primeiros sistemas de automação operavam por meio de componentes eletromecânicos, como relês e contatores. Neste caso, os sinais acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado acionam circuitos lógicos a relês que disparam as cargas e os atuadores.

As máquinas de tear são bons exemplos da transição de um sistema de automação rígida

para automação flexível. As primeiras máquinas de tear eram acionadas manualmente. Depois passaram a ser

acionadas por comandos automáticos, entretanto, estes comandos só produziam um modelo de tecido, de padronagem, de desenho ou estampa.

A introdução de um sistema automático flexível do tipo “placas perfuradas” no

mecanismo de uma máquina de tear, pelo francês Jaquard, tornou-se possível produzir diversos padrões de tecido em um mesmo equipamento. Com o avanço da Eletrônica, as unidades de memória que armazenam os modelos de tecido a serem produzidos ganharam maior capacidade, permitindo armazenar mais informações.

Os circuitos lógicos tornaram-se mais rápidos, mais compactos e capazes de receber mais

informações de entrada, atuando sobre um maior número de dispositivos de saída. Chegamos assim, aos microcontroladores responsáveis por receber informações das entradas, associá-las às informações contidas na memória e a partir destas desenvolver uma lógica para acionar as saídas.

Toda esta evolução nos levou a sistemas compactos com alta capacidade de controle, que

permitem acionar inúmeras saídas em função de diversos sinais de entradas combinados logicamente.

A parte mais interessante desta evolução é que toda a lógica de acionamento, em função

das entradas, pode ser desenvolvida através de software, que determina ao controlador a seqüência de acionamento a ser desenvolvida.

Assim, se a lógica pode ser alterada, podemos dizer que o sistema de controle, com esta característica, é um sistema flexível.

Os Controladores Lógicos Programáveis são equipamentos eletrônicos de controle que

atuam a partir desta filosofia. 1.4 Os controladores Lógicos Programáveis:

Os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) são equipamentos eletrônicos de última geração utilizados em sistemas de automação flexíveis. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversas cargas ligadas em pontos de saída.

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1.4.1 Histórico:

O Controlador Lógico Programável - CLP nasceu praticamente dentro da indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.

Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que

refletia as necessidades de muitos usuários de circuitos e relês, não só da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira.

Nascia assim, um equipamento bastante versátil e de fácil utilização, que vem se

aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicações, o que justifica hoje um mercado mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais.

Em 1978 a National Electrical Manufacures Association (NEMA) determinou a seguinte

definição para CLP, denominada NEMA Standard ICS3-1978: Um equipamento de lógica digital, operando eletronicamente que usa memória programável para armazenamento interno das instruções de implementação específica, tais como: lógica seqüencial, temporização, contagem e operações aritméticas, para controle de máquinas e processos industriais com vários modelos de módulos de entradas e saídas digitais e analógicas em máquinas ou processos. O grande problema destes equipamentos era que sua arquitetura (chips e conexões) e

programação (software) eram proprietários, ou seja, cada fabricante fazia da maneira que mais lhe adequava.

Desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos como,

por exemplo, a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das entradas e de módulos de interface com o usuário.

Nos inícios dos anos 90, graças aos baixos custos das CPU's de mercado, deu-se grande

ênfase ao desenvolvimento de CLP com microprocessadores comuns. Além disso, o preço destes componentes baixou muito, principalmente pela atuação da microeletrônica e otimização de hardware (equipamentos poderosos em pequeníssimo espaço físico e baixo consumo de potência).

André Luis Lenz – 1998 – [email protected]

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mailto:[email protected]


Teoria 2 CLP Objetivos: • Apresentar o princípio de funcionamento do CLP – Controlador Lógico Programável. • Caracterizar a programação do CLP em linguagem LADDER. 2.1 Vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas de controle automáticos convencionais:

Os Controladores Lógicos Programáveis apresentam uma estrutura funcional muito peculiar que é a facilidade com que podem ser acoplados a sistemas de comando de máquinas e a rapidez com que podem ser implantadas lógicas de acionamento através de programação. Apresentam ainda as seguintes vantagens: • Ocupa menor espaço; • Requer menor potência elétrica; • Podem ser reutilizados; • São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; • Apresentam maior Confiabilidade; • Manutenção mais fácil; • Oferecem maior flexibilidade; • Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle; • Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.

Podemos afirmar que projetos de automação e controle envolvendo CLPs reduzem o trabalho de desenvolvimento de hardware dos circuitos lógicos do acionamento, bem como os dispositivos e potência para acionamento das cargas e dos atuadores, uma vez que podemos escolher módulos de saída já prontos, adequados ao tipo de carga que queremos acionar.

2.2 Princípio de Funcionamento: Como o próprio nome já diz, o CLP (Controlador Lógico Programável) é um equipamento que realiza um comando ou controle de uma máquina a partir de um programa pré-definido. Assim se desejamos que o CLP realize alguma espécie de tarefa de controle em um sistema, devemos previamente programa-lo para tal. Essa programação não vem pronta do fabricante do CLP, mas sim é definida pelo usuário do CLP. O CLP seguirá rigidamente passo a passo à execução do programa do usuário e o resultado dependerá tão somente da programação executada.

Existem diversos tipos de módulos de entrada e de saída que se adequam aos sinais desejados.

Os módulos de entrada e saídas digitais são compostos de grupos de bits associados em

conjuntos de 8 bits (1 byte) ou conjuntos de 16 bits (1 Word) de acordo com o tipo da CPU do CLP.

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Já as entradas analógicas correspondem a módulos conversores analógicos/digitais, de forma a converter o sinal de entrada em um valor digital, normalmente de 12 bits (4 096 combinações) para que a CPU do controlador possa considerá-las e tratá-las.

As saídas analógicas são módulos conversores de digital para analógico com a mesma

característica de precisão, ou seja, na maioria são conversores de 12 bits, assim o controlador disponibiliza um valor binário que terá o seu correspondente na saída digital.

Os sinais dos sensores ou transdutores acoplados à máquina ou equipamento são

aplicados às entradas do controlador.

A cada ciclo (denominado de varredura) todos os sinais vindos do meio externo e aplicados às entradas, são lidos e transferidos para a uma determinada área da unidade de memória interna do CLP. A esta área denominamos tabela imagem de entrada.

Estes sinais são combinados entre si e combinados também aos sinais internos. Esta

combinação corresponde à lógica funcional que é determinada pelo programa do usuário. O programa do usuário também se encontra armazenado em uma área da memória interna do CLP, denominada "tabela de programação".

Ao término do ciclo de varredura, os resultados da lógica funcional são transferidos à

tabela imagem de saída e então aplicados aos terminais de saída, provocando as atuações no meio externo.

Podemos dizer que o CLP é um "microcontrolador" acrescido de dispositivos de E/S

(Entrada/Saída), aplicado ao controle de um sistema ou de um processo. Para realizar a tarefa de controle, o processador do CLP simplesmente executa passo a

passo o roteiro de instruções contido na tabela de programação que o usuário elaborou. Em detalhes, o processo de execução segue, aproximadamente, a rotina mostrada no

fluxograma a seguir:

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Inicio da Execução

Carrega o Programa do

Usuário na Tabela de Programação

Monta e Inicializa a Tabela Imagem de Entrada com

as Entradas Referidas

Monta e Inicializa a Tabela Imagem de Saída com as Saídas Referidas

Lê as Entradas e Atualiza Tabela

Imagem de Entrada

Executa Linha a Linha o Programa do Usuário

Atualiza Tabela Imagem de Saída

Atualiza os Módulos de E/S

Verifica Estado do Sistema (CPU e

Memória)

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2.3 Programação dos CLPs: Com o objetivo de responder a complexidade crescente dos sistemas de controle à diversidade de controladores incompatíveis entre si, a norma IEC 1131-3-Linguagens de Programação (1993) especifica as seguintes linguagens normalizadas:

• LADDER DIAGRAM (LD) ou linguagem (diagrama) de contatos; • FUNCTION BLOCK DIAGRAM (FBD) ou esquema de blocos funcionais; • INSTRUCTION LIST (IL) ou lista de instruções; • STRUCTURED TEXT (ST) ou texto estruturado; • SEQUENTIAL FUNCTION CHART (SFC) ou diagrama funcional de seqüências.

2.3.1 A Linguagem LADDER:

Os CLPs vieram a substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, assim, a linguagem que é utilizada em maior escala na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento (diagrama de comandos elétricos) desenvolvidos por eletrotécnicos e técnicos em eletroeletrônica ou profissionais da área de controle, esta linguagem é denominada linguagem de contato ou simplesmente LADDER.

Idealizando, podemos dizer que um CLP é semelhante a um grande painel elétrico

com uma quantidade infinita de componentes de comando (relês, temporizadores, seqüenciadores, chaves, botões, etc.), sendo que cada componente de comando pode possuir um número infinito de contatos. De fato esses números só são limitados na prática pela capacidade de memória do CLP, que é finita.

Na linguagem LADDER com relação à forma estética, os contados (sejam N.A.

(normalmente abertos) ou N.F. (normalmente fechados)) são dispostos horizontalmente, da esquerda para a direita, formando uma linha de programa LADDER, com associações em série, em paralelo ou mista, e, com a linha terminando na extremidade direita em uma bobina de saída. As várias linhas de um programa são dispostas paralelamente umas as outras.

Ex:

A linguagem LADDER permite que se desenvolva lógicas combinatórias, seqüenciais

e circuitos que envolvam ambas, utilizando como operandos para estas lógicas as entradas, saídas, estados auxiliares e registros numéricos.

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Podemos desenvolver programas para CLPs que correspondam a operações lógicas combinacionais básicas da álgebra de Boole, como, por exemplo, a operação E. Na área de Elétrica, a operação E corresponde a uma associação séries de contatos do tipo N.A..

Assim, podemos afirmar que todas as funções lógicas combinacionais podem ser desenvolvidas em programação e executadas por CLPs, uma vez que todas derivam dos blocos básicos: Inversor, E e OU (para mais detalhes, veja o Capítulo 4 - Funções Lógicas).

2.3.2 Operandos: O primeiro passo para utilizar um CLP é conhecer seu mapeamento de memória, onde

o usuário irá descobrir em quais regiões da memória do CLP são guardadas as informações de entradas, saídas, estados internos auxiliares, temporizadores etc.

Os fabricantes diferem muito entre si quanto à forma de apresentar este mapeamento,

assim não é comum encontrar fabricantes que utilizem diretamente o mapeamento de sua memória RAM, para designar entradas, saídas etc.

Os operandos solucionam esta questão. Os operandos que são elementos das funções

lógicas estão alocados fisicamente dentro dos controladores lógicos programáveis, sendo que cada um deles apresenta uma função específica.

Cada família de CLPs utiliza uma nomenclatura padrão para estes operandos, na

maioria dos casos temos I ou E para entradas, O ou S para saídas, A para saídas auxiliares, R para registradores internos, M para memórias, K para constantes, T para temporizadores e C para contadores.

Esta padronização varia de acordo com a família de CLPs, mas a estrutura do CLP Digicon D-48 é a apresentada neste capítulo. As particularidades dos CLPs são tratadas individualmente pelos fabricantes nos seus manuais.

2.3.3 Elementos Básicos de Lógica: Devemos conhecer todos os elementos que serão utilizados no programa, os mais

simples são os contatos: N.A. (NORMALMENTE ABERTO) e N.F. (NORMALMENTE FECHADO).

Simbologia: +--] [--+ +--]/[--+ +-( )-

Contato Tipo N.A. Contato Tipo N.F. Bobina de saída

O contato N.A. indica que a corrente somente passará pela célula onde este elemento se encontra se acionarmos o referido contato.

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O contato N.F. indica que a corrente já está passando pela célula, desde que não acionemos o referido contato. Se este contato for acionado, ele deixa de passar corrente, abrindo o contato. Este elemento funciona, por si só, como um inversor. Se o acionarmos ele abre, não passa corrente; se não o acionarmos, ele permanece fechado, permitindo a passagem de corrente.

A bobina de saída é um outro elemento muito comum nos circuitos de acionamento,

como já discutimos. Os CLPs são equipamentos desenvolvidos para que eletricistas industriais possam

trabalhar com eles sem grandes dificuldades, muitos dos conceitos envolvidos com este equipamento atendem as idéias dos primeiros circuitos elétricos, onde as saídas são bobinas de contatores ou relês.

Assim, a uma bobina de saída podemos associar na lógica, contatos auxiliares que

poderão ser fechados ou abertos, dependendo do sentido que queremos dar à lógica. Vamos verificar esta associação na figura abaixo:

A saída S001.1 é uma saída real, ou seja, que pode ser acessada pelo meio externo, pela qual enviamos sinais para os atuadores, ao passo que a saída A001.1 é uma saída auxiliar, ou seja, virtual, que só tem efeito internamente ao controlador.

O diagrama LADDER apresentado pode facilmente ser representado em um diagrama

de comandos elétricos convencionais equivalente:

A flexibilidade dos CLPs é percebida no momento de proceder-se alterações na lógica,

que podem ocorrer com grande facilidade, sem que sejam necessárias alterações do hardware ou inclusão de componentes, esta é a principal característica dos sistemas de automação flexível e o que faz dos CLPs ferramentas de grande aplicação nas estruturas de automação.

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2.3.4 Instruction List (IL):

Além da linguagem por contatos, ou LADDER, outra forma de programação

característica de CLPs muito conhecida é a INSTRUCTION LIST (IL) ou lista de instruções, onde a cada operação é associada uma instrução que pode ser interpretada e executada pela CPU do Controlador Lógico Programável.

A norma IEC1131-3 define as características principais para a linguagem IL:

• Séries de instruções: cada uma deve começar numa linha nova; • Uma instrução = um operador + um ou mais operandos separados por aspas; • Etiquetas opcionais seguidas por ":" • Comentário opcional deve formar o último elemento de uma linha e ser definida no

começo e final por (* *); • Blocos de função lançados com a ajuda de um operador específico (CAL) ou

utilizando entradas do bloco funcional como operadores. Sintaticamente, uma lista de instruções utiliza mnemônicos bastante semelhantes com

os utilizados em linguagem Assembler de programação para microprocessadores e microcontroladores:

Exemplos de IL:

Etiqueta Operador Operando Comentário LD 15 PV C10 LD %IX10 CU C10 LIGA : LD % IX1 (* botão *)

ANDN %MX5 ST %QX2 (* liga *)

L10 : LD %IW12 ADD 1 ST %MW41

JMP SET OUT O primeiro exemplo inclui um componente contador - C10 -, o que indica claramente

que o CLP pode desenvolver operações lógicas seqüenciais.

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Teoria 3 CLP Objetivos: • Apresentar as características de hardware dos CLPs; • Apresentar a configuração de hardware do CLP Digicon D-48. 3.1 Modularidade:

Os controladores lógicos programáveis de médio e grande porte são equipamentos disponibilizados em módulos, ou seja, cada configuração pode ser montada pelo usuário de acordo com a sua necessidade. Esta arquitetura também contribui para que a manutenção seja facilitada, uma vez que no caso de falha, será trocado apenas o cartão defeituoso.

Em termos de arquitetura funcional, podemos apresentar a estrutura de um CLP divida em 5 partes:

• Módulo de Entrada; • Unidade Central de Processamento (CPU); • Memória; • Módulo de Saída; • Fonte de Alimentação.

A figura 3.1 nos dá uma visão geral das relações entre os diversos módulos que

compõem o CLP.

Podemos dizer que o CLP é um "microcontrolador" acrescido de dispositivos de E/S

(Entrada/Saída), aplicado ao controle de um sistema ou de um processo. Os sinais aplicados às entradas dos CLPs podem ser digitais ou analógicos, bem como os sinais de saída podem apresentar estas mesmas condições.

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3.2 Módulo de CPU

O módulo da CPU ( ou U.C.P. – unidade central de processamento) e o principal módulo do CLP responsável pelo processamento dos dados e tomada das decisões em função do roteiro contido no seu software de base ou firmware.

Basicamente seus blocos ou elementos internos são:

Microprocessador; USART e sistema de comunicação; Memórias RAM com bateria para armazenagem do programa do usuário; Memória ROM e EPROM para abrigar o software de base;

Para o módulo da CPU, devemos observar algumas características importantes:

3.2.1 Scan Rate ou Tempo de Varredura:

Os sinais elétricos provenientes dos sensores e dos transdutores, que se encontram alojados à máquina (equipamento ou processo) são aplicados às entradas do controlador. A cada ciclo (denominado de varredura) todos os sinais aplicados às entradas são lidos e transferidos para a unidade de memória interna denominada memória imagem de entrada. Estes sinais são associados entre si e aos sinais internos, esta associação corresponde à lógica de funcionamento que é programada pelo usuário. Ao término do ciclo de varredura, os resultados da lógica de acionamento são transferidos à memória imagem de saída e então aplicados aos terminais de saída.

Este ciclo pode ser representado pelo fluxograma da figura 3.2.

Inicialização da Execução

Leitura das Entradas e Atualização da Memória Imagem

Programa do Usuário

Atualização das Saídas referidas

à Imagem

"Scan rate" ou “tempo de varredura”: significa o tempo de execução de um

programa.

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Grosso modo, neste tempo estão incluídos os seguintes procedimentos:

• Leitura e atualização das entradas na memória; • Execução do programa de usuário; • Atualização de saídas na memória e aplicação das mesmas aos

terminais de saída.

A importância do scan rate aumenta à medida que os programas se tornam extensos (acima de 500 linhas de programa) ou o processo possua movimentos muito rápidos (exemplo: máquinas de embalagens).

Os scan rates dos CLPs variam de 10 ms/1 kbyte de programação até 1 ms/1 kbyte. O

que significa que em 1 segundo, o controlador executa de 100 a 1000 ciclos respectivamente para cada 1 kbyte de programação.

Um programa bem elaborado também contribui para diminuir o scan rate do

controlador, assim, o usuário sempre deve ter o hábito de trabalhar de maneira estruturada, valendo-se do recurso de sub-rotinas, otimizando desta forma a seqüência das instruções.

3.2.2 WDT – WatchDog Timer:

Outra característica importante de um CLP presente na CPU é a existência de um WATCHDOG TIMER. O WDT contribui para aumentar a segurança do sistema, trata-se de um temporìzador que monitora o tempo de varredura do CLP, se esse tempo for maior que o do WATCHDOG TIMER, o CLP será ressetado automaticamente, na reinicialização do mesmo será indicada a falha, que pode ter origem no hardware, ou no programa desenvolvido pelo usuário.

3.2.3 Canais de comunicação serial:

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A maioria dos controladores do mercado recebe os programas diretamente através do canal de comunicação, podendo em alguns modelos apresentar dois ou três canais, visando atender aplicações em rede, juntamente com impressoras seriais locais. O usuário deverá ficar atento quanto à necessidade dos canais seriais, observando os padrões elétricos disponíveis, sendo os mais usuais o RS232 (comunicação direta com o computador) e RS485, utilizado quando é necessário se comunicar com o CLP a longas distâncias, podendo chegar a um máximo de 1000 m sem repetidores.

É através do canal serial que iremos mudar a programação do CLP, podendo monitorar ou mudar valores do processo.

3.2.4 Módulo da C.P.U do CLP Digicon D-48:

No CLP Digicon D-48 o módulo da CPU e assinalado em seu painel frontal como CPU e apresenta um microprocessador de 16 bits da Motorola MC68H000FN10, de tecnologia de fabricação HCMOS, caracterizando-se pelo baixo consumo. O µprocessador trabalha com um clock de freqüência de 7.3728 MHz gerado por cristal.

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A USART do módulo da CPU é composta por dois chips MC68681 independentes.

As RAM e composta por um banco de chips de RAM do tipo estática 62252. Uma bateria de lítio de 3 V (ou de níquel-metal-hidreto) garante a memorização do o programa do usuário, mesmo se a fonte do CLP estiver desligada por até 2 anos.

As EPROM são chips 27256.

No painel frontal, um conjunto de LEDS indica os principais estados da CPU, do programa do usuário e dos dispositivos de saída que podem ser desativados através de uma chave (ver figura 3.3). A comunicação com o terminal de programação pode ser realizada dentro das normas RS 485 ou RS 232. O acesso é feito através de um conector DB-9 instalado no painel frontal do módulo. A seleção dos modos de comunicação é feita através de um conjunto de straps que podem ser acessados na lateral do módulo. Possui ainda dois acessos de comunicação serial RS 485: um para comunicação com IHM – Interface Homem Máquina e outro para comunicação do CLP numa rede de CLPs. 3.3 Módulos de Entrada e Saída: As entradas e saídas são as vias de ligação do CLP com o meio externo. São os elementos intermediários entre a CPU e os elemento transdutores e atuadores do campo.

Existem diversos tipos de módulos de entrada e de saída que se adequam aos sinais desejados.

Os módulos de entrada e saídas são compostos de grupos de bits associados em

conjuntos de 8 bits (1 byte) ou conjuntos de 16 bits (1 word) de acordo com o tipo da CPU do CLP.

Já as entradas analógicas correspondem a um conjunto de módulos conversores

analógico/digital, de forma a converter o sinal de entrada em um valor digital, normalmente de 12 bits (4096 combinações) para que a CPU do controlador possa considerá-las e tratá-las.

As saídas analógicas são módulos conversores digital/analógico que possuem a

mesma característica de resolução, ou seja, na maioria dos casos são conversores de 12 bits, assim o controlador disponibiliza um valor binário que terá o seu correspondente na saída digital.

3.3.1 Módulos de Entradas e Saídas Digitais:

Os módulos de entradas e saídas digitais trabalham tanto com sinais de tensão contínua, quanto de sinais alternados. Para os níveis de C.C., o padrão adotado é de 24 V, o qual possui uma relação sinal/ruído adequada para ambientes industriais e 110 e 220 V, para níveis C.A.

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3.3.1.1 Módulos de Entrada Digital em C.C.:

Detectam e convertem sinais de comutação de entrada em níveis lógicos de tensão apropriados para serem usados na via de dados interna do CLP.

A figura 3.4 nos dá uma visão geral do percurso feito pelo sinal da entrada digital.

Um aspecto importante a ser considerado no esquema das entradas é que a parte lógica do

circuito é desacoplada do sinal de entrada através de um acoplador óptico, o que assegura a integridade do circuito, caso ocorram problemas com o sinal de entrada, além de aumentar a imunidade a ruídos do sistema.

No CLP Digicon D-48 temos o módulo denominado 16 IN DC

que apresenta 16 vias de entradas digitais C.C. para 24 V. O sistema de endereçamento faz com que este módulo corresponda de fato a dois conjuntos de 8 vias cada. Assim, se endereçarmos o conjunto que se encontra assinalado no painel frontal do módulo como A-1 até A-8 com os endereços lógicos E001.1 até E001.8 respectivamente, o segundo conjunto que se encontra assinalado B-1 até B-8 terão como endereços lógicos E002.1 até E002.8 respectivamente. Ver figura 3.5 ao lado.

Entre os diversos tipos de dispositivos (transdutores) os quais podem ser ligados nas entradas digitais, podemos citar:

• Micro-chaves; • Chaves de fim de curso; • Sensores de proximidade; • Sensores de Limiar de Temperatura (Termostatos); • Sensores de Limiar de Pressão (Pressostatos); • Botões de ação momentânea (botões pulsadores).

Toda entrada possui um LED, com a função de sinalizar no módulo que a entrada está

acionada pela presença do sinal de campo. A comutação executada por um transdutor digital de corrente contínua pode ser do tipo

"P" ou do tipo "N".

A princípio não existe nenhuma vantagem de um tipo sobre o outro. No entanto por motivos de padronização, é conveniente adotarmos apenas um deles, assim teremos uma redução de itens de estoque, além de evitarmos incompatibilidades em função de termos comprado um cartão "P" e termos somente sensores "N", por exemplo.

Mas, vamos à descrição dos tipos:

Tipo P : Para acionar a entrada é necessário fornecer o potencial do borne positivo da

fonte auxiliar ao borne da entrada.

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A figura 3.6 exemplifica um circuito de entrada digital tipo P.

Tipo N : Para acionar a entrada é necessário fornecer o potencial do borne negativo da

fonte auxiliar ao borne da entrada.

Em ambos os tipos, após o fotoacoplador existe um filtro formado por C1, R3 e R4, este filtro fará com que ruídos existentes na alimentação, típicas de ambientes de redes elétricas industriais, não causem um acionamento indevido no CLP, devido ao filtro, normalmente as entradas digitais não irão responder a uma freqüência maior que 1 kHz, exceto naquelas entradas especiais de contadores rápidos.

O módulo 16 IN DC do CLP Digicon D-48 é do tipo “P”, assim com uma tensão de

10V até 24V presente no borne da via temos nível lógico ”1” e o correspondente LED sinalizador estará acesso. Com uma tensão de 0 a 6V, ou se a via estiver desconectada, teremos nível “0” e o LED estará apagado. A via pode ser danificada caso conectemos a essa entrada tensões superiores a 30 Vcc.

3.3.1.2 Módulo de Entrada Digital em C.A.:

Da mesma maneira que as entradas de corrente contínua, as entradas digitais alternadas lêem sinais do processo, com a vantagem de podermos ter uma distância maior entre o CLP e o transdutor, pois a relação sinal/ruído é mais elevada em se tratando de sinais 110 V ou 220 V.

Via de regra, se os atuadores estão a uma distância superior a 50 m do controlador,

devemos começar a pensar em trabalhar com entradas CA. É importante lembrar que trabalhando com níveis CA, devemos tomar mais cuidado com relação à isolação geral da instalação. Um bom exemplo de aplicação de módulos de entrada CA está em usinas hidroelétricas, onde os sensores podem estar situados a uma distância de até 500 m. A figura 3.7 exemplifica um circuito de entrada digital em corrente alternada.

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3.3.1.3 Módulo de Saída Digital:

Converte sinais lógicos usados no Controlador Programável em sinais próprios capazes de energizar atuadores, normalmente possuem uma capacidade nominal de aciona-mento de 2 A. A figura 3.8 nos dá uma visão geral do percurso feito pelo sinal de saída digital.

Dentre os diversos tipos de atuadores, podemos citar:

• Contatores; • Solenóides; • Relês; • Lâmpadas; • Indicadores.

A comutação executada por uma unidade de saída pode ser em corrente contínua,

corrente alternada ou a relês.

3.3.1.4 Módulos de Saída Digital em C.C.: Tipo P: Nesta configuração devemos ligar a carga entre o potencial negativo da fonte

de alimentação de 24 Vcc e o borne de saída. A figura 3.9 exemplifica o circuito de uma saída digital tipo P.

Tipo N: Nesta configuração devemos ligar a carga entre o potencial

positivo e o borne de saída.

No CLP Digicon D-48 temos o módulo denominado 16 OUT DC que apresenta 16 vias de saídas digitais C.C. para 24 V. O sistema de endereçamento faz com que este módulo corresponda de fato a dois conjuntos de 8 vias cada. Assim, se endereçarmos o conjunto que se encontra assinalado no painel frontal do módulo como A-1 até A-8 com os endereços lógicos S001.1 até S001.8 respectivamente, o segundo conjunto que se encontra assinalado B-1 até B-8 ALLenz 04/2003 19


terão como endereços lógicos S002.1 até S002.8 respectivamente. Ver figura 3.10 ao lado. O módulo 16 OUT DC do CLP Digicon D-48 é do tipo “P”, assim com a saída

ativada teremos nível lógico “1” e uma tensão com valor próximo do valor da tensão da fonte auxiliar (sendo o valor típico 24 V (32 V max.)) presente no borne da via de saída e o correspondente LED sinalizador estará acesso. Com a saída desativada teremos nível lógico “0” e o LED estará apagado.

Deve-se ter o cuidado de não exceder o valor limite de corrente de saída em nível “1”

que é de 500 mA.

3.3.1.5 Módulos de Saída Digitais de C.A. com TRIAC:

Os módulos de saída em corrente alternada são usados para acionar diretamente bobinas de contatores. A alimentação normalmente é do tipo full range, ou seja, é possível ligar cargas cuja alimentação esteja entre 90 Vca a 240 Vca.

A figura 3.11 exemplifica o circuito de uma saída digital em corrente alternada.

No circuito observamos alguns elementos importantes descritos a seguir:

• Varistor: Protege contra o surto de tensão • RC: Protege contra disparo indevido - TRIAC: Isolado do sistema por acoplador

ótico • TRIAC Isolado: normalmente é utilizado TRIAC Isolado com função de zero

crossing; assim, só teremos o acionamento ou desacionamento quando, passarmos pelo "0" da senóide, evitando, por exemplo, a formação de faíscas quando chaveamos cargas indutivas.

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3.3.1.6 Módulos de Saídas Digitais a Relê:

Muito utilizado, em função da versatilidade quanto aos sinais a serem comutados, podendo ser ligadas tanto cargas em C.C. ou C.A.

Apresentam desgaste mecânico proporcional ao número de chaveamentos realizados e

a corrente que passa pelos contatos. Para aumentarmos a vida útil dos relês, devemos utilizá-los como contatos auxiliares, ou seja, intercalar entre a saída do CLP e a carga um outro relê de maior potência, ou uma chave estática, conseguindo assim "poupar" os contatos do relê interno do CLP.

As saídas a relê em geral possuem tempo de resposta mais lento do que a as saídas a

transistor ou a TRIAC. A figura 3.12 exemplifica o circuito de uma saída a relê.

O módulo 8 OUT RELE do CLP Digicon D-48 apresenta 8 saídas independentes a

relê. Cada saída apresenta dois bornes (par a, b) que dão acesso internamente a um aos terminais de um contato de um relê do tipo N.A. Assim, por exemplo, se configurarmos o endereço do módulo 8 OUT RELE como sendo S003, cada par de bornes identificado por sua legenda assinalada no painel frontal do módulo e o seu respectivo endereço lógico será conforme a tabela a seguir (ver desenho 3.13):

Legenda do Par de Bornes Endereço Lógico c1-a e c1-b S003.1 c2-a e c2-b S003.2 c3-a e c3-b S003.3 c4-a e c4-b S003.4 c5-a e c5-b S003.5 c6-a e c6-b S003.6 c7-a e c7-b S003.7 c8-a e c8-b S003.8

Quando uma saída é ativada o seu respectivo contato se fecha e o LED acende. Os contatos dos relês módulo 8 OUT RELE do CLP Digicon D-48 do possuem tensão de isolação de 250 Vcc e corrente máxima de 2 A.

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3.3.2 Módulos de Entradas e Saídas Analógicas:

Existem diversas variáveis em sistemas a serem controlados que precisam de um "sensoreamento" analógico.

Estes sensores analógicos, para fornecerem informações a um CLP, necessitam ser

ligados a interfaces especiais, que convertam o sinal analógico (de tensão e corrente) em sinais digitais para serem tratados pelo CLP.

Estes módulos são chamados de I/O analógicos. Estas interfaces permitem o controle

de sinais como pressão, temperatura, velocidade, vazão e etc. Existem módulos de entrada analógica, de saída analógica e com entradas e saídas

analógicas. As grandezas elétricas tratadas nestes módulos são a tensão ou a corrente. E

normalmente, identificamos estes módulos pelo número de entradas ou saídas, pelo tipo de grandeza a ser tratada e pelo número de bits que corresponderá a um valor analógico de entrada ou de saída.

3.3.2.1 Unidade de Entrada Analógica:

Converte sinais analógicos de entrada (em geral de 0 a 10 Vcc ou 4 a 20 mA) em valores numéricos na forma binária que são armazenados em registros e podem ser utilizados pelo controlador programável.

A resolução das entradas analógicas é normalmente de 12 bits, ou seja, com uma

escala de 4096 pontos, o que garante uma sensibilidade de 2,442 mV para o sistema analógico de 0 a 10 Vcc, desta forma teremos:

Entradas

( em volts ) Registro do CLP

( em valor decimal ) 0 0000

4,9988 2047 5,0012 2048

10 4095 O módulo 8 IN ANA do CLP Digicon D-48 apresenta um

conjunto de 8 entradas analógicas, sendo que cada entrada é composta por dois bornes ( par IN e REF ) polarizados, sendo IN (+) e REF (-) , (ver desenho 3.14) e com impedância de entrada de 100 k Ω e proteção por fotoacopladores (um para cada bit de resolução do conversor A/D).

Deve-se tomar o cuidado de respeitar a polaridade ao ligar-se um

sensor ou transdutor a entrada analógica e também deve-se cuidar para que à mesma não venha a receber tensões superiores a 30 Vcc.

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3.3.2.2 Unidade de Saída Analógica:

Possui um conversor D/A que converte valores numéricos na forma binária que se encontram alocados nos registros do CLP em grandezas analógicas (presets de pressões, velocidade ou qualquer outro parâmetro em sinal elétrico variável), em geral na forma de tensão de 0 a 10 Vcc ou de corrente 4 a 20 mA.

A resolução do conversor é tipicamente de 12 bits o que permite discretizar até 4096 pontos.

Por ser um sistema isolado, a quantidade de fotoacopladores é proporcional ao número de bits do conversor.

Uma saída analógica se presta, basicamente a fornecer sinal analógico para comandar atuadores analógicos. Dentre os diversos tipos de atuadores analógicos, podemos citar:

• Motores de CC; • Inversores de freqüência; • Válvulas proporcionais.

O módulo 8 OUT I & V do CLP Digicon D-48 apresenta dois conjuntos de 4 saídas

analógicas, sendo que o primeiro conjunto apresenta 4 saídas de corrente para sistemas de 4 a 20 mA e o segundo conjunto são 4 saídas de tensão para sistemas –10 a +10 V. Em ambos os casos, cada saída é composta por dois bornes polarizados, sendo que, por exemplo, o par O1+ e O1- correspondem à uma saída para corrente e o par VO1 e o seu respectivo borne de terra correspondem a uma saída para tensão (ver desenho 3.15).

Deve-se tomar o cuidado de respeitar a polaridade ao ligar-se um atuador analógico à

uma saída analógica e deve-se cuidar para que à mesma não venha a receber tensões ou correntes do meio externo pois isso pode causar danos a interface ou ao conversor D/A do módulo. 3.4 Fontes de Alimentação:

As fontes de alimentação são encontradas em módulos externos, independentes das unidades centrais de processamento e dos módulos de entrada e de saída.

Normalmente, as fontes são do tipo chaveadas, sendo alimentadas com tensão AC (90

V a 240 V) ou DC (18V a 36V). Outra preocupação é quanto às tensões fornecidas para o CLP, pois além do padrão 5

Vcc, alguns modelos também alimentam os módulos analógicos com +12 Vcc e -12 Vcc. O consumo é por fim outro fator que deve ser analisado, pois em função da quantidade de pontos a serem utilizados, é que teremos condições de dimensionar a fonte. Portanto, a fonte de alimentação deve ser escolhida por último, descobrindo junto ao fabricante qual o modelo de fonte mais adequada ao processo que se deseja automatizar.

Para os CLPs de baixo custo, a fonte é incorporada ao módulo da CPU, visando

diminuir encaixes e conseqüentemente, barateando o produto. Neste caso a preocupação se resume à alimentação do conjunto, uma vez que tanto as tensões quanto potências envolvidas serão logicamente compatíveis com o produto.

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No CLP Digicon D-48 a fonte é modular podendo trabalhar a partir de rede C.A. de 110 ou 220 V via seleção de straps internos e fornece três tensões de alimentação para os módulos do CLP: +5 Vcc, +12 Vcc e -12 Vcc. Dispõem também de uma fonte auxiliar de 24 Vcc para alimentar os dispositivos conectados a E/S digital. 3.5 Módulos Especiais:

Os Controladores Programáveis aceitam uma infinidade de módulos especiais, os quais veremos mais adiante. Mas para que tenhamos uma visão geral, eis alguns módulos especiais que poderemos encontrar:

• Módulo de entrada para termopares (medição de temperatura); • Módulo de entrada para PT100 (medição de temperatura); • Módulos de contagem rápida; • Módulos para controle de motor de passo; • Módulos para medição de parâmetros elétricos ( cos φ, V, I , Pot. ativa, Pot.

reativa, Energia, etc); • Módulos de comunicação com redes.

Para encerrar, podemos dizer que o melhor modelo de CLP é aquele que se adequa à

necessidade e, portanto, apresenta as interfaces compatíveis com os sensores e atuadores a serem interligados.

A diferença entre os modelos está basicamente em sua nomenclatura, simbologia, na

programação. Sendo assim, podemos dizer que os Controladores Lógicos Programáveis são muito

úteis, mas devem ter suas características bem especificadas para que possa funcionar a contento no controle de sistemas.

André Luis Lenz – 1998 – [email protected]

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Teoria 4 CLP Objetivo: Relacionar a Linguagem LADDER com as Funções Lógicas (Portas Lógicas). 4.1 Funções Lógicas: Todas as funções lógicas, sejam as básicas (E, OU e NÃO) ou as derivadas (NÃO-E, NÃO-OU, OU-EXCLUSIVO e E-COINCIDÊNCIA), podem ser implementadas em Linguagem LADDER, conforme a tabela abaixo vai demonstrar:

AB00 01 10 11

S 0 0 0 1

Funções Lógicas Básicas: Função /

Simbologia Tabela

Verdade Expressão de Saída

Circuito Elétrico Equivalente

Diagrama LADDER

E

S = AB

OU

S = A+B

AB 00 01 10 11

S 0 1 1 1

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NÃO S = A

Funções Lógicas Derivadas (Combinação das três Funções Lógicas Básicas): NÃO-E

S = AB

NÃO-OU

S = A+B

OU- EXCLUSIVO

S = A⊕B

A 0 1

S 1 0

AB 00 01 10 11

S 1 1 1 0

AB00011011

000

S1

AB 00 01 10 11

S 0 1 1 0

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E- COINCIDÊNCIA

S = A⊕B

AB 00 01 10 11

S 1 0 0 1

Ex:

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Teoria 5 Método da Cadeia Estacionária Objetivo: Utilizar o método da Cadeia estacionária para o desenvolvimento do programas

LADDER para automatizar controles seqüenciais. Introdução:

O uso do método da cadeia estacionária na resolução de comandos para uma seqüência de movimentos é uma excelente opção, pois permite resolver de uma maneira rápida, sistemática e independente do tipo de seqüência ser direta ou indireta.

A cadeia estacionária é composta de dois diagramas: diagrama de comando e diagrama

principal. 5. Procedimentos para aplicação:

5.1. Criar uma lista de alocação de variáveis é recomendável como primeiro passo:

5.1.1 Liste todos os elementos de entradas, como por exemplo, chaves de partida e sensores de fim de curso de cilindros, de acordo com as legendas usadas no diagrama eletro-pneumático da situação-problema apresentada.

5.1.2 Liste também todos os elementos de saída, que são basicamente os solenóides

atuadores das válvulas.

5.1.3 Associe cada elemento de E/S listado a uma variável E/S disponível no CLP. Ex:

Elementos de Entrada: Legenda Variável Descrição

B5 %I1.0 Botão de Partida B1 %I1.1 Cilindro A Recuado B2 %I1.2 Cilindro A Avançado B3 %I1.3 Cilindro B Recuado B4 %I1.4 Cilindro B Avançado

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Elementos de Saída: Legenda Variável Descrição

Y1 %Q2.0 Atua Avanço do Cilindro A Y2 %Q2.1 Atua Avanço do Cilindro B Y3 %Q2.2 Atua Recuo do Cilindro B

5.2. Definir o Número de Linhas do Diagrama de Comando da Cadeia Estacionária:

Uma cadeia estacionária terá a quantidade de linhas de comando igual a n +1, onde n é igual ao número de movimentos da seqüência.

5.2.1 Obter a Representação Algébrica da Seqüência dos Movimentos:

Ex: A+ B+ A- B- No exemplo em questão temos quatro movimentos. Assim, o comando de cadeia

estacionária deverá ter cinco linhas. A última linha da cadeia estacionária serve para dar fim (desligamento) de toda cadeia.

5.3 Constituição de uma Linha do diagrama de Comando da Cadeia Estacionária:

5.3.1 É constituída de Quatro Elementos Básicos:

Um contato do elemento acionador (contato tipo NA)

Elemento acionador é o causador do evento que dá ordem de partida para um dado movimento.

Um contato do elemento habilitador (contato tipo NA):

Uma dada linha de comando na cadeira é sempre habilitada pela

validação do elemento de saída da linha de comando imediatamente anterior.

Existe uma exceção a essa regra, que é o caso da primeira linha da cadeira:

A primeira linha da cadeia não tem linha anterior a ela que a habilite. Assim, a primeira linha da cadeia não deve ter um contato do elemento habilitador, mais sim, no lugar deste, um contato de desligamento, que deve ser do tipo NF, o qual será ativado pela validação do elemento de saída da última linha de comando da cadeia. Note que, no caso de estarmos operando em modo de ciclo contínuo (no qual a seqüência se repete indefinidamente), a última linha da cadeia torna-se de fato a linha imediatamente anterior a primeira linha.

Um contado de selo (contato tipo NA)

O contato de selo é colocado em paralelo com o contato do elemento

acionador e refere-se ao elemento de saída da própria linha de comando em questão.

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Existe uma exceção a essa regra:

A última linha de comando da cadeia não tem contato de selo, pois a função da mesma é apenas o de provocar o desligamento, linha a linha, toda a cadeia, colocando a mesma em condições de ser reiniciada.

Um elemento de saída (no diagrama de comando da cadeia estacionária todas

as bobina de saída devem ser do tipo do tipo Auxiliar)

5.4 Diagrama Ladder da Cadeia Estacionária:

5.4.1 Estrutura Básica do Diagrama Ladder da Cadeia Estacionária (antes de definir as os endereços ou símbolos das variáveis):

Elemento de Saída Elemento Acionador Elemento Habilitador * Auxiliar

Contato de Selo

* Repare que a primeira linha não possui contato habilitador NA, mas sim contato de

desligamento NF. 5.4.2 Definindo os Endereços dos Elementos de Saída e dos Contatos de Selo:

ALLenz 04/2003 31


Repare que os endereços foram escolhidos e dispostos numa seqüência ordenada, o que ajuda a manter uma certa organização no projeto e facilita a leitura, interpretação e manutenção do mesmo.

Repare também que a última linha não possui contato de selo.

5.4.3 Definindo os contatos habilitadores e o contado de desligamento:

Contato de Desligamento

Contatos de Habilitação

Repare como o elemento de saída de cada linha da cadeia habilita através de um contato NA a linha imediatamente posterior.

5.4.4 Definindo o Elemento Acionador:

Esta é a parte da tarefa com um grau de dificuldade mais alto haja vista que requer que o desenvolvedor fique atento ao diagrama eletro-pneumático e também a seqüência dos movimentos.

A cadeia estacionária define a etapa para cada um dos movimentos. É necessário

“descobrir” qual é o elemento causador do evento que dispara cada um dos movimentos. Normalmente o primeiro movimento é disparado a partir do acionamento de um botão de partida e cada um dos movimentos subseqüente será disparado a partir do acionamento do respectivo sensor de fim de curso do movimento anterior. No exemplo em questão, temos a seqüência: A+ B+ A- B- O primeiro movimento (movimento A+) é disparado pelo botão de partida B5 (%I1.0);

O segundo movimento (movimento B+) é disparado pelo acionamento do sensor de

fim de curso de A+, ou seja, o sensor B2 (%I1.2);

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O terceiro movimento (movimento A-) é disparado pelo acionamento do sensor de fim de curso de B+, ou seja, o sensor B4 (%I1.4); O quarto (e último) movimento (movimento B-) é disparado pelo acionamento do

sensor de fim de curso de A-, ou seja, o sensor B1 (%I1.1);

B- foi o último movimento (não há mais movimentos na seqüência). Uma vez terminada a seqüência é preciso desligar a cadeia (esta é a função da última linha da cadeia de comando).

O desligamento da cadeia é disparado pelo acionamento do sensor de fim de B-, ou

seja, do sensor B3 (%I1.3); Assim temos nosso diagrama Ladder completo, com todos os endereços.

5.5 Lógica de Acionamento dos Solenóides das Válvulas:

Você deve ter notado que apesar da cadeia de comandos definir a etapa para cada um

dos movimentos, ela em si não está acionando diretamente nenhum solenóide de válvula. Assim a nossa cadeia estacionária (circuito de comando) precisa ser complementada

com uma lógica de acionamento dos solenóides (circuito principal). Tal lógica poderá ser obtida a partir do seguinte questionamento:

• Qual solenóide dever se acionar para provocar um dado movimento?

• A válvula é de duplo ou simples solenóide? No caso de válvula de duplo solenóide, além de acionar o solenóide relacionado ao

movimento desejado, deve-se também cortar o solenóide do movimento oposto, caso contrário a contrapressão impediria o movimento desejado.

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No caso de válvula de simples solenóide, o retorno é por mola, ou seja, para retornar

deve-se apenas cortar o solenóide de avanço. Assim:

O solenóide Y1 (%Q2.0) deve ser acionado para obter o movimento A+ (o qual ocorre

na etapa de %M0); O solenóide Y2 (%Q2.1) deve ser acionado para obter o movimento B+ (o qual ocorre

na etapa de %M1). Por tratar-se de uma válvula de duplo solenóide, Y2 deverá ser cortado logo no passo seguinte;

O solenóide Y1 (%Q2.0) deve ser cortado para obter o movimento A-, o qual ocorre

na etapa de %M2. Note que nesta mesma etapa devemos cortar também o solenóide Y2.

O solenóide Y3 (%Q2.2) deve ser acionado para obter o movimento B- (o que ocorre

na etapa %M3). Este solenóide será cortado automaticamente no fim da cadeia. Obtemos, portanto, o diagrama Ladder a seguir:

5.6 Operando em Ciclo Contínuo: 5.7 Acrescentando Botão de Emergência:

André Luis Lenz – Fev./2003

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Teoria 6 CLP Objetivo: Apresentar características técnicas do sistema de comunicação serial RS485. 6.1 O PADRÃO EIA RS-485

O padrão EIA RS-485, introduzido em 1983, é uma versão melhorada do EIA RS-422-A. Uso crescente de linhas de transmissão de dados balanceada na distribuição de dados para vários componentes de sistemas e periféricos em cima de linhas relativamente longas provocou a necessidade por múltiplas combinações de driver/receiver em uma única linha de par trançado (Rede de Comunicação).

EIA RS-485 leva em conta as exigências para transmissão de linha balanceada da RS-422-A, além de características adicionais que permitem múltiplos drivers e receivers. A Figura 5.2 ilustra uma aplicação semelhante de Figura 5.1, mas com os drivers e receivers múltiplos.

Legenda: RT = Resistência de terminação Vg = d.d.p. entre os terras A, B = Interface Gerador-Linha A’, B’= Interface Linha-Carga

C = Terra do gerador C’ = Terra da carga

Fig. 5.1 – Interface Digital Balanceada

Fig. 5.2 – Interface Digital Balanceada Multiponto (Rede de Comunicação)

ALLenz 04/2003 35


6.1.1 Características para os drivers: • Que um driver pode enviar sinal para até 32 unidades carga e com uma resistência de

terminação de linha total de no mínimo 60 Ω (uma unidade de carga é tipicamente um driver passivo (em off-state ) e/ou um receiver).

• Na saída de um driver, quando inibida (off-state), a corrente de fuga será de 100 µA ou

menos com qualquer tensão de linha de -7V a 7V. • O driver será capaz de proporcionar para uma tensão diferencial de saída de 1.5 V até 5 V

com tensões de linha de modo-comum de -7 V até 12 V. • Os drivers devem possuir auto-proteção contra contendas (múltiplos drivers que enviem

sinal ao mesmo tempo para a linha de transmissão). Isso é, nenhum dano acontecerá aos drivers quando suas saídas são conectadas a uma fonte de tensão de - 7 V até 12 V se seu estado de saída é um binário 1, binário 0 ou passivo.

6.1.2 Características para os receivers : • Alta resistência de entrada do receiver, 12 kΩ no mínimo. • Uma entrada do receiver com alcance de modo-comum de - 7 V para 12 V. • Sensibilidade diferencial de entrada de ±200 mV em cima de um alcance de modo-comum

de -7 V até 12 V.

Tabela 1. Padões EIA de Circuitos de Linha de Propósito Geral Populares PARÂMETRO RS-232-C RS-423-A RS-422-A RS-485

Modo de operação (1) Single-ended Single-ended Differential (1) Differential (1) Número de drivers e receivers permitidos

1 Driver 1 Receiver

1 Driver 10 Receivers

1 Driver 10 Receivers

32 Drivers 32 Receivers

Comprimento máximo do cabo (ft) 50 4000 4000 4000 Taxa de dados de máximo bits por segundo

20K 100k 10M 10M

Tensão de modo-comum máxima +25 V +6 V 6 V – 0.25 V

12 V --7 V

Saída do driver +5 V min + 15 V max

+ 3.6 V min + 6.0 V max

+2 V min + 1.5 V min

Carga do driver 3 kΩ to 7 kΩ 450 Ω min 100 Ω min 60 Ω min Taxa de caída do driver 30 V/µs max Externally

controlled NA NA

Limite de corrente de curto Circuito do driver

500 mA to Vcc or GRD

150 mA to GRD 150 mA to GRD

150 mA to GRD 250 mA to -8 V

or12V

Power on NA NA NA 120 kΩ Resistência de saída do driver (estado de alta Z ) Power off 300 Ω 60 kΩ 60 kΩ 120 kΩ Resistência de entrada do receiver Ω 3 kΩ to 7 kΩ 4 kΩ 4 kΩ 12 kΩ

Sensibilidade do receiver + - 3 V + - 200 mV + - 200 mV + - 200 mV

ALLenz 04/2003 36


6.1.3 Conceito de Unidade de Carga: O número máximo de drivers e receivers que podem ser colocados (interligados) em

uma única via de comunicação depende das suas respectivas características de carga que são relativas à definição de uma "UNIDADE DE CARGA" (U.L., Unit Load). O padrão RS-485 recomendam um máximo de 32 unidades carga (U.L.) por linha.

Uma U.L. é definido (na pior das hipóteses) como uma carga que permite o 1 mA de

corrente sob uma máxima tensão modo-comum tensão de l2 V. As cargas podem consistir em receivers de e/ou de drivers mas não inclui os resistor de terminação de linha que podem apresentar uma carga adicional de até no mínimo 60 Ω no total.

Exemplo: A produção inicial dos C.I.s SN75172 (drivers) e SN75173 (receivers).

• Corrente de fuga de saída do driver no estado passivo e com 12 V de tensão na saída tensão é de 0.1 mA max .

• A corrente de entrada do receiver à uma Vin de 12 V é de 1 mA max . (2) • O driver representa 0.1 mA / 1.0 mA, ou seja, 0.1 U.L. • O receiver representa 1.0 mA/1.0 mA ou 1 U.L. • Como um par eles representam 1.1 mA / 1.0 mA ou 1.l U.L. Então, 32/1.1 ou 29 pares

representariam o máximo recomendado de 32 unidade de cargas. (1) Os Drivers e Receptores de Linha Diferencial.

A habilidade para transmitir dados de uma localidade para outra sem erros requer imunidade a ruído. Para taxa de dados elevadas, em linhas longas ou sob condições ruidosas, a transmissão diferencial de dados leva vantagem porque é mais imune a interferência de ruído do que a transmissão single-ended. A figura 5.3 ilustra as fontes de tensão de ruído básicas impostas a uma linha de transmissão de dados diferencial, ou equilibrada.

ALLenz 04/2003 37 Fig. 5.3


Tensões induzidas sobre as linhas de dados pelo ruído de terra ou transientes de chaveamento aparecem como sinais de modo-comum na entrada do receptor. Considerando que o receptor tem uma entrada diferencial ela só responde aos sinais de dados diferencial (veja Figura 5.3). Os drivers e receptores diferencial podem operar seguramente dentro do alcances da tensão de modo-comum especificada. Os drivers de linha de diferencial são projetados para aplicações de propósitos gerais como também para padrões específicos.

(2) Na produção após 1984 dos C.I.s SN75172B (drivers) e SN75173A (receivers), a corrente de entrada (IIN) para VIN de 12 V, passou a ser de 0.6 mA, assim, embora não tenha havido nenhuma mudança na carga do driver, o receiver representa só 0.6 U.L agora. Daí, um par de driver-receiver representa 0.7 U.L. e então 32 U.L./0.7 U.L. por par ou 45 destas estações driver-receiver poderiam ser dirigidas em uma linha de transmissão de par trançado.

André Luis Lenz – 1998 - [email protected]

ALLenz 04/2003 38

mailto:[email protected]


Acrônimos Internacionais Utilizados com CLP ASCII American Standard Code for Information Interchange

BCD Binary Coded Decimal

CSA Canadian Standards Association

DIO Distributed I/O

EIA Electronic Industries Association

EMI ElectroMagnetic Interference

HMI Human Machine Interface

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

I/O Input(s) and/or Output(s)

ISO International Standards Organization

LL Ladder Logic

LSB Least Significant Bit

MMI Man Machine Interface

MODICON MOdular DIgital CONtoller

MSB Most Significant Bit

PID Proportional Integral Derivative (feedback control)

RF Radio Frequency

RIO Remote I/O

RTU Remote Terminal Unit

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol

ALLenz 04/2003 39


Questionário 1 CLP Objetivo:

Testar e fixar os conhecimentos teóricos dos capítulos 1,2 e 3 de Controladores Lógicos Programáveis – CLP

Questões: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

Explique a diferença entre sistema de comando e sistema de controle. / 1

Em decorrência de qual necessidade surgiram os primeiros CLPs ? / 1

Dê a definição do que é um CLP ? / 1

Quais vantagens um CLP apresenta em relação aos sistemas de controle automáticos convencionais? / 2

Descreva sucintamente o princípio de funcionamento dos CLPs ? / 2

Quais são as áreas em que se divide a memória de um CLP e quais as informações que estão contidas nessas áreas ? / 2 / 3

Descreva o processo pelo qual o CLP executa um programa ? / 2 / 3

Do que trata a norma IEC 1131-3 e qual sua especificação ? / 2

Qual a forma estética de uma linha de programa LADDER ? / 2

Quais são os três elementos básicos de lógica da linguagem LADDER ? / 2

Elabore um digrama de blocos apresentando a estrutura de um CLP ? / 3

Qual a função do módulo da CPU ? / 3

Quais são as três principais características da CPU ? / 3

Quais os níveis de tensão e qual o tipo de proteção empregados nos módulos de entradas e de saídas digitais ? / 3

Quais as principais características do módulo de entradas digitais do CLP Digicon D-48 ? / 3

Quais as principais características do módulo de saídas digitais do CLP Digicon D-48 ? / 3

Quais os tipos de sinais analógico que tipicamente são empregados para serem enviados e recebidos pelos módulos de saídas e entradas analógicas?

Explique a diferença entre os padrões de comunicação serial RS232 e RS485 adotado pelos CLP ?

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clp-teoria b sica

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