2016.2 - DCA

Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Departamento de Engenharia de Computação e
Automação
CLPs:
Interfaces de E/S
Heitor Medeiros Florencio
Interfaces de Entrada e Saída
Interfaces de E/S
 A seção de E/S de um CLP é o local em que os dispositivos de
campo são conectados e onde é fornecida a interface entre
eles e a CPU.
Inputs
As entradas e saídas
podem ser embutidas
em um CLP compacto.
Outputs
O tipo modular usa
módulos de E/S que
são plugados no CLP.
Estrutura Modular
Um rack (gabinete) é
composto de módulos
individuais de E/S.
 Os módulos de interface de entrada recebem sinais da
máquina ou dos dispositivos do processo e os convertem em
sinais que podem ser utilizados pelo controlador.
 Os módulos de interface de saída convertem os sinais do
controlador em sinais externos utilizados no controle da
máquina ou do processo.
Interfaces E/S
 A montagem do equipamento (hardware) que reside nos
módulos de E/S, nos módulos do processador e na fonte de
alimentação é conhecida como chassi.
 Um rack lógico é uma unidade endereçável composta por
uma determinada quantidade de pontos de entrada e de
saída.
 Cada slot no rack é capaz de acomodar qualquer tipo de
módulo de E/S.
Módulos E/S
 Uma das vantagens de um sistema CLP é a capacidade de
instalar módulos de E/S próximos dos dispositivos de campo.
Um rack é chamado de
remoto quando é
posicionado distante do
módulo do processador.
Endereçamento E/S
 O sistema de memória do CLP armazena as informações
relativas ao estado de todas as entradas e saídas, e as
acompanha utilizando um sistema de endereçamento.
• Os métodos de endereçamento de entradas e saídas nos CLPs são
bastante semelhantes. Palavras ou bits pode ser endereçados.
 Exemplos: I:12/04
e
O:02/06
 TIPO: A primeira letra indica se a variável é de entrada ou de saída.
 SLOT: Após o ponto duplo (:), os dois primeiros dígitos indicam a
localização que o respectivo módulo de entrada ou de saída ocupa no
controlador.
 PALAVRA E BIT: Os últimos dois dígitos, após a barra inclinada,
correspondem ao endereço do bit da imagem da palavra de entrada
ou saída.
Endereçamento E/S
 Cada dispositivo de entrada e saída conectado a um módulo
de E/S de sinais discretos é endereçado a um bit específico
na memória do CLP.
Endereçamento E/S
 Módulos
de
E/S
analógicos
utilizam
palavra como formato de
endereçamento.
 A parte do bit de
endereço geralmente não
é utilizada.
Módulos E/S
 A combinação dos
módulos E/S pode ter
as conexões de entrada
e saída no mesmo
módulo físico.
Módulos E/S
 A maioria dos módulos de CLP tem um bloco de bornes
terminais (conhecido como borneira) para a fiação.
 Se este apresentar algum
problema, é retirado por
completo e substituído
por outro.
Módulos de E/S de
Sinais Discretos
Alimentação Módulos E/S
 Cada módulo de E/S de sinal discreto é alimentado por
alguma fonte de tensão fornecida no campo.
 Os módulos de E/S estão disponíveis com vários valores
de tensão nominal CA e CC.
Alimentação Módulos E/S
 O backplane (placa-mãe) recebe energia do módulo da fonte
de alimentação e fornece alimentação para os circuitos
eletrônicos das placas que existem nos módulos de E/S.
Diagrama de blocos do Módulo
de entrada CA discreta
 O circuito é composto por uma seção de alimentação e de
lógica.
 Um isolador óptico é utilizado para estabelecer um
isolamento elétrico entre a alimentação e o circuito da
lógica.
Diagrama Simplificado do
Módulo de entrada CA discreta
 O filtro de ruído da entrada retira os sinais falsos
decorrentes de contato súbito ou de interferência elétrica.
 A tensão de entrada, após a retificação, torna-se uma tensão
CC de nível baixo que é aplicada ao LED do isolador óptico.
Diagrama Simplificado do
Módulo de entrada CA discreta
 Quando a luz do LED atinge o fototransistor, ele entra em
condução e o estado do botão de comando é comunicado na
lógica para o processador.
Diagrama de blocos do
Módulo de saída AC discreta
 O módulo de saída discreto é composto pela seção de fonte
de energia e pela seção lógica, acopladas por um circuito
isolador.
Diagrama simplificado do
Módulo de saída AC discreta
 Quando o processador comunica que uma
carga na saída é energizada, é aplicada uma
tensão no
LED do isolador óptico.
 Isso, por sua vez, dispara o triac, uma chave CA de
semicondutor, conduzindo e permitindo que a corrente
circule para a carga em ambos os lados.
Limitação das saídas
discretas
 As saídas CA individuais geralmente são limitadas pela
capacidade do triac de 1 A e 2 A.
 Para controlar cargas de valores
acima do nominal, como as de
motores, conecta-se um relé
padrão para o módulo de saída.
 Os contatos do relé podem
então ser usados para controlar
a carga.
Módulos de saída
discreta
 Módulos discretos estão disponíveis nas versões CA e
CC, com valores de tensão e corrente nominais, e
também podem ser adquiridos com transistor, triac ou
relé na saída.
Módulos de saída
discreta
Módulos de E/S de
Sinais Analógicos
Módulos E/S analógicos
 Entradas e saídas analógicas típicas variam de 0 a 20 mA, 4 a
20 mA, 0 a 10 V (unipolar) ou -10 a +10V (bipolar).
 Na conexão de sensores que detectam entradas por tensão,
é importante especificar o cabo com o menor comprimento
possível, para minimizar a degradação do sinal e os efeitos
da interferência dos ruídos.
Módulos E/S analógicos
 Os sinais por corrente, os quais não são tão sensíveis aos
ruídos quanto os sinais por tensão, em geral não são
limitados pela distância.
 A malha de alimentação pode ser fornecida pelo sensor ou
pelo módulo de saída.
Endereçamento de E/S
&
Organização da Memória de Programa
Organização da memória
 As diferenças na organização da memória, no endereçamento
de E/S e no conjunto de instruções demonstram que os
programas do CLP nunca são perfeitamente intercambiáveis
entre os diferentes fabricantes.
 O endereçamento da memória é um fator essencial na
construção do programa para o CLP.
 A organização da memória leva em consideração a forma
como um CLP divide a memória: arquivo de programa e
arquivo de dados.
Exemplo de organização
 Organização do arquivo
de programa e de
dados
para
o
controlador SCL 500 da
Allen-Bradley.
Arquivo de programa
Os arquivos de programa (programa do
usuário) ocupam a maior parte da
memória do usuário de um dado CLP, e
esta contém a lógica ladder, por
exemplo,
que
controla
o
funcionamento da máquina ou do
processo.
Arquivo de dados
 A porção do arquivo de dados da memória do processador
armazena os estados da entrada e saída, bem como o estado
do processador e de vários bits e dados numéricos.
 Esses arquivos são
organizados pelo tipo
de dado.
Endereçamento de E/S
 Endereçamento de E/S da família de CLPs SLC da Allen-Bradley.
Organização da Memória
de Dados
 Organização da memória
de dados do CLP PLC-5 da
Allen-Bradley.
Memórias-Imagem de
Entrada/Saída
Referências
PETRUZELLA, Frank D. Controladores
Lógicos Programáveis. Tradução:
Romeu Abdo; Revisão técnica:
Antonio Pertence Júnior. 4 ed. Porto
Alegre: AMGH, 2014.
* Diagramação da aula baseada no material disponibilizado pela
editora.
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