Apostila - Clp - Ladder

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS (IFG) CAMPUS JATAÍ

CONTROLADORES CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP´s) Programação LADDER

6º Período de Engenharia Elétricaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Elétrica aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Controladores Lógicos Programáveis

Prof. Dr. André Luiz

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1 – INTRODUÇÃO A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja ações que não dependem da intervenção humana. Este conceito é discutível pois a “mão do homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e implementação dos processos processos automáticos. automáticos. Entretanto Entretanto não é o objetivo objetivo deste trabalho trabalho este tipo de abordage abordagem m filosófica, ou sociológica. Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização, sendo muito antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a.C., com a utilização da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as atividades do intelecto, das artes, lazer lazer ou simple simplesme smente nte entret entreteni enimen mento. to. Enfim, Enfim, nos tempos tempos modern modernos os,, entend entende-s e-se e por por automação automação qualquer sistema sistema apoiado apoiado em microproce microprocessado ssadores res que substitua substitua o trabalho trabalho humano. Atualmente a automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e qualid qualidade ade nos proce processo ssoss consid considera erados dos repetit repetitivo ivos, s, estan estando do presen presente te no dia-a-d dia-a-dia ia das empr empres esas as para para apoi apoiar ar conc concei eito toss de prod produç ução ão tais tais como como os Sist Sistem emas as Flex Flexív ívei eiss de Manufatura. Sob o ponto de vista produtivo, a automação industrial pode ser dividida em 2 classes: a rígi rígida da,, a flex flexív ível el,, apli aplica cada dass a gran grande des, s, médi médios os e pequ pequen enos os lote lotess de fabr fabric icaç ação ão,, respectivamente. Ainda segundo a literatura, a automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, a mecânica na forma de dispositivos mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta área exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos pro projeti jetist stas as,, ou entã ntão um tra trabalh balho o de equip uipe muit muito o bem bem coo coorde rdenado ado com perf perfis is inte interdi rdisc scip iplin linar ares es.. Os gran grande dess proj projet etos os nest neste e camp campo o envo envolv lvem em uma uma infin infinid idad ade e de profissionais e os custos são suportados geralmente por grandes empresas. Recent Recenteme emente nte,, para para formar formar profis profissio sionai naiss aptos aptos ao trabal trabalho ho com com automa automação ção,, surgiu surgiu a disciplina “mecatrônica”. Entretanto é uma tarefa muito difícil a absorção de forma completa todo todoss os conh conhec ecime iment ntos os nece necess ssár ários ios,, e este este prof profis issi sion onal al com com cert certez eza a se torn torna a um “generalista” que eventualmente pode precisar da ajuda de especialistas de outras áreas. Este ainda é um desafio didático didático a ser resolvido resolvido,, mas ainda existe uma alternativa alternativa que é a criação de equipes multidisciplinares. m ultidisciplinares. Os sistem sistemas as automa automatiz tizad ados os podem podem ser aplica aplicados dos em simple simpless máquin máquina a ou em toda toda indústria, como é o caso das usinas de cana e açúcar. A diferença está no número de elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”.

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2 - CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP) O critério de projeto para o primeiro controlador programável foi especificado em 1968 por uma divisão da GENERAL MOTORS CORPORATION. O objetivo inicial era eliminar o alto custo associado com os sistemas controlados a relés. As especificações iniciais requeriam um sistema de estado sólido com a flexibilidade do computador, capaz de suportar o ambiente industrial, ser facilmente programado e reprogramado, manutenção fácil e por último facilmente expansível e utilizável. Devido ao intuito inicial de substituírem os painéis de relés no controle discreto, foram chamados de Controladores Lógicos Programáveis - CLP ( Programmable Programmable Logic Controllers ). PLC ). Os prime primeiro iross cont contro rola lado dore ress tinh tinham am pouc pouca a capa capaci cida dade de de proc proces essa same mento nto e suas suas aplicações se limitavam à máquinas e pequenos processos que necessitavam de operações repetitivas. A partir de 1970, com o advento da tecnologia de microprocessadores, os controladores passaram ter uma grande capacidade de processamento e alta fl exibilidade de programação e expansão. Entre outras características citamos: a capacidade de operar com números, manusear dados e se comunicar com computadores. Desta forma, os CLPs atuais podem atuar tanto em controle discreto, tais como, automação da manufatura, onde as máquin máquinas as aprese apresenta ntam m ações ações automá automátic ticas as e discre discretiz tizada ada no tempo tempo,, como como em contr controle ole contínuo, tais como, processos químicos e siderúrgicos, com características primordialmente analógicas. O sist sistem ema a utili utiliza zado do para para prog progra rama marr o cont contro rola lado dorr era era um disp dispos ositi itivo vo dedi dedica cado do e acondicionado em um maleta portátil, chamada de maleta de programação, de forma que podia ser levada para "campo" afim de alterar dados e realizar pequenas modificações no programa. O sistema de memória do controlador não permitia facilidades de programação por utilizar memórias do tipo EPROM. Inovações no hardware e software entre 1975 e 1979 proporciona proporcionaram ram ao controlado controladorr maior flexibilidad flexibilidade e e capacida capacidade de de processam processamento, ento, isto sig signifi nificcou aument mento o na capac pacida idade de memó memóri ria a e de entra tradas/ das/sa saíd ída as, perm permit itiu iu entradas/saídas remotas, controle analógico, controle de posicionamento, comunicações, etc. etc. A expa expans nsão ão de memó memória ria permi permititiu u um prog progra rama ma de aplic aplicaç ação ão maio maiorr e uma maio maior r quantidade de dados de forma que os programas de controle não ficassem restritos à lógica e seqüenciamento, mas também realizassem aquisição e manipulação de dados. Os custos com fiação foram reduzidos significativamente com a capacidade do controlador de comunicar-se com subsistemas de entrada/saída localizados em pontos remotos, distante da unidade central de processamento e perto do equipamento a ser controlado. Ao invés de trazer centenas de fios para o armário do CLP, os sinais dos subsistemas podem ser multiplexados e transmitidos por um único par de fios trançados. Esta técnica permitiu a decomposição de grandes sistemas em pequenos subsistemas melhorando a confiabilidade, manutenção e partida gradual dos subsistemas principais. A tecnologia dos CLPs só foi possível com o advento dos chamados Circuitos Integrados e da evolução da lógica digital. Este equipamento trouxe consigo as seguintes vantagens: • • • •

fácil diagnóstico durante o projeto economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido não produzem faíscas podem ser programados sem interromper o processo produtivo 4

6º Período de Engenharia Elétricaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Elétrica aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Controladores Lógicos Programáveis • • • • •

possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas baixo consumo de energia necessita de uma reduzida equipe de manutenção tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e saídas capacidade de comunicação com diversos outros equipamentos, equipamentos, entre outras

Atualmente, existem vários tipos de controladores, desde pequena capacidade até os mais mais sofis sofistic ticado adoss realiz realizand ando o operaç operações ões que antes antes eram eram consi consider derada adass espec específic íficas as para para comp comput utad ador ores es.. A evol evoluç ução ão do hard hardwa ware re cond conduz uziu iu a melh melhor oras as sign signifific icat ativ ivas as nas nas características do controlador, entre outras citamos: • • • • • •

Redução no tempo de varredura; Uma Interface Homem Máquina (IHM) mais m ais poderosa e amigável. No software também surgiram novas características, tais como: Linguagem em blocos funcionais e estruturação de programa; Linguagens de programação de alto nível, baseadas em BASIC; Diagnósticos e detecção de falhas;

2.1 - UTILIZAÇÃO DOS CLP’S

Toda planta industrial necessita de algum tipo de controlador par garantir uma operação segura e economicamente viável. Desde o nível mais simples, em que pode ser utilizado para controlar o motor de um ventilador para regular a temperatura de uma sala, até o grau de complexidade elevado, controlando a planta de um reator nuclear para produção de energia elétrica. Embora existam tamanhos e complexidades diferentes, todos os sistemas de controle podem ser divididos em três partes com funções bem definidas: os transdutores (sensores), os controladores e os atuadores.

Sensores/ transdutores: transdutor é um dispositivo que converte uma condição física do elemento sensor em um sinal elétrico para ser utilizado pelo CLP através da conexão às entrad entradas as do CLP. CLP. Os sensore sensoress no geral geral são são tidos tidos como os olhos de um determ determina inado do processo, ou seja, tem como função indicar ao respectivo controlador como se encontra um determinado ponto do processo (ligado, desligado, 0 ou 1). Um exemplo típico é um botão de impulso, em que um sinal elétrico é enviado do botão ao CLP, indicando sua condição atual (pressionado ou liberado). Atuadores: Sua função consiste em converter o sinal elétrico oriundo do CLP em uma condição física, normalmente ligando ou desligando algum elemento, ou seja, os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. Os atuadores são conectados às saídas do CLP. Um exemplo típico é fazer o controle do acionamento de um motor através do CLP. Neste caso a saída do CLP vai ligar ou desligar a bobina do controlador que o comanda. (São tidos como os braços de um determinado processo) Controladores: De acordo com os estados das suas entradas, o controlador utiliza um programa de controle para calcular os estados das suas saídas. Os sinais elétricos das saídas são convertidos no processo através dos atuadores. Muitos atuadores geram um traba trabalho lho no proce processo sso,, tais tais como como válvu válvulas las,, motore motores, s, bomba bombas, s, etc. etc. Alguns Alguns contro controlad ladore oress 5


podem mostrar a situação atual do processo através de uma tela ou em um display. São considerados como o cérebro do processo. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1. PROCESSO

ATUADOR

SENSOR

CONTROLADOR

Figura 1 – Diagrama simplificado de um sistema de controle automático

A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Estes últimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos é similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 2 mostra de forma simplificada este tipo de organização.

Figura 2 – Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado

Nota Nota-se -se que que os elem elemen ento toss most mostra rado doss na figu figura ra 1 perte pertenc ncem em a prime primeira ira e segu segund nda a camada camadas. s. Na tercei terceira ra camada camada estão estão os sistem sistemas as superv supervisó isório rios, s, operad operados os pela pela “mão “mão huma humana na”, ”, onde onde são são toma tomada dass deci decisõ sões es impo import rtan ante tess no proc proces esso so,, tal tal como como para parada dass progra programad madas as de máquin máquina a e altera alteraçõe çõess no volume volume de produç produção ão.. Esses Esses também também estão estão integrados com os sistemas gerenciais, responsáveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris. 2.2 - ARQUITETURA DOS CLPS E PRINCÍPIO

DE FUNCIONAMENTO

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O CLP é um equipamento de estado sólido que pode ser programado para executar inst instru ruçõ ções es que que cont contro rola lam m disp dispos osititiv ivos os,, máqu máquin inas as e oper operaç açõe õess de proc proces esso soss pela pela implementação de funções específicas, como lógica de controle, seqüencialmente, controle de tempo, operações aritméticas, controle de malha, transmissão de dados etc. Os CLP’s são projetados e construídos para operarem em ambientes severos, portanto devem devem resist resistir ir a altas altas temper temperatu aturas ras,, ruídos ruídos elétric elétricos, os, poluiç poluição ão atmosf atmosféri érica, ca, ambien ambientes tes úmidos etc. Sua Sua capa capaci cida dade de quan quanto to ao núme número ro de entra entrada dass e saíd saídas as,, memó memóri ria, a, conj conjun unto to de instru instruçõ ções, es, veloc velocida idade de de proces processam sament ento, o, conec conectiv tivida idade, de, flexib flexibili ilidad dade, e, IHM etc, etc, varia varia conforme o fabricante. Um controlador programável, independente do tamanho, custo ou complexidade, consiste de cinco elementos básicos: • • • • •

Processador; Memória; Sistema de entradas/saídas; Fonte de alimentação; Terminal de programação.

A três partes principais (processador, memória e fonte de alimentação) formam o que chamamos de CPU - Unidade Central de Processamento. E N T R A D A S

Unidade Central de Processamento

S A Í D A S

Figura 3 - Diagrama de Blocos de um Controlador Lógico Programável O Processador

lê dados de entrada de vários dispositivos, executa o programa do usuário armazenado na memória e envia dados de saída para comandar os dispositivos de controle. Este processo processo de leitura das entradas, execução do programa e controle das saída é feito de uma forma contínua e é chamado de ciclo de varredura. O sistema de entrada/saída forma a interface pelo qual os dispositivos de campo são conect conectado adoss ao contro controlad lador. or. O propós propósito ito desta desta interf interface ace é condi condicio cionar nar os vários vários sinais sinais recebidos ou enviados ao mundo externo. Sinais provenientes de sensores tais como pushbutton buttons, s, chave chavess limites limites,, sensor sensores es analóg analógico icoss e chave chavess seleto seletoras ras,, são conec conectad tados os aos aos terminais dos módulos de entrada. Dispositivos que devem ser controlados, como válvulas solenóides, lâmpadas pilotos e outros, sãos conectados aos terminais dos módulos de saída. A fonte de alimentação fornece todas as tensões necessárias para a devida operação do CP e da interface dos módulos de entrada e saída. 7


Dependendo de como estas partes estão fisicamente organizadas podemos ter dois tipos de estrutura. A primeira é do tipo compacta, onde todos os componentes são colocados em uma única estrutura física, isto é, o processador, a memória, a fonte e o sistema de entrada/saída são colocados em um gabinete ficando o usuário com acesso somente aos conectores do sistema E/S. Este tipo de estrutura é normalmente empregada para CLPs de pequeno porte. A segunda estrutura apresenta uma abordagem modular onde cada componente ou um conjunto deles é colocado em um módulo. Podemos ter processador e memória em um único módulo com fonte separada ou então estas três partes juntas em um único gabinete. O sistema de entrada/saída é decomposto em módulos de acordo com suas características. Estes módulos são então colocados em racks formando uma configuração de médio e grande porte. Outro componente de controlador programável é o dispositivo de programação. Embora seja considerado como parte do controlador, o terminal de programação, como era chamado ante antes, s, é requ requer erido ido apen apenas as para para entr entrar ar com com o prog progra rama ma de apli aplica caçã ção o na memó memória ria do cont contro rola lado dor. r. Uma Uma vez vez carr carreg egad ado o o prog progra rama ma o term termina inall pode pode ser ser desc descon onec ecta tado do do controlador. Atualmente se usa o microcomputador para programar o CLP e devido à capacidade de processamento do mesmo, este também é utilizado para monitoração e depuração do programa. Controlador Lógico Programável (CLP) Comunicação

Entrada Digital Entrada Analógica

Unidade Central de Processamento

Saída Digital Saída Analógica

Fonte de Alimentação Alimentação CA ou CC

Figura 4 – Diagrama de Blocos CLP.

2.3 - CLASSIFICAÇÃO

DOS

CLPS SEGUNDO A CAPACIDADE

Além da classificação histórica, os CLPs podem ser classificados também segundo a sua capacidade, como descrito abaixo.

Nano e micro CLPs : possuem até 16 entradas e a saídas. Normalmente são compostos por um único módulo com capacidade de memória máxima de 512 passos. CLPs de médio porte : capacidade de entrada e saída em até 256 pontos, digitais e analógicas. Permitem até 2048 passos de memória. 8


CLPs de grande porte : construção modular com CPU principal e auxiliares. Módulos de entrada e saída digitais e analógicas, módulos especializados, módulos para redes locais. Permitem a utilização de até 4096 pontos. A memória pode ser otimizada para o tamanho requerido pelo usuário.

3 - CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL VS PAINEL DE R ELÉS ELÉS Controladores Programáveis ou painéis de relés? Esta foi provavelmente uma pergunta muito comum entre os engenheiros de sistemas, controle, projetistas, etc. Não se pode generalizar, mas é certo que alta qualidade e produtividade não podem ser obtidas, de mane maneir ira a econ conômic mica, sem equip quipa ament mento o de contro ntrole le ele eletrô trônico nico.. Com Com o ráp rápido ido desenvolvimento e crescimento da competição, o custo do controlador programável tem caído significativamente a ponto de que o estudo de CLP versus relés, no ponto de vista de custo não ser mais válido. As aplicações com controladores programáveis podem, agora, sere serem m aval avalia iada dass por por seus seus próp próprio rioss mérit méritos os.. Requ Requis isito itoss tais tais como como indi indica cado doss abai abaixo xo seguramente levam à opção pelo CLP ao invés de relés: • • • • • • •

Necessidade de flexibilidade de mudanças na lógica de controle; Necessidade de alta confiabilidade; Espaço físico disponível pequeno; Expansão de entradas e saídas; Modificação rápida; Lógicas similares em várias máquinas; Comunicação com computadores em níveis superiores.

Embora o sistema eletromecânico, em pequenas e até médias aplicações, possa apresentar um custo inicial menor, esta vantagem poderá ser perdida considerando-se a relação custo/benefício que o CLP proporciona. A Figura 5 ilustra uma comparação comparação entre o quadro de relés e o quadro quadro de CLPs. Pode ser observado que a implementação da lógica através de r elés dificulta a manutenção e torna o sistema menos flexível à mudanças. A lógica é realizada por fios e qualquer modificação na lógica exige uma conexão adequada dos fios, envolvendo operações com os contatos NA e NF dos relés.

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Figura 5 – Comparação entre os quadros de relés e CP’s

4 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O Controlador Programável tem uma forma particular de trabalhar que caracteriza o seu funcionamento. O controlador opera executando uma seqüência de atividades definidas e controladas pelo programa Executivo. Este modo de operação ocorre em um ciclo, chamado de Ciclo de Varredura ("Scan"), que consiste em: • • •

leitura das entradas externas; execução da lógica programada; atualização das saídas externas.

Na fase de leitura das entradas, o Processador endereça o sistema de E/S, obtém os estados dos dispositivos que estão conectados, e armazena estas informações na forma de bits "1" ou "0", dependendo do estado obtido (ponto energizado eqüivale ao binário "1" e ponto desenergizado ao binário "0"). A região da memória utilizada para armazenar estas informações é chamada de Tabela Imagem das Entradas - TIE. Na fase de execução da lógica programada pr ogramada pelo usuário, a CPU consulta a TIE para obter os estados dos dispositivos. Nesta fase, os resultados das lógicas programadas cujas saídas tenham um ponto correspondente no rack de saída são armazenados em uma área de memória que é chamada de Tabela Imagem das Saídas - TIS. As lógicas que possuem saídas internas serão armazenadas na área correspondente. Durante a execução da lógica programada, se for necessário a referência a uma saída qualquer, dentro do mesmo ciclo, esta tabela é consultada. Observe que durante esta fase não é feita nenhuma referência a pontos externos (entrada ou saída), a CPU opera com informações obtidas da memória. m emória.

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Na fase de atualização de saídas, a CPU executa uma varredura na tabela TIS e atualiza as saídas externas, endereçando o Sistema de E/S para atualizar o estado dos dispositivos externos de acordo com o resultado da lógica programada. A seguir, o ciclo é reiniciado e a operação continua enquanto se mantém o controlador no modo de execução ("Run"). O tempo necessário para a varredura varia de controlador para controlador e depende de muitos muitos fatore fatoress (taman (tamanho ho da palavr palavra, a, clock, clock, instru instruçõe çõess progra programad madas as,, etc.). etc.). O fabric fabricant ante e especi especifica fica este este tempo tempo basead baseado o na quant quantida idade de de instru instruçõ ções, es, normal normalmen mente te instru instruçõe çõess booleanas, e quantidade de entradas/saídas. Qualquer outra função programada aumenta este tempo de varredura. Este processo de varredura pode ser inadequado para entradas rápidas, isto é, entradas com freqüência acima de 10 Hz. Neste caso devemos utilizar de funções especiais do CP para interromper a varredura do programa e atualizar o estado de uma entrada ou de uma saída imediatamente. Este processo é realizado por software e também está limitado à exec execuç ução ão do prog progra rama ma do usuá usuário rio.. Em aplic aplicaç açõe õess de alta alta velo veloci cida dade de,, tais tais como como em sensores eletrônicos por pulsos, é aconselhável o uso de módulos específicos (contadores de alta velocidade). A interrupção do ciclo de varredura varredura para atualização pode ocorrer ocorrer de duas maneiras: •

•

Interrupção para entrada imediata: o ciclo é interrompido para uma leitura de módulos de entrada. Após a leitura ocorre a atualização da Tabela Imagem das Entradas com os pontos selecionados e o programa prossegue normalmente; Interrupção para saída imediata: após a execução de uma lógica pode ser necessário atualizar imediatamente as saídas externas. Neste caso, programa-se uma Instrução de Saída Imediata para atualizar o estado externo. Observe que a CPU acessa a Tabe Tabela la Imag Imagem em de Saíd Saída, a, que que já poss possui ui os resu resultltad ados os corre corrent ntes es e escr escrev eve e no endereço do módulo de saída referenciado na instrução.

Além das duas maneiras mais usuais apresentadas acima, a varredura normal do programa de usuário pode ser alterada por uma entrada especial que, tendo sofrido uma variação no seu estado, gera uma interrupção na CPU. Esta interrupção desvia a execução do programa para uma subrotina especial que pode ou não ser programada pelo usuário. O tempo de varredura é uma consideração importante na seleção do controlador. Este indica a rapidez com que o controlador pode reagir às entradas de campo e resolver corretamente a lógica de controle. Por exemplo, se um controlador tem um tempo de varredura de 50 ms e necessita monitorar um sinal de entrada que pode mudar de estado a cada 20 ms, o controlador nunca será capaz de aquisitar este sinal, resultando em um mau funcionamento da aplicação.

5 – VARIÁVEIS DE CONTROLE Para controlar um processo o CLP usa de informações vindas de sensores. Através das instruções gravadas em sua memória interna ela comanda os atuadores, que exercem o trabalho sobre o sistema. Conceitualmente designa-se os sensores de entradas e os atuadores de saídas, sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em automação, estas podem ser dividias em analógicas e digitais. 11


As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 6(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo (ligado ou desligado, 0 ou 1), como pode ser visto na figura 6(b).

Figura 6 – Variáveis analógicas e digitais

Dessa forma podemos definir o Controle Analógico como aquele que se destina ao monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das variáveis discretas. 4.1 SISTEMAS DE ENTRADAS E SAÍDAS

O Sist Sistem ema a de Entr Entrad adas as/S /Saí aída dass forn fornec ece e a cone conexã xão o físic física a entre entre o mund mundo o exte extern rno o (equipamentos de campo) e a unidade central de processamento. Através de circuitos de interf interface ace,, o contro controlad lador or pode pode senso sensorar rar ou medir medir quanti quantidad dades es física físicas, s, indepe independe ndente nte da máquina máquina ou processo processo,, tais como: como: proximidad proximidade, e, posição, posição, movimento movimento,, nível, nível, temperatura temperatura,, pressão, corrente e tensão. Baseado no estado sensorado ou no valor medido, e nas instruções do programa de usuário, o processador comanda os dispositivos de controle conect conectado adoss ao subsis subsistem tema a de saída saída.. Estes Estes dispo disposit sitivo ivoss podem podem ser ser válvul válvulas, as, motore motores, s, bombas, alarmes, etc. Os predecessores dos atuais controladores programáveis eram limitados a interfaces de entradas e saídas discretas que só permitiam a conexão de dispositivos tipo ON/OFF. Estas limitaç limitaçõe õess permiti permitiam am ao contro controlad lador or apena apenass um contro controle le parcia parciall em muitas muitas aplica aplicaçõ ções. es. Atualmente os controladores possuem uma grande variedade de interfaces (analógicas e discretas) o que permite sua aplicação em praticamente qualquer tipo de controle. 4.2 – ENTRADAS E SAÍDAS DISCRETAS

A classe mais comum de interface de entrada/saída é o tipo discreto. Esta interface conecta dispositivos de entrada de campo, que fornecem sinais de entrada independentes e distintos em natureza dos sinais eletrônicos da interface, ou dispositivos de saída para camp campo o que que nece necess ssite item m de sina sinais is inde indepe pend nden ente tess e dist distin into toss em natu nature reza za dos dos sina sinais is eletrônicos da interface para controlar seu estado. Estas características limitam a interface em sensorar sinais do tipo ON/OFF ou fechado/aberto. Para esta interface o sinal de entrada é essencialmente uma chave que esta aberta ou fechada. Da mesma forma, o controle da saída é limitado a dispositivos que somente requerem comutação em dois estados, tais como ON/OFF ou ligado/desligado.

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Tabela 1 – Entradas e saídas discretas

Dispositivos de Entrada Chaves seletoras Botões de impulso Fotoelétricos Contatos de relés Chaves de nível

Dispositivos de Saída Alarmes Relés de Controle Ventiladores Buzinas Bombas hidráulicas

Cada entrada ou saída é alimentada por alguma fonte de alimentação que podem ser ou não de mesma magnitude ou tipo (p. ex. 120 VAC, 24 VDC). Por esta razão, circuitos de interface são disponíveis para vários valores de tensão AC e DC, como listado na Tabela 2. Quando em operação, se a chave de entrada é fechada, a interface de entrada monitora a tensão fornecida e a converte em um sinal aceitável para o processador indicando o estado do dispositivo. Um estado lógico 1 indica um estado ON ou fechado do dispositivo externo e um estado lógico 0 indica um estado OFF ou aberto do dispositivo. Tabela 2 - Valores padrões para interfaces discretas

Entradas 12/48 VAC 12/48 VDC 110/220 VAC

Saídas 12/48 VAC 12/48 VDC 110/220 VAC

4.3 – ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS

Entradas analógicas: como o próprio nome já diz, elas medem as grandezas de forma analóg analógica ica.. Para Para trabal trabalhar har com com este este tipo tipo de entrad entrada a os contro controlad ladore oress tem conver conversor sores es analógico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. A figura 7 representa o exemplo de sensores de pressão ou termopares.

Figura 7 – Exemplos de entradas analógicas – Termopares

Saídas analógicas: como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conve converso rsorr digita digitall para para analóg analógico ico (D/A), (D/A), para para trabal trabalha harr com este este tipo tipo de saída saída.. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, displays gráficos, entre outros.

5 - MEMÓRIA DA APLICAÇÃO A memória da aplicação é uma região região com características de escrita e leitura aleatória. aleatória. Esta memória é destinada a armazenar o programa do usuário. O programa do usuário contém a lógica de controle através do dispositivo de programação (geralmente um microcomputador 13


ou notebook) e descarregada na memória do CLP através do software de programação específico do fabricante.

Figura 8 – Programa do usuário

6 – LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO 6.1 – DEFINIÇÕES BÁSICAS

Imag Imagin ine e que que um gere gerent nte e dese deseja ja pass passar ar inst instruç ruçõe õess a um oper operad ador or de dete determi rmina nado do proces processo. so. Se ambos ambos falam falam portu portuguê guês, s, instru instruçõ ções es típica típicass poder poderiam iam ser: ser: ligue ligue o motor, motor, desligue o motor, some dois valores, subtraia dois valore, acenda a lâmpada, apague a lâmp lâmpad ada, a, ligu ligue e a sire sirene ne e assi assim m por por dian diante te.. Port Portan anto to,, para para que que haja haja uma uma efet efetiv iva a comunica;cão, é necessário utilizar uma linguagem que ambos entendam. Genericamente, linguagem, é um meio de transmissão de informações entre dois ou mais elementos com capacidade de se comunicarem. Esses elementos não ficam restritos aos seres humanos, nem mesmo é exclusividade dos seres vivos, já que máquinas podem ser construídas com tal capacidade. Na área da computação, define-se instrução como um comando que permite a um sistema com capaciade computacional realizar determinada operação. 14


Linguagem de programação é o conjunto padronizado de instruções que o sistema computacional é capaz de reconhecer. Programar significa fornecer uma série de instruções a um sistema com capacidade comput computaci aciona onal,l, de maneir maneira a que este este seja seja capaz capaz de compo comporta rtar-se r-se deter determin minist istica icamen mente, te, executando de forma automática as decisões de controle em função do estado atual, das entradas e das saídas do sistema num dado instante. Programador é responsável por prever as situações possíveis do sistema, planejar uma estra estraté tégia gia de cont control role e e codi codific ficar ar as instr instruç uçõe õess em uma uma ling lingua uage gem m de prog progra rama maçã ção o padronizada para posteriormente serem passadas ao sistema computacional. 6.2 – NORMA IEC 61131-3

Nos Nos últi último moss anos anos houv houve e um enor enorme me avan avanço ço nas nas técn técnic icas as e nas nas ling lingua uage gens ns de programação. Vários métodos de modelagem foam desenvolvidos e poderosas linguagens criadas, visando atender aos mais diversos setores. Inegavelmente a programação dos controladores lógicos programáveis é atualmente mais simp simple less e flex flexív ível el do que que ante antes, s, prin princi cipa palm lmen ente te porq porque ue fora foram m dese desenv nvol olvi vida dass ou aperfeiçoadas várias linguagens proprietárias, incluindo variações da linguagem Ladder e Lista de instruções. A inexistência de normas em relação às linguagens de programação do CLPs fez surgir inúmeras variantes destas ao longo do tempo, todas diferente entre si. Do ponto de vista das empresas usuárias , é claramente um desperdício de dinheiro e de recursos humanos, já que as habilidades desenvolvidas desenvolvidas por seus funcionários na utilização de um determinado tipo de CLP não podem ser reaproveitadas quando da substituição por outro tipo ou fabricante. Feliz Felizme ment nte e a comu comunid nidad ade e indu indust stri rial al inte interna rnaci cion onal al reco reconh nhec eceu eu que que era era nece necess ssár ário io estabelecer um padrão aberto para os CLPs, visando a uniformização de procedimentos dos dive divers rsos os fabr fabric ican ante tes. s. Para Para tant tanto, o, foi foi cria criado do um grup grupo o de trab trabal alho ho IEC IEC (Int (Inter erna natio tiona nall Electrotechnical Commission) para estabelecer normas a todo o ciclo de desenvolvimento dos CLPs, incluindo o projeto de hardware, instalação, testes, documentação, programação e comunicação. No início da década de 1990, o IEC publicou várias partes da norma IEC 1131 que cobre o ciclo de vida completo dos CLPs. Essa norma á considerada, por alguns autores, um marco histórico para os CLPs. Alguns anos depois essa norma foi revisada e recebeu o número IEC 61131 cuja terceira parte – IEC 61131- 3 – trata das linguagens de programação Visa Visand ndo o aten atende derr aos aos dive divers rsos os segme segment ntos os da indu indust stria ria,, incl incluin uindo do seus seus usuá usuário rios, s, e uniformizar as várias metodologias de programação dos controladores industriais, a norma IEC 61131-3 definiu sintática e semanticamente cinco linguagens de programação. • • • • •

Linguagem Ladder (LD – Ladder Diagram) Diagrama de Blocos de Funções (FBD – Function Block Diagram) Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC – System Function Chart) Lista de Instruções (IL – Instruction List) Texto Estruturado (ST – Structured Text) 15


6.3 - LINGUAGEM LADDER – L ADDER DIAGRAM (LD)

É uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos elétricos para realização de circuitos e comandos de acionamentos. Por ser a primeira linguagem utilizada pelos fabricantes, é a mais difundida e encontrada em quase todos os CLP’s da atual geração. Bobinas e contatos são símbolos utilizados nessa linguagem. Os símbolos de contatos programados em uma linha representam as condições que serão avaliadas de acordo com a lógi lógica ca.. Como Como resu resultltad ado o dete determ rmin inam am o cont contro role le de uma uma saíd saída, a, que que norm normal alme ment nte e é representado pelo símbolo de uma bobina. Recebeu vários nomes desde sua criação, entre eles diagrama do tipo escada, diagrama de contatos e linguagem de contatos. Hoje em dia a linguagem Ladder é a mais conhecida no meio industrial. 6.4 - LISTA DE INSTRUÇÕES – I NSTRUCTION LIST (IL)

Insp Inspira irada da na lingu linguag agem em asse assembl mblyy e de cara caract cter erís ístic ticas as pura purame ment nte e seqü seqüen enci cial al,, é caracterizada por instruções que possuem um operador e, dependendo do tipo de operação, podem incluir um ou mais operandos, separados por vírgulas. É indicada para pequenos CLP’s ou para controle de processos simples. 6.5 - TEXTO ESTRUTURADO – S TRUCTURED TEXT (ST)

É uma linguagem textual de alto nível e muito poderosa, inspirada na linguagem Pascal, que contém todos os elementos essenciais de uma linguagem de programação moderna, incluindo as instruções condicionais (IF – THEN – ELSE e CASE OF) e instruções de iterações (FOR, WHILE e REPEAT). Como o seu nome sugere, encoraja o desenvolvimento de prog progra rama maçã ção o estr estrut utur urad ada, a, send sendo o exce excele lent nte e para para defin definiç ição ão de bloc blocos os func funcio iona nais is complexos, os quais podem ser utilizados em qualquer outra linguagem IEC. 6.6 - DIAGRAMA DE BLOCOS DE FUNÇÕES – F UNCTION BLOCK DIAGRAM (FBD)

É uma das das ling lingua uage gens ns gráf gráfic icas as de prog progra rama maçã ção, o, muito muito popu popula larr na Euro Europa pa,, cujo cujoss elementos são expressos por blocos interligados, semelhantes aos utilizados em eletrônica digital. Essa linguagem permite um desenvolvimento hierárquico e modular do software, uma vez que podem ser construídos blocos de funções mais complexos a partir de outros menores e mais simples. Normalmente os blocos são construídos utilizando a linguagem de texto estruturado. Por ser poderosa e versátil, tem recebido uma atenção especial por parte dos fabricantes. Seu uso é indicado para processos químicos em geral e em processamento descentralizado. Devido à sua importância, foi criada uma norma para atender especificamente a esses elementos (IEC 61499), visando incluir instruções mais poderosas e tornar mais clara sua programação.

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6.7 - S EQUENCIAMENTO GRÁFICO DE FUNÇÕES (SYSTEM FUNCTION CHART - SFC)

O SFC é uma linguagem gráfica que permite a descrição de ações seqüenciais, paralelas e alternativas existentes numa aplicação de controle. Como é descendente direto do Grafcet, o SFC fornece os meios para estruturar uma unidade de organização de um programa num conjun conjunto to de etapas etapas separ separada adass por transi transiçõ ções. es. A cada cada transi transiçã ção o esta esta assoc associad iada a uma receptividade que terá de ser satisfeita para que a transposição da transição ocorra, e assim o programa evolua para etapa seguinte. Atualmente o SFC vem recebendo várias implementações nos CLP’s de grande porte, afirmando-se como linguagem ideal para processos seqüenciais. 6.8 - APLICAÇÃO DE LINGUAGENS

DE PROGRAMAÇÃO DOS

CLP’S

Um item fundamental para utilização de um controlador lógico programável é a seleção da linguagem a ser utilizada, a qual depende de diversos fatores, entre eles: • • • • •

Disponibilidade da Linguagem no CLP. Grau de conhecimento do programador. Solução a ser implementada. Nível da descrição do problema. Estrutura do sistema de controle.

A figura 9 ilustra a mesma lógica de programa representada r epresentada pelas quatro linguagens (IL, ST, FBD e Ladder). Lista de Instruções

LDN A AND B ST L

L:= Not(A) AND B;

Diagrama de Blocos Funcionais

A B

AND

Texto Estruturado

L

Linguagem Ladder

L

Figura 9 – Implementação da equação lógica L = A ⋅ B em quatro linguagens diferentes

7 - LINGUAGEM LADDER A linguagem Ladder foi a primeira que surgiu para a programação dos Controladores Lógic Lógicos os Progra Programáv máveis eis.. Para Para que obtive obtivesse sse uma aceit aceitaçã ação o imedia imediata ta no merca mercado, do, seus seus projetistas consideraram que ela deveria evitar uma mudança de paradigma muito brusca. Considerando que, na época, os técnicos e engenheiros eletricistas eram normalmente os encarregados da manutenção no chão da fábrica, a linguagem Ladder deveria ser algo familiar a esses profissionais. 17


Assim, assim ela foi desenvolvida com os mesmos conceitos dos diagramas de comandos elétricos que utilizam bobinas e contatos. Uma boa compreensão do método de programação em linguagem Ladder, incluindo blocos funcionais, é extremamente benéfica, mesmo quando se utiliza um CLP com outros recursos, porque os diagramas Ladder são fáceis de usar e implementar e constituem uma programação de linguagem de CLP poderosa. Principais Vantagens da Linguagem Ladder: •

•

•

• • •

Possibilidade de uma rápida adaptação do pessoal técnico (semelhança com diagramas elétricos convencionais com lógica a relés); Possibilidade de aproveitamento do raciocínio lógico na elaboração de um comando feito com relés; Fácil visualização dos estados das variáveis sobre o diagrama Ladder, permitindo uma rápida depuração e manutenção do software; Documentação fácil e clara; Símbolos padronizados e mundialmente aceitos pelos fabricantes e usuários; Técnica de programação mais difundida e aceita industrialmente. i ndustrialmente.

Desvantagens: • •

•

Utilização em programas extensos ou com lógicas mais complexas é bastante difícil. Programadores não familiarizados com a operação de relés tendem a ter dificuldades com essa linguagem; Edição mais lenta.

7.1 - LÓGICA DE CONTATOS

A programação em diagrama de contatos permite a implementação de funções binárias simples até aquelas mais complexas. Pelo conjunto de ações esquematizadas no diagrama de contatos pode-se esboçar o programa a ser desenvolvido em linguagem Ladder. Uma chave pode estar em duas situações: aberta ou fechada. 7.1.1 - SÍMBOLOS BÁSICOS .

Os símbolos mais utilizados para representação da lógica com contatos e relés são mostrados nas Figuras 10 e 11, que ilustram os contatos elétricos Normalmente Abertos (NA) e Normalmente Fechados (NF), respectivamente. Contato Normalmente Aberto (NA). No estado de repouso não conduz. Só deixa passar corrente se o contato for comutado (fechado)

Figura 10 - Algumas representações de contatos elétricos Normalmente Abertos. 18


Contato Normalmente Fechado Fechado (NF). Conduz no estado estado de repouso e interrompe a condução se for comutado (aberto)

Figura 11 - Algumas representações de contatos elétricos Normalmente Fechados.

A Tabela 3 mostra alguns símbolos de contatos NA e NF utilizados em diagramas Ladder. Tabela 3 - Símbolos Ladder para contatos, utilizados por alguns fabricantes de CLP’s .

NA Tabela 4 estão os símbolos para bobinas utilizadas em diagrama Ladder, segundo a notação de diversos fabricantes. Tabela 4 - Símbolos para bobinas utilizadas em Diagrama Ladder

7.2 - DIAGRAMA DE CONTATOS LADDER

A função principal de um programa em linguagem Ladder é controlar o acionamento de saídas, dependendo da combinação lógica dos contatos de entrada. O diagrama de contatos Ladder é uma técnica adotada para descrever uma função lógica utilizando contatos e relés. Sua notação é bastante simples. Um diagrama de contatos é composto de duas barras verticais que representam os pólos positivo e negativo de uma bateria. A idéia por traz da linguagem l inguagem Ladder é representar graficamente um fluxo de “eletricidade virtual” entre duas barras verticais energizadas. Essa “eletricidade virtual” flui sempre da barra vertical esquerda para a barra vertical da direita. 19


O nome Ladder (que significa escada em inglês) foi dado porque o diagrama final se parece com uma escada cujos trilhos laterais são as linhas de alimentação e cada lógica associada a uma bobina é chamada de degrau (em ( em inglês: rung). Um degrau é composto de um conjunto de condições de entrada (representado por contatos NA e NF) e uma instrução de saída no final da linha (representada pelo símbolo de uma bobina) O conjunto dos contatos que compõe um degrau pode ser conhecido como condição de entrada ou lógica de controle. As instruções de saídas, tais como bobinas e blocos funcionais (contadores, temporizadores e outros com funções especiais), devem ser os últimos elementos à direita. Como funciona:

Figura 12 – Estrutura típica de um degrau em linguagem Ladder.

Um degrau é verdadeiro, ou seja, energiza uma saída quando os contatos permitem um fluxo “virtual de eletricidade”, ou seja, existe uma continuidade entre a barra da esquerda para direita. A continuidade ocorre quando há uma combinação de contatos fechados que permite fluir uma corrente virtual até a bobina, que deve ser o ultimo elemento da linha (ou degrau). A figura 14 ilustra vários possíveis caminhos de continuidade para o diagrama da figura 13.

Figura 13 – Exemplo de um degrau em Ladder

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Figura 14 – Possíveis caminhos de continuidade para o diagrama da figura

7.3 – FLUXO REVERSO

Quando os relés eletromecânicos são utilizados para implementar uma lógica Ladder, o fluxo de energia pode ocorrer em qualquer sentido através dos contatos. Por exemplo, considere o diagrama Ladder da Figura X abaixo.

Figura 15 – Fluxo Reverso no contato D.

Se o diagrama fosse implementado com relés eletromecânicos e os contatos B, C, D e F estivessem fechados, a energia fluiria e alcançaria a bobina Y porque um conjunto de contatos se fecha, ele fornece um fluxo de potência, ou continuidade, no circuito em que é utilizado.

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No entanto, uma regra seguida por quase todos os fabricantes de CLPs é que o fluxo reverso (da direita para esquerda) não é permitido, ou seja, de maneira diferente do que acontece nos circuitos elétricos reais, o “fluxo de corrente elétrica” virtual em uma lógica ladder flui somente no sentido da barra esquerda para direita. EPETIÇÃO DE CONTATOS 7.4 - R EPETIÇÃO

Quando relés eletromecânicos são utilizados para implementar uma lógica Ladder, o fluxo de energia pode ocorrer em qualquer sentido através dos contatos. Enquan Enquanto to nos relés relés eletro eletromec mecâni ânicos cos somen somente te uma quanti quantidad dade e fixa fixa e limitad limitada a está está disponível, nos programas em Ladder uma bobina pode ter quantos contatos normalmente abertos ou fechados desejar. Isso significa que um mesmo contato pode ser repetido várias vezes. Cada conjunto de bobinas disponíveis e seus respectivos contatos no CLP são iden identif tific icad ados os por por um ende endere reço ço de refe referên rênci cia a únic único. o. Por Por exem exempl plo, o, a bobi bobina na M 1 possui contatos normalmente abertos e normalmente fechados com o mesmo endereço (M 1) que a bobina, Figura 16.

Figura 16 - Ilustração da possibilidade de repetição de contatos de uma bobina

Um cont contro rola lado dorr prog progra ramá máve vell tamb também ém perm permite ite o uso uso de múlt múltip iplo loss cont contat atos os de um dispositivo de entrada. A Figura 17 ilustra um exemplo em que uma chave fim de curso (S 1) é ligada na entrada I 2 de um CLP. Observe que no programa de controle do CLP é possível repetir o contato I 2 na forma de contato normalmente aberto ou normalmente fechado, tantas vezes quanto for necessário.

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Figura 17 – Repetição de contatos EPETIÇÃO DE UMA MESMA BOBINA . 7.5 - R EPETIÇÃO

Embora alguns modelos de CLP permitam que uma mesma saída (bobina) seja repetida, é desaconselhável fazê-lo porque a repetição de uma saída em degraus diferentes vai tornar muito confusa a lógica do programa e, por conseqüência, dificultar o entendimento de quem assumir a manutenção desse programa. Recomenda-se, portanto, que, uma bobina (saída) não seja repetida. ELÉS INTERNOS 7.6 - R ELÉS

Também chamados de bobinas auxiliares, relés auxiliares, memória interna etc. Diferentes fabricantes usam distintos termos para se referirem aos relés internos. Os relés internos nos CLP’s são elementos utilizados para armazenamento temporário de dados (bits). Seu efeito é comparável com os dos relés auxiliares. O nome relé interno foi dado em função dessa característica. Para efeitos de programação, suas bobinas podem ser energiz energizada adass e desati desativa vadas das e seus seus contat contatos os para para ligar ligar ou desli desligar gar outras outras saída saídas. s. Para Para reforçar esse conceito observe a figura mostrada abaixo.

Figura 18 - Exemplo de utilização de um relé auxiliar para liga uma saída física.

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Ao ser fechado o contato de entrada (I1), a bobina do relé interno (M 1) é energizada. No entanto, um relé interno não esta associado a nenhuma saída física, é somente uma posição de memória. Supondo que é desejado utilizá-lo para ligar uma saída física, podese utilizar um de seus contatos para ligar a bobina Q 1 que é associada ao módulo de saída. 7.7 - CLIC 02 (WEG)

As entradas são representadas pela letra “I”, os relés internos pela letra “M” e as saídas pela letra “Q”. Por se tratar de um controlador simples, sua estrutura de endereçamento também é simples: • • •

Entradas: I1, I2, I3, .... Saídas: Q1, Q2, Q3.... Relés auxiliares: M 1, M2, M3....

A figura abaixo representa um exemplo exemplo para essa situação. situação.

Figura 19 – Representação da tela de programação do programa Clic02 da WEG

7.8 - CONVERSÃO DE DIAGRAMAS ELÉTRICOS EM DIAGRAMA LADDER

Normalmente é muito fácil passar um diagrama elétrico para um diagrama Ladder. Basta transformar as colunas em linhas, como mostram as Figuras 20 e 21, para o caso de uma simples partida direta.

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Figura 20 - Diagrama elétrico de uma partida direta

Figura 21 - Diagrama elétrico em Ladder de uma partida direta.

ETENÇÃO . 7.9 - CIRCUITOS DE AUTO – R ETENÇÃO

7.9.1 - CONTATOS “SELO ”

Há situações em que é necessário manter uma saída energizada, mesmo quando a entrada venha a ser desligada.

Seja o seguinte problema: Pretende-se controlar o funcionamento de um motor por meio de 2 botões de pressão A e B. Quando A for pressionado, o motor deve ser ligado e assim permanecer até que B seja pressionado, quando então deve desligar.

Figura 22 – Utilização do contato selo

7.9.2 - I NSTRUÇÕES SET E RESET

Outra maneira de fazer a auto-retenção de uma bobina e pela instrução set 25


A instrução set liga l iga uma saída e a mantém liga uma saída e a mantém ligada mesmo que o contato de entrada deixa de conduzir. Para desligar a saída é utilizada a instrução reset. A figura 5.37 mostra um exemplo da utilização dessas instruções na partida direta de um motor equivalente ao da fig 5.36.

Figura 23 - Partida direta de um motor (ligado à saída Q1), utilizando bobinas set (↑) e reset (↓)

Agora a entrada B é normalmente aberta, diferente do que era anteriormente, utilizando um contato. As bobinas com auto-retenção são ativadas e desativas pelas instruções set e reset respectivamente. 7.10 - LEITURA DAS ENTRADAS

O programa de um CLP é executado de forma cíclica. Antes da execução de programa princip principal, al, são são lidos lidos os estad estados os das entrad entradas as e altera alterados dos os conteú conteúdos dos dos endere endereços ços correspondentes na Tabela de Imagem das Entradas (TIE) da seguinte forma: se a entrada está energizada (recebendo alimentação), armazena o valor 1; caso contrário, armazena o valor 0. As figuras 24 ilustram essa situação.

Figura 22 – Se a entrada não esta recebendo energia (chave aberta), é armazenado o valor 0 no endereço correspondente da TIE. Se a entrada esta recebendo energia (chave fechada), é armazenado o valor 1 no endereço correspondente da TIE.

7.11 - UTILIZAÇÃO

DE CHAVES EXTERNAS DO TIPO

NF

Uma atençã atenção o espec especial ial é necess necessária ária quando quando se utiliz utilizam am elemen elementos tos de entrad entrada a com contatos do tipo NF. Deve-se lembrar que, no programa do CLP, um contato NF só permanece assim se sua entr entrad ada a não não esti estive verr ener energi giza zada da.. Como Como as chav chaves es exte extern rnas as do tipo tipo NF alim alimen enta tam m continuamente a entrada do CLP, seu contato equivalente externo estará sempre comutado da sua posição original. Assim, para que o contato interno tenha comportamento equivalente a um contato NF, e preciso programá-lo como um contato NA. 7.12 - TEMPORIZADORES

A instrução temporizador realiza a mesma função do relé de tempo dos comandos elétricos. Geralmente são habilitados por contatos NA ou NF e, quando o valor do tempo 26


decorrido se iguala ao valor prefixado, o temporizador energiza um bit interno que indica que já transcorreu o tempo pré-programado. Esse bit normalmente é representado como um contato NA ou NF e pode ser utilizado para energizar ou desativar uma instrução de saída. Cada instrução de temporização tem dois registros associados que devem armazenar o valor pré-selecionado e valor acumulado. Esses registros são definidos da seguinte forma: •

•

Valor pré-selecionado (PT - Preset Time): deve ser definido pelo usuário, indica o intervalo de tempo desejado. Valor acumulado (ET – Elapsed Time): armazena o valor do tempo decorrido desde a habilitação do temporizador, isto é, a energização da bobina do temporizador.

Figura 25 – Preset Time _ Elapsed Time

7.12.1 - TEMPORIZADOR DE PULSO (PULSE TIMER ) OU TEMPORIZADOR OSCILADOR (OSCILATION TIMER )

O funcionamento é o seguinte: quando a entrada IN passa de falsa para verdadeira (borda de subida), a saída Q vai para o nível lógico 1 e assim permanece até que se esgote o tempo programado (PT). Uma vez detectada a borda de subida na entrada IN, o tempo em que a saída permanece ligada é fixo, independentemente de a entrada IN continuar ou não ligada.

Figura 26 - Temporizador de Pulso

7.12.2 - TEMPORIZADOR COM RETARDO NA ENERGIZAÇÃO .

A temporização começa quando o sinal na entrada IN vai para o nível lógico 1. Quando isso ocorre, o registro que contém o valor acumulado ET é incrementado segundo a base de tempo. Se a entrada for desativada antes de decorrido o tempo programado (PT), a temporização pára e o tempo acumulado (ET) é reiniciado com o valor zero. 7.12.3 - TEMPORIZADOR COM RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO . 27


A contagem de tempo começa quando a alimentação alimentação do temporizador passa de ligada pra desligada. 7.12.4 - INSTRUÇÃO CONTADOR

Os cont contat ator ores es são são bloc blocos os muito muito impor importa tant ntes es porq porque ue na maio maioria ria das das aplic aplicaç açõe õess os processos evoluem em função de eventos internos, como, por exemplo, transcorrência de um determinado tempo, ou ainda, de eventos externos, como a contagem de um certo número de peças.

6 - Exercícios Propostos. 1) Elabore em linguagem Ladder um programa para acionar dois motores elétricos (motor 1 e motor 2) de modo que, após o Motor 1 ser ligado através de uma botoeira de impulso (Liga), aguardem-se dez segundos e o Motor 2 seja ligado. Também deve se prevista uma chave (Desliga) que desliga simultaneamente os dois motores. 2) Um motor (Motor 1) somente pode ser ligado após uma botoeira de impulso (Liga) ser acionada três vezes. Deve ser prevista também uma segunda chave de impulso (Desliga) para zerar o contador e iniciar o processo de contagem novamente. 3) - Elabore um programa em linguagem Ladder para que o CLP ligue uma lâmpada (L1) quando o numero de pulsos dados em uma botoeira de impulso (Liga) for igual a 3 em um tempo não superior a dez segundos. Se o tempo for maior que dez segundos, deve-se zerar o contador automaticamente. Deve ser prevista uma chave de pulso (Desliga) para desligar a lâmpada. 4) Para segurança do operador, o acionamento de uma prensa hidráulica deve ser feito quando quando forem forem aciona acionadas das simult simultan aneam eament ente e duas duas chave chaves. s. De maneir maneira a que, que, quando quando for acionada a primeira chave, não possa transcorrer mais do que um segundo até que a segunda chave seja acionada. A prensa deve parar imediatamente se o operador retirar uma das mãos das chaves. Para resolução deste problema, elabore um programa em linguagem Ladder. 5) Quando o botão de Início é acionado, o motor (M) se move da esquerda para direita. Quando o sensor de posição SP2 detecta o motor, o motor aguarda cinco segundos, então se move para esquerda. Quando o sensor SP1 detecta o carro, ele o pára, finalizando a seqüência. O processo processo pode ser interrompido a qualquer instante se o botão de Parada for for pressionado.

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6º Período de Engenharia Elétricaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Elétrica aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Controladores Lógicos Programáveis SP1

SP2 Início

Parada

M

Repouso

Figura 25 - Acionamento de carro seqüencial.

Represente o processo descrito utilizando a linguagem Ladder

6) Um circuito de controle é utilizado para detectar e contar o número de produtos transportados em uma linha de montagem. Para iniciar o processo, é pressionado o botão liga para acionar uma esteira de transporte. Um sensor é utilizado para contagem dos produtos. Quando forem contados cinco produtos, deve ser acionada uma prensa por um período de dois segundos sendo o transporte dos produtos reiniciado. Deve ser previsto um botão de parada para finalizar o processo. Implemente o processo descrito utilizando a linguagem Ladder. Liga

Desliga

Sensor Prensa

Esteira Transportadora

Figura 26 - Prensa Industrial

7) A figura Abaixo mostra um misturador usado para fazer cores personalizadas de tinta. Ele possu possuii dois dois encana encanamen mentos tos que entram entram no topo topo do tanque tanque para para transp transport ortar ar a tinta tinta mistur misturad ada a finalizada. Nessa aplicação você vai coordenar a operação de preenchimento, monitorar o nível do tanque e controlar o misturador. As As etapas do processo estão descritas a seguir: 1ª Ao pressionar o botão de Início, inicia-se o processo, enchendo o tanque com o ingrediente 1 (bomba 1) até atingir o sensor de nível baixo. 2ª O tanque com o ingrediente 2 (bomba 2) é inserido no tanque até atingir o sensor de nível alto. 3ª Comece a misturar os ingredientes ligando o motor do misturador, durante 10 segundos. 4ª Esvazie o tanque da mistura por meio da válvula de dreno e a bomba de dreno.

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5ª Após sete segundos de detectar que a coluna de mistura está abaixo do nível mínimo, desligue a válvula de drenagem e a bomba. 6ª Para repetir o ciclo, deve-se pressionar o botão Início. Bomba 2

Bomba 1

Sensor de Nível Alto

Ligar

Sensor de Nível Baixo

Válvula de Dreno

Bomba de Dreno

Figura 29: Processo de Mistura

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Apostila - Clp - Ladder

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