[Elementos de Automação] Aula 06 - PLC II

[Elementos de Automação] Aula 06 - PLC II

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Tipos de CLP

As partes principais (processador, memória, circuitos auxiliares e as vezes a fonte de alimentação) formam o que chamamos de

CPU (Unidade Central de Processamento) do

CLP, assim, dependendo de como estas partes estão fisicamente organizadas podemos ter dois tipos de estrutura:

•Compacta •Modular

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

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 empregado para CLPs de pequeno porte.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

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.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Modular

Estes módulos são então colocados em racks formando uma configuração de médio e grande porte.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Ciclo de Varredura:

O Processador do CLP é o elemento responsável pelo gerenciamento e processamento das informações do sistema.

Em uma análise mais detalhada podemos concluir que o Processador é na verdade um dispositivo conectado a circuitos auxiliares, tais como, memórias, circuitos de temporização e interface, etc.

Este processador expressa a complexidade e a capacidade do controlador.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

O Processador do CLP coordena as atividades do sistema, interpretando e executando um conjunto de instruções conhecidas como programa Executivo ou Monitor.

Este programa realiza um papel similar ao sistema operacional de um microcomputador, com a diferença de ser exclusivamente para controle e monitoração do CLP.

O Executivo se encontra armazenado em memórias não voláteis e é considerado como parte do sistema.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Todas as funções relacionadas com a operação do CLP estão definidas no programa Executivo.

Existem funções básicas que encontradas em qualquer controlador e outras funções que são consideradas especiais e constituem o diferencial entre CLPs de linhas ou fabricantes diferentes.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Entre as funções básicas encontram-se:

•Diagnósticos: watch-dog, bateria, checksum;

•Modo de operação: em execução (run) e parado (stop);

•Comunicação: implementação de diversos tipos de protocolos.

•Protocolos – São regras físicas e lógicas previamente determinadas para que seja possível a comunicação entre dois ou mais equipamentos.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

O CLP tem uma forma particular de trabalhar que caracteriza o seu funcionamento.

O controlador opera executando uma sequência 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.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento 1

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Na fase de leitura das entradas, o processador do

CLP endereça o sistema de E/S, obtém os estados dos dispositivos que estão conectados, e armazena estas informações, nas quais representamos na forma de bits “1” ou “0”, dependendo do estado obtido (ponto energizado equivale ao binário “1” e ponto desenergizado ao binário “0”).

A região da memória utilizada para armazenar estas informações é chamada de Memória Imagem das Entradas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Na fase de execução da lógica programada pelo usuário, o processador do CLP consulta a memória imagem 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 Memória Imagem de Saída.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

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 Memória é consultada.

Observe que durante esta fase não é feita nenhuma referência a pontos externos (entrada ou saída), o processador opera com informações obtidas da memória.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Na fase de atualização de saídas, o processador do CLP executa uma varredura na

Memória Imagem de Saída 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”).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

O tempo necessário para a varredura varia de controlador para controlador e depende de muitos fatores (tamanho da palavra, clock, instruções programadas, etc.).

O fabricante especifica este tempo baseado na quantidade de instruções, normalmente instruções booleanas, e quantidade de entradas/saídas.

Qualquer outra função programada aumenta este tempo de varredura.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

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 CLP 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 execução do programa do usuário.

Em aplicações de alta velocidade, tais como em sensores eletrônicos por pulsos, é aconselhável o uso de módulos específicos (contadores de alta velocidade).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Interrupção:

A interrupção do ciclo de varredura para atualização pode ocorrer de duas maneiras:

•Interrupção para entrada imediata •Interrupção para saída imediata

Interrupção para entrada imediata: o ciclo é interrompido para 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;

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

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 o processador acessa a Memória imagem de Saída, que já possui os resultados correntes e escreve no endereço do módulo de saída referenciado na instrução.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

Além das duas maneiras mais usuais apresentadas anteriormente, 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 no processador do CLP.

Esta interrupção desvia a execução do programa para uma subrotina especial que pode ou não ser programada pelo usuário.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Funcionamento

O tempo de varredura é uma consideração importante na seleção do CLP.

Este indica a velocidade com que o CLP pode reagir às entradas de campo e resolver corretamente a lógica de controle.

•Por exemplo, se um CLP tem um tempo de varredura de 50ms e necessita monitorar um sinal de entrada que pode mudar de estado a cada 20ms, o CLP nunca será capaz de fazer a aquisição deste sinal corretamente, resultando em um mau funcionamento da aplicação.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal de Programação

O terminal de programação é um dispositivo periférico que é conectado temporariamente ao CLP, permite introduzir o programa do usuário e configuração do sistema.

Pode ser um equipamento dedicado, ou seja, um terminal que só tem utilidade como programador de um determinado fabricante de CLP, ou um software que transforma um computador pessoal em um programador.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal de

Programação

Neste periférico, através de uma linguagem, na maioria das vezes, de fácil entendimento e utilização, será feita a codificação das informações vindas do usuário numa linguagem que possa ser entendida pelo processador de um CLP.

Dependendo do tipo de Terminal de Programação (TP), poderão ser realizadas funções como:

•Elaboração do programa do usuário; •Análise do conteúdo dos endereços de memória;

•Introdução de novas instruções;

•Modificação de instruções já existentes;

•Monitoração do programa do usuário;

•Cópia do programa do usuário em disco ou impressora.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal de Programação

Os terminais de programação podem ser classificados em:

•Terminal dedicado ou implementado •Terminal não dedicado

•Terminal portátil dedicado

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal Dedicado

Terminal dedicado ou implementado: tem-se como grandes desvantagens seu custo elevado e sua baixa taxa de utilização, já que sua maior utilização se dá na fase de projeto e implantação da lógica de controle.

Estes terminais são compostos por um teclado, para introdução de dados/instruções e um monitor que tem a função de apresentar as informações e condições do processo a ser controlado.

Como no caso dos terminais portáteis, com o advento da utilização de computadores pessoais, este tipo de terminal caiu em desuso.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal Não Dedicado

Terminal não dedicado: a utilização de um computador pessoal (PC) como terminal de programação é possível através da utilização de um software aplicativo dedicado a esta função.

Neste tipo de terminal, tem-se a vantagem da utilização de um micro de uso geral realizando o papel do programador do CLP.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal Não Dedicado

O custo deste hardware (PC) e software são bem menores do que um terminal dedicado além da grande vantagem de ter, após o período de implantação e eventuais manutenções, o PC disponível para outras aplicações comuns a um computador pessoal.

Outra grande vantagem é a utilização de softwares cada vez mais interativos com o usuário, utilizando todo o potencial e recursos de software e hardware disponíveis neste tipo de computador.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal Portátil Dedicado

Terminal portátil dedicado: geralmente são compostos por teclas que são utilizadas para introduzir o programa do usuário.

Os dados e instruções são apresentados num display que fornece sua indicação, assim como a posição da memória endereçada.

A maioria dos programadores portátil é conectado diretamente ao CP através de uma interface de comunicação (serial).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Terminal Portátil Dedicado

Pode-se utilizar a fonte interna do CP ou possuir alimentação própria através de bateria.

Com o advento dos computadores pessoais portáteis (laptop), estes terminais estão perdendo sua função, já que se podem executar todas as funções de programação em ambiente mais amigável, com todas as vantagens de equipamento portátil.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagens de Programação

Na execução de tarefas ou resolução de problemas utilizando CLP, é necessária a utilização de uma linguagem de programação, através da qual o usuário irá escrever sua aplicação (programa).

A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa, que vai coordenar e sequenciar as operações que o CLP deve executar.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagens de Programação

Normalmente podemos programar um CLP através de um software que possibilita a sua apresentação ao usuário em quatro formas diferentes:

•Linguagem LADDER; •Linguagem FBD (Function Block Diagram);

•Linguagem IL (Instruction List);

•Linguagem ST (Structured Text)

•Linguagem GRAFCET.

Obs.: Alguns CLPs, possibilitam a apresentação do programa do usuário em uma ou mais formas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem Ladder

A linguagem de contatos, também designada por linguagem “ladder”, é uma linguagem totalmente gráfica, apropriada para o tratamento lógico simples de tipo combinatório.

Utiliza os símbolos gráficos dos contatos normalmente fechados e normalmente abertos e das bobinas.

Assim, um programa em linguagem de contatos não se apresenta sob a forma de uma lista de instruções, mas sim como um esquema elétrico clássico.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem Ladder

Nas redes de contatos podem ser inseridos blocos de funções temporizadores, contadores, registros, etc., e blocos de operações lógicas ou aritméticas pré-programadas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem FBD

Mesma linguagem utilizada em lógica digital, onde sua representação gráfica é feita através das chamadas portas lógicas.

•FBD (Function Blocks Diagram)

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem IL

Esta linguagem “lista de instruções” baseia-se nas regras da álgebra BOOLEANA.

Utiliza instruções que executam operações ou funções lógicas simples, tais como E (AND) lógico, OU (OR) lógico, OU exclusivo (XOR), etc., e funções pré-programadas

(temporizadores, contadores, passo a passo, registros).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem IL

Esta linguagem é sobretudo utilizada para sistemas de automação simples comandados por nano-CPs ou micro-CPs.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem ST

Texto extruturado é uma linguagem evoluída, que proporciona inúmeras opções: programação de função simples, tais como testes ou ações sobre bits, palavras e blocos de funções, e também programação de funções mais complexas, tais como operações lógicas ou aritméticas, manipulações de tabelas de dados, etc.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem GRAFCET

A linguagem Grafcet permite representar, gráfica e estruturadamente, o funcionamento de um sistema de automação seqüencial.

Resulta de um método de análise baseado na noção de etapas e de transições, relacionadas por ligações orientadas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Linguagem GRAFCET

As ações estão associadas às etapas, e as condições às transições.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Niquelândia, 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 40

Comentários