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IntroduçãoIntrodução

Controlador Lógico Programável LC700Controlador Lógico Programável LC700

LC7002

Introdução

CLP - Controlador Lógico ProgramávelCLP - Controlador Lógico Programável(PLC - Programmable Logic Controller)

““Dispositivo eletrônico para aplicações industriais na execução Dispositivo eletrônico para aplicações industriais na execução de funções sequenciais, lógicas, de temporização e de funções sequenciais, lógicas, de temporização e

computação numérica. Possui uma memória onde ficam computação numérica. Possui uma memória onde ficam gravadas, na forma de uma lista de palavras de comando, o gravadas, na forma de uma lista de palavras de comando, o

procedimento de controle”procedimento de controle”

LC7003

O Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu dentro da General Motors, em 1968,

devido a grande dificuldade em alterar a lógica de controle dos painéis de comando a cada mudança

na linha de montagem.

Histórico

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Condições Estabelecidas GM

1 - Deve ser fácil de ser programado;

2 - Deve ser de fácil manutenção;

3 - Deve possuir características operacionais de alta confiabilidade (redundância);

4 - Deve possuir dimensões menores que os painéis a relé;

5 - Deve ter capacidade de comunicação com outros equipamentos, etc.

Histórico

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1968 - 1971

• Substituir a Lógica via Relés

1971 - 1976

• Substituir Contatores e Temporizadores• Operações Aritméticas• Impressão de Documentação/Relatórios

1976 - 1981

• Comunicação entre CPs• Controle de Posicionamento

1981 - 1985

• Redes com Periféricos Inteligentes• Remotas• Redundância de CPUs

Evolução dos CLP’s

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1985 - 1993

• Configurador no computador;• Configurador no Windows;• Interface homem-máquina;• Sistemas supervisórios;• Redes de comunicação RS232 e RS485;• Memória de programação NVRAM, com envio de programa via comunicação, sem a necessidade de gravação de EPROM ou a utilização de programadores locais (portáteis e maletas);• Blocos funcionais mais avançados;• Blocos de controle PID, etc.

• Redes digitais – Devicenet, ASI, Profibus DP e PA, Fieldbus Foundation,etc.• Fibra ótica;• Wireless;• Edição ON-LINE• OPC• CPU Web Site• Rede Ethernet e HSE

1993 - ATUAL

Evolução dos CLP’s

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Vantagens no uso de CLPs

- Ocupam menor espaço;

- Requerem menor potência elétrica;

- Podem ser reutilizados;

- São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle;

- Apresentam maior confiabilidade;

- Manutenção mais fácil e rápida;

- Oferecem maior flexibilidade;

- Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle;

- Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.

CLP

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Estrutura básica de um CLP

Percepção das impressões sensoriais

Saída do resultado dos processos de pensamento

Processo de pensamento e

execução

LC7009

MÁQUINA OUPROCESSO INDUSTRIAL

Funcionamento de um CLP

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Indústria Automobilistica

IndústriasPetroquímica

e Química

Indústria Metalúrgica

Papel e CeluloseIndústria Aeronáutica, etc

PRATICAMENTE EM TODAS AS ÁREAS INDUSTRIAISPRATICAMENTE EM TODAS AS ÁREAS INDUSTRIAIS

LC70011

aquisiçãode entradas

processamento saídas

1 ciclo com período de T segundos

Ciclo de Varredura

LC70012

Classificação Dispositivos

Dispositivo de comando botoeiras, chaves rotativas, chaves seccionadoras, etc.

Dispositivo de atuação válvulas solenóides, contatores,

servo-motores, etc.

Dispositivo de detecção chaves-limites, potenciômetros, tacômetros, etc.

Dispositivo de monitoração lâmpadas sinalizadoras, buzinas,

alarmes, registradores, etc.

Módulos de E/S (Digitais)

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Módulos de E/S (Analógicos)

• Sensores de pressão mecânica (strain gauges - utilizados em células de carga);

• Taco - geradores para medição rotação de eixos;• Transmissores de temperatura;• Transmissores de pressão;• Transmissores de nível;• Inversores de freqüência;• Posicionadores de válvulas;• Conversores.

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Princípio de funcionamento

INÍCIO

Condições deInicialização

Leitura das Entradas eAtualização de Memória

Imagem de Entradas

Processamento deInstruções do Usuário

Atualização dasSaídas Referidas

a Memória Imagem

Ciclo de Varredura

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Condições de Inicialização

No momento em que é ligado, o CLP executa uma série de operações pré - programadas, gravadas em seu Programa Monitor:

- Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U. , memórias e circuitos auxiliares;

- Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados;

- Verifica o estado das chaves principais (RUN / STOP , PROG, etc.);

- Desativa todas as saídas;

- Verifica a existência de um programa de usuário;

- Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.

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O CLP lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o

nome de (scan) e normalmente é de alguns micro-segundos (scan time).

Após o scan, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem.

Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do

usuário.


Leitura das entradas e Atualização de memória imagem de entradas

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Processamento de Instruções do Usuário

O CLP ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória Imagem das Entradas , atualiza o

estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa.


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Atualização das Saídas

O CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída.

Inicia - se então, um novo ciclo de varredura.

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Estrutura Interna do CLP.

LC70020

Fonte de Alimentação: Converte a tensão da rede elétrica (110 ou 220 VCA) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos, (+ 5VCC para o microprocessador , memórias e circuitos auxiliares e +/- 12 VCC para a comunicação com o programador ou computador), além de fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 VCC).

Unidade de Processamento: Também chamada de C.P.U. é responsável pela funcionamento lógico de todos os circuitos. utilizando microprocessadores.

Baterias: São usadas nos CLPs para manter o circuito do Relógio em Tempo Real, reter parâmetros ou programas

(em memórias do tipo RAM).


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MICROCONTROLADOR

MEMÓRIAS

• FIRMWARE• DADOS• USUÁRIO

CLOCK TEMPO REAL

INTERFACEHOMEM MÁQUINA

COMUNICAÇÃORS-232, RS-485 OU ETHERNET

RELAY P/ FALHA

CPU

LC70022

Programa Monitor: É o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM. Ele funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos microcomputadores.

Memória do Usuário: Pode ser alterada pelo usuário. Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias), EEPROM e FLASH-EPROM.

Memória de Dados: É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc.


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POWER ON RESET: Quando se energiza o equipamento eletrônico digital, não é possível prever o estado lógico dos circuitos internos. Para que não ocorra um acionamento indevido de uma saída, existe um circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento. Assim que o microprocessador assume o controle do equipamento esse circuito é desabilitado.

POWER – DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é subitamente desenergizado . O conteúdo das memórias pode ser perdido. Existe um circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação, e em caso do valor desta cair abaixo de um limite pré - determinado, o circuito é acionado interrompendo o processamento para avisar o microprocessador e armazenar o conteúdo das memórias em tempo hábil.

WATCH - DOG – TIMER: Para garantir no caso de falha do microprocessador , o programa não entre em “ loop” . Caso não seja acionado , ele assume o controle do circuito sinalizando um falha geral.

Estrutura Interna do CLP: Circuitos Auxiliares

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“ Capacidade ” de um CLP

Relé Eletrônico

• Pequena capacidade

• Lógicas simples

Nano e Micro

• Pouca capacidade de E/S (máximo 16 Entradas e 16 saídas)

• Normalmente só digitais, composto de um só módulo (ou placa) , baixo custo e reduzida capacidade de memória

(máximo 512 passos)

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Médio Porte

• Capacidade de Entrada e Saída de até 256 pontos, digitais e analógicas;

• Pode ser formado por um módulo básico, que pode ser expandido;

• Costumam permitir até 2048 passos de memória , que pode ser interna ou externa ou podem ser totalmente modulares.

Grande Porte

• Construção modular , que são agrupados de acordo com a necessidade e complexidade da automação;

• Permitem a utilização de 4096 pontos de E/S ou mais;

• São montados em um Bastidor (ou Rack) que permite um cabeamento estruturado.

“ Capacidade ” de um CLP

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Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)

Função Boleana Tabela Verdade

AND A . B

A AND BBA

111

001

010

000

SAÍDAENTRADA

A AND BBA

111

001

010

000

SAÍDAENTRADA

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Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


OR A + B

A OR BBA

111

101

110

000

SAÍDAENTRADA

A OR BBA

111

101

110

000

SAÍDAENTRADA

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Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


NOT _

ANOT AA

01

10

SAÍDAENTRADA

NOT AA

01

10

SAÍDAENTRADA

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Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


NAND_____

A . B 110

100

1

1

A A NAND BB

01

10

SAÍDAENTRADA

110

100

1

1

A A NAND BB

01

10

SAÍDAENTRADA

LC70030

Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


NOR_____

A + B 010

100

1

1

A A NOR BB

01

00

SAÍDAENTRADA

010

100

1

1

A A NOR BB

01

00

SAÍDAENTRADA

LC70031

Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


XOR A Ө B110

000

1

1

A A XOR BB

01

10

SAÍDAENTRADA

110

000

1

1

A A XOR BB

01

10

SAÍDAENTRADA

LC70032

Portas Lógicas

TipoSímbolo

(ANSI)

Símbolo

(IEC)


XNOR______

A Ө B 010

100

1

1

A A XNOR BB

11

00

SAÍDAENTRADA

010

100

1

1

A A XNOR BB

11

00

SAÍDAENTRADA

LC70033

Intertravamento

“São condições restritivas, como a habilitação ou inibição de um equipamento.”

“São funções que não permitem qualquer tipo de mudança de estado ou de ação até que outros estados

ou ações estejam completadas.”

LC70034

• Intertravamento de partida;

• Intertravamento de funcionamento;

• Intertravamentos temporizados;

• Intertravamento de não simultaneidade;

• Intertravamento de sequência;

• Intertravamento de processo.

Tipos de Intertravamento

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IEC 61131-3 – Norma para Programação

• É o primeiro esforço real para a padronização das linguagens de programação de CLP´s;

• Resultado de sete empresas internacionais, somando dezenas de anos em experiência em automação industrial;

• São definidas quatro linguagens de programação: duas textuais e duas gráficas.

LC70036

Com o intuito de facilitar o entendimento, a norma é dividida em:

Elementos Comuns

Linguagens de Programação

Norma IEC 61131-3

Elementos Comuns


Elementos Comuns


Elementos Comuns


Norma IEC 61131-3

IEC 61131-3 – Norma para Programação

LC70037

Elemento Comuns

• Tipos de dados• Variáveis• Configuração, recursos e tarefas• Unidades de organização de programas• Sequenciamento gráfico de funções

LC70038

• Tipos de Dados: booleanos, inteiros, reais, byte, word, date, time_of_day e string.

• Variáveis: são associadas somente para endereços explícitos de hardware (entradas e saídas) nas configurações, recursos e programas. O escopo das variáveis é normalmente limitado à unidade de organização nas quais elas são declaradas (escopo local). Se as variáveis possuirem escopo global, então devem ser declaradas como tal (VAR_GLOBAL).

Elemento Comuns

LC70039

• Configuração, recursos e tarefas: para melhor entendimento, vamos observar o modelo de software, como definido pela norma:

• No nível mais alto, o software deve resolver um problema particular de controle que pode ser formulado como uma configuração.

Access path

Executioncontrol path

FBTask

Program Program

FB FB

Task

Program

Task

Program

FB FB

Task

Resource Resource

Configuration

FunctionBlock

Elemento Comuns

LC70040

• A configuração é específica para um sistema de controle particular, incluindo a disposição do hardware, recursos de processamento, endereçamento de memória para I/O e demais capacidades do sistema. Dentro da configuração pode-se definir um ou mais recursos.

• Pode-se entender um recurso como elemento com capacidade de processamento dos programas IEC.

• Dentro de um recurso, uma ou mais “tarefas” (tasks) podem ser definidas. As tarefas controlam a execução de um conjunto de programas ou blocos funcionais (ex: uma mudança de estado de uma variável)

Elemento Comuns

LC70041

• Programa: consiste de uma rede de funções (Functions) e blocos funcionais (Function Blocks), os quais são capazes de trocar dados. Funções e blocos funcionais são os blocos básicos de construção, contendo uma estrutura de dados e um algoritmo.

• Na IEC 61131-3 os programas, blocos funcionais e funções são chamadas de Unidades de Organização de Programas (POUs).

• A norma também definiu funções padrões e funções definidas pelo usuário. Funções padrões são, por exemplo, ADD, ABS (absolute), SQRT, SINus e COSinus. Funções definidas pelo usuário podem ser usadas inúmeras vezes na mesma rotina.

Elemento Comuns

LC70042

Programação das tarefas de controle

Linguagens de CLP

• Deve descrever os comandos para o dispositivo de controle executar o controle do sistema;

• Deve ter uma forma básica de especificação de projetos (interface com o homem e o dispositivo de controle).

LC70043

Características

• Possuir operações lógicas, memorização, temporização, funções complexas, etc.;

• Transição de estados pode ocorrer de forma paralela e simultânea;

• Descrição simples e fácil de ser implementada;

• Deve facilitar a manutenção.


LC70044

Linguagens de Programação Normalizadas

• Textuais

- ST - Structured Text (texto estruturado)

- IL - Instruction List (lista de instruções)

• Gráficas

- LD - Ladder Diagram (diagrama de contatos)

- FBD - Function Diagram Blocks (diagrama de blocos de funções)

• Método SFC (Sequential Function Chart) ou Grafcet

Alguns fabricantes disponibilizam seus CLP´s com recursos de programação em gafcet.

LC70045

Linguagens

Diagrama de relés (Ladder Diagram: LD) (Allen Bradley)

GRAFCET (Klockner Moeller - Telemecanique)

STEP 7 (Siemens)

ST (Structured Text)

SFC (Sequencial Function Chart) (Allen Bradley)


LC70046

• Linguagem de alto nível, muito poderosa, com raízes Ada, Pascal e C.

• Contém todos os elementos essenciais de uma linguagem moderna, incluindo estruturas condicionais (IF-THEN-ELSE e CASE OF) e iterações (FOR, WHILE e REPEAT).

Exemplo:

I:=2WHILE J<5 DOZ:= F(I+J);END_WHILE

IF B_1 THEN%QW100:= INT_TO_BCD(Display)ENDIF

CASE TW OFF1,5:TEMP := TEMP_1;2: TEMP := 40;4: TEMP := FTMP(TEMP_2);ELSETEMP := 0;B_ERROR :=1;END_CASE

Linguagem ST (Structured Text)

LC70047

Linguagem ST (Structured Text)

LC70048

Linguagem IL (Instruction List)

• De origem européia;• Semelhante ao Assembler;

LC70049

Linguagem LD (Ladder Diagram) – Diagrama de Relês

• Originou nos EUA

• Baseada na representação gráfica da lógica de relés

• Exemplo:

Circuito para relés Circuito para ladder

I0.0 I0.1 O0.0I0.0

I0.1

O0.0

LC70050

Linguagem FBD (Function Diagram Blocks) - Diagrama de Blocos de Funções

• Muito usada na indústria de processos.

• Expressa o comportamento de funções, blocos funcionais e programas como um conjunto de blocos gráficos interligados, como nos diagramas de circuitos eletrônicos.

• Se parece com um sistema em termos do fluxo de sinais entre elementos de processamento.

LC70051

Linguagem FBD (Function Diagram Blocks) - Diagrama de Blocos de Funções

LC70052

Linguagem Grafcet ou SFC (Sequential Function Chart)

• Descreve graficamente o comportamento sequencial de um programa de controle.

• É derivado das redes de Petri e da norma IEC 848 Grafcet.• Consiste de “passos”, interligados com blocos de “ações” e

“transições”. Cada passo representa um estado particular do sistema que está sendo controlado.

Step 1 N FILL

Step 3

Step 2 S Empty

Transition 1

Transition 2

LC70053

• Estrutura a organização interna do programa e ajuda a decompor o problema de controle em partes gerenciáveis, enquanto mantém a sua visão geral.

0

1

2

3

PASSO INICIAL

Início da sequência

Fim da alimentação A

Fim da alimentação B

Fim do tempo de mistura

Produto A

Produto B

Mistura T = 3

AÇÃO

TRANSIÇÃO

ETAPA / PASSO

Linguagem Grafcet ou SFC (Sequential Function Chart)

LC70054

Exemplo: Rede de Petri

m1

P

m2

P

m3

P

m4

P

m5

P

m7

P

m6

P

m8

P

m9

P

m10

P

m11

P

T

0

T

0

T

0

T

0

T

0

T

0

Início

E0.0

Sistema ligado

Ligar sistema

S0.0

Parar esteira

S0.1

Esteira acionada

Esteira parada

Valv. de enchim. aberta

E0.0 - Botão liga esteiraE0.1 - Botão desliga esteiraE0.2 - Sensor de garrafaE0.3 - Sensor de nívelE0.4

S0.0 - Aciona esteiraS0.1 - Acionar válvula do bico de enchimentoS0.2 - Temporizador 5sS0.3

E0.1

E0.2

Fechar válv. de enchim.

Valv. de enchim. fechada

E0.3

S0.2

Tempo 5s atingido

LC70055

Representações

LC70056

Exemplo de lógica

Álgebra Booleana:

__ __

O10=I1.I2(I3.I4+I5.I6).I7+I8.I9

Texto Estruturado (ST)

O10 := I1 & NOT I2 & (I3 & NOT I4 OR I5 & I6) & I7 OR I8 & I9

LC70057

Ladder Diagram (LD)

O10

T7I6

I5I4I3I2I1

I9I8

Exemplo de lógica

LC70058

Function Block Diagram (FBD)

O10

I7

I6

I5

I4

I3

I2I1

I9I8

&

&

&

&

&OR OR

Exemplo de lógica

LC70059

GRAFCET, SFCGRAFCET, SFC

S0

S1

I1 & NOT I2 & (I3 & NOT I4 OR I5 & I6) & I7 OR I8 & I9

S1

S1

S1

S1

S1

b

f & c

d

not b

c or d

Exemplo de lógica

LC70060

Passos para a automação de um equipamento com CLP

Rotina de Desenvolvimento

LC70061

Interfaces de programação - software

Interfaces homem-máquina ( IHM )

- Frontais de teclado e display de 7 segmentos

- Frontais de teclado de cristal líquido (LCD)

- Terminal de vídeo

- Software de supervisão e gerenciamento, etc

IHM

LC70062

LC700 – Desenvolvendo Controladores desde 1984

CD200(1984)

CS500(1985)

CD600(1988)

LC700(1995)

LD301PID

(1990)

LC70063

LC700 Confiabilidade

Projetado para confiabilidade industrial

– Todos os dados da RAM são espelhados na EEPROM

– Sem baterias

– As funções são alocadas na memória flash

– Compacto e ainda processador central poderoso

– Isolação galvânica completa de campo

– Relé dedicado para a indicação de falha

LC70064

Tolerância a falhas e Confiabilidade

– Redundância da CPU

– Portas de comunicação redundância:

- Rede

- Canal Remote I/O

– Fonte Redundante

– Redundância de Back-Plane

– Redundância de OPC Server

– Status da máquina disponível na Ladder

LC700 Confiabilidade

LC70065

LC700 Aberto para Conectividade

Aberto para protocolos de comunicação

– Modbus RTU

– Modbus/TCP (Ethernet 10 Base-T)

– Remote I/O

– Foundation Fieldbus

– Profibus DP / PA

– DeviceNet (futuro)

– Gateway Modbus TCP/IP e Modbus RTU ou Modbus Concentrador (Módulos ENET e MB-700)

– RS232/RS485 para Fibra Óptica / Interface (Modulo OPT-700)

LC70066

Smar Smar

MB

-70

0

Smar

FB

-700

Smar Smar

I/O

SmarSmar

I/O

Smar

Smar Smar

PS

I/O

Smar

Remote I/O

Smar SmarSmar Smar

Modbus RTU

DeviceNet

Pro

fibu

s-P

A

Foundation FB

Smar Smar

PS

I/O

Smar

RIO

Ethernet - Modbus TCP

Level=46.78MV=88.00%

DP

-700

DN

-700

Profibus-DPDP/PA

Modbus

Main LC700System

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

MB

-70

0

LC700 Aberto para Conectividade

LC70067

• LC700 OPC Server

– Portas Serial e/ou Ethernet– Tag List - OPC– Canal para redundância (Serial, IP, mix)– Status

• MODBUS Drivers

- Comandos Standard MODBUS

LC700 Aberto para Conectividade com HMI

LC70068

Controlador LC700

• Controle Lógico Discreto– IEC-61131-3 Ladder – Função de Usuário

• Blocos para controle de Processo – PID, Step-PID, Saída A/M– Gerador de Set-point, Linearização– Compensação de Vazão, Totalização – Matemático, Comparação

• Data Logging / RTU– FIFO com Time Stamp

LC70069

Números de Pontos do Controlador – E3

• 2000 pontos discretos

• 1024 pontos analógicos inteiros ou 512 pontos analógicos reais

Observe que a quantidade de pontos são considerados os pontos discretos físicos mais os pontos virtuais.

Se você estiver usando 500 pontos virtuais você pode usar somente mais 1500 pontos físicos.

QUANTOS PONTOS DE I/O ?

LC70070

Bibliografia

• Apostila de Programação CLP - Pedro Luis Antonelli• Normas IEC 61131-3• Controladores Lógico Programáveis – Sistemas

Discretos - Cleiton Moro Franchi. Ed. Érica, 2008• Automação Aplicada: Descrição e Implementação

de Sistemas Sequenciais com PLCs – Marcelo Giorgini, Ed. Érica, 2003

• Manual do Controlador Lógico Programável LC700 – Smar Equipamentos Industriais Ltda.

LC70071

Suporte Técnico

Para dúvidas e esclarecimentos, favor contatar:[email protected]

Visite-nos:www.smar.com.brwww.smar.com/brasil2/treinamento/www.smar.comwww.smar.com/training

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