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ÍNDICE DE TÓPICOS

I . Introdução

II. Informações Gerais

II.1. DESCRIÇÃO

II.2. CARACTERÍSTICAS

II.3. HISTÓRICO

II.4. EVOLUÇÃO

II.5. APLICAÇÕES

III. Estrutura Básica

III.1. UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP)

III.2. MEMÓRIA

III.3. DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA

III.3.1. CARACTERÍSTICAS DAS ENTRADAS E SAÍDAS - E/S

MÓDULOS DE ENTRADA

TRATAMENTO DE SINAL DE ENTRADA

MÓDULOS DE SAÍDA

TRATAMENTO DE SINAL DE SAÍDA

III.4. TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO

IV. Princípio de Funcionamento de um CLP

IV.1. ESTADOS DE OPERAÇÃO

IV.2. FUNCIONAMENTO

V. Linguagem de Programação

V.1. CLASSIFICAÇÃO

LINGUAGEM DE BAIXO NÍVEL

LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL

VI. Programação de Controladores Programáveis

VI.1. DIAGRAMA DE CONTATOS

VI.2. DIAGRAMA DE BLOCOS LÓGICOS

VI.3. LISTA DE INSTRUÇÃO

VI.4. LINGUAGEM CORRENTE

VI.5. ANÁLISE DAS LINGUAGUES DE PROGRAMAÇÃO

Quanto a Forma de Programação

Quanto a Forma de Representação

Documentação

Conjunto de Instruções

VI.6. NORMALIZAÇÃO

VII. Programação em Ladder

VII.1. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA LADDER

VII.1.1 ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS NO LADDER.

VII.1.2. INSTRUÇÕES

VII.1.3. INSTRUÇÕES BÁSICAS

INSTRUÇÃO DE TEMPORIZAÇÃO

INSTRUÇÃO DE CONTAGEM

INSTRUÇÃO MOVER

INSTRUÇÃO COMPARAR

VII.1.4. INSTRUÇÕES MATEMÁTICAS

INSTRUÇÃO SOMA

INSTRUÇÃO SUBTRAÇÃO

INSTRUÇÃO MULTIPLICAÇÃO

INSTRUÇÃO DIVISÃO

VII.1.5. INSTRUÇÕES LÓGICAS

INSTRUÇÃO AND

INSTRUÇÃO OR

INSTRUÇÃO XOR

VIII. Noções de Sistema Supervisório – Intouch.

IX. Noções de Blocos I/O Remotos

I . Introdução

O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente CLP, tem revolucionado os comandos e controles industriais desde seu surgimento na década de 70.

Antes do surgimento dos CLPs as tarefas de comando e controle de máquinas e processos industrias eram feitas por relés eletromagnéticos, especialmente projetados para este fim.

II. Informações Gerais

II.1. DESCRIÇÃO

O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística, até então um usuário em potencial dos relés eletromagnéticos utilizados para controlar operações sequenciadas e repetitivas numa linha de montagem. A primeira geração de CLPs utilizou componentes discretos como transistores e CIs com baixa escala de integração.

Este equipamento foi batizado nos Estados Unidos como PLC ( Programable Logic Control ), em português CLP ( Controlador Lógico Programável ) e este termo é registrado pela Allen Bradley ( fabricante de CLPs).

Definição segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

É um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

Definição segundo a Nema (National Electrical Manufacturers Association)

Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções para implementações específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.

II.2. CARACTERÍSTICAS

Basicamente, um controlador programável apresenta as seguintes características:

  • Hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou reprogramação, com a mínima interrupção da produção.

  • Capacidade de operação em ambiente industrial .

  • Sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e substituição.

  • Hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de energia.

  • Possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou sistema, através da comunicação com computadores.

  • Compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída.

  • Capacidade de alimentar, de forma contínua ou chaveada, cargas que consomem correntes de até 2 A.

  • Hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos, de acordo com a necessidade.

  • Custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle convencionais.

  • Possibilidade de expansão da capacidade de memória.

  • Conexão com outros CLPs através de rede de comunicação.

II.3. HISTÓRICO

O controlador programável nasceu praticamente dentro da indústria automobilística americana, especificamente na Hydromic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de se mudar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Estas mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.

Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que refletia os sentimentos de muitos usuários de relés, não só da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira.

Nascia assim a indústria de controladores programáveis, hoje com um mercado mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais. Que no Brasil é estimado em 50 milhões de dólares anuais.

II.4. EVOLUÇÃO

Desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evolui nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática em suas características de software e de hardware.

O que no seu surgimento era executado com componentes discretos, hoje se utiliza de microprocessadores e microcontroladores de última geração, usando técnicas de processamento paralelo, inteligência artificial, redes de comunicação, fieldbus, etc.

Até recentemente não havia nenhuma padronização entre fabricantes, apesar da maioria utilizar as mesmas normas construtivas. Porém, pelo menos ao nível de software aplicativo, os controladores programáveis podem se tornar compatíveis com a adoção da norma IEC 1131-3, que prevê a padronização da linguagem de programação e sua portabilidade.

Outra novidade que está sendo incorporada pelos controladores programáveis é o fieldbus (barramento de campo), que surge como uma proposta de padronização de sinais a nível de chão-de-fábrica. Este barramento se propõe a diminuir sensivelmente o número de condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores, além de propiciar a distribuição da inteligência por todo o processo.

Hoje os CLPs oferecem um considerável número de benefícios para aplicações industriais, que podem ressaltar em economia que excede o custo do CLP e devem ser considerados quando da seleção de um dispositivo de controle industrial. As vantagens de sua utilização, comparados a outros dispositivos de controle industrial incluem:

  • Menor Ocupação de espaço;

  • Potência elétrica requerida menor;

  • Reutilização;

  • Programável, se ocorrerem mudanças de requisitos de controle;

  • Confiabilidade maior;

  • Manutenção mais fácil;

  • Maior flexibilidade, satisfazendo um maior número de aplicações;

  • Permite a interface através de rede de comunicação com outros CLPs e microcomputadores;

  • projeto do sistema mais rápido.

Todas estas considerações mostram a evolução de tecnologia, tanto de hardware quanto de software, o que permite o seu acesso a um maior número de pessoas tanto nos projetos de aplicação de controladores programáveis quanto na sua programação.

II.5. APLICAÇÕES

O controlador programável existe para automatizar processos industriais, sejam de sequênciamento, intertravamento, controle de processos, batelada, etc.

Este equipamento tem seu uso tanto na área de automação da manufatura, de processos contínuos, elétrica, predial, entre outras.

Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar os CLPs, entre elas tem-se:

  • Máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, calçados);

  • Equipamentos industriais para processos ( siderurgia, papel e celulose, petroquímica, química, alimentação, mineração, etc );

  • Equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga);

  • Controle de processos com realização de sinalização, intertravamento e controle PID;

  • Aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes, etc;

  • Bancadas de teste automático de componentes industriais;

  • Etc.

Com a tendência dos CLPs terem baixo custo, muita inteligência, facilidade de uso e massificação das aplicações, a utilização deste equipamento não será apenas nos processos mas também nos produtos. Poderemos encontrá-lo em produtos eletrodomésticos, eletrônicos, residências e veículos.

III. Estrutura Básica

O controlador programável tem sua estrutura baseada no hardware de um computador, tendo portanto uma unidade central de processamento (UCP), interfaces de entrada e saída e memórias.

As principais diferenças em relação a um computador comum estão relacionadas a qualidade da fonte de alimentação, que possui características ótimas de filtragem e estabilização, interfaces de E/S imune a ruídos e um invólucro específico para aplicações industriais.

Temos também um terminal usado para programação do CLP.

O diagrama de blocos a seguir, ilustra a estrutura básica de um controlador programável:

Dentre as partes integrantes desta estrutura temos:

  • UCP

  • Memória

  • E/S (Entradas e Saídas)

  • Terminal de Programação

III.1. UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP)

A Unidade Central de Processamento (UCP) é responsável pelo processamento do programa, isto é, coleta os dados dos cartões de entrada, efetua o processamento segundo o programa do usuário, armazenado na memória, e envia o sinal para os cartões de saída como resposta ao processamento.

Geralmente, cada CLP tem uma UCP, que pode controlar vários pontos de E/S (entradas e saídas) fisicamente compactadas a esta unidade - é a filosofia compacta de fabricação de CLPs, ou constituir uma unidade separada, conectada a módulos onde se situam cartões de entrada e saída, - esta é a filosofia modular de fabricação de CLPs.

Este processamento poderá ter estruturas diferentes para a execução de um programa, tais como:

  • Processamento cíclico;

  • Processamento por interrupção;

  • Processamento comandado por tempo;

  • Processamento por evento.

Processamento Cíclico

É a forma mais comum de execução que predomina em todas as UCPs conhecidas, e de onde vem o conceito de varredura, ou seja, as instruções de programa contidas na memória, são lidas uma após a outra seqüencialmente do início ao fim, daí retornando ao início ciclicamente.

Um dado importante de uma UCP é o seu tempo de ciclo, ou seja, o tempo gasto para a execução de uma varredura. Este tempo está relacionado com o tamanho do programa do usuário (em média 10 ms a cada 1.000 instruções).

Processamento por interrupção

Certas ocorrências no processo controlado não podem, algumas vezes, aguardar o ciclo completo de execução do programa. Neste caso, ao reconhecer uma ocorrência deste tipo, a UCP interrompe o ciclo normal de programa e executa um outro programa chamado de rotina de interrupção.

Esta interrupção pode ocorrer a qualquer instante da execução do ciclo de programa. Ao finalizar esta situação o programa voltará a ser executado do ponto onde ocorreu a interrupção.

Uma interrupção pode ser necessária , por exemplo, numa situação de emergência onde procedimentos referentes a esta situação devem ser adotados.

Processamento comandado por tempo

Da mesma forma que determinadas execuções não podem ser dependentes do ciclo normal de programa, algumas devem ser executados a certos intervalos de tempo, as vezes muito curto, na ordem de 10 ms.

Este tipo de processamento também pode ser incarado como um tipo de interrupção, porém ocorre a intervalos regulares de tempo dentro do ciclo normal de programa.

Processamento por evento

Este é processado em eventos específicos, tais como no retorno de energia, falha na bateria e estouro do tempo de supervisão do ciclo da UCP.

Neste último, temos o chamado Watch Dog Time (WD), que normalmente ocorre como procedimento ao se detectar uma condição de estouro de tempo de ciclo da UCP, parando o processamento numa condição de falha e indicando ao operador através de sinal visual e as vezes sonoro.

III.2. MEMÓRIA

O sistema de memória é uma parte de vital importância no processador de um controlador programável, pois armazena todas as instruções assim como o os dados necessários para executá-las.

Existem diferentes tipos de sistemas de memória. A escolha de um determinado tipo depende:

  • do tipo de informação armazenada;

  • da forma como a informação será processada pela UCP.

As informações armazenadas num sistema de memória são chamadas palavras de memória, que são formadas sempre com o mesmo número de bits.

A capacidade de memória de um CP é definida em função do número de palavras de memória previstas para o sistema.

Mapa de memória

A capacidade de memória de um CP pode ser representada por um mapa chamado mapa de memória.

Arquitetura de memória de um CP

A arquitetura de memória de um controlador programável pode ser constituída por diferentes tipos de memória.

A memória do computador é onde se armazenam os dados que devem ser manipulados pelo computador (chamada memória de dados) e também onde esta armazenado o programa do computador ( memória de programa).

Aparentemente não existe uma diferença física entre as memórias de programa, apenas utilizam-se memórias fixas para armazenar dados fixos ou programas e memórias que podem ser alteradas pelo sistema para armazenar dados que podem variar de acordo com o programa. Existem diversos tipos de memórias que podem ser utilizadas pelo computador: fita magnética, disco magnético e até memória de semicondutor em forma de circuito integrado.

As memórias a semicondutores podem ser divididas em dois grupos diferentes:

- Memória ROM ( read only memory ) memória apenas de leitura.

- Memória RAM ( random acess memory ) memória de acesso aleatório.

MEMÓRIAS

ROM RAM

ROM MÁSCARA PROM EPROM EEPROM EAROM ESTÁTICA DINÂMICA

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