aula 7.pptx

12/04/16 O que são?
AULA 6 - CLP –
CONTROLADORES LÓGICOS
PROGRAMÁVEIS
ü CLP, Controladores Lógicos Programáveis
ou
ü PLC, Programmable Logic Controllers
Prof. Fabricia Neres
O que são?
O que são?
ü  São equipamentos robustos capazes de operar em
ü  O CLP é um computador industrial, capaz de
implementar funções de controle (sequência lógica,
contagem e temporização), operações lógicas e
aritméticas , manipulação de dados e comunicação
em rede.
CLPs no processo industrial
CLP
Sistema
Automatizado
condições severas: altas temperaturas, poeira, umidade
e ruídos elétricos.
ü Existem diversos fabricantes e diversos modelos de
CLPs. Não existe uma padronização no números de
entradas e saídas (digitais ou analógicas) ou tamanho de
memória.
CLP- Definição
Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para
uso em um ambiente industrial, que usa uma memória
programável para a armazenagem interna de instruções
orientadas para o usuário para implementar funções
específicas, tais como lógica sequencial, temporização,
contagem e aritmética, para controlar, através de
entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de
máquinas ou processos. O Controlador programável e seus
periféricos associados são projetados para serem
facilmente integráveis em um sistema de controle industrial
e facilmente usados em todas suas funções previstas.
(definição IEC – International Electrotechnical Commission)
1 12/04/16 CLP- Histórico
•  Os primeiros dispositivos de controle foram
desenvolvidos durante a Revolução Industrial no
século XIX;
•  Dispositivos mecânicos rudimentares eram usados
para realizar o controle dos processos.
CLP- Histórico
•  Na década de 1920 os dispositivos mecânicos foram
substituídos pelos relés;
•  Com o uso da lógica de relés foi possível realizar
controles mais complexos que até o momento não era
possível;
•  O uso da lógica de relés dificultava modificações do
processo;
•  Era complexo manter o projeto atualizado.
CLP- Histórico
•  O desenvolvimento de CIs e computadores possibilitou a
construção de CLPs;
•  Computadores comerciais eram caros e sensíveis ao
ambiente industrial;
•  O CLP foi desenvolvido para atender as necessidades
da industria automobilística americana (General Motors)
•  Suas primeiras aplicações foram na divisão de
hidramática da GM em 1968.
Quadro de Relés
Quadro de CLPs
CLP- Histórico
Características desejáveis do CLP:
ü Facilidade de programação e modificação dos códigos;
ü Permitir flexibilidade na montagem das máquinas;
ü Manutenção simplificada;
ü Adaptado ao ambiente industrial.
CLP- Histórico
Historicamente os CLPs podem ser classificados nas
seguintes categorias:
ü 1ª geração: Programação em Assembly. Necessidade de
conhecer o hardware;
ü 2ª geração: Apareceram as linguagens de programação de
nível médio. O compilador converte o código do
programador em linguagem de baixo nível;
2 12/04/16 CLP- Histórico
ü 3ª geração: Surge a entrada de programação que poderia
ser realizada através de: teclado, programador portátil
conectado ao CLP;
CLP- Histórico
ü 5ª geração: protocolos de comunicação para facilitar a
comunicação com sistemas supervisórios, redes e
equipamentos de outros fabricantes.
ü  4ª geração : Criada a comunicação serial e a
programação é realizada por computadores possibilitando
a simulação do código.
Características do Hardware
•  Alta confiabilidade;
Características do Software
•  Linguagem de programação simples;
•  Imune a ruídos eletromagnéticos;
•  Isolação galvânica de entradas e saídas;
•  Processamento em tempo real e multitarefa;
•  Fácil de configurar com esquema de montagem em
trilhos;
•  Monitoramento do dados on-line;
•  Padronizados ou em racks com módulos que podem ser
retirados;
•  Uso de conectores que podem ser retirados;
•  Alta velocidade de processamento das informações.
•  Ferramenta de autodiagnóstico.
CLPs - Vantagens
•  Pequena equipe para realizar a manutenção;
•  Flexibilidade do número de entradas e saídas;
•  São reutilizáveis;
•  Maior confiabilidade e flexibilidade;
•  Menor tempo para elaborar projetos;
CLP -Aplicações
•  Indústria de Plástico;
•  Controle de malhas;
•  Indústria Petroquímica;
•  Sistemas Sistemas SCADA (Supervisory Supervisory
Control Control and Data
•  Aquisition);
•  Sistemas de controle de células de manufatura;
•  Montagem automatizada;
•  Possibilidade de comunicar com outros CLPs e
computadores.
3 12/04/16 CLP -Aplicações
•  Processos de empacotamento, engarrafamento,
enlatamento, transporte e manuseio de materiais,
usinagem;
•  Sistemas de controle predial de ar condicionado ;
•  Sistemas de segurança;
•  Indústrias de alimentos, bebidas, automotiva, química,
têxtil, plásticos, papel e celulose, farmacêutica e
siderúrgica/metalúrgica, mineração, entre outras.
Princípio de Funcionamento
Tipos de CLP
•  Compactos: possuem fonte de alimentação, CPU e
módulos de entrada e saída em único equipamento
•  Modulares: cada módulo executa uma função, ou seja,
cada elemento é inserido de forma modular em racks.
Princípio de Funcionamento
•  O CLP funciona de forma sequencial, fazendo um ciclo de
varredura em algumas etapas.
•  O tempo total para realizar o ciclo é denominado CLOCK.
Princípio de Funcionamento
Partes do CLP
4 12/04/16 Estrutura Básica
•  As entradas e saídas podem ser analógicas ou digitais;
Estrutura Básica
•  Baseada no Hardware básico do computador
Arquitetura:
Fontes de Alimentação
•  Fonte de alimentação;
•  Sua função é fornecer energia para o CLP
•  Unidade Central de Processamento;
•  Source: interna ao controlador;
•  Memórias voláteis e não voláteis;
•  Entradas e saídas (digitais e analógicas);
•  Terminal de programação.
Fontes de Alimentação
•  O CLP possui uma bateria interna que mantém as
•  Sink: externa ao controlador.
•  Tensão de alimentação: 110V CA ou 220V CA ou
24V CC
Unidade Central de Processamento
•  Responsável pela manipulação das informações
informações gravadas durante algum tempo, em caso de
falta de energia.
•  Converte a tensão da rede de 110 ou 220 VCA em :
Ø +5VCC: para alimentar os circuitos eletrônicos
Ø  +12VCC ou +24VCC: para alimentar as entradas e as
saídas
Ø 110V para saídas dos relés
Ø Baterias
5 12/04/16 Unidade Central de Processamento
EPROM
As mais comuns:
Memória do Programa Monitor”
§  INTEL 80xx
§  MOTOROLA 68xx
•  Responsável por: sistema operacional; start do CLP;
§  ZILOG Z80xx
sequência de operações; drivers.
§  PIC 16xx
•  Não é acessível pelo usuário
Entradas e saídas
Memória do Usuário
•  Divididas em Digital e analógicas;
Armazena:
•  Programa do usuário;
•  Configuração de dados;
•  Imagens de dados E/S;
•  Buffer de comunicação.
Entradas
•  Local onde a UCP busca informações do processo
comandado. Estas informações podem ser de diversos
dispositivos dentre eles: medidores de temperatura e
vazão.
Entradas Digitais
•  As entradas digitais convertem os elementos do sistema
em bits.
•  Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentação
interna e externa.
•  Podem ser divididas em digital (temperatura correta) e
analógica (valor da temperatura)
•  Possuem apenas dois estados: (ligado ou desligado)
6 12/04/16 Entradas Digitais
•  As entradas digitais podem trabalhar com diferentes níveis
de tensão:
Entradas Digitais com Alimentação
Interna
•  Os CLPs fornecem uma tensão de alimentação que deve
passar pelo elemento do processo e retornar à entrada.
Ø corrente contínua: TTL, 24 Vcc. 48 Vcc, 110 Vcc;
Ø corrente alternada: 110 Vca ou 220 Vca.
Entradas Digitais com Alimentação
Externa
•  As entradas com alimentação externa recebem
alimentação do processo.
Entradas Analógicas
•  As analógicas podem ter infinitos estados dentro de uma
faixa determinada
•  Necessidade de conversão de analógica para digital
•  Exemplos de medições analógicas: nível e temperatura
•  Existe uma grande gama de sinais de entradas
padronizados:
Ø Tensão: +/- 12,5 mV, +/- 50 mV, +/- 500 mV,
+/- 5 V, +/- 10 V, l a 5V, O a 5 V, O a 10 V
Ø Corrente: O a 20 mA, 4 a 20mA
Entradas Analógicas
•  Exemplo: medições lineares: medidor de vazão
•  Conversor A/D de3 bits
Entradas Analógicas
•  Exemplo: medições lineares: medidor de vazão
•  Conversor A/D de 10 bits
7 12/04/16 Saídas Digitais
•  Funciona basicamente como as entradas digitais
•  Podem ser por tensão ou por relés
Saídas Analógicas
•  Funcionam de modo semelhante as entradas analógicas
•  Realizam a conversão do sinal digital enviado pela CPU
(UCP) para analógico usando um conversor digital/
analógico.
•  As saídas digitais por tensão converte os sinais enviados
pela CPU (UCP) em sinais capazes de energizar cargas
como lâmpadas;
•  As saídas digitais por relés fornecem um contato de relê
que pode chavear cargas com alimentação independente
da fonte do CLP
Conversão de Analógico para Digital
Terminais de Programação
•  Computadores ou terminais que permitem:
Ø Autodiagnóstico;
Ø Alterações online
Ø Programação de instruções;
Ø Monitoramento
Ø Gravar e apagar dados da memória do usuário.
Módulos de entrada/saída
E
Módulos de saída
Saídas
•  Através das saídas, o CLP age sobre o processo sob o
seu controle.
•  As saídas digitais fornecem comandos do tipo ligado/
desligado.
•  As saídas analógicas fornecem um sinal de tensão ou
corrente com variação contínua para acionar válvulas
proporcionais, conversores ou outros equipamentos.
S
8 12/04/16 Módulos de saída digital a relé
Aciona cargas alimentadas por tensão tanto contínua quanto alternada.
Uma grande vantagem de utilizar esse tipo de configuração de saída é o fato
se ter uma saída praticamente imune a qualquer tipo de interferência da
rede.
Módulos de saída digital a transistor
Módulos de saída digital a triac
Tem maior vida útil do que saída a relé.
Módulos de entrada
Entradas
•  Entradas digitais recebem o sinal de sensores,
chaves, botoeiras, e outros equipamentos que
fornecem sinais do tipo ligado/desligado.
•  Entradas analógicas recebem sinais de tensão ou
corrente de variação contínua, dentro de uma faixa e
com significado especificado. Este módulo condiciona o
sinal de entrada e o torna disponível para o processador.
O acionamento é realizado por transistor típico que realiza
comutações rápidas
Terminais de programação
•  Este bloco fornece o meio físico e os protocolos para que
o CLP se comunique com outros equipamentos
integrantes do sistema.
•  Os sistemas de controle atuais preveem a integração
Terminais de programação
•  Pc ou terminais que permitem:
•  Autodiagnóstico
•  Alterações on-line
•  Programação de instruções
•  Monitoração
de diversos dispositivos que podem incluir vários
CLPs, computadores, IHM externas, sensores e
atuadores inteligentes, data-loggers, todos ligados
em rede.
9 12/04/16 55
Programação por cabo com PC
CLP – Controlador Lógico Programável
Programa aplicativo
A lógica que avalia a condição dos pontos de entrada e
dos estados anteriores do CLP, executando as funções
desejadas e acionando as saídas, é chamada de
programa aplicativo ou simplesmente programa do CLP.
Modos de Operação de um CLP
Modo de Programação
Modos de Operação de um CLP
•  Modo de programação
•  Modo de execução.
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  No modo de execução (RUN), o CLP passa a executar o
•  No modo de programação (PROG) o CLP não executa
programa do usuário.
nenhum programa, isto é, fica aguardando para ser
configurado ou receber novos programas ou até receber
modificações de programas já instalados. Esse tipo de
programação é chamado off-line (fora de operação).
•  CLPs de maior porte podem sofrer alterações de
•  A operação de transferência de programas do
•  O funcionamento do CLP é baseado num sistema
microcomputador (ou terminal de programação) para o
CLP denomina-se download.
programa mesmo durante a execução. Este tipo de
programação é chamado de on-line (em operação).
microprocessado em que há uma estrutura de software
que realiza continuamente ciclos de leitura, chamados de
scan.
10 12/04/16 Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  Scan do CLP (ciclo de varredura):
•  O scan (ciclo de varredura) é constituído de três
processos:
•  Efetua a leitura dos dados através dos dispositivos via
interface de entrada;
•  Executa o programa de controle armazenado na
memória;
•  Escreve ou atualiza os dispositivos de saída via
interface de saída.
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  No processo de leitura dos pontos de entrada, a CPU
de execução, é executada uma rotina de inicialização,
que realiza as seguintes operações:
endereça o sistema de I/O, coleta os estados atuais
dos dispositivos que estão conectados e armazena as
informações em forma de bits 1 ou 0.
•  Limpeza da memória de imagem, para operandos
•  Uma entrada energizada equivale ao valor binário 1
•  No momento que é energizado e estando o CLP no modo
não retentivos;
•  Teste de memória RAM;
•  Teste de executabilidade do programa.
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  No processo de execução da lógica programada, a TIE é
utilizada para obter os estados dos dispositivos.
•  Os resultados das lógicas programadas que atuam em
determinadas saídas são armazenados em uma área de
memória que se chama Tabela Imagem das Saídas
(TIS). As lógicas que possuem saídas internas (memórias
internas) são armazenadas na área correspondente.
enquanto que uma entrada desenergizada equivale ao
valor binário 0. Essas informações são armazenadas em
uma região de memória chamada Tabela Imagem das
Entradas (TIE).
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  Na etapa de atualização das saídas, a CPU executa uma
varredura na tabela TIS e atualiza as saídas externas
através do endereçamento do sistema de IO para
atualizar o estado dos dispositivos de saída de acordo
com o programa.
•  Também é feita atualização de valores de outros
operandos, como resultados aritméticos, contagens,
temporizações, entre outros.
11 12/04/16 Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
•  Ao final da atualização da tabela imagem, é feita a
•  Para verificação de erros, é estipulado um tempo de
transferência dos valores da tabela imagem das
saídas para os cartões de saída, encerrando o ciclo
de varredura. A partir daí é iniciado um novo scan e a
operação continua enquanto se mantém o controlador no
modo de execução.
processamento, ficando a cargo de um circuito chamado
Watch Dog Timer (WDT) supervisioná-lo.
•  Se esse tempo máximo for ultrapassado, a execução
do programa pela CPU será interrompida, sendo
assumido um estado de falha (fault).
Modos de Operação de um CLP
Modos de Execução
Tipos de CLP
CLPs Compactos
•  Chama-se tempo de varredura (scan time) o tempo
•  Possuem incorporados em uma única unidade a fonte
gasto para a execução de um ciclo completo. Esse
valor muda conforme o controlador e depende de muitos
fatores (tamanho da palavra de memória, clock,
arquitetura do processador, etc.).
de alimentação, a CPU e os módulos de I/O, ficando o
usuário com acesso somente aos conectores do
sistema de I/O.
•  Esse tipo de estrutura normalmente é empregado para
CLPs de pequeno porte. Atualmente suportam uma
grande variedade de módulos especiais (normalmente
vendidos como opcionais).
Tipos de CLP
CLPs Modulares
Tipos de CLP
CLPs Modulares
•  Esses CLPs são compostos por uma estrutura
modular, em que cada módulo executa uma
determinada função.
•  Possível processador e memória em um único módulo
com fonte separada ou então as três partes juntas em um
único gabinete.
•  O sistema de I/O é decomposto em módulos de acordo
com suas características. Eles são colocados em
p o s i ç õ e s p r e d e f i n i d a s (r a c k s ) , f o r m a n d o u m a
configuração de médio e grande porte.
12 12/04/16 Capacidades dos CLP´s
•  Nano e Micro-CLPs: pouca capacidade de E/S
Exemplos
•  Pequenas aplicações
•  CLPs de Médio Porte: São
CLPs com uma capacidade de
Entrada e Saída de até 256 pontos.
•  CLPs de Grande Porte: Permitem a utilização de até 4096
pontos de E/S. São montados em um Bastidor (ou Rack ) que
permite um Cabeamento Estruturado.
Exemplos
•  Pequeno e médio
Exemplos
•  Médio e grande porte
porte
Exemplos
Exemplo de funcionamento
Grandes aplicações
CLP Scnheider Twido
Copyright (C) 2005 Schneider Electric
13 12/04/16 Linguagens de programação
Linguagens de programação
As cinco linguagens definidas pela norma Norma IEC
61131 (Padronização em Controle e Automação) são:
•  Textuais
•  Lista de Instruções (IL);
•  Texto Estruturado (ST).
•  Gráficas
•  Diagrama Ladder (LD);
•  Diagrama de Blocos Funcionais (FBD).
•  Estruturação de Programas (Textual ou Gráfica)
•  Seqüenciamento Gráfico de Funções (SFC).
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Tipos de Instruções
Instruções de Lógicas - Ladder
•  Instruções para manipular dados:
– Instrução Mover;
– Instrução Comparação.
•  Instruções Matemáticas:
– Soma;
– Subtração;
– Multiplicação;
– Divisão.
Instruções de Lógicas - Ladder
Instruções de Lógicas - Ladder
14 12/04/16 Instruções de Lógicas - Ladder
Instruções de Lógicas - Ladder
APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA
Representação em Ladder
Legenda:
AL: Alimentador Vibratório.
CT1: Transportador de Correia.
CT2: Transportador de Correia.
CT3: Transportador de Correia.
PE: Peneira Vibratória.
Pilha "A": Granulometria até 1/4".
Pilha "B": Granulometria entre 1/4" e 1/2".
Silo
AL
Figura 4.3: Lógica de diagrama de contato
Outras instruções utilizadas nos CPs:
-Contador,
-Mover e Comparar,
-Instruções Matemáticas e
-Instruções Lógicas.
CT 3
PE
CT 2
CT 1
Pilha "B"
Pilha "A"
Figura 5.1: Exemplo de processo de separação de minério
Linha de Produção
- A Linha de Peneiramento;
- Sinalizações;
- Funcionamento;
- Emergências;
- Sistema Supervisório.
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