Controlador lógico programável

Controlador lógico programável

(Parte 1 de 7)

Controladores

Lógicos Programáveis

Luiz Edival de Souza – edival@iee.efei.br

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1 REVISÃO DE CONCEITOS LÓGICOS1
1.1 TEOREMAS DA ÁLGEBRA DE BOOLE2
1.2 CIRCUITOS A CONTATOS2
1.2.1 Exemplos de Circuitos a contatos4
1.2.2 Exercícios propostos5
2 INTRODUÇÃO AO CONTROLADOR PROGRAMÁVEL9
3 COMPONENTES BÁSICOS1
4 CONTROLADOR PROGRAMÁVEL VERSUS PAINEL DE RELÉS13
5 COMPUTADOR INDUSTRIAL VERSUS CONTROLADOR PROGRAMÁVEL16
6 CPU E CICLO DE VARREDURA17
6.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO21
6.2 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA23
6.2.1 Estrutura da memória23
6.2.2 Organização da memória24
6.2.3 Tabela de dados25
6.2.4 Memória da aplicação28
7 SISTEMA DE ENTRADAS E SAÍDAS29
7.1 ENTRADAS E SAÍDAS DISCRETAS29
7.1.1 Lógica positiva e Lógica negativa34
7.2 ENTRADAS E SAÍDAS DE DADOS NUMÉRICOS40
7.3 MÓDULOS ESPECIAIS4
7.3.1 Módulo para termopar45
7.3.2 Módulo PID45
7.3.3 Módulos de entradas/saídas remotos46
8 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO BÁSICA48
8.1 ENDEREÇAMENTO49
8.2 CONTINUIDADE LÓGICA50
8.3 MODELO VIRTUAL DO CLP51
8.4 INSTRUÇÃO CONTATO NORMALMENTE ABERTO - NA52
8.5 INSTRUÇÃO CONTATO NORMALMENTE FECHADO - NF53
8.6 INSTRUÇÃO DE ENERGIZAR BOBINA54
8.6.1 Exemplo de programação: Partida de um motor54
8.6.2 Alteração do exemplo anterior5
8.6.3 Proposta de Exercício57
8.6.4 Exemplo de programação: Lâmpadas Seqüenciais58
8.6.5 Implementação prática59
8.7 INSTRUÇÃO DE ENERGIZAR BOBINA COM RETENÇÃO59
8.8 INSTRUÇÃO DE DESENERGIZAR BOBINA COM RETENÇÃO59
8.9 OUTROS TIPOS DE BOBINAS60
8.10 CONEXÃO DE CHAVE NA E NF AO CLP60
8.1 INSTRUÇÃO TEMPORIZADOR61
8.1.1Exemplo de temporizador baseado em contatos de relés62
8.1.2Bloco temporizador do controlador programável GE-FANUC 903063
8.1.3Exemplo de temporizador baseado em bloco funcional (IEC6131-3)65
8.1.4Implementação de um desligamento temporizado no exemplo do motor6
8.1.5 Partida estrela-triangulo de motor67
8.12 INSTRUÇÃO CONTADOR67
8.12.3Bloco contador do controlador programável GE FANUC 903070
8.12.4 Proposta de Exercício prático71
8.13 OUTRAS INSTRUÇÕES72
8.13.1 Instruções aritméticas72
8.13.2 Instruções de comparação73
8.13.3 Partida de motor com rampa de aceleração74

Controlador Lógico Programável 1

Uma revisão da formulação apresentada pela Álgebra de Boole é importante para os usuários de circuitos à relés e controladores programáveis. O objetivo deste capítulo é revisar os conceitos básicos da lógica booleana visando a sua utilização em projetos de circuitos baseados em relés ou de programação do controlador programável.

1X = 0 e X = 1 Þ Qualquer variável e qualquer função, pode assumir somente dois valores

POSTULADOS DA ÁLGEBRA DE BOOLE representados por 0 e 1. Estes dois valores podem corresponder a duas situações ou grandezas físicas que se excluem mutuamente mas, necessariamente uma delas deve estar presente em qualquer instante.

20 • 1 = 1 • 0 = 0
31 • 1 = 1
40 • 0 = 0 Þ Onde o ponto (• ) representa o operador lógico E ou "AND" do inglês.

Pode-se em termos de contatos de relés associar o E a conexão em série de contatos;

51 + 0 = 0 + 1 = 1
60 + 0 = 0
71 + 1 = 1 Þ Onde ( + ) representa o operador lógico OU ou "OR" do inglês. Pode-se

em termos de contatos de relés associar o operador a conexão em paralelo de contatos;

801=
910= Þ Onde o sinal (-) sobre a variável significa negação.

Variável booleana é um literal que representa o estado de alguma coisa que possui somente dois estados: falso ou verdadeiro, aberto ou fechado, está presente ou não está presente, etc. Por exemplo, se um relé está energizado então podemos representar o estado do relé (energizado ou desenergizado) por uma variável X cujos valores podem ser somente 1 ou 0.

Expressão booleana é uma expressão que relaciona uma ou mais variáveis booleanas através dos operadores booleanos ( E, OU e negação). Por exemplo, o motor deve ligar se a chave CH1 for

Controlador Lógico Programável 2 acionada e se a temperatura estiver acima de 40 °C. Neste caso atribuímos a uma variável M a representação do estado do Motor e escrevemos a seguinte expressão booleana:

M = CH1 . Tonde:

CH1 = 0 para chave aberta e CH1 = 1 para chave fechada; T = 1 se temperatura acima de 40 °C e T=0 se menor 40 °C M = 1 motor ligado e M = 0 motor desligado.

A seguir são apresentados alguns dos teoremas usuais da Álgebra de Boole que quando convenientemente utilizados facilitam a simplificação de uma expressão complicada.

8 ( ) ( )•+=+• ,,Z,,Y,Xf,,Z,...,Y,Xf
9()ZYXXZXY+=+Obs: XY = X•Y

Examinaremos agora o relacionamento das expressões booleanas com circuitos a contatos. A partir das expressões booleanas podemos, através dos teoremas, simplificar os circuitos através da eliminação de redundâncias. Isto representa em termos de implementação menor custo, menos componentes, etc.

Controlador Lógico Programável 3

O contato aqui referenciado representa o estado de qualquer dispositivo do tipo liga/desliga utilizado em circuitos a relés. Um painel de relé, utilizado para controlar uma máquina ou um processo, pode ser visto como um conjunto de relés e um conjunto de dispositivos de entrada e saída, tais como, chaves, interruptores, válvulas, lâmpadas, contatores, etc. Por exemplo, para verificar se uma chave está ligada ou não, é preciso obter a informação de um contato do relé, ou para verificar se o motor está ligado é preciso, verificar se um contato auxiliar do contator do fechado (caso se use um contato NA - Normal Aberto).

Nos circuitos eletrônicos digitais, as entradas e saídas só podem estar em dois níveis de tensão, por exemplo, 0 V e 5 V. Nos circuitos a contatos, utilizamos dois estados - aberto e fechado, para representar o estado do contato. O estado da bobina do relé ou do circuito a contato é denominado energizado ou desenergizado. Assim sendo, podemos relacionar uma expressão booleana (valor 0 e 1) ao circuito a contatos (lógica por fios) e a variável booleana ao contato ou estado de chaves, botoeiras, etc. Portanto teremos:

Expressão BooleanaCircuito a contatos
1Þ energizado
0Þ desenergizado
Variável BooleanaContato do relé
1Þ fechado
0Þ aberto

Relés Contatores

Controlador Lógico Programável 4

Relé X

- energizadoRelé X- desenergizado

De acordo com a nossa convenção podemos escrever a seguinte tabela:

Desenergizado - 0Energizado- 1Aberto - 0Fechado - 1 Fechado - 1
Aberto- 0

Relé XContato NAContato NF

Onde observamos que : NA = X NF = X

1.2.1 Exemplos de Circuitos a contatos 1) A saída de um circuito deve ser energizada se o relé X está operado e deve-se usar contato NA.

Solução:

A expressão booleana que expressa a solução deste exemplo é simplesmente : L = X, e o circuito a contatos pode ser desenhado como a seguinte figura.

2) A saída de um circuito deve ser energizada se o relé X está inoperado e deve-se usar contato NF.

Solução: O circuito abaixo atende esta exigência .

Controlador Lógico Programável 5

3) A saída de um circuito deve ser energizada se o relé X está operado e o relé Y está inoperado.

Solução: Observe que agora temos uma função E devido ao conectivo "e" na sentença de proposição do exemplo. A função E em circuitos a contatos pode ser obtida pela associação em série de contatos, como ilustrado abaixo.

Circuito a contatos

4) A saída de um circuito deve ser energizada se uma chave A for ligada e se o relé X ou o relé Y estiverem energizados.

Solução:

X LYCircuito a contatos

1.2.2 Exercícios propostos 1) Desenhar os circuitos a contatos para realizar a lógica das seguintes expressões booleanas:

Controlador Lógico Programável 6 b) L = (A + B) C + (C + ‘D + F) (A + ‘F)

2) Simplificar os seguintes circuitos a contatos: a)

Controlador Lógico Programável 7 b) A B c) A

Controlador Lógico Programável 8

3) Determinar a equação booleana, simplificada, para executar a seguinte lógica para ligar o motor de um ventilador :

1. Forno ligado e motor da esteira ligado, ou 2. Forno desligado e temperatura acima de 50 °C, ou 3. Forno desligado, relé X operado e motor da esteira ligado, ou 4. Motor da esteira ligado e temperatura acima de 50 °C, ou 5. Motor da esteira ligado, forno desligado e relé X inoperado, ou 6. Forno ligado, relé X inoperado e trem estacionado no local.

Controlador Lógico Programável 9

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 Logic Controllers - PLC). Porém, atualmente, os controladores são bem mais complexos e não executam somente lógica do tipo E e OU, motivo pelo qual passaram a ser chamados apenas de Controladores Programáveis - CP.

Os primeiros controladores tinham pouca capacidade de processamento e 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 flexibilidade de programação e expansão. Entre outras características citamos: a capacidade de operar com números, realizar operações aritméticas com ponto decimal flutuante, manusear dados e se comunicar com computadores. Desta forma, os CP’s atuais podem atuar tanto em controle discreto, tais como, automação da manufatura, onde as máquinas apresentam ações automáticas e discretizada no tempo, como em controle contínuo, tais como, processos químicos e siderúrgicos, com características primordialmente analógicas.

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