Módulos de I/O

Automação CLP
Professor: Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Módulos de I/O
Módulos de I/O
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Os módulos de entrada (Input), recebem os sinais dos
dispositivos de entrada, tais como: sensores, chaves e
transdutores, e os convertem em níveis adequados
para serem processados.
Os módulos de saída enviam os sinais aos
dispositivos de saída tais como: motores, atuadores e
sinalizadores. Esses sinais podem ser resultado da
lógica de controle, pela execução do programa de
aplicação, ou podem ser forçados pelo usuário,
independente da lógica de controle.
Módulos de I/O
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Em geral os módulos de I/O são dotados de isolação
óptica (proteção), indicadores de status (manutenção),
conectores removíveis. Eles são classificados como
discretos (digitais) ou analógicos, existindo os
especiais (pneumáticos, etc).
A isolação óptica serve para proteção da CPU, fonte
de alimentação e demais módulos de I/O. isto quer
dizer que não há conexão elétrica entre os dispositivos
de entrada (chaves, sensores) ou de saída (atuadores,
motores) e o barramento de comunicação da CPU.
Módulos de I/O
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Os indicadores de status são LEDs presentes nos
módulos que indicam quais pontos de entrada estão
recebendo o sinal dos dispositivos externos e quais
pontos de saída estão sendo ativados pela CPU. Os
indicadores de falha mostram, por exemplo, a falta de
energia, bloco de terminais desconectados, fusível
queimado, etc.
Os conectores removíveis servem para reduzirem o
tempo de manutenção e/ou substituição dos módulos
de I/O.
Os módulos digitais (on/off – 0/1) são utilizados em
sistemas seqüenciais e na maioria das aplicações com
CLPs.
Módulos de I/O
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Cada ponto de entrada ou de saída, dos módulos
discretos, correspondem a 1 bit de um determinado
endereço na tabela de dados (imagem das entradas e
das saídas), a qual é acessada durante a execução do
programa de aplicação.
Os módulos discretos de entrada, em geral,
apresentam as seguintes características: quantidade de
pontos disponíveis (8, 16, 32, ou 64).
Filtros de sinal que eliminam problemas de “bounces”
(pulsos indesejados, causados durante a abertura ou
fechamento de contatos mecânicos – rebatimentos).
Módulos de I/O
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Tipo e faixa de tensão das entradas: AC (110V ou
220V), DC (12, 24 ou 125V), AC/DC (12, 24, 110),
TTL, ou contato seco.
As entradas podem ter configuração consumidora de
corrente (current sinking – comum negativo),
fornecedora de corrente (current sourcing – comum
positivo), ou current sinking/sourcing (quando
possuírem um opto acoplador com 2 LED em anti
paralelo).
OBS: Esta é uma característica determinante na
configuração de um CLP, pois define o dispositivo de
entrada usado (sensores NPN ou PNP), sendo
necessário optar por um ou outro tipo de entrada DC.
Módulos de I/O
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A figura a seguir mostra um configuração típica para
uma entrada tipo sinking e outra sourcing.
Módulos de I/O
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Além da quantidade de pontos, tipo e tensão das
entradas, os seguintes itens são apresentados nas
especificações técnicas dos módulos discretos de
entrada e devem ser considerados durante sua
configuração:
Tensão máxima para nível 0 (reconhecer nível 0 – off)
e tensão mínima para o nível 1 (reconhecer nível 1 –
on);
Tensão de pico (com limite de tempo para
permanência);
Corrente máxima em nível 0 e mínima em nível 1
(para operar normal);
Módulos de I/O
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Corrente de entrada: corrente típica de operação
para uma entrada ativa (nível 1);
Impedância de entrada: resistência que cada entrada
representa para o dispositivo a ela conectado;
Tempo de resposta de 0 para 1: tempo típico para
reconhecer a transição de uma entrada (0 - 1 – off on) e de 1 para 0: tempo típico para reconhecer a
transição de uma entrada (1 - 0 – on - off);
Pontos comuns por módulos (sendo eles isolados ou
não);
Freqüência AC – apenas para módulos AC;
Potência consumida da base;
Necessidade de alimentação externa.
Módulos de I/O
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Os módulos discretos de saída, em geral, apresentam
as seguintes características: Quantidade de pontos
disponíveis (4, 8, 16, 32 ou 64);
Tipo e faixa de tensão das saídas: AC (Triac ou SCR –
24, 110 ou 220V), DC (Transistor bipolar ou Mosfet –
5, 12, 24, 125V) ou relé (AC e DC);
As saídas podem ser do tipo sinking (consumidora de
corrente – comum negativo) ou sourcing (fornecedora
de corrente – comum positivo).
As saídas à relé podem ter contato simples (NA) ou
reversíveis (NA e/ou NF).
Módulos de I/O
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A figura a seguir, apresenta uma configuração típica
de uma saída tipo sinking sem fusível de proteção.
Módulos de I/O
Além da quantidade de pontos, tipo e tensão, os
seguintes itens são normalmente apresentados e
devem ser observados para uma configuração
adequada:
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Tensão de pico, com limite de tempo;
Queda de tensão (tensão de saturação), indica a tensão
medida entre um ponto de saída (enquanto acionado)
e o comum, com carga máxima;
Corrente máxima (para cargas resistivas);
Corrente de pico (com pequeno tempo – durante a
transição de 0 para 1. Este valor é maior que a
corrente máxima e é característico para acionamento
de circuitos indutivos);
Módulos de I/O
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Corrente de fuga (maior corrente com o ponto de
saída não acionado;
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Carga mínima – menor corrente para a carga;
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Tempo de resposta de 0 para 1;
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Tempo de resposta de 1 para 0;
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Pontos comuns por módulo;
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Freqüência AC;
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Potência consumida da base;
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Necessidade de alimentação externa;
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Fusíveis de proteção (existentes ou não, localizados
interna ou externamente).
Módulos de I/O
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Outro fator importante é o relacionamento com o
acionamento de dispositivos controlados. Não se
recomenda o uso saídas à relé para acionamentos
cíclicos, mesmo de baixa freqüência, ou acionamentos
rápidos, devido a fadiga mecânica que tais
acionamentos podem sofrer.
Os módulos analógicos tratam os sinais analógicos
(tensão corrente e temperatura, por exemplo). São
usados em sistemas contínuos ou como parte de
sistemas seqüenciais.
Os módulos analógicos de entrada convertem sinais
analógicos (transdutor, conversor, termopar), em
sinais digitais por meio de conversor analógico/digital
(ADC – Analog to Digital Converter), preparando-os
para o barramento da CPU.
Módulos de I/O
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Os módulos analógicos de saída convertem sinais
digitais, disponíveis no barramento da CPU, em sinais
analógicos por meio de conversor digital/analógico
(DAC – Digital to Analog Converter), enviando-os
aos dispositivos de saída (driver, amplificador).
Cada entrada ou saída analógica é denominada de
canal em vez de ponto como nos módulos discretos.
O valor convertido referente a cada canal analógico
de entrada ou o valor a ser convertido e enviado para
cada canal de saída, é armazenado em um endereço
específico na tabela de dados, determinado pelo
programa de aplicação e a quantidade bits relativos a
cada canal depende da resolução dos conversores A/D
e D/A.
Módulos de I/O
Os módulos analógicos de entrada normalmente
apresentam as seguintes características:
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Filtro ativo para eliminação de possíveis ruídos
presentes nos sinais de entrada;
Multiplexador para os canais de entrada, que
determina o canal a ser enviado ao conversor A/D;
Alta impedância de entrada para os canais com faixa
de operação em tensão, que possibilita a conexão de
vários dispositivos, eliminando problemas de
incompatibilidade de sinais;
Processador dedicado, responsável por processamento
e precisão do sinal digital enviado à CPU, além de
diagnósticos referentes ao módulo;
Módulos de I/O
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Quantidade de canais disponíveis – 2, 4, 8, ou 16;
Tipo e faixa de operação dos canais: corrente (020mA, 4-20mA), tensão (0-5V, ±5V, 0-10V, ±10V,
etc);
Um mesmo módulo pode operar em mais de uma
faixa, a qual é selecionada por dip-switches ou
jumpers internos ao módulo. É possível, em certos
casos, selecionar por a operação tanto em faixas de
corrente ou tensão – dip-switch;
Módulos de I/O
Características gerais, apresentadas nas especificações
técnicas dos módulos analógicos de entrada e que
devem ser consideradas na configuração são:
• Isolação dos canais: isolados (isolação galvânica) –
que possibilita a conexão a dispositivos com saída
diferencial (os 2 pólos de entrada variam em relação
ao terra – ground, e o valor a ser convertido é a
diferença entre esses 2 pólos) ou não isolados
(comuns) – um dos pólos de entrada é conectado
internamente ao terra da fonte.
• Resolução:
menor incremento possível no valor
analógico de entrada que pode ser detectado pelo
conversor A/D, expresso em bits. Exemplo: 0 – 10V
com 12 bits, onde 12 bits = 4096 (0 à 4095), assim,
4095 / 10 = 2,44mV;
Módulos de I/O
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Tipo de conversão: método usado para converter o
sinal analógico em digital, sendo a maioria dos casos
por aproximação sucessiva;
Razão de atualização: tempo necessário para que os
sinais analógicos sejam digitalizados e enviados à
CPU, expresso em canal (is) / scan.
Erro de linearidade: precisão relativa a representação
digital sobre a faixa de operação do sinal de entrada,
expressa em bits ou porcentagem;
Erro máximo: erro máximo absoluto que pode haver
entre a representação digital e o valor do sinal
analógico existente na entrada do canal. Os fatores
que contribuem são erro na calibração de fundo de
escala, erro na calibração de off-set e influência da
temperatura.
Módulos de I/O
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Pontos de I/O consumidos (da CPU);
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Potência consumida da base e fonte de alimentação;
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Os módulos analógicos de saída,
apresentam as seguintes características:
em
geral,
Quantidade de canais disponíveis: 2, 4, 8 ou 16;
Tipo e faixa de operação dos canais: corrente (020mA, 4-20mA) ou tensão (0-5V, ±5V, 0-10V,
±10V);
Um mesmo módulo pode operar em mais de uma
faixa, a qual é selecionada por dip-switches ou
jumpers internos ao módulo.
Módulos de I/O
As características, em geral, apresentadas nas
especificações técnicas dos módulos analógicos de
saída e que devem ser considerados durante sua
configuração são:
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Isolação dos canais: isolados (isolação galvânica) ou
não isolados (comuns);
Impedância de saída: apresenta as resistências mínima
e máxima a que o canal de saída pode ser conectado,
para sinais de corrente e tensão específicos;
Resolução: 12 bits, por exemplo;
Razão de atualização: tempo de conversão para que
os dados da CPU sejam convertidos de digitais para
analógicos – canal/scan.
Módulos de I/O
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Erro de linearidade em % ou em bits: precisão relativa
a representação digital sobre a faixa de operação do
sinal de saída.
Erro máximo: erro absoluto entre a representação
digital e o valor analógico disponível na saída
(fatores: erro de calibração de fundo de escala, erro de
calibração de off-set e influência da temperatura);
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Pontos de I/O consumidos (da CPU);
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Potência consumida da base;
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Fonte de alimentação externa.
Fonte de Alimentação
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A fonte de alimentação desempenha um papel
importante na operação do sistema de CLP. Além de
fornecer todos os níveis de tensão para alimentação da
CPU e dos módulos de I/O, funciona como um
dispositivo de proteção.
Ela garante a segurança e a integridade da energia de
alimentação do sistema, por meio do monitoramento
constante dos níveis de tensão
e de corrente
fornecidos.
A fonte é responsável por minimizar os efeitos de
possíveis variações de tensão da rede, podendo
inclusive, fornecer energia por alguns milissegundos,
caso haja uma falta de energia no sistema de
distribuição da concessionária.
Classificação de CLPs
Embora existam divergências entre autores e fabricantes
quanto aos critérios de classificação, os CLPs podem
ser divididos em grupos específicos de acordo com a
estrutura que apresentem (relacionada ao número de
pontos de I/O que a CPU pode controlar e a
quantidade de programação disponível):
• Micro CLPs (até 64 pontos de I/O e até 2 kwords de
memória);
• CLPs de pequeno porte (de 64 à 512 pontos de I/O e
até 4 kwords de memória);
• CLPs de médio porte (de 256 pontos de I/O e dezenas
de kwords de memória);
• CLPs de grande porte (acima de 2048 pontos de I/O e
centenas de kwords de memória).
Classificação de CLPs
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Entre micro e pequenos CLPs, ainda é possível
encontrar outra divisão:
CLPs compactos: tem quantidade fixa de pontos de
I/O;
CLPs modulares: permitem a configuração, por parte
do usuário, da quantidade e combinação de pontos de
I/O.
Em alguns CLPs compactos, é possível a adição de
pontos de I/O por meio de blocos de expansão, com
limite determinado pelo fabricante, porém,
apresentam poucas opções de configuração
(quantidade e tipo dos pontos de I/O para cada bloco
de expansão).
Configuração de CLPs
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Além das especificações técnicas da CPU, dos
módulos de I/O, da fonte de alimentação, fatores
como configuração do sistema de I/O, o consumo de
potência e configuração da porta serial também
devem ser observados.
A disposição dos módulos de I/O nas bases do CLP
estão relacionadas à configuração do sistema de I/O.
Em alguns casos, uma única base (base local) não é
suficiente para acomodar todos os módulos de I/O
necessários à dada aplicação.
Estas limitações são de espaço físico ou limitação
elétrica da fonte.
Configuração de CLPs
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Quanto ao espaço físico temos o limite de slots
disponíveis menor que quantia de I/O usados;
Quanto a limitação elétrica, temos que a corrente
fornecida ao barramento base < corrente consumida
pelos módulos de I/O;
Nestes casos, é preciso a utilização de bases de
expansões locais. Há também situações em que os
dispositivos de entrada e/ou saída estão localizados
distantes da CPU, sendo necessária as expansões
remotas.
A base local é a base onde a CPU está instalada. Os
módulos de I/O instalados na mesma base são
chamados de módulos de I/O locais, como mostra a
figura a seguir.
Configuração de CLPs
Configuração de CLPs
Normalmente há 2 métodos de configuração dos pontos
de I/O, conforme a CPU usada:
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Configuração manual, onde os pontos de I/O são
definidos pelo usuário, por hardware (jumpers ou dipswitches) ou por software (definição de parâmetros).
Configuração automática, a qual é realizada pela CPU
sem a intervenção do usuário.
A expansão local é utilizada quando se precisa de
pontos de I/O em quantidade superior à que a base
local pode suportar ou quando a fonte não é capaz de
fornecer energia a todos os módulos de I/O numa
dada aplicação.
Configuração de CLPs
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O acréscimo ou distribuição, dos módulos de I/O é
feito por bases de expansão local próximas a base
local (< 1m).
Nas bases de expansão não há CPU, apenas fonte de
alimentação. A comunicação é feita por meio de cabo
de conexão apropriado, fornecido pelo fabricante.
Os pontos de I/O dos módulos instalados nas bases de
expansões locais são tratados e endereçados pela CPU
como pontos de I/O dos módulos instalados na base
local, sendo atualizados a cada scan.
Configuração de CLPs
Configuração de CLPs
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A expansão remota é utilizada quando os dispositivos
de entrada e/ou saída estão localizados (instalados)
distantes da base local, ou quando se precisa de
pontos de I/O em quantidades maiores que as
suportadas pela base local e expansões locais.
Nas expansões remotas não há CPU, apenas fonte de
alimentação e módulo de comunicação específico.
Este módulo de comunicação é chamado de módulo
remoto escravo, que pode se apresentar como um
único módulo em conjunto com a fonte, conforme a
família de CLP.
O módulo remoto mestre é instalado na base local,
proporcionando um canal de comunicação serial para
acesso às expansões remotas.
Configuração de CLPs
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As famílias de CLPs que permitem tal configuração
limitam a quantidade de módulos remotos mestres
que podem ser instalados na base local e a quantidade
de expansões e de pontos de I/O possíveis para cada
canal de comunicação.
A utilização das expansões remotas não restringe o
uso das expansões locais, podendo o sistema ser
configurado com ambas.
Algumas CPUs proporcionam um canal para acesso a
expansões remotas na própria CPU por meio de uma
porta de comunicação serial.
A forma de identificação, o modo de endereçamento e
o tratamento dos pontos de I/O remotos depende da
família de CLP usada.
Configuração de CLPs
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Em geral, os pontos de I/O remotos não são tratados
como os pontos de I/O locais. As operações de leitura
e escrita dos pontos de I/O remotos são feitas pela
CPU por meio do remoto mestre que se comunica
com os remotos escravos.
Não há sincronismo entre o acesso da CPU ao remoto
mestre – que ocorre a cada scan, e o acesso deste aos
remotos escravos – que depende da quantidade de
módulos e de pontos de I/O instalados, e da taxa de
transmissão (baud rate) utilizada.
Por este motivo, a atualização dos pontos de I/O
remotos normalmente é mais lenta que a atualização
dos pontos de I/O locais (base e expansão local).
Configuração de CLPs
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Conforme a aplicação, pode ser desejada ou
necessária a conexão do CLP com IHM (Interface
Homem-Máquina), computadores pessoais (PC) ou
outros CLPs (em rede).
Nestes casos, faz-se necessário configurá-lo
corretamente para atender às necessidades de
comunicação exigidas em cada situação.
Muitas vezes a CPU contêm 1 porta de comunicação
serial que pode ser conectada aos dispositivos
externos. As quantidades de portas varia de acordo
com a CPU.
Configuração de CLPs
Configuração de CLPs
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Porém as características de configuração dessas
portas, tanto de hardware como de software, podem
não ser compatíveis com as necessidade numa dada
aplicação.
Neste caso, deve-se incluir na configuração do CLP
um módulo especial de comunicação, com as
características desejadas, desde que a família de CLPs
disponha dele, ou então, optar por uma família que
atenda completamente às necessidades.
Em geral, as características estão relacionadas ao
hardware e ao software. No hardware deve-se
observar o padrão da porta serial.
Os padrões mais encontrados são: a RS-232, RS 422,
RS 485.
Configuração de CLPs
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RS-232: padrão EIA (Electronic Industries
Association) para transmissão de dados por meio de
cabo par trançado em distâncias de até 15 metros.
Define a pinagem de conectores, níveis de sinais,
impedância de carga, etc, para dispositivos de
transmissão e recepção. É o padrão existente nas
portas seriais dos PCs.
RS-422: padrão EIA para transmissão de dados com
balanceamento do sinal (transmissão e recepção tem
comuns independentes), proporcionando maior
imunidade a ruídos, maior velocidade de transmissão
e distâncias mais longas (até 1200 m). A comunicação
é full duplex (pode enviar e receber dados
simultaneamente).
Configuração de CLPs
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RS-485: similar ao padrão 422. Os receptores tem
proteções e capacidades maiores. A comunicação é
half duplex (pode apenas enviar ou receber dados em
um mesmo instante).
Para comunicação com padrões diferentes é preciso
um conversor sem precisar de módulos especiais de
comunicação ou troca da família de CLPs. Algumas
CPUs usam padrão próprio de comunicação, sendo
preciso o uso de hardware dedicado fornecido pelo
fabricante.
Com relação ao software deve-se observar o
protocolo de comunicação e a taxa de transmissão
(baud rate).
Configuração de CLPs
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O protocolo de comunicação determina a forma de
transmissão dos dados (formato dos dados,
temporização, sinais de controle utilizados, etc).
Cada fabricante de CLP tem seu protocolo de
comunicação próprio, normalmente chamado
protocolo proprietário, o qual é utilizado durante a
programação do CLP.
Alguns protocolos são “abertos” , isto é, quando o
usuário tem acesso ao formato da transmissão de
dados utilizada, podendo desenvolver seus próprios
programas de comunicação e outros são “restritos”,
quando o fabricante não fornece informações sobre o
protocolo proprietário.
Configuração de CLPs
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No entanto, há CPUs que, além de suportarem
protocolo proprietário, suportam protocolos padrões
(moldbus, por exemplo), permitindo comunicação
com dispositivos e softwares fornecidos por outros
fabricantes, além de conexão em rede.
A taxa de transmissão determina a velocidade,
expressa em bps (bits per second), da transmissão de
dados. Em situações críticas, onde as características
de software são diferentes, pode-se optar pelo uso de
módulos especiais de comunicação.
Sistema de Operação de CLPs
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O gerenciamento de todo o sistema pela CPU do CLP
é feito de forma específica, de acordo com o firmware
de cada fabricante.
Conhecer e entender o modo como as informações
são tratadas (administradas) pela CPU deve
proporcionar o desenvolvimento de programas de
aplicação eficazes.
De um modo geral, as CPUs apresentam 2 modos de
operação: programação e execução.
Modo de programação (program): neste modo, a CPU
não executa o programa de aplicação e não atualiza os
pontos de saída.
Sistema de Operação de CLPs
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A função principal deste modo é permitir a
transferência e/ou alteração do programa de
aplicação, por meio de ferramenta de programação
usada. Permite configurar os parâmetros da CPU
(Setup), como por exemplo, a determinação da área
de memória retentiva.
Modo de execução (RUN): neste modo, a CPU
executa o programa aplicativo para realização do
controle, atualizando as saídas.
A alteração entre os modos de operação pode ser feita
através de uma chave seletora da própria CPU, ou por
ferramenta de programação.
Sistema de Operação de CLPs
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Algumas CPUs podem apresentar outras opções de
posições para a chave seletora, como por exemplo,
term (indica que o modo de operação será
determinado por um dispositivo externo – terminal,
ou seja pela ferramenta de programação, e stop, que
força a CPU ao modo de parada, porém não permite a
alteração do programa de aplicação.
O scan do CLP em modo de execução resumido é
apresentado na figura à seguir.
Sistema de Operação de CLPs
Sistema de Operação de CLPs
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O fluxograma à seguir, com pequenas variações, é
válido para a maioria dos CLPs encontrados no
mercado, quando se fala de ciclo de execução
completo.
Os segmentos de “inicialização do hardware” e
“verificação da configuração de I/O” são executados
apenas uma vez após a energização da fonte.
Com relação a atualização das entradas, a CPU realiza
a leitura de todos os pontos de entrada e armazena-os
na tabela de imagem das entradas.
Cada ponto de entrada corresponde a uma posição de
memória específica (1 bit de uma word).
Sistema de Operação de CLPs
Sistema de Operação de CLPs
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•
•
A tabela de imagem das entradas é acessada pela CPU
durante a execução do programa de aplicação.
Após a execução de um segmento em um dado scan, a
leitura das entradas só é feita no scan seguinte, ou
seja, se o status (condição) de um dado ponto de
entrada mudar após a leitura, ele só terá influência na
execução do programa de aplicação no próximo scan,
quando será percebida tal alteração.
Se uma dada aplicação não pode esperar este tempo
(em ms) para reconhecimento da alteração dos pontos
de entrada, utilizam-se instruções imediatas para
construção da lógica de controle no programa de
aplicação.
Sistema de Operação de CLPs
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Tais instruções acessam diretamente os pontos de
entrada no momento em que são executadas, sendo
que há também instruções imediatas de saída que, ao
serem executadas, atualizam os pontos de saída e a
tabela de imagem das saídas simultaneamente.
O uso das instruções imediatas aumenta o scan time
(tempo de varredura) da CPU, pois além das
operações de atualização das entradas e das saídas, os
módulos de I/O são acessados a cada execução de
uma instrução imediata.
Com relação à execução do programa aplicativo,
executado pela CPU, o programa é executado da
esquerda para a direita e de cima para baixo.
Sistema de Operação de CLPs
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Isto de se deve ao fato de que o programa e aplicação
define a relação entre a condição das entradas e a
atuação das saídas, isto é, a lógica de controle a ser
realizada.
Assim é elaborada uma nova tabela de imagem das
saídas, gerada a partir da lógica encontrada. Após a
execução do programa aplicativo e da tabela de
imagem das saídas construída, são enviados aos
pontos de saída, o conteúdo da tabela.
Além da atualização das saídas, deve ser considerada
a realização de diagnósticos. Neste segmento, a CPU
realiza todos os diagnósticos do sistema, além de
calcular o scan time, atualizar relés especiais
correspondentes e reinicializar o watchdog timer
(temporizador cão-de-guarda).
Sistema de Operação de CLPs
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•
•
•
Entre os diagnósticos realizados, os mais importantes
são o cálculo do scan time e o controle do watchdog
timer.
O scan time corresponde ao tempo consumido pela
CPU para realizar todas as tarefas em cada scan,
desde o início (atualização das entradas) até o término
do ciclo (atualização das saídas).
O watchdog timer armazena o tempo máximo
permitido para execução de cada scan (podendo ou
não ser definido pelo usuário).
Se em dado scan, esse tempo for excedido (erro fatal),
a CPU é forçada ao modo de programação e todas as
saídas são desligadas.
Sistema de Operação de CLPs
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•
•
Caso contrário, o valor do scan time é armazenado em
uma variável apropriada (para realizar estatística, por
exemplo com o tempo máximo e mínimo) e
juntamente com o watchdog é reinicializado, sendo
controlados a cada scan.
Todos os erros diagnosticados, fatais ou não fatais,
são indicados por flags (bits internos à CPU, que
podem ser usados no programa de aplicação), e em
alguns casos pelos LEDs externos (em geral,
localizados na parte frontal da CPU e dos módulos de
I/O).
Algumas CPUs dispões, também, de uma variável
destinada ao armazenamento do código de erro
ocorrido durante a execução do último scan.
Sistema de Operação de CLPs
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•
Com relação ao scan time do CLP, ele é compostopor
vários segmentos nos quais são realizadas tarefas
específicas (determinadas no firmware).
Para execução de cada segmento é consumida uma
quantia de tempo, sendo que o somatório dos tempos
determina o scan time, o qual pode variar de um scan
para outro.
Os fatores que influenciam diretamente o scan time são:
•
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Quantia de módulos e pontos de I/O (atualização das
entradas e saídas);
Conexão de dispositivos periféricos (atendimento a
serviço periférico).
Sistema de Operação de CLPs
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Tamanho do programa de aplicação e tipo das
instruções utilizadas (execução do programa de
aplicação).
O scan time, por sua vez, influencia o tempo de
resposta de I/O (dispositivos de entrada e saída), ou
seja, o tempo necessário para o CLP sentir uma
alteração do ponto de entrada (1 para 0 ou 0 para 1) e
atualizar o ponto de saída correspondente (controlado
pela lógica de controle – programa de aplicação).
Além do scan time, outros fatores têm influência direta
no tempo de resposta de I/O:
•
O ponto (segmento) do scan em que houve a alteração
do ponto de entrada;
Sistema de Operação de CLPs
•
•
•
O tempo de resposta do módulo de entrada (0 para 1 e
1 para 0, conforme o caso).
O tempo de resposta do módulo de saída (0 para 1 e 1
para 0, conforme o caso).
Em situações normais, o tempo de resposta mínimo é
conseguido quando o módulo de entrada sente a
alteração do ponto de entrada imediatamente antes da
execução do segmento “atualização das entradas”,
conforme indicado na figura a seguir.
Sistema de Operação de CLPs
Programação de CLPs
Conforme o fabricante e a família de CLP utilizado,
podem variar as linguagens e as ferramentas de
programação disponíveis.
•
•
•
•
No entanto, programação por linguagem Ladder por
meio de software para PC pode ser considerado
padrão para a maioria dos CLPs encontrados no
mercado.
A norma IEC 61131 (antiga 1131), de agosto de 1992,
apresenta atualmente 8 partes, sendo que não estão
totalmente prontas as partes 6 a 8 que são:
IEC 61131-1: informações gerais (introdução);
IEC 61131-2: especificação de equipamentos e testes
(hardware);
Programação de CLPs
•
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•
IEC 61131-3: modelo de programação e de software
(linguagens de programação;
IEC 61131-4: orientações ao usuário;
IEC 61131-5: comunicação (Manufacturing Message
Specification – MMS);
•
IEC 61131-6: comunicação por fieldbus;
•
IEC 61131-7: programação para controle FUZZY;
•
IEC 61131-8: orientações para aplicação
implementação das linguagens de programação.
e
Programação de CLPs
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A primeira linguagem de programação de CLPs foi a
linguagem Ladder.
O fato de ser linguagem gráfica, baseada em símbolos
semelhantes aos encontrados nos esquemas elétricos –
contatos e bobinas, foi determinante para aceitação do
CLP por técnicos e engenheiros com os sistemas de
controle à relés.
Enquanto a linguagem Ladder conquistava os Estados
Unidos, a linguagem de lista de instruções era
amplamente difundida na Europa.
Esta por sua vez, é uma linguagem textual semelhante
ao Assembly, e faz parte das linguagens básicas
normalmente disponíveis em um CLP.
Programação de CLPs
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As linguagens de programação não se limitam apenas
a estas duas. Atualmente, são encontrados no mercado
CLPs que proporcionam programação por meio de
linguagem C e BASIC, por exemplo.
A norma IEC 61131-3 define 5 linguagens de
programação (com sintaxe e semântica de 2
linguagens textuais e 2 linguagens gráficas, e
estruturação por SFC) definidas.
Linguagem Ladder: o nome deve-se à representação
da linguagem se parecer com uma escada (Ladder), na
qual 2 barras verticais paralelas são interligadas pela
lógica de controle (Rung), formando os degraus da
escada, conforme a figura a seguir.
Programação de CLPs
Programação de CLPs
Atualmente, os CLPs apresentam instruções
sofisticadas, além de simples contatos e bobinas,
dispõem de:
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contatos para detecção de borda de subida/descida
(one shot – disparo);
contatos de comparação, temporizadores, contadores,
blocos de processamento (operações lógicas e
aritméticas, manipulação de dados);
controle total do fluxo de execução do programa
(loops for/next, goto, stop, sub-rotinas);
interrupções (por hardware e por software) e blocos
para manipulação de mensagens (ASCII, Rede).