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Unidade Operacional (CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSÉ INÁCIO PEIXOTO”)

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração Geraldo Stocler

Unidade Operacional CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSÉ INÁCIO PEIXOTO”

PRESIDENTE DA FIEMG2
APRESENTAÇÃO5
INTRODUÇÃO6
1 - HISTÓRICO DO CLP7
1.1 - OPERAÇÃO BÁSICA DO CLP8
1.2 - HISTÓRICO9
2 - ARQUITETURA DO CLP12
2.1 - CPU - UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO12
2.2 - PROCESSADOR12
2.3 - SISTEMA DE MEMÓRIA13
2.4 - MEMÓRIA DO SISTEMA DE OPERAÇÃO13
2.5 - MEMÓRIA DE APLICAÇÃO OU MEMÓRIA DO USUÁRIO13
2.6 - CIRCUITOS/MÓDULOS DE I/O15
2.7 - MÓDULOS DISCRETOS DE ENTRADA16
2.8 - MÓDULOS DISCRETOS DE SAÍDA18
2.8 - FONTE DE ALIMENTAÇÃO21
2.9 - BASE OU RACK2
2.10 - CLASSIFICAÇÃO DOS PLCS23
3 - PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO DO CLP25
3.1 - CICLO DE EXECUÇÃO DO PLC25
3.2 - ATUALIZAÇÃO DAS ENTRADAS - LEITURA DAS ENTRADAS25
3.3 - EXECUÇÃO DO PROGRAMA DE APLICAÇÃO26
3.4 - ATUALIZAÇÃO DAS SAÍDAS - ESCRITA DAS SAÍDAS26
3.5 - REALIZAÇÃO DE DIAGNÓSTICOS26
3.6 - CONSIDERAÇÕES RELACIONADAS AO SCAN TIME27
4 - LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO28
4.1 - LINGUAGEM_LADDER (LD - LADDER DIAGRAM)28
4.2 - LINGUAGEM DE LISTA DE INSTRUÇÕES (IL - INSTRUCTION LIST)28
4.3 - FERRAMENTAS PARA PROGRAMAÇÃO DE PLCS29
PROGRAMADOR MANUAL (HANDHELD PROGRAMMER)29
5 - SOFT RSLOGIX 50031

Sumário

DA ALLEN BRADLEY31
5.3 - A ÁRVORE DO PROJETO34
5.4 - O MENU FILE41
5.5 - O MENU EDIT43
5.6 - O MENU VIEW45
5.7 - O MENU SEARCH45
5.8 - O MENU COMMS46
5.8_ O MENU TOOLS47
5.9 - O MENU WINDOW48
5.10 - O MENU HELP48
5.1 - PASSOS PARA ABRIR UM PROGRAMA49
5.12 - PASSOS PARA EDITAR UM PROGRAMA49
5.13 - PASSOS PARA SALVAR UM PROGRAMA50
5.14 - PASSOS PARA FAZER DOWNLOAD50
5.15 - PASSOS PARA FAZER UPLOAD51
5.16 - PASSOS PARA FAZER FORCE51
5.17 - PASSOS PARA ALTERAR O MODO DE OPERAÇÃO52
5.18 - PASSOS PA ADICIONAR SÍMBOLOS E COMENTÁRIOS NO PROGRAMA52
5.18 - PASSOS PARA CRIAR UMA NOVA APLICAÇÃO54
5.19 - CONFIGURAÇÃO DO DRIVER NO RS LINX5
5.20 - CONFIGURAÇÃO DO DRIVER NO RS LOGIX 50056
5.21 - PASSOS PARA CRIAR UM PROGRAMA LADDER57
6 - INSTRUÇÕES PARA PROGRAMAÇÃO EM LADDER60
6.1 - INSTRUÇÕES BÁSICAS60
6.2 - INSTRUÇÕES DE COMPARAÇÃO62
6.3 - INSTRUÇÕES MATEMÁTICAS64
6.4 - INSTRUÇÕES DE MOVIMENTAÇÃO65
7 – EXEMPLOS DE PROGRAMAS6
7.1 – PROGRAMA 16
7.2 – PROGRAMA 267
7.3 – PROGRAMA 368
7.4 – PROGRAMA 469
7.5 – PROGRAMA 570
7.6 – PROGRAMA 671
7.7 – PROGRAMA 772
7.8 – PROGRAMA 873
7.9 – PROGRAMA 974
7.10 – PROGRAMA 1075

Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “ Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e

,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: ”formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet- é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação e Tecnologia

Introdução

Este material foi desenvolvido para servir de suporte instrucional em um de treinamento sobre Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), integrante da grade curricular de cursos técnicos de eletrônica e informática industrial ou cursos para suprimento de demanda de profissionais da indústria. Ele aborda conceitos, recursos, aplicações, procedimentos e aspectos operacionais relacionados com a arquitetura e programação de CLPs.

O tema, por si só, já é vastíssimo e além disso, do ponto de vista prático, o mercado oferece muitas opções em termos de equipamentos e recursos. Dessa forma procuramos centrar nossas abordagens em aspectos comuns de algumas marcas e modelos disponíveis.

1 -- Histórico do CLP

O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente PLC

(Programmable Logic Controller), pode ser definido como um dispositivo de estado sólido - um Computador Industrial, capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle (seqüência lógica, temporização e contagem, por exemplo), além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de Sistemas Automatizados

Os principais blocos que compõem um PLC são:

• CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento): compreende o processador ( microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado), o sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de controle;

• Circuitos/Módulos de I/O ( lnputlOutput — Entrada/Saída): podem ser discretos (sinais digitais: 12VDC, 127 VAC, contatos normalmente abertos, contatos normalmente fechados) ou analógicos (sinais analógicos: 4-20mA, 0- 10VDC, termopar);

• Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação fornecida à CPU e aos Circuitos/Módulos de I/O. Em alguns casos, proporciona saída auxiliar (baixa corrente).

• Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e elétrica entre a

CPU, os Módulos de I/O e a Fonte de Alimentação. Contém o barramento de comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão de alimentação estão presentes.

Pode ainda ser composto por Circuitos/Módulos Especiais: contador rápido (5kHz, 10kHz, 100kHz, ou mais), interrupção por hardware, controlador de temperatura, controlador PID, co-processadores (transmissão via rádio, posicionamento de eixos, programação BASIC, sintetizador de voz, entre outros) e comunicação em rede, por exemplo.

A figura a seguir mostra um PLC comercial.

1.1 - Operação Básica do CLP

A CPU executa a leitura dos status (condições, estados) dos dispositivos de entrada meio dos Circuitos/Módulos de I/O. Esses status são armazenados na memória (RAM) para serem processados pelo Programa de Aplicação (desenvolvido pelo usuário e armazenado em memória RAM, EPROM ou EEPROM no PLC). Após a execução do Programa de Aplicação, o processador atualiza os status dos dispositivos de saída por meio dos Circuitos/Módulos de I/O, realizando a lógica de controle.

A programação do PLC é feita por meio de uma Ferramenta de

Programação que pode ser um Programador Manual (Terminal de Programação, Handheld Programmer), ou um PC com Software de Programação específico (ambiente DOS® ou Windows® ). A Linguagem Ladder (RLL - Relay Ladder Logic, Lógica de Contatos de Relê), muito popular entre os usuários dos antigos sistemas de controle a relês, é a mais utilizada. Esta linguagem é a representação lógica da seqüência elétrica de operação, como ilustrado nas figuras a seguir.

A lógica implementada pelo PLC é muito similar à convencional, sendo que os dispositivos de entrada (elementos B0 e B1) são conectados ao Circuito/Módulo de Entrada e o dispositivo de saída (elemento L0), ao Circuito/Módulo de Saída. O Programa de Aplicação determina o acionamento da saída em função das entradas (B0 . B1 = L0). Qualquer alteração desejada nesta lógica é realizada por meio de alterações no programa, permanecendo as mesmas ligações (conexões) nos Circuitos/Módulos de I/O.

1.2 - Histórico

Na década de 60, o aumento da competitividade fez com que a indústria automotiva melhorasse o desempenho de suas linhas de produção, aumentando tanto a qualidade como a produtividade. Fazia-se necessário encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a relês. Uma saída possível, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no computador.

Assim, em 1968 , a Divisão Hydramatic da GM determinou os critérios para projeto do PLC, sendo que o primeiro dispositivo a atender às especificações foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969.

As principais características desejadas nos novos equipamentos de estado sólido, com a flexibilidade dos computadores, eram:

• Preço competitivo com os sistemas a relês;

• Dispositivos de entrada e de saída facilmente substituíveis;

• Funcionamento em ambiente industrial (vibração, calor, poeira, ruídos);

• Facilidade de programação e manutenção por técnicos e engenheiros;

• Repetibilidade de operação e uso.

Inicialmente, os CLPs, ouPLCs eram chamados PCs - Programmable

Controllers, mas com o advento dos Computadores Pessoais (PCs - Personal Computers), convencionou-se PLCs para evitar conflitos de nomenclatura. Originalmente os PLCs foram usados em aplicações de controle discreto (onloff - liga/desliga), como os sistemas a relês, porém eram facilmente instalados, economizando espaço e energia, além de possuírem indicadores de diagnósticos que facilitavam a manutenção. Uma eventual necessidade de alteração na lógica de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com ‘mudanças’ no programa, sem necessidade de alteração nas ligações elétricas.

A década de 70 marca uma fase de grande aprimoramento dos PLCs.

Com as inovações tecnológicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um grau também maior de inteligência, os Controladores Lógicos Programáveis incorporaram: 1972 - Funções de temporização e contagem;

1973 - Operações aritméticas, manipulação de dados e comunicação com computadores;

1974 - Comunicação com lnterfaces Homem-Máquina;

1975 - Maior capacidade de memória, controles analógicos e controle PID;

1979/80 - Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de posicionamento.

Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, fazendo do PLC um dos equipamentos mais atraentes na Automação Industrial. A possibilidade de comunicação em rede (1981) é hoje uma característica indispensável na indústria. Além dessa evolução tecnológica, foi atingido um alto grau de integração, tanto no número de pontos como no tamanho físico, que possibilitou o fornecimento de minis e micros PLCs (a partir de 1982).

Atualmente, os PLCs apresentam as seguintes características:

• Módulos de I/O de alta densidade (grande número de Pontos de I/O por módulo);

• Módulos remotos controlados por uma mesma CPU;

• Módulos inteligentes (coprocessadores que permitem realização de tarefas complexas: controle PID, posicionamento de eixos, transmissão via rádio ou modem, leitura de código de barras);

• Software de programação em ambiente Windows® (facilidade de programação);

• Integração de Aplicativos Windows® (Access, Excel, Visual Basic) para comunicação com PLCs;

• Recursos de monitoramento da execução do programa, diagnósticos e detecção de falhas;

• Instruções avançadas que permitem operações complexas (ponto flutuante, funções trigonométricas );

• Scan Time (tempo de varredura) reduzido (maior velocidade de processamento) devido à utilização de processadores dedicados;

• Processamento paralelo (sistema de redundância), proporcionando confiabilidade na utilização em áreas de segurança;

• Pequenos e micros PLCs que oferecem recursos de hardware e de software dos PLCs maiores;

• Conexão de PLCs em rede (conexão de diferentes PLCs na mesma rede, comunicação por meio de Rede Ethernet).

O mercado recebe constantemente novos e melhores produtos que agregam valores, ao mesmo tempo que reduzem o custo das soluções baseadas em PLCs. Portanto, é indispensável uma atualização contínua por intermédio de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a lnternet uma ótima opção.

2 -- Arquitetura do CLP

Conhecer a estrutura básica de cada Bloco que compõe o PLC, com suas particularidades e funções desempenhadas, auxilia na configuração e escolha do equipamento mais adequado à implementação de determinado Sistema Automatizado. De certa forma, influencia também no desenvolvimento do Programa de Aplicação.

2.1 - CPU - Unidade Central de Processamento

A CPU de um PLC compreende os elementos que formam a ‘inteligência’ do sistema: o Processador e o Sistema de Memória, além dos circuitos auxiliares de controle. O Processador interage continuamente com o Sistema de Memória por meio do Programa de Execução (desenvolvido pelo fabricante), interpreta e executa o Programa de Aplicação (desenvolvido pelo usuário), e gerência todo o sistema. Os circuitos auxiliares de controle atuam sobre os barramentos de dados (data bus), de endereços (address bus) e de controle (control bus), conforme solicitado pelo processador, de forma similar a um sistema convencional baseado em microprocessador.

2.2 - Processador

O desenvolvimento tecnológico de um PLC depende principalmente do

Processador utilizado, que pode ser desde um microprocessador/controlada convencional - 80286, 80386, 8051, até um processador dedicado - DSP (Digital Signa Processor — Processador Digital de Sinais), por exemplo.

Atualmente, os Processadores utilizados em PLCs são dotados de alta capacidade computacional. Há CPUs que possuem processamento paralelo (sistema de redundância), no qual dois ou mais processadores executam o Programa de Aplicação, confrontando o resultados obtidas após o término de cada execução. Algumas Famílias de PLCs possuem Módulos Co-processadores, que auxiliam o Processador da CPU na execução de funções específicas (operações complexas).

Independente de sua tecnologia, o Processador é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereços, de dados e de controle. Conforme determinado pelo Programa de Execução, interpreta e executa as instruções do Programa de Aplicação, controla a comunicação com dispositivos externos e verifica integridade de todo o sistema (diagnósticos). Pode operar com registros e palavras d instrução, ou de dados, de diferentes tamanhos (8, 16 ou 32 bits), determinado pelo tamanho de seu acumulador e pela lista de instruções disponíveis para cada CPU.

2.3 - Sistema de Memória

O Sistema de Memória da CPU é composto pela Memória do Sistema de Operação (Programa de Execução ou Firmware, e Rascunho do Sistema) e pela Memória de Aplicação (Programa de Aplicação e Tabela de Dados), conforme a figura a seguir.

2.4 - Memória do Sistema de Operação

• Programa de Execução (Firmware): Constitui o programa desenvolvido pelo fabricante do PLC, o qual determina como o sistema deve operar, incluindo a execução do Programa de Aplicação, controle de serviços periféricos, atualização dos Módulos de I/O, etc. O Programa de Execução é responsável pela ‘tradução’ do Programa de Aplicação desenvolvido pelo usuário — em linguagem de alto nível, para instruções que o Processador da CPU possa executar — em linguagem de máquina. E armazenado em memória não volátil — tipo ROM, normalmente EPROM.

• Rascunho do Sistema: Trata-se de uma área de memória reservada para o armazenamento temporário de uma quantidade pequena de dados, utilizados pelo Sistema de Operação para cálculos ou controle (calendário e relógio internos, sinalizadores — flags — de alarmes e erros). Uma característica dessa área de memória é o acesso rápido, sendo do tipo RAM.

2.5 - Memória de Aplicação ou Memória do Usuário

• Programa de Aplicação: Nessa área é armazenado o programa desenvolvido pelo usuário para execução do controle desejado. Trata-se normalmente de memória EEPROM, podendo ser também EPROM, ou ainda RAM com bateria de segurança.

• Tabela de Dados: Essa área armazena dados que são utilizados pelo

Programa de Aplicação, como valores atuais e de preset (pré-configurado) de temporizadores! Contadores e variáveis do programa, além dos status dos Pontos de Entrada e de Saída (Tabela de Imagem das Entradas e Tabela de Imagem das Saídas), que são lidas e escritas pelo Programa de Aplicação, respectivamente. A atualização desse status é realizada constantemente, refletindo as mudanças ocorridas nos Pontos de Entrada, e as atualizações das saídas são efetuadas pelo Programa de Aplicação. Cada Ponto de Entrada e de Saída, conectado aos Módulos de I/O, tem um endereço específico na Tabela de Dados, o qual é

acessado pelo Programa de Aplicação. Essa memória é do tipo RAM, podendo ser alimentada com bateria de lítio (memória retentiva).

Cada instrução que a CPU pode executar consome uma quantidade predeterminada de memória, expressa em bytes (8 bits) ou words (16 bits). Normalmente, as especificações técnicas de uma CPU indicam a quantidade de memória disponível para o usuário (memória variável - RAM, e memória de programação — EPROM, EEPROM ou RAM com bateria), podendo ser expressa em Kbytes (‘capacidade física’ de armazenamento da memória) ou em Kwords - palavras de programação (‘capacidade lógica’ de armazenamento da memória). No entanto, durante a configuração de um PLC, deve ser considerada a quantidade de palavras de programação, uma vez que nem sempre há relação direta entre a capacidade física (Kbytes) e a capacidade lógica (Kwords).

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