Apostila clp

Apostila clp

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Área Tecnológica Mecatrônica Curso de CLP

Área Tecnológica Mecatrônica Curso de CLP

SALVADOR 2 0 0 2

© 2002 – SENAI CIMATEC

3 Área Tecnológica Mecatrônica Elaboração: Gildeberto de Souza Cardoso Revisão Técnica: Milton Bastos de Souza Revisão Pedagógica: Normalização: Núcleo de Informação Tecnológica - NIT

e Tecnologia. Título. Salvador, 202p. il. (Rev.0)
I. (Assunto principal)I. Título

SENAI-BA CIMATEC – Centro Integrado de Manufatura

O SENAI CIMATEC visa desenvolver um programa avançado de suporte tecnológico para suprir as necessidades de formação de recursos humanos qualificados, prestação de serviços especializados e promoção de pesquisa aplicada nas tecnologias computacionais integradas da manufatura.

Com uma moderna estrutura laboratorial e um corpo técnico especializado, o CIMATEC desenvolve programas de intercâmbio tecnológico com instituições de ensino e pesquisa, locais e internacionais.

Tudo isso sem desviar a atenção das necessidades da comunidade, atendendo suas expectativas de formação profissional, suporte tecnológico e desenvolvimento, contribuindo para uma constante atualização da indústria baiana de manufatura e para a alavancagem do potencial das empresas existentes ou emergentes no estado.

O curso de Controladores Lógicos Programáveis, objetiva fornecer os subsídios necessários para que o treinando, esteja a par do atual estágio tecnológico da instrumentação, aplicada ao controle de processos.

Este material enfoca aspectos gerais relacionados ao CLP, com a intenção de ser o mais genérico possível.

Não pretendemos com este curso esgotar o tema, mas indicar o caminho, para os que irão atuar na manutenção de equipamentos digitais e projetos de pequenos sistemas de automação utilizando CLPs aplicados no controle de variáveis de processos industriais.

Esperamos que os treinandos tirem o maior proveito deste material, pois, ele é uma síntese do conhecimento de vários especialistas na área de Sistemas Digitais.

1.1Características 09

1. Introdução a /CLP's 08

2.1Ciclo Evolutivo 10
2.2Do hard logic para o soft logic 1
2.2.1O hard logic 1
2.2.2O soft logic 13

2. Evolução dos CLP's 10 3. Hardware 13 4. Software 14 5. Estrutura básica de CLP's 15

6.1Métodos de processamento 18

6. Processador ou CPU 17

7.1Tipos de memórias 2
7.2Arquitetura da memória do CLP 23
7.2.1Memória executiva 23
7.2.2Memória do sistema 23
7.2.3Memória de status dos Módulos de E/S 23
7.2.4Memória de dados 24
7.2.5Memória do usuário 24

7. Sistema de memórias 2

8.1Módulos de Entrada 25
8.1.1Classificação 26
8.2Módulos de Saída 27
8.2.1Classificação 28

8. Módulos E/S ou I/O 25

9.1Classificação 30
9.2Linguagem de programação de CLP's 31
9.2.1Diagrama de Contatos 32
9.2.2Diagrama de Blocos Lógicos 32
9.2.3Lista de Instrução 3
9.3Sistema de programação 34

9. Linguagem de Programação 30 10 Modelos de arquitetura de CLP's 35

Programação do CLP em Ladder 37

1.1Instruções de examinar 37
1.1.1Examinar se Energizado 38
1.1.2Examinar se Desenergizado 38
1.2Instruções de Energizar/Desenergizar saída 38
1.2.1Energizar saída 39

1 Instruções de Bit 37

1.2.2 Energizar saída com retenção

Desenergizar saída com retenção 39

1.3Monoestável sensível a borda de subida 40
1.3.1Uso da instrução OSR em branch 41
1.4.1ALLEN – BRADLLEY

1.4 Instruções de Temporizador 42

1.4.1.2Descrição 42
1.4.1.3Temporizador na energização (TON) 43
1.4.1.4Temporizador na desenergização (TOF) 4

1.4.1.5 Temporizador Retentivo (RTO) 45

1.4.2SIEMENS 46

1.4.2.1 Temporizador On-Delay Timer (S_ODT) 46

1.4.2.2Temporizador Off-Delay Timer (S_OFFDT) 47
1.4.2.3Retentive On-Delay (S_ODTS) 48
1.4.2.5Extended Pulse 50

1.5 Instruções de Contador Crescente e Decrescente (CTU e CTD) 51

1.5.1ALLEN BRADLEY
1.5.1.3Como o controlador trabalha 54
1.5.2SIEMENS 5
1.5.2.2Contador decrescente (S_CD) 56

1.5.2.3 Contador crescente/decrescente (S_CUD) 57

1.6.1ALLEN-BRADLEY
1.6.1.1Igual a (EQU) 58
1.6.1.2Diferente (NEQ) 58
1.6.1.3Menor que (LES) 59
1.6.1.4Menor ou igual a (LEQ) 59
1.6.1.5Maior que (GRT) 60
1.6.1.6Maior ou igual a (GEQ) 60
1.6.2SIEMENS 61
1.6.2.1Igual a 61

1.6 Instruções de comparação 58 1.6.2.2 Não igual a 61

1.6.2.3Menor que 61
1.6.2.4Menor ou igual a 61
1.6.2.5Maior que 61
1.6.2.6Maior ou igual a 62
1.7.1ALLEN_BRADLEY 63

1.7 Instruções Matemáticas 63

1.7.1.2Subtração (SUB) 64
1.7.1.3Multiplicação (MUL) 64
1.7.1.5Zeramento (CLR) 65
1.7.1.6Raiz quadrada (SQR) 65
1.7.1.7Mover (MOV) 6
1.7.2SIEMENS 67
1.7.2.2Subtração 68
1.7.2.3Multiplicação 68
1.7.2.4Divisão 69

Parte Prática 70 Telas do APS 80 Bibliografia 86

1. INTRODUÇÃO

O controlador lógico programável, ou simplesmente CLP, tem revolucionado os comandos e controles industriais desde o seu surgimento na década de 70. Antes do surgimento dos CLP’s as tarefas de comando e controle de máquinas e processos industriais eram feitas por relés eletromagnéticos, especialmente projetadas para este fim e que ainda hoje se parecem bastante com o dispositivo eletromecânico inventado por Samuel F. B. Morse em 1836.

O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística, até então um usuário em potencial dos relés eletromagnéticos utilizados para controlar operações seqüenciadas e repetitivas numa linha de montagem. Compunha-se de circuitos eletrônicos montados com componentes semicondutores como transistores, CI's.

A normalização do Brasil para representar um Controlador Programável adota como sigla “CP” e define como sendo um equipamento digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

Portanto é comum encontrarmos os termos PLC, CLP E CP referindo ao mesmo equipamento.

Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association), um CLP é definido como aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos.

1.1 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 na produção.

• Capacidade de operação em ambiente industrial sem o apoio de equipamentos ou hardware específicos.

• 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 CLP’s através de redes de comunicação

2. EVOLUÇÃO DOS CLP’s

Inicialmente projetados para substituírem os sistemas de controle por relés, os CLP's limitavam-se a aplicações envolvendo máquinas e processos de operações repetitivas. Com o advento e a conseqüente evolução tecnológica dos microprocessadores, os CLP’s tiveram suas funções ampliadas, aumentando consideravelmente sua capacidade e flexibilidades operacionais.

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

Em 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, fato que nos dias de hoje parece ilusão.

Os CLP’s oferecem um considerável número de benefícios para aplicações industriais, que podem ressaltar em economia que excede o custo do CLP e devem ser consideradas quando da seleção de um dispositivo de controle industrial. As vantagens de sua utilização, comparadas a outros dispositivos de controle industrial, incluem:

• Menor ocupação de espaço • Potência elétrica requerida menor

• Reutilização

• Programável, em caso de mudanças de requisitos de controle

• Alta confiabilidade

• Pequena manutenção

• Permite interface com outros CLP’s e/ou outros dispositivos

• Projeto do sistema mais rápido

2.1 Ciclo Evolutivo

O ciclo evolutivo dos controladores programáveis é o seguinte:

• 1968: Projeto de um CLP para a General Motors Co., com o objetivo de substituir os sistemas de controle a relés.

• 1969: Primeiro CLP fabricado para indústria automobilística com componentes equivalentes aos relés

• 1971: Primeira aplicação de um CLP fora da indústria automobilística.

• 1972: Introdução de instruções de temporização e contagem nos CLP's.

• 1973: Introdução de operações aritméticas, controle de impressão, movimentação de dados e operações matriciais.

• 1974: Introdução de terminais de programação com TRC (tubos de raios catódicos)

• 1975: Introdução de controle analógico PID

• 1977: Introdução de CLP’s bastante compactos, baseados a tecnologia de microprocessadores.

• 1978: Os CLP’s obtêm grande aceitação no mercado norte-americano, com vendas aproximadas de 80 milhões de dólares.

• 1979: Integração entre o sistema de comunicação do CLP e a operação de uma planta individual.

• 1980: Introdução de módulos inteligentes de entrada e saída, proporcionando alta velocidade e controle preciso em aplicações de posicionamento.

• 1981: Introdução de redes de comunicação permitindo que o CLP se comunique com dispositivos inteligentes como computadores, leitores de códigos, etc.

• 1982: Introdução de mini e micros CLP’s.

• 1983: Introdução de redes de controle, permitindo que vários CLP’s acessem os mesmos módulos I/O.

Após este momento, se torna difícil descrever toda evolução dos CLP’s com precisão de datas, dada a rapidez na introdução de novas tecnologias.

2.2 Do hard Logic para o Soft Logic 2.2.1 O hard Logic

Quando se elabora uma seqüência de controle utilizando reles convencionais e/ou módulos de estado sólido, a lógica do sistema será de acordo com a fiação executada entre esses dispositivos, sendo que a seqüência de controle é do tipo “hard wired logic” ou simplesmente “hard logic” (Lógica de interligação dos dispositivos por meio de fiação elétrica).

A alteração na lógica significa realizar alteração na fiação. Dessa forma existem diversos pontos deficientes, enumeradas a seguir:

1. Problemas relacionados ao projeto e fabricação

A elaboração do diagrama da seqüência depende, na maioria dos casos, da capacidade ou experiência pessoal do indivíduo. Assim, além do diagrama de seqüência propriamente dito, outros inúmeros serviços relacionados, como diagrama de fiação entre os componentes, lay-out dos componentes, determinação das espécies de fios e cabos e outros, têm que se projetados. Por outro lado, quando se deseja introduzir alterações do sistema já pronto, têm-se que efetuar adição e/ou deslocamento de componentes e da fiação, acarretando um alto custo com relação ao tempo e a mão de obra. Fig.02

Figura 02 – Exemplo do hard logic 2. Problemas relativos à operação experimental e ajustes

Para efetuar a verificação no caso em que o projeto da seqüência foi elaborado corretamente ou as fiações foram executadas conforme o projeto, é necessário efetuar testes de continuidade, utilizando aparelhos de testes apropriados. Além disso, nos ajustes de campo com a seqüência acoplada às partes mecânicas há a necessidade de assistência e orientação de técnicos de grande experiência

3. Problemas relativos à instalação, montagem e manutenção

Como o hard logic toma um espaço muito grande, encontra-se normalmente dificuldade no lay-out, além da necessidade de se efetuar manutenção periódica das partes móveis (contatos, etc.) e, ainda, manter um estoque de peças sobressalente considerando-se a vida útil das mesmas.

4. Problemas relativos a função

Como existe um limite de tempo para acionamento dos reles, o hard logic não é indicado para equipamentos que requerem alta velocidade de controle. Além disso, torna-se extremamente difícil o controle de um sistema com hard logic quando o mesmo necessita de memorização temporária, processamento e comparação de valores numéricos.

2.2.2 O Soft logic

O computador nada poderá fazer se for constituído apenas de hardware. As suas funções serão ativadas somente quando houver um programa denominado software. Os computadores, através de programas ou software, podem realizar cálculos das folhas de pagamento, assim como, cálculos de equações das mais complexas. Isto significa que, com um mesmo hardware, a lógica poderá ser alterada através de um software denominada programa. Ou seja, a lógica do computador é um “soft logic”.

Aplicando o mesmo raciocínio de controle sequencial, pode-se dizer que as fiações que compõe a lógica do circuito de reles, poderão ser substituídas pelo software e denomina-se “soft wired logic”(lógica de interligação dos dispositivos por meio de programas).

Para realizar o controle sequencial através do soft logic, ter-se-á que dotar o hardware de um dispositivo de memória, tal qual no computador, e nele armazenar uma série de programas.

Esses equipamentos que objetivam o controle sequencial, são chamados “Stored Program System Controller”.

3 . HARDWARE

• Maior velocidade de varredura, devido á utilização de microprocessadores e microcontroladores de 16 e 32 bits.

• Módulos de entrada e saída de alta densidade, possibilitando baixo custo e espaços reduzidos.

• Módulos inteligentes, microprocessados que permitem controles descentralizados (módulo PID, comunicação ASC I, posicionadores, emissores de relatório, etc.).

• Redundância de CPU, utilizando arquitetura de votação majoritária, sistema dual hot stand-by ou sistema dual full duplex.

4. SOFTWARE

• Utilização de linguagem de programação de alto nível, permitindo grande flexibilidade de programação quando da utilização de periféricos.

• Utilização de microcomputadores compatíveis com MS-DOS ou Windows como ferramenta de programação.

• Representação do programa em diagrama de contatos, diagrama de blocos funcionais e lista de instrução.

• Diagnósticos e detecção de falhas na monitoração de máquinas e processos.

• Introdução da matemática de ponto flutuante, tornando possível o desenvolvimento de cálculos complexos.

Os sistemas de controle baseados em controladores programáveis (CLP’s) são aplicados nas mais diferentes áreas, a saber:

• Petroquímica • Aeronáutica

• Refinarias

• Mineração (ouro, carvão, minério de ferro, etc.)

• Madeireiras

• Indústrias de embalagens

• Fábrica de vidro

• Fábrica de borracha

• Indústrias de produtos alimentícios

• Programa espacial

• Usinas hidroelétricas

• Fábricas de plásticos

• Parque de diversões

• Transportadoras, etc.

5. ESTRUTURA BÁSICA DE CLP’s

A Estrutura básica de um controlador programável adveio do hardware básico de um computador. Podemos afirmar que um CLP é um computador para aplicações específicas, pois utiliza a mesma unidade central de processamentos (UCP) de um computador comum, acrescida de uma fonte de alimentação com ótimas características de filtragem/estabilização, interface E/S imune a ruídos, e de um invólucro específico para aplicações industriais.

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

Fig.03 – Elementos componentes de um sistema com CLP

A Unidade Central de Processamento (UCP/CPU), 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 do processamento.

Quando se tratar de controladores programáveis (CLP’s), o termo processador será utilizado para identificar o hardware do qual a UCP faz parte.

Quando se tratar de computadores, o termo UCP será utilizado para identificar o hardware do processador central.

A operação simplificada de um CLP pode ser representada pela estrutura da Fig.04

Fig.04 – Operação simplificada do CLP

Parte Função

Processador do CLP efetuando a leitura contínua dos estados no módulo de entrada e a atualização da tabela imagem das entradas.

Processador do CLP executando continuamente o programa lógico do usuário, baseado na tabela imagem das entradas.

Processador do CLP atualizando continuamente a tabela imagem das saídas, baseado na solução do programa lógico do usuário.

Processador do CLP ativando ou desativando continuamente os estados dos módulos de saída de acordo com a tabela imagem das saídas.

6. PROCESSADOR OU CPU

A palavra processador ou CPU é utilizada para identificar a parte do controlador programável responsável pela execução de todas as suas funções.

O processador ou CPU de um controlador programável assemelha-se à UCP de um computador quanto à concepção do hardware, pois ambos compõemse de blocos funcionais similares.

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