APOSTILA AUTOMAÇÃO - PROF° JAIR

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C e n t r o d e F o r m a ç ã o P r o f i s s i o n a l

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AUTOMAÇÃO COM CLP

Professor Jair - [email protected]

CONHECENDO E DESENVOLVENDO

AUTOMAÇÃO

AUTOMAÇÃO COM CLP

Professor Jair [email protected]

Professor Jair

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Material Didático

Escola Técnica Electra – Automação Industrial e CLP

ÍNDICE 1 – INTRODUÇÃO - 5 2 – FUNÇÕES LÓGICAS/INTRODUÇÃO A LINGUAGEM LADDER - 6 2.1 – Função E ou AND 2.2 – Função OU ou OR 2.3 – Função NÃO ou NOT 2.4 – Funções Derivadas 2.4.1 – Função NÃO E ou NAND/Função NÃO OU ou NOR 2.5 – Funções Combinacionais 2.5.1 – Função OU EXCLUSIVO ou EXOR 2.5.2 – Função COINCIDÊNCIA ou NÃO OU EXCLUSIVO ou EXNOR 3 – CIRCUITOS COMBINACIONAIS - 14 3.1 –Expressões Booleanas Obtidas de Circuitos Lógicos 3.2 – Circuitos Lógicos Obtidos de Expressões Booleanas 3.3 – Tabela da Verdade Obtida de Expressões Booleanas e Circuitos Lógicos 3.4 – Expressões Booleanas e Circuitos Lógicos Obtidos a Partir de Tabelas da Verdade 3.4.1 – Soma de Produtos 3.5 – Simplificação de Circuitos Combinacionais Através do Diagrama de Vietch-Karnaugh 3.5.1 – Diagrama para Duas Variáveis 3.5.2 – Diagrama para Três Variáveis 3.5.3 – Diagrama para Quatro variáveis 3.6 – Projetos de Circuitos Combinacionais 4 – CIRCUITOS DE COMANDO ELÉTRICO - 30 4.1 – Introdução 4.2 – Dispositivos de comando dos Circuitos 4.3 – Dispositivos de Proteção 4.4 – Funcionamento Básico de um Dispositivo Eletromagnético 4.4.1 – Contactores e Chaves Magnéticas 4.4.2 – Identificação dos Bornes dos Contactores 4.4.3 – Identificação dos Bornes do Relé Térmico 4.5 – Circuitos com Comandos Elétricos 4.5.1 – Comando dos Contactores 4.5.2 – Intertravamento de Contactores 4.6 – Dispositivos de Desligamento e Acionamento de Motores 4.6.1 – Chave de Partida Direta 4.6.2 – Chave de Partida Direta com reversão do Sentido de Rotação 4.6.3 – Chave de Partida Triãngulo/Estrêla 5 – DEFINIÇÃO DE CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL - 37 5.1 – Introdução 5.2 – O Controlador Programável 5.2.1 – Processamento do Programa 5.2.2 – Tempo de Varredura 5.2.3 – Varredura das Entradas e Saídas 5.2.4 – Funcionamento 5.2.5 – Tamanho Físico 5.2.6 – Modularidade 5.2.7 – Facilidade de programação 5.2.8 – Mapeamento de memória 5.3 – Aplicabilidade 5.3.1 – Automação Industrial 5.3.2 – Automação de Equipamentos 5.3.3 – Pasos para Automação de um Processo 5.3.4 – Exemplos de Aplicações 6 – COMPOSIÇÃO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL - 40 6.1 – Característica de Hardware 6.1.1 – Fonte de Alimentação 6.1.2 – Unidade Central de pprocessamento (CPU) 6.1.3 – Memórias 6.1.3.1 – Memória EPROM 6.1.3.2 – Memória do Usuário 6.1.3.3 – Memória de Dados 6.1.3.4 – Memória Imagem das Entradas e Saídas 6.1.4 – Dispositivos de Entradas e Saídas 6.1.4.1 – Circuitos das Entradas 6.1.4.2 – Circuitos das Saídas 6.1.4.3 – Terminal de programação


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7 – SENSORES E ATUADORES - 48 7.1 – Sensores 7.1.1 – Sensores Resistivos 7.1.2 – Sensores Indutivos 7.1.3 – Sensores Capacitivos 7.1.4 – Sensores Ópticos 7.1.5 – Outros Sensores 7.2 – Atuadores 7.2.1 – Atuadores Elétricos 7.2.2 – Atuadores Hidráulicos 7.2.3 – Atuadores Pneumáticos 8 – PROGRAMAÇÃO DO CLP EM LADDER - 53 8.1 – Funções de Instruções Básicas 8.1.1 – Saída Normal 8.1.2 – Saída em Set/Reset 8.1.3 – Saída Pulsante 8.1.4 – Contato Diferencial 8.1.5 – Contato Marcador, Virtual ou Momentâneo 8.2 – Instruções de Aplicações 8.2.1 – Temporizadores 8.2.1.1 – Modo 1 – Retardo na Energização 8.2.1.2 – Modo 2 – Retardo na energização com Reset 8.2.1.3 – Modo 3 – Retardo na Desenergização 8.2.1.4 – Modo 4 – Retardo na Desenergização no Flanco de Subida 8.2.1.5 – Modo 5 – Oscilador Simétrico 8.2.1.6 – Modo 6 - Oscilador Simétrico com Reset 8.2.1.7 – Modo 7 (6P) – Oscilador Assimétrico 8.2.2 – RTC (Relógio em Tempo Real) 8.2.2.1 – Modo 1 8.2.2.2 – Modo 2 8.2.2.3 – Modo 3 8.2.2.4 – Modo 4 8.2.3 – Relé de Contagem 8.2.3.1 – Modo 1 8.2.3.2 – Modo 2 8.2.3.3 – Modo 3 8.2.3.4 – Modo 4 8.3 – Alguns Projetos em LADDER 8.3.1 – Alarme de Primeira Falha 8.3.2 – Anunciador de Alarmes 9 – PROGRAMAÇÃO DO CLP EM FBD - 64 9.1 – Funções de Instruções Básicas 9.2 – Funções de Instruções de Aplicações 9.2.1 – Temporizadores 9.2.2 – Relé de Contagem 9.2.3 – RTC (Relógio em Tempo Real) 10 – CARREGANDO O PROGRAMA - 69 10.1 – Carregando o Programa com o PM05 (Cartucho de Memória) 10.2 – Carregando o programa com o Clic 02 Edit 11 – PROJETO COMPLETO - 70 11.1 – Controle de porta Automática 12 – ALGUNS FABRICANTES DE CLP - 73 13 – BIBLIOGRAFIA - 73


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1 - INTRODUÇÃO

Definição Automação industrial pode ser definida como a tecnologia que se ocupa da utilização de sistemas mecânicos, eletroeletrônicos e computacionais na operação e controle da produção. Inclui a idéia de usar potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina, adicionando à máquina algum tipo de inteligência para ela executar a tarefa de modo eficiente, seguro e econômico, sem ou com a mínima interferência do homem. Vantagem da máquina sobre o homem - Não reclama - Não faz greve - Não pede aumento de salário - Não tira férias - Trabalha no escuro, etc Desvantagem da máquina - Capacidade limitada de tomar decisões - Precisa de programação para operar - Requer ajustes periódicos - Requer manutenção periódica - Consome energia - Custo de propriedades Automação e mão de obra - Automação reduz mão de obra, mas ainda é necessário operador - Automação cria alguma outra atividade - Em vez de fazer a tarefa diretamente, o operador monitora a máquina que faz automaticamente a tarefa. - Altera habilidades e exigências do operador

Quando se faz necessário automatizar o processo - Quando a atividade profissional apresenta risco aos operadores - Quando se necessita aumentar a produção - Quando se necessita reduzir os gastos, mesmo que a médio e longo prazo - Quando a atividade exige raciocínio numérico, etc.

Classificação da automação industrial É possível classificar as diferentes formas de automação industrial em três áreas não claramente delimitadas: a automação fixa, a automação programável e a automação flexível. A automação fixa está baseada numa linha de produção especialmente projetada para a fabricação de um produto específico e determinado. É utilizada quando o volume de produção deve ser muito elevado, e o equipamento é projetado adequadamente para produzir altas quantidades de um único produto ou uma única peça em forma rápida e eficiente, isto é para ter uma alta taxa de produção. Um exemplo de automação fixa é encontrado nas indústrias de automóvel. O equipamento é, em geral, de custo elevado, devido a alta eficiência e produtividade. Porém devido à alta taxa de produção, o custo fixo é dividido numa grande quantidade de unidades fabricadas. Assim os custos unitários resultantes são relativamente baixos se comparados com outros métodos de produção. O risco que se enfrenta com a produção fixa é que, devido ao investimento inicial ser alto, se o volume de vendas for menor do que o previsto, então só custos unitários serão maiores do que o previsto, e conseqüentemente a taxa interna de retorno de investimento será menor. Outra dificuldade existente ao adotar um sistema de automação fixa é que o equipamento é especialmente projetado para produzir um produto ou peça específica, e se o ciclo de vida do produto acabar, por mudanças de projeto ou modelo, por exemplo, o equipamento pode tornar obsoleto. Portanto a automação fixa não é adequada para produtos com ciclo de vida breve ou para produções de baixo ou médio volume.

A automação programável está baseada num equipamento com capacidade para fabricar uma variedade de produtos com características diferentes, segundo um programa de instruções previamente introduzido. Esse tipo de automação é utilizado quando o volume de produção de cada produto é baixo, inclusive para produzir um produto unitário especialmente encomendado, por exemplo. O equipamento de produção é projetado para ser adaptável às diferentes características e configurações dos produtos fabricados. Essa adaptabilidade é conseguida mediante a operação do equipamento sob o controle de um programa de instruções preparado para o produto em questão. Esse programa, freqüentemente, pode ser introduzido no sistema através de um teclado numérico, por meio de um programa de computador, entre outras possibilidades. Assim, a operação do equipamento operatriz sempre dependerá das instruções indicadas por esse programa de controle. Em termos de economia, o custo do equipamento pode ser diluído num grande número de produtos, mesmo que estes tenham diferentes configurações ou, em alguns casos, sejam completamente diferentes. Devido às características de programação e adaptabilidade, vários produtos diferentes podem ser fabricados em pequenos lotes ou inclusive em forma unitária.

A terceira classe de automação industrial é a automação flexível, que pode ser entendida como uma solução de compromissos entre a automação fixa e a programável e, em geral, parece ser mais indicada para um volume médio de produção. Os sistemas de produção baseados na automação flexível têm algumas características da automação fixa e outras da automação programável. Assim, por exemplo, um sistema de manufatura flexível pode ser projetado para produzir uma única peça, mas com dimensões diferentes, ou diferentes materiais, entre outras variações, certamente limitadas.


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Uma das características que distinguem a automação programável da automação flexível (embora esta distinção nem sempre possa ser estabelecida nos casos práticos), é que, nos sistemas que utilizam à primeira, os produtos são fabricados em lotes. Quando a fabricação de um lote é completada, o equipamento é reprogramado para processar o próximo lote. Nos sistemas de produção baseados na automação flexível, deferentes produtos podem ser fabricados ao mesmo tempo no mesmo sistema de fabricação: é só programar o computador central para desviar as diferentes peças e materiais para as estações de trabalho adequadas. Essa característica permite um nível de versatilidade que nem sempre é possível encontrar na automação programável, tal como foi definida aqui.

2 - FUNÇÕES LÓGICAS / INTRODUÇÃO À LINGUAGEM LADDER Neste momento pretendemos revisar as principais funções lógicas, bem como introduzir os conceitos iniciais da linguagem ladder, a primeira linguagem destinada especificamente à programação de CLPs. Por ser uma linguagem gráfica baseada em símbolos semelhantes aos encontrados nos esquemas elétricos (contatos e bobinas), as possíveis diferenças existentes entre os fabricantes de CLPs, quanto à representação das instruções, são facilmente assimiladas pelos usuários, como exemplificados abaixo.

CONTATO NA

CONTATO NF

CONTATO NA

CONTATO NF

O nome Ladder deve-se à representação da linguagem se parecer com uma escada (ladder em inglês), na qual duas barras verticais paralelas são interligadas pela Lógica de Controle formando os degraus (rung) da escada. Portanto, a cada Lógica de Controle existente no Programa de Aplicação dá-se o nome de rung, a qual é composta por Colunas e Linhas, conforme apresentado abaixo:

Linha 1 Rung 1 1 1 Linha 2 Linha 1 2 Rung 2 A quantidade de Colunas e Linhas, ou Elementos e Associações, que cada rung pode ter é determinada pelo fabricante do PLC, podendo variar conforme a CPU utilizada. Em geral, este limite não apresenta uma preocupação ao usuário durante o desenvolvimento do Programa de Aplicação, pois os softwares de Programação indicam se tal quantidade foi ultrapassada, por meio de erro durante a compilação do Programa de Aplicação. 2.1- FUNÇÃO E ou AND

É aquela que assume valor “0” quando uma ou mais variáveis forem iguais a “0” e só assume valor “1” quando todas as variáveis forem iguais a “1”. Podemos dizer que a função em questão executa a operação de multiplicação. A expressão algébrica que representa a função é: S = A . B ou AB (para duas variáveis), lida da forma: S = A e B. O circuito abaixo representa a função de forma análoga:

Situações possíveis:

Coluna 1

Coluna 2

Coluna 3

Coluna Saída


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- Chave A aberta (0) e chave B aberta (0), não haverá circulação de corrente e a lâmpada ficará apagada (0);

- Chave A aberta (0) e chave B fechada (1), não haverá circulação de corrente e a lâmpada ficará apagada (0); - Chave A fechada (1) e chave B aberta (0), não haverá circulação de corrente e a lâmpada ficará apagada (0); - Chave A fechada (1) e chave B fechada (1), haverá circulação de corrente e a lâmpada ficará acesa (1).

Podemos agora construir uma tabela de estados possíveis das chaves com a respectiva situação da lâmpada, e esse processo chamaremos de TABELA DA VERDADE.

A B S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Esta tabela representa a função E, onde só haverá resultado “1” quando todas as variáveis forem também “1”. Podemos observar que as chaves fechadas ou abertas representam níveis lógicos de dois únicos estados, “0” ou “1” , logo o sistema numérico que representa a função é o binário. Para representar fisicamente a função vamos observar o símbolo abaixo: Os símbolos que representam as funções lógicas são chamados de PORTAS e o caso acima é referente a PORTA E de duas entradas que executa a tabela da verdade da função E.

Podemos estruturar portas com mais de duas variáveis de entrada, através de combinações feitas pelas próprias portas de duas entradas. Veja o exemplo abaixo:

S = (A.B).C

A tabela da verdade é assim distribuída:

A B C S 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1

A combinação de portas acima é representada por uma única porta de três variáveis de entrada, como na figura abaixo. É importante salientar, que também podemos representar portas com "n" variáveis de entrada.


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Existem diversos componentes físicos que executam funções lógicas, e estes deverão interpretar o algarismo do sistema numérico em questão ou nível lógico, através da quantidade de energia existente em seus terminais, sendo mais objetivo, através da diferença de potencial elétrico. Como exemplo veja a situação abaixo:

- cinco volts contínuos (5VDC) representa o nível lógico “1” e - zero volts contínuos (0VDC) representa o nível lógico “0”.

Não necessariamente os componentes seguem os níveis de energia acima para suas representações lógicas, porém nos estudos desta apostila iremos sempre considerar o maior valor de energia como nível lógico “1”.

Função AND em Linguagem ladder:

EXERCÍCIOS

01) Desenhar a tabela da verdade e escrever a expressão algébrica de uma porta E de quatro entradas:

02) Complete a tabela da verdade onde A,B, e C representam as entradas de uma porta E:

A B C S 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0

03) No gráfico abaixo, identifique os estados lógicos nos intervalos t0 a t4:

2.2 FUNÇÃO OU ou OR É a função que assume o valor “1” quando uma ou mais variáveis forem iguais a “1” e só assume o valor “0” quando todas as variáveis forem iguais a “0”. Sua representação algébrica fica da seguinte forma:

S = A+B (para duas variáveis) e lê-se: S = A ou B

Vejamos o esquema elétrico abaixo que representa a função OU:

Para que a lâmpada fique acesa basta uma das chaves estarem fechada (1), e a situação de lâmpada apagada (0) só ocorrerá quando as duas chaves estiverem abertas (0).


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Logo podemos montar a tabela da verdade :

A B S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

A porta que executa a função é a PORTA OU e seu símbolo é assim representado:

Da mesma forma que a porta AND, podemos representar portas OU com mais de duas variáveis de entrada. Para três variáveis a tabela da verdade é estruturada da seguinte forma:

A B C S 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

Função OR em Linguagem ladder:

EXERCÍCIOS 01) Descreva o trem de pulso de saída da porta abaixo, a partir da forma de onda de entrada:

02) Desenhe um circuito que executa a função OU de quatro variáveis, a partir de portas OU com duas variáveis de

entrada.

2.3 - FUNÇÃO NÃO ou NOT

É também chamada de função complemento, pois o seu resultado será sempre o número que falta para se chegar ao último algarismo do grupo de algarismos do sistema numérico em questão. Sendo o sistema binário constituído de apenas dois


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algarismos, podemos dizer que o resultado é o inverso da variável, quando igual a “0”assume o valor “1” e quando igual a “1” assume o valor “0”, surgindo então outra denominação que é a de função inversora.

É representada algebricamente da seguinte forma:

S = A ou S = A' e lê-se: “A” BARRADO ou NÃO “A”. O circuito a seguir funciona de forma análoga a função NÃO:

Quando a chave está aberta (0) a lâmpada está acesa (1) e quando a chave está fechada (1) a lâmpada esta apagada (0). A tabela da verdade da função é expressa da seguinte forma:

A A 0 1

1 0 O bloco lógico que executa a função é chamado de PORTA NÃO ou, mais conhecido, PORTA INVERSORA e sua simbologia é assim representada:

Função NOT em Linguagem ladder:

EXERCÍCIOS

01) Dado o circuito abaixo, qual o nível lógico da saída “S”:

02) Ainda para o circuito acima, escreva sua expressão algébrica sendo a entrada igual a “B” e a saída retirada no

segundo inversor: 03) Desenhe: a) Uma porta OU a partir de uma porta AND associada a portas INVERSORAS e

b) Uma porta AND a partir de uma porta OU associada a portas INVERSORAS.


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2.4 - FUNÇÕES DERIVADAS 2.4.1– FUNÇÃO NÃO E ou NAND/FUNÇÃO NÃO OU ou NOR É o complemento (inverso) da função E, e é representada algebricamente como:

S = AB (para duas variáveis) e lê-se: S = A e B barrados. O circuito abaixo demonstra o equivalente elétrico da função:

A lâmpada só ficará apagada (0) quando as duas chaves estiverem fechadas (1). A tabela da verdade da expressão acima é a seguinte:

A B S 0 0 1

0 1 11 0 11 1 0

A porta que executa a função é a PORTA NAND e esta poderá ter duas ou mais variáveis de entrada. Sua simbologia é a seguinte:

Função NAND em Linguagem ladder: OU

É o complemento (inverso) da função OU, e é representada algebricamente como:

S = BA + (para duas variáveis) e lê-se: S = A ou B barrados. Observe abaixo o circuito análogo à função OU:

Para que a lâmpada fique apagada (0) basta que uma das chaves esteja fechada (1).


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A tabela da verdade é assim expressa:

A B S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

A porta que representa a função é a PORTA NOR e esta poderá também ter duas ou mais variáveis de entrada. Sua simbologia é a seguinte:

Função NOR em Linguagem ladder:

EXERCÍCIO 01) Qual a porta lógica que representa a tabela da verdade abaixo?

A B C S 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1

2.5- FUNÇÕES COMBINACIONAIS

2.5.1– FUNÇÃO “OU EXCLUSIVO” ou EXOR

É aquela que assume o valor “1” na saída, quando as duas variáveis de entrada forem diferentes entre si, ou seja, uma das entradas deve ser exclusiva.

Sua representação algébrica é a seguinte:

S = BA⊕ (S = BABA + ) e lê-se: S = A ou exclusivo B Observe o esquema elétrico abaixo que representa a função EXOR:

Para que a lâmpada fique acesa (1), as chaves A e B devem estar em estados diferentes, fechado (1) e aberto (0) ou aberto (0) e fechado (1), respectivamente.

A tabela da verdade é assim mostrada:


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A B S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

A porta que executa a função é a PORTA EXOR e sua simbologia é:

Função EXOR em Linguagem ladder:

2.5.2 - FUNÇÃO COINCIDÊNCIA ou NÃO OU EXCLUSIVO ou EXNOR

É aquela que assume o valor "1" na saída, quando houver uma coincidência nos valores das duas variáveis de entrada. Podemos

dizer que a sua expressão é o complemento da função EXOR, ou seja, S = BA⊕ . Porém sua verdadeira representação algébrica é assim definida:

S = A B (S = ABBA +. ) e lê-se: A coincidência B

Abaixo, um circuito elétrico que pode representar a função EXNOR: Para que a lâmpada fique acesa (1), as duas chaves devem estar no mesmo estado, fechado (1) ou aberto (1).

Veja agora sua tabela da verdade:

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 1

A porta que executa a função é a PORTA EXNOR e sua simbologia é assim mostrada:


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Função EXNOR em Linguagem ladder:

EXERCÍCIO 1) Explique porque o circuito a seguir não pode representar uma única porta EXNOR de quatro variáveis de entrada.

3 - CIRCUITOS COMBINACIONAIS

Até aqui vimos expressões algébricas que descreviam circuitos de uma única porta, apesar de ser algumas portas, a combinação de outras. A partir de agora, estudaremos circuitos complexos, com a combinação de duas ou mais portas.

Para isso, inicialmente, devemos chamar as expressões algébricas de expressões booleanas, isto porque todas as expressões podem ser submetidas ao modelo matemático de George Boole, também conhecido como álgebra de Boole.

3.1 - EXPRESSÕES BOOLEANAS OBTIDAS DE CIRCUITOS LÓGICOS

Podemos escrever a expressão booleana que é executada por qualquer circuito lógico. Vejamos, por exemplo, qual a expressão que o circuito abaixo executa:

Vamos dividir o circuito em duas partes:

Na saída S1, teremos o produto A . B, pois o bloco número 1 é uma porta E, então a expressão de S1 será: S1 = AB

Esta saída S1 é injetada em uma das entradas da porta OU pertencente ao bloco número 2 do circuito. Na outra entrada da porta OU, está a variável "C", e a expressão da segunda parte do circuito será:

S = S1+ C. Para sabermos a expressão final, basta substituir a expressão S1 na expressão acima, ficando então:

S = (AB)+C


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EXERCÍCIO 01) Escreva a expressão booleana dos circuitos abaixo:

a)

b)

c)

3.2 - CIRCUITOS LÓGICOS OBTIDOS DE EXPRESSÕES BOOLEANAS

Podemos também desenhar um circuito lógico que execute uma expressão booleana qualquer, a partir de sua expressão característica. Por exemplo, o circuito que executa a expressão S = A+B é uma porta OU e sua representação será:

Para circuitos mais complexos devemos observar alguns procedimentos, por exemplo:

S = (A+B) . C . (B+D)

Faremos como na aritmética elementar, iniciaremos pelos parênteses, fazemos primeiramente as multiplicações e após, as somas. Dentro do primeiro parêntese, temos a soma booleana A+B, logo, o circuito que executa esse parêntese será a porta OU. Dentro do segundo parêntese, temos a soma booleana B+D, logo, o circuito que executa esse parêntese será também a porta OU.

Até aqui teremos:


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Agora, temos uma multiplicação booleana dos dois parênteses, juntamente com a variável "C", e o circuito que executa esta

multiplicação será uma porta E. Temos então:

O circuito completo será:

EXERCÍCIO

01) Desenhe o circuito que executa as seguintes expressões booleanas: a) S = ( )CBAABC .++

b) S = CDBA +. c) S = ( ) DDCBA .⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ++

3.3 - TABELA DA VERDADE OBTIDA DE EXPRESSÕES BOOLEANAS E CIRCUITOS LÓGICOS Uma maneira de se fazer o estudo de um circuito lógico é a utilização da tabela da verdade, que, como vimos, anteriormente, é um mapa onde se colocam todas as situações possíveis, de uma dada expressão booleana, juntamente com o valor por esta assumida. Para extrairmos a tabela da verdade de um circuito lógico, devemos primeiramente transforma-lo na sua expressão booleana característica. Já com a expressão booleana em mãos, iremos seguir os procedimentos abaixo:

1º - Montamos o quadro de possibilidades; 2º - Montamos colunas para os vários membros da expressão; 3º - Preenchemos essas colunas com seus resultados; 4º - Montamos uma coluna para o resultado final; 5º - Preenchemos essa coluna com os resultados finais.

Para esclarecer este processo, tomemos, por exemplo, o circuito:

Sua expressão será:

S = BDAABC ++ Temos na expressão acima 4 variáveis : A; B; C e D, logo, teremos 24 possibilidades de combinações. O quadro de possibilidades ficará da seguinte forma:


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A B C D

1º membro ABC

2º membro

DA

3º membro

B

Resultado final S

0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

EXERCÍCIOS 01) Monte a tabela da verdade das expressões booleanas abaixo:

a) S = CBACBACBACBA ........ +++

b) S = ( )[ ] ( )[ ]BCDCBA +++ .. 02) Represente a tabela da verdade do circuito a seguir:

3.4 - EXPRESSÕES BOOLEANAS E CIRCUITOS LÓGICOS OBTIDOS A PARTIR DE TABELAS DA VERDADE

3.4.1- SOMA DE PRODUTOS Considere a tabela da verdade abaixo:

ESTAD A B C S

0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 0 3 0 1 1 0 4 1 0 0 0 5 1 0 1 0 6 1 1 0 0 7 1 1 1 1

Ela contém as variáveis A, B e C. Note que somente duas combinações de variáveis gerarão uma saída "1". No estado 1, dizemos que uma entrada "não A AND não B AND C" ira gerar uma saída "1". A expressão booleana que identifica esta situação é

CBA .. . A outra combinação de variáveis que ira gerar uma saída "1" é mostrada no estado 7 da tabela. Nesta situação teremos


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"A AND B AND C e sua expressão será ABC. Essas duas combinações possíveis são, então, submetidas juntas a uma operação OR para formar a expressão booleana completa da tabela da verdade. Logo:

S = CBACBA .... + A expressão final é chamada forma de soma-de-produtos de uma expressão booleana ou na forma de MINTERMOS (∑ m).

Note que a expressão pode ser descrita através de portas lógicas com um padrão bastante familiar AND-OR:

EXERCÍCIO 01) Desenhe os circuitos lógicos, a partir das tabelas da verdade abaixo. a)

A B C S 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

b)

A B C D S 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

3.5 - SIMPLIFICAÇÃO DE CIRCUITOS COMBINACIONAIS ATRAVÉS DO DIAGRAMA DE VEITCH-KARNAUGH Os diagramas de Veitch-Karnaugh permitem a simplificação de expressões características com duas, três, quatro ou mais variáveis, sendo que para cada caso existe um tipo de diagrama mais apropriado. Este modelo de simplificação trabalha com padrão de função AND-OR ou OR-AND. Para não complicarmos muito adotaremos o padrão AND-OR. Exemplo:


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Desta forma, todos os padrões de funções lógicas, devem ser inicialmente transformados em um dos dois padrões citados acima. Esta sistemática torna-se inviável em determinadas simplificações, pois passamos a ter dois procedimentos complexos ao invés de um, para situações assim, o melhor é utilizar somente o modelo de Boole para simplificações. Exemplo:

1) S = )()()( BABABA +++ Passando para o padrão AND-OR, temos:

BABABA ... ++ Podemos observar que a transformação foi simples, portanto viável.

2) S = ( )ACDCDBAC .+⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ++

Aplicando o 2º Teorema de De Morgan, temos:

( ) ( )ACDCDCBA .+ Também podemos aplicar o 1º Teorema De Morgan:

).()( DCACDCBA +++ Aplicando a propriedade distributiva:

DCCCCADCBA +++

Se CC. = 0, então, por fim:

DCCADCBA ++ Este tipo de expressão exigiu uma complexibilidade de manobras para chegarmos a uma expressão AND-OR, uma pessoa que consegue chegar com facilidade até este ponto, significa que a mesma possui um bom domínio de álgebra de Boole, dispensando assim, a alteração do processo de simplificação para o modelo de Veitch-Karnaugh.

3.5.1 - DIAGRAMA PARA DUAS VARIÁVEIS Vejamos inicialmente as possibilidades que duas variáveis podem fornecer:

ESTADO A B

0 0 0 1 0 1 2 1 0 3 1 1

Estes estados deverão ser distribuídos racionalmente nas quadrículas do modelo geométrico de Veitch-Karnaugh.

Substituindo por seus valores lógicos, temos:

Através dos conceitos de transformação em MINTERMOS, podemos ainda substituir os valores por expressões. Devemos ter consciência de que chegaríamos ao mesmo objetivo com MAXTERMOS, porém para este assunto todas as transformações estarão baseadas em MINTERMOS.

Logo:


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Veja na figura a seguir, que para cada dupla de quadrículas possuímos uma variável em comum.

Após todas as observações, notamos que cada linha da tabela da verdade possui sua região própria no diagrama e essas regiões são, portanto, os locais onde devem ser colocados os valores de saída (S) que a expressão assume nas diferentes possibilidades.

Para entendermos melhor o significado deste conceito, vamos observar o exemplo: A tabela da verdade abaixo mostra o estudo de uma função de duas variáveis e ao lado sua expressão não simplificada.

A B S

S = ABBABA ++

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Primeiramente vamos colocar no diagrama, o valor que a expressão assume em cada estado.

Uma vez entendida a colocação dos valores no diagrama, assumidos pela expressão em cada estado, vamos verificar como podemos efetuar a simplificação. Para isto, utilizamos o seguinte método: Tentamos agrupar as regiões onde "S" é igual a "1", no menor número possível de pares. As regiões onde "S" é "1", que não puderem ser agrupadas em pares, serão consideradas isoladamente. Assim, temos: Notamos que um par é o conjunto de duas regiões onde "S" é "1", que tem um lado em comum, ou seja, são vizinhos. O mesmo "1" pode pertencer a mais de um par. Feito isto, escrevemos a expressão de cada par, ou seja, a região que o par ocupa no diagrama. O "Par 1" ocupa a região A e sua expressão será: Par 1 = A O "Par 2" ocupa a região B e sua expressão será: Par 2 = B Agora basta unirmos as expressões ao operador OU, para obtermos a expressão simplificada "S", logo: S = Par 1 + Par 2

S = A + B

Como podemos notar, esta é a expressão de uma porta OU, pois a tabela da verdade também é da porta OU.


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É evidente que a minimização da expressão, simplifica o circuito e consequentemente, diminui o custo e a dificuldade de montagem. EXERCÍCIO: 01) Simplifique o circuito que executa a tabela da verdade abaixo, através do diagrama de Veitch-Karnaugh.

A B S 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

3.5.2 - DIAGRAMA PARA TRÊS VARIÁVEIS

Para três variáveis temos o diagrama com a seguinte distribuição dos estados:

Podemos também substituir por seus valores lógicos:

E por expressões:

Notamos que para cada quadrupla de quadrículas existe uma variável em comum.

Como no estudo para duas variáveis, podemos agrupar as quadrículas formando duplas. Porém, agora podemos também formar quádruplos de quadrículas adjacentes ou em sequência, e ainda podemos utilizar as duplas laterais, pois estas se comunicam. Veja os exemplos de possíveis quadras:

Para melhor compreensão, vamos transpor para o diagrama, a tabela da verdade:


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A B C S Expressão extraída da tabela sem simplificação:

S = CBACBACBACBACBACBA ............ +++++ 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0

Transpondo para o diagrama.

Para efetuarmos a simplificação, primeiramente, localizamos as quadras e escrevemos suas expressões, estas quadras podem ter quadrículas comuns. Feita a localização das quadras, agora localizaremos os pares e também escrevemos suas expressões. Não devemos considerar os pares já incluídos nas quadras, porém pode acontecer de termos um ou mais pares formados com um elemento externo à quadra e um outro interno. Por fim, localizamos e escrevemos as expressões dos termos isolados. Sendo assim, destacamos os seguintes grupos:

Escrevendo suas expressões temos:

Quadra = B

Par 1 = CA

Par 2 = CA A expressão final minimizada será a união das expressões encontradas através do operador OU:

S = CACAB ++ O circuito que executa a tabela será então desenhado na forma a seguir:


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EXERCÍCIOS

01) Ache a expressão simplificada das tabelas da verdade abaixo, através dos diagramas de Veitch-Karnaugh, a partir

das saídas "1" das tabelas. a) b) c)

A B C S A B C S A B C S 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

02) Simplifique a expressão S = CBACBACBACBACBA .......... ++++ através do diagrama de Veitch-Karnaugh, utilizando o padrão AND-OR.

3.5.3 - DAGRAMA PARA QUATRO VARIÁVEIS

Para quatro variáveis, os estados são distribuídos no diagrama na forma abaixo:

Substituindo por seus valores lógicos, temos:

E por suas expressões:

Observamos que para cada grupo de oitavas, existe uma variável em comum.


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Além das duplas e quadras que podemos formar para este número de variáveis podemos também agrupar oitavas adjacentes horizontais e verticais utilizando até mesmo as quadras laterais e superiores com as inferiores, pois as laterais e os extremos se comunicam. Vejamos os exemplos de grupos de oitavas:

Para elucidarmos melhor as regras acima, vamos transpor para o diagrama de Veitch-Karnaugh a seguinte tabela da verdade:

A B C D S

Expressão extraída da tabela sem simplificação:

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0


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0 1 0 0 1 S =

DCBADCBADCBADCBADCBA

DCBADCBADCBADCBADCBA

...............

...............

++++

+++++

0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

Transpondo para o diagrama

Para efetuarmos a simplificação, seguimos o mesmo procedimento dos diagramas de três variáveis, a única observação é que para quatro variáveis o principal agrupamento será a oitava. Devemos ressaltar que neste diagrama, os lados e os extremos se comunicam, ou seja, podemos formar oitavas, quadras e pares com as quadrículas localizadas nos lados e nos extremos.

Logo, destacamos os seguintes grupos:

Escrevendo suas expressões temos: Oitava = B

Quadra = DC.

A expressão final será: S = Oitava + Quadra

S = B + DC. O circuito que executa a tabela será assim desenhado


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EXERCÍCIOS

01) Simplifique as expressões que executam as tabelas da verdade abaixo, através do diagrama de Veitch-Karnaugh, a

partir das saídas "1" das tabelas. a) b) c)

A B C D S A B C D S A B C D S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

02) Simplifique a expressão abaixo através do diagrama de Veitch-Karnaugh, utilizando o padrão AND-OR.

S = DCBADCBADCBADCBADCBA

DCBADCBADCBADCBADCBADCBA

...............

..................

++++

++++++

3.6 - PROJETOS DE CIRCUITOS COMBINACIONAIS

Podemos utilizar um circuito lógico combinacional para solucionar problemas em que necessitamos de uma resposta, quando acontecerem determinadas situações, situações estas, representadas pelas variáveis de entrada. Para construirmos estes circuitos, necessitamos de uma expressão característica, como vimos em estudos anteriores. Precisamos então, obter uma expressão que represente uma dada situação. Para extrairmos uma expressão de uma situação, o caminho mais fácil será o de obtermos a tabela da verdade desta situação e, em seguida, levantamos a expressão. Esquematicamente temos:

Tomemos como exemplo a figura abaixo:


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A figura representa o cruzamento das ruas A e B. Neste cruzamento, queremos instalar um sistema automático para

semáforos, com as seguintes características: 1ª - Quando houver carros transitando somente na rua B, os semáforos 2 deverão permanecer verdes para que estas viaturas possam trafegar livremente. 2ª - Quando houver carros transitando somente na rua A, os semáforos 1 deverão permanecer verdes pelo mesmo motivo. 3ª - Quando houver carros transitando nas ruas A e B, devemos abrir os semáforos para rua A, pois é a preferencial. Para solucionarmos este problema, podemos utilizar um circuito lógico. Para montarmos este circuito, necessitamos de sua expressão. Vamos agora, analisando a situação, obter sua tabela da verdade. Primeiramente, vamos estabelecer as seguintes convenções:

a) Existência de carro na rua A → A=1 b) Não existência de carro na rua A → A=0

c) Existência de carro na rua B → B=1 d) Não existência de carro na rua B → B=0 e) Verde dos sinais 1 acesos → V1=1 f) Verde dos sinais 2 acesos → V2=1 g) Quando V1=1, o vermelho estará apagado → Vm1=0 h) Quando V2=1, o vermelho estará apagado → Vm2=0 Vamos montar a tabela da verdade: SITUAÇÃO A B V1 Vm1 V2 Vm2 0 0 0 1 0 1 2 1 0 3 1 1

A situação "0" representa a ausência de veículos em ambas as ruas. Se não temos carros, tanto faz os sinais permanecerem abertos ou fechados. Logo podemos preencher a primeira linha da seguinte forma:

SITUAÇÃO A B V1 Vm1 V2 m2

0 0 0 Ø Ø Ø Ø

A situação "1" representa a presença de veículo na rua B e ausência de veículo na rua A, logo, devemos acender o sinal verde para a rua B. Temos então na linha dois a distribuição:

SITUAÇÃO A B V1 Vm1 V2 Vm2

1 0 1 0 1 1 0

A situação 2 representa a presença de veículo na rua A e ausência de veículo na rua B, logo, devemos acender o sinal verde para rua A. Temos então:


2 1 0 1 0 0 1

A situação 3 representa a presença de veículos em ambas as ruas, logo, devemos acender o sinal verde para rua A, pois esta é a preferencial. Temos então:


3 1 1 1 0 0 1 A tabela totalmente preenchida é vista a seguir:

SITUAÇÃO A B V1 Vm1 V2 0 0 0 Ø Ø Ø 1 0 1 0 1 1 2 1 0 1 0 0 3 1 1 1 0 0

Vamos transpor as saídas para o diagrama de Veitch-Karnaugh e retirar a expressão simplificada para cada caso.


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Notamos que as expressões de V1 e Vm2 são idênticas, o mesmo ocorrendo com V2 e Vm1. O circuito, a partir destas expressões, é assim desenhado:

EXERCÍCIOS 01) Deseja-se utilizar um amplificador de uma única entrada para ser conectado a três aparelhos: um toca-fitas, um toca-

discos e um rádio. Vamos elaborar um circuito lógico que nos permitirá ligar os aparelhos ao amplificador, obedecendo as seguintes prioridades:

1ª - Toca discos. 2ª - Toca-fitas. 3ª - Rádio. 02) Deseja-se em uma empresa, implantar um sistema de prioridade nos seus intercomunicadores, da seguinte maneira: Presidente: 1ª prioridade. Vice-presidente: 2ª prioridade. Engenharia: 3ª prioridade. Chefe de seção: 4ª prioridade. 03) Desenhe um circuito para, em conjunto de três chaves, detectar um número par destas ligadas. 04) Elabore um circuito lógico que permita encher automaticamente um filtro de água de dois recipientes e vela, conforme

desenho na figura abaixo. A eletroválvula permanecerá aberta quando tivermos nível "1" de saída do circuito, e permanecerá desligada quando tivermos nível "0". O controle será efetuado por dois sensores A e B, colocados nos recipientes "a" e "b" respectivamente.


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4- CIRCUITOS DE COMANDO ELÉTRICO

4.1 - INTRODUÇÃO

A cada dia que passa os equipamentos elétricos e mecânicos vão dando lugar aos microprocessadores. Tanto na vida profissional como na cotidiana, estamos sendo envolvidos por estes componentes que se juntam a outros, formando os sistemas computadorizados. Na indústria, estes sistemas estão sendo empregadas para facilitar e melhorar o serviço. Estamos vivendo na “era da automação”.

Na indústria, o computador chegou para aumentar a produção, reduzir gastos e principalmente para automatizar máquinas. Um microprocessador, por exemplo, pode tomar decisões no controle de uma máquina, pode ligá-la, desligá-la, movimentá-la, sinalizar defeitos e até gerar relatórios operacionais. Mas, por trás dessas decisões, está a orientação do microprocessador, pois elas estão baseadas em linhas de programação (código de máquina).

Ocorre que paralelamente aos microprocessadores há a automação industrial obtida através de comando elétrico, o qual consiste da interligação de diversos dispositivos eletromagnéticos com a finalidade de acionar um ou mais circuitos e/ou equipamentos. Assim nosso estudo de automação industrial tem como ponto de partida os comandos elétricos, até chegarmos no que há de maior aplicação na indústria hoje que são os Controladores Programáveis ( CLP ou PLC ).

Os circuitos elétricos são dotados de dispositivos que permitem:

a) Interrupção da passagem da corrente por seccionamento – São os aparelhos de comando, tais como: interruptores, chaves de faca simples, contactores, disjuntores etc;

b) Proteção contra curto-circuito e sobrecargas – Em certos casos, o mesmo dispositivo permite alcançar os objetivos acima citados, como os disjuntores.

4.2 - DISPOSITIVOS DE COMANDO DOS CIRCUITOS

a) Interruptores Interrompem o fio fase do circuito, podendo ser unipolar, bipolar ou tripolar, de modo a ser possível o desligamento de

todos os condutores fase simultaneamente. b) Dispositivos Eletromagnéticos São todos os componentes que se aproveitam de um campo magnético gerado a partir da eletricidade, sendo

encontrados nos mais variados ramos da automação industrial. Como exemplo tem relês, contactoras, chave magnética, eletroválvulas, solenóides, etc.

c) Chaves Eletrônicas Utilizam circuitos eletrônicos com SCRs e TRIACs como substitutos dos contatos, embora, necessitem de outra chave

para iniciar a condução nesses componentes.

4.3 - DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Os condutores e equipamentos que fazem parte de um circuito elétrico devem ser protegidos automaticamente contra curto-circuitos e contra sobrecargas (intensidade de corrente acima do valor compatível com o aquecimento do condutor e que poderiam danificar a isolação do mesmo ou deteriorar o equipamento) e outras anormalidades. Dentre eles podemos citar:

a) Fusível É uma resistência devidamente protegida e que deve fundir com a passagem da corrente excessiva. Sua ação pode ser

imediata ou com retardo. Existe fusível tipo rolha, cartucho (virola ou faca), etc b) Disjuntor Pode servir como protetor contra curto-circuito e sobrecarga, além de estabelecer ou romper a passagem da corrente

pela ação direta do operador. Internamente, o disjuntor é composto por dois elementos metálicos com coeficiente de dilatação diferentes (latão e aço) soldados, que se torcem, desligando o disjuntror, quando há aquecimento provocado pela sobrecarga ou curto-circuito.

c) Dispositivo DR (Diferencial Residual) Tem a finalidade de proteger vidas humanas contra choques provocados no contato acidental com redes e equipamentos

elétricos energizados. Oferecem também proteção contra incêndios que podem ser provocados por falha de isolamento dos condutores e equipamentos.

d) Relés de máxima e mínima tensão Interrompem o circuito, na falta de fase, mantendo-o desligado mesmo com a normalização do circuito, para evitar que o

pico de tensão, ao retorno da fase, danifique o equipamento. Ou desliga o circuito sempre que a tensão fique acima ou abaixo de um valor determinado.

Nota: Alguns dispositivos de proteção ao desligarem o ramal de alimentação da carga com problema pode religar o ramal, após a verificação do problema que ocasionou o desligamento, ou até para desativar provisoriamente para a substituição, ou manutenção, de componentes do ramal. Este é o caso dos disjuntores, chaves seccionadoras com fusível e Diferencial Residual (DR). Porém, alertamos que esses dispositivos de forma alguma podem substituir os interruptores, botoeiras ou quaisquer outros dispositivos de comando ou manobra.


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4.4 - FUNCIONAMENTO BÁSICO DE UM DISPOSITIVO ELETROMAGNÉTICO Os relés consistem em chaves eletromagnéticas que tem por função abrir ou fechar contatos a fim de conectar ou interromper circuitos elétricos, sendo constituído por bobina ou solenóide, núcleo de ferro, contatos e armadura.

Os outros dispositivos eletromagnéticos têm funcionamento semelhante ao relé.

Existem dois tipos de contatos:

- Normalmente Aberto (NA ou NO) Quando a bobina ou solenóide é energizada ele se fecha. - Normalmente Fechado (NF ou NC) Quando a bobina ou solenóide é energizado ele se abre.

4.4.1 CONTACTORES E CHAVES MAGNÉTICAS Muitas vezes, temos necessidade de comandar circuitos elétricos à distância (controle remoto), quer manual, quer automaticamente. Contactores e chaves magnéticas são dispositivos com dois circuitos básicos, de comando e de força que se prestam a esse objetivo. O circuito de comando opera com corrente pequena, apenas o suficiente para operar uma bobina, que fecha o contato do circuito de força. O circuito de força é o circuito principal do contactor que permite a ligação do motor, da máquina operatriz; utiliza correntes elevadas. Esquematicamente, podemos representar o circuito de uma chave magnética da maneira apresentada na figura a seguir:

Diagrama de ligação de uma chave magnética Eletromar

Neste esquema temos uma chave magnética trifásica. Ela serve para ligar e desligar motores ou quaisquer circuitos, com comando local ou à distância (controle remoto). O comando pode ser um botão interruptor, chave unipolar, chave-bóia, termostato, pressostato etc. No caso de botões, há um circuito especial que mantém a chave ligada depois que se retira o dedo do botão.

O fechamento da chave S1 faz circular uma corrente através do solenóide criando um campo magnético que atrai a armadura do relé, fechando o contato.


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Os contactores são semelhantes às chaves magnéticas, porém simplificados, pois não possuem relé térmico de proteção contra sobrecargas.

4.4.2 – IDENTIFICAÇÃO DOS BORNES DOS CONTACTORES

BOBINA

PRINCIPAIS AUXILIARES

CONTATOS CONTATOS

2 4 6 14 22

1 3 5 13 21

A2

A1

As bobinas têm os bornes indicados pelas letras A1 e A2 e os contatos são identificados por números, que indicam:

Contatos Principais: os números ímpares são as entradas de força (1,3 e 5) e os números pares as saídas (2,4 e 6). Contatos Auxiliares: são identificados por um par de algarismos que indicam:

1º algarismo indica a posição sua posição física nos contactores, 1 para o primeiro, 2 para o segundo e assim sucessivamente. 2º algarismo indica o estado do contato: NA ou NO (Normalmente Aberto), 3 na parte superior e 4 na parte inferior. NF ou NC (Normalmente Fechado), 1 na parte superior e 2 na parte inferior.

4.4.3 – IDENTIFICAÇÃO DOS BORNES DO RELÉ TÉRMICO

2 4 6 96 98

1 3 5 95 97

Os contatos 1,3 e 5 ficam acoplado nas saídas 2,4 e 6 do contactor e os contatos 2,4 e 6 vão para a carga (motor). Quando há uma sobrecarga no circuito o relé desarma e conseqüentemente o contato NA se fechará e o NF abrirá.

4.5 – CIRCUITOS COM COMANDOS ELÉTRICOS De posse da compreensão do princípio de funcionamento dos dispositivos eletromagnéticos, passemos a analisar algumas experiências que se utilizam destes componentes. Antes, porém, vejamos certas definições básicas:

• Circuito de Controle É um circuito que utiliza baixas correntes e diversos componentes que permitem a energização da bobina de ligação do

circuito de força. • Circuito de Força É o circuito principal do contactor que permite a ligação do motor, da máquina operatriz. Utiliza correntes elevadas. • Contato normalmente aberto (NA).


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É o contato acionado automaticamente pela bobina de ligação; quando a bobina não está energizada ele está aberto. Seus símbolos são:

• Contato normalmente fechado (NF). É o contato que, quando a bobina não está energizada, ele está fechado. Seus símbolos são:

• Botões de comando

Servem para ligar e parar o motor da máquina operatriz; por meio dos botões de comando completa-se o circuito da bobina de ligação (botão LIGA) ou interrompe-se o circuito (botão DESLIGA). Seus símbolos são:

• Contato térmico Serve para desligar o circuito, quando há sobrecorrente; é também denominado relé térmico ou relé bimetálico. Seu símbolo é:

4.5.1 – COMANDO DOS CONTACTORES Acompanhando-se o diagrama de ligação abaixo, que representa um contactor trifásico comandado por botoeira e um contato auxiliar, nota-se que, quando o contato “L” da botoeira (ligação) é pressionado, fecha-se o circuito de alimentação da bobina “B” e, consequentemente fecham-se os contatos principais e o auxiliar. Com o fechamento deste último, formou-se um circuito paralelo de alimentação da bobina, de modo que, quando retiramos a pressão do botão de ligação “L”, a alimentação da bobina não é interrompida; este contato auxiliar faz o papel de contato de selo. Para o desligamento, faz-se necessário acionar o botão “D” da botoeira, que, estando em série com a bobina, interrompe a alimentação da mesma.

Contato fechador

Contato abridor


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4.5.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTACTORES

É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contactores se fechem acidentalmente ao mesmo tempo, provocando curto-circuito ou mudança da seqüência de funcionamento de um determinado circuito. Intertravamento elétrico

No intertravamento elétrico é inserido um contato auxiliar abridor de um contactor no circuito de comando que alimenta a bobina do outro contactor, deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro.

4.6 – DISPOSITIVOS DE DESLIGAMENTO E ACIONAMENTO DE MOTORES

Os motores devem ter uma chave de partida para o seu acionamento e/ou desligamento. As chaves devem conter um dispositivo de proteção de proteção contra curto-circuito (fusível ou disjuntor), um dispositivo de comando (contactor) e um dispositivo de proteção contra sobrecargas (relé de sobrecarga).

Para motores até 5 CV (e excepcionalmente até 30 CV), ligados a uma rede secundária trifásica, pode-se usar chave de partida direta. Acima desta potência, deve-se empregar dispositivo de partida que limite a corrente de partida a um máximo de 225% da corrente nominal do motor.

4.6.1 – CHAVE DE PARTIDA DIRETA O circuito abaixo permite partir ou parar um motor, através de dois botões de contato momentâneo (botoeiras). Note o contato auxiliar da contactora, usado para manter sua energização após o operador soltar o botão de partida (S1). Já o botão de parada (S0) é do tipo normal fechado (NF). Ao ser pressionado ele interrompe o circuito, desenergizando a contactora e, portanto, abrindo também o contato auxiliar de auto-retenção.


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Diagrama de Força Diagrama de Comando

Note que este circuito, no caso de interrupção da rede elétrica, se desarma automaticamente. Isso é importante para segurança. Caso simplesmente fosse utilizada uma chave 1 pólo, 2 posições para acionar a contactora, ao retornar a energia elétrica (no caso de um “apagão”, por exemplo) o motor seria energizado, pois a chave se manteria na posição ligada.

4.6.2 – CHAVE DE PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO

Neste caso existem dois botões de contato momentâneo para partir o motor (B1 e B2). Um deles faz o motor girar no sentido horário e o outro no sentido anti-horário. Um terceiro botão desliga o motor (S0), independentemente do sentido de rotação. Note os contatos auxiliares NA das contatoras usados para auto-retenção. Além disso, as contatoras se inibem mutuamente através dos contatos auxiliares NF. Assim, se a contactora C1 estiver energizada, a contactora C2 não pode ser energizada, e vice-versa. Isso impede que o operador, inadvertidamente, acione simultaneamente os dois sentidos de giro do motor. Caso as duas contactoras fossem energizadas simultaneamente, o resultado seria a queima dos fusíveis de força (pois teríamos curto-circuito entre as fases invertidas).

S

R


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Note que para inverter o giro do motor basta inverter duas fases.

4.6.3 – CHAVE DE PARTIDA TRIÂNGULO/ESTRÊLA

Neste caso, partimos o motor na configuração estrela, de forma a minimizar a corrente de partida e, após determinado tempo especificado no relé temporizado, comuta-se o motor para a configuração triângulo. Ao pressionar B1, energiza-se a contactora C3, que por sua vez energiza a contactora C1. Isso liga o motor à rede trifásica na configuração estrela. Após o tempo especificado no relé temporizado RT, a contactora C3 é desenergizada e a contactora C2 energizada. C1 continua energizada, pois existe um contato auxiliar de C1 para efetuar sua auto-retenção. Com isso, o motor é conectado a rede trifásica na configuração triângulo.

R

S


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5- DEFINIÇÃO DE CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

5.1 - INTRODUÇÃO

Os avanços tecnológicos ocorridos após metade deste século se mostraram de forma acelerada. Pesquisas realizadas no Instituto

de Tecnologia de Massachussets nos asseguram que nos próximos cinco anos o desenvolvimento tecnológico será equivalente

aos que já ocorreram nos últimos trinta anos passados, reforçando a idéia de que o crescimento da tecnologia vem se

apresentando em progressão exponencial. Os controladores programáveis junto com outros dispositivos inteligentes estão

inseridos neste quadro de evolução, ocupando uma importante função na área de automação industrial.

Alguns fatores ligados às necessidades da indústria foram responsáveis pela idealização dos Controladores Programáveis:

aumento da produtividade e flexibilidade de processo. Uma produção em escala adequada, assegurando a qualidade e o custo

competitivo e esses fatores associados a uma linha de produção flexível, de fácil ajuste, permitindo uma mudança rápida nas

características do produto, constituíram razões mais do que suficientes para a criação dos controladores programáveis. Outros

fatores como economia de energia, espaço físico e tempo de manutenção reforçam o grau de importância desses equipamentos.

Os Controladores Programáveis trazem para as fábricas modernas uma estrutura de processo automatizado, que se apoia em

dispositivos de hardware e software, combinados de forma organizada, que permite um controle total acerca das informações

envolvidas, sejam elas operacionais, de supervisão ou estratégicas.

As variáveis encontradas no nível operacional, denominada “chão de fábrica”, estão diretamente relacionados com os

Controladores Programáveis, que através de sensores e atuadores, interagem com o processo.

As variáveis processadas pelos Controladores Programáveis são recebidas pelo nível de supervisão e controle para alimentar, por

exemplo, as telas de alarmes, os cálculos de engenharia ou para dar base real aos gráficos de monitoramento.

O nível de supervisão permite ao operador navegar na realidade virtual das múltiplas etapas do processo, além de alimentar o

nível estratégico com informações capazes de orientar a alta gerência no processo decisório.

R

S


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5.2 - O CONTROLADOR PROGRAMÁVEL

Um sistema de controle de estado sólido, com memória programável para armazenamento de instruções para controle lógico. É

ideal para aplicações em sistemas de controle de relés e contactores, os quais se utilizam principalmente de fiação, dificultando,

desta forma, o acesso, possíveis modificações e ampliações do circuito de controle existente.

O Controlador Programável monitora o estado das entradas e saídas, em respostas às instruções programadas na memória do

usuário, e energiza ou desenergiza as saídas, dependendo do resultado lógico conseguido através das instruções de programa.

O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo Controlador Programável para executar um processo. A

tarefa do Controlador Programável é ler, de forma cíclica, as instruções contidas neste programa, interpretá-las e processar as

operações correspondentes.

Um Controlador Programável realiza as funções básicas: a) processamento do programa e b) varredura das entradas e saídas.

Os principais pontos de aplicação dos Controladores Programáveis são: a) máquinas: máquinas operatrizes, máquinas têxteis,

máquinas para fundição, máquinas para indústria de alimentos etc.; b) indústria: mineração, siderúrgicas, laminadoras etc.

Na automação industrial, as máquinas substituem tarefas tipicamente mentais, tais como: memorizações, cálculos e supervisões.

Os Controladores Programáveis dominam os dispositivos pneumáticos, hidráulicos, mecânicos e eletroeletrônicos. Os

Controladores Programáveis substituem a ação do homem como sistema de controle, e podem controlar grandezas tais como:

vazão, temperatura, pressão, nível, velocidade, torque, densidade, rotação, voltagem e corrente elétrica (variáveis de controle).

5.2.1 – PROCESSAMENTO DO PROGRAMA

O Controlador Programável processa o programa do usuário em ciclo fechado. O processador executa o programa do usuário e

em seguida atualiza as entradas e saídas, iniciando novamente o processamento do programa. (figura 1.1). E, somente executa

aquilo que foi programado a executar.

O tempo de ciclo do Controlador Programável é de alguns milissegundos por 1024 bytes de instruções.

Roteiro do Controlador Programável

5.2.2 – TEMPO DE VARREDURA

O tempo gasto na varredura do programa do usuário é de fundamental importância. A atualização da imagem (E/S) deverá ser

suficientemente rápida para ser uma réplica da variáveis do processo. Tal fato merece tanto destaque, que um dispositivo interno

do controlador denominado “cão de guarda” checa os limites de tempo de varredura.

Em grande parte dos projetos, a varredura do programa e atualização da imagem (E/S) ocorre em tempos alternados.

Entretanto, alguns controladores já admitem o processamento paralelo, objetivando varrer o programa e atualizar a imagem de

forma independente.

NOTA: Imagem de processo é o local de memória que armazena estados lógicos dos pontos de entrada e saída do

processo em questão.


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Ciclo do processo

5.2.3 – VARREDURA DAS ENTRADAS E SAÍDAS

Após o Controlador Programável fazer a varredura do programa do usuário, ele transfere os dados da memória-imagem das

saídas, para o módulo de saída, realiza a leitura do módulo de entrada e atualiza a memória-imagem das entradas. Estas

entradas e saídas são os pontos de comunicação dos equipamentos com o Controlador Programável.

Módulo de Entrada

NOTA: O módulo de entrada é o circuito eletrônico que faz a interface dos vários tipos de dispositivos de entrada, os quais

informam as condições do equipamento em controle.

Módulo das Saídas

NOTA: O módulo de saída é o circuito eletrônico que faz a interface dos vários tipos de dispositivos de saída, os quais são

controlados pelo CLP.

Bit – Abreviação do dígito binário, a menor unidade de informação no sistema de numeração binário.

Bit de Controle – Um bit do byte de saída de dados; o byte contém 8 bits.

5.2.4 – FUNCIONAMENTO


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Vamos pensar somente na linguagem de programação em diagrama de contatos que é usada nos Controladores Programáveis

instalados nas indústrias. Os técnicos da área elétrica estão habituados com os diagramas elétricos; a programação em

diagramas de contatos é a mais recomendada, devido à similaridade com a representação real.

Veja o exemplo abaixo: uma linha de produção simplificada, onde temos a entrada de matéria-prima e a saída do produto final

acabado. O transporte dessa matéria-prima é feito por uma correia transportadora acionada por um motor elétrico. Entre a

entrada e a saída dessa linha de produção simplificada, temos três etapas de produção. Essa linha de produção não é controlada

por um Controlador Programável.

Linha de produção sem Controlador Programável

Mas os tempos gastos em cada etapa da produção podem ser diferentes, resultando num produto final acabado perto dos 100%

desejado. Com um Controlador Programável nesta linha de produção, podemos acionar o motor elétrico de modo que a

matéria-prima na primeira etapa seja bem concluída, acionando novamente, o motor elétrico para a segunda etapa, onde será

novamente bem concluída e, assim, para a terceira etapa, onde será concluído o produto final acabado. Desta forma, o

resultado do produto final acabado será 100% ou bem mais perto disto.

Linha de produção com CLP

5.2.5 – TAMANHO FÍSICO

Esta é uma das vantagens apresentadas pelos Controladores Programáveis, pois no mercado encontramos controladores que

cabem na palma da mão e são capazes de interagir com vários pontos de entrada e saída, apresentando um número satisfatório

de instruções, entre elas: temporizadores e controladores.

5.2.6 – MODULARIDADE

É a capacidade do corpo físico do equipamento poder se dividir em módulos, apresentando flexibilidade de escolha na

configuração adequada, relativa a cada caso de automatização. Como exemplo, podemos citar os módulos: de entradas e saídas

digitais, entradas e saídas analógicas, para leitura de termopares, CPU, fonte de alimentação, entre outros.

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Módulo Principal Módulo de Expansão

CLP da WEG

5.2.7 – FACILIDADE DE PROGRAMAÇÃO

A tendência do mercado é tornar cada vez mais intuitiva a programação e a operação dos equipamentos inteligentes

programáveis; os Controladores Programáveis estão incluídos neste contexto e admitem desde o início da sua concepção este

princípio.

5.2.8 – MAPEAMENTO DE MEMÓRIA

Espaço de memória RAM com mapeamento para uso específico na aplicação fim; em outras palavras, é possível afirmar que

durante o projeto do Controlador Lógico Programável, os seus espaços de memória são previamente organizados durante a

elaboração do FIRMWARE. Isto ocorre, porque os Controladores Lógicos são equipamentos dedicados a um tipo de aplicação

específica, admitindo, apenas, serem programados com softwares desenvolvidos especificamente para eles.

5.3 – APLICABILIDADE

5.3.1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Automação Industrial é um conjunto de técnicas destinados a tornar automáticos vários processos numa indústria: o Comando

Numérico, os Controladores Programáveis, o Controle de Processo e os Sistemas CAD/CAM (Computer Aided Design e Computer

Aided Manufaturing – projetos e manufaturas apoiados em computador).

O Comando Numérico controla automaticamente máquinas operatrizes: tornos, frezas, furadeiras, etc. Os Controladores

Programáveis são equipamentos eletrônicos programáveis, destinados a substituir sistemas controlados por dispositivos

eletromecânicos e interfacear Comandos Numéricos com máquinas operatrizes. Este equipamento substitui o diagrama elétrico,

os relés e suas interligações por programas que simulam estes componentes. O Controle de Processo visa o controle global de

um processo, em vez de parcial, como o Controlador Programável e o Comando Numérico (por exemplo, o controle de tráfego de

trens).

A microeletrônica invade os setores produtivos das indústrias, propiciando a automação. O processo de automatização não

atinge, apenas, a produção em si, substituindo o trabalho braçal por robôs e máquinas com Comando Numérico Computadorizado

(CNC); permite enormes ganhos de produtividade ao integrar tarefas distintas como: a elaboração de projetos, o gerenciamento

administrativo e a manufatura.


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5.3.2 – AUTOMAÇÃO DE EQUIPAMENTOS

Na automação ou uso real baseado nos exemplos de programação, alguns itens devem ser avaliados:

• Instalações elétricas compatíveis com pontos de entrada e saída (E/S);

• chaves de proteção do hardware;

• tipo e forma de endereçamento;

• estrutura da palavra;

• tipo e forma de sinais aceitáveis; e

• compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos.

5.3.3 - PASSOS PARA AUTOMAÇÃO DE UM PROCESSO

a) Definir pontos de entrada / saída e operandos

Projetar a instalação do equipamento do CLP, verificando quantas saídas e quantas entradas deverá ter o CLP para a automação

desses equipamentos. Verificar os operandos, relés de interfaces entre o CLP e equipamentos.

b) Elaboração do programa do usuário

Projetar o programa que controlará o equipamento, a lógica de diagramas de contatos. Supor os movimentos imprevistos da

máquina, todas as condições de funcionamento, intertravamentos e emergências.

c) Teste do Programa do usuário

Submeter o programa elaborado, já com os “operandos” e a interface entre o CLP e equipamentos instalados, a um teste elétrico

(sem operação do equipamento). Simular todas as condições como se o equipamento estivesse operando.

d) Verificação de funcionamento

Caso o teste do programa tenha sido positivo, ou seja, se o CLP estiver controlando perfeitamente o equipamento, de acordo com

a programação em lógica de diagrama de contatos, até mesmo no pior caso de funcionamento do equipamento ou na situação

mais imprevista, passe para o bloco seguinte. Caso contrário, realize alterações no programa ou projete um outro programa mais

eficiente, levando em conta o controle que o programa anterior não realizou. É bom lembrar que o programa não está dando bons

resultados, devido ao fato, da lógica de diagrama de contatos não estar de acordo com a lógica de funcionamento do

equipamento, (supondo que o CLP esteja funcionando perfeitamente, os cartões de E/S estejam bons, os cabos bem interligados,

as voltagens de alimentação estejam corretas etc.).

e) Instalação do equipamento e liberação para a produção

Fazer a listagem do programa (lógica de diagramas de contatos), descrevendo linha a linha as instruções e operações das

condicionantes e das saídas. Deixar a listagem próxima ao CLP para manutenção ou alterações futuras.

5.3.4 –EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

• Sistema de segurança e intertravamento

Para esclarecer a função de um sistema de segurança e intertravamento, iremos citar um exemplo real que protege o processo

de uma explosão: considerando que um dado gás, na presença de certa temperatura, seja suficiente para explodir uma área de

trabalho, e que um Controlador Programável receba em suas entradas os sinais de temperatura e de presença de gás. O

programa do usuário, em função das condições de entrada, concederá ordem de acionamento de uma saída, tendo em vista

bloquear a tubulação principal, inibindo desta forma a passagem de gás.

Se a decisão de fechar a tubulação principal ocorrer em tempo hábil, a explosão será evitada e o objetivo do sistema de

intertravamento será alcançado, garantindo a segurança do ambiente.

Estudos estatísticos sobre a eficiência dos Sistemas de Segurança e Intertravamento são constantemente realizados, visando

calcular a probabilidade de falha em função do número de vezes em que a ação do programa se faz necessários.


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• Processo em batelada

Alguns especialistas comparam os processos em batelada à preparação de um bolo caseiro, onde todas as etapas seguem uma

ordem dentro de um procedimento bem definido (receita). O controle do tempo de batida no reator, a seqüência de entrada das

substâncias, os valores da temperatura e dos tempos de aquecimento e resfriamento, são de importância decisiva na qualidade

do produto final.

Como exemplo, podemos citar a fabricação de cosméticos, produtos farmacêuticos, indústria de alimentos, entre outros.

Processo em batelada

6 - COMPOSIÇÃO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

6.1 - CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE

O Controlador Programável consiste basicamente de:

• Fonte de alimentação;

• Unidade Central de Processamento (CPU);

• Memórias

• Dispositivos de Entrada e Saída; e

• Terminal de Programação.

Diagrama em blocos resumido do CLP


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6.1.1- FONTE DE ALIMENTAÇÃO

Fonte de alimentação é um dispositivo que converte a voltagem da rede elétrica local, de corrente alternada, para uma voltagem

em corrente contínua. O Controlador Programável recebe alimentação da rede elétrica local. Caso falte energia elétrica, a bateria

mantém o programa do usuário para não perder toda a programação. Quando a energia elétrica retorna, o processador entra em

operação e reinicia o ciclo de trabalho no programa do usuário.

Diagrama em blocos resumido do sistema de alimentação do CLP

6.1.2 – UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO – CPU

A Unidade Central de Processamento inclui os circuitos de controle da interpretação e execução do programa em memória. A

CPU do Controlador Programável executa o programa do usuário, atualiza a memória de dados e memória-imagem das entradas e

saídas (figura 2.3)

Diagrama em bloco resumido do CLP

6.1.3 - MEMÓRIAS

6.1.3.1 - MEMÓRIA EPROM

A memória EPROM contém o programa que inicia o Controlador Programável, armazena os programas executivos (sistema) e

gerencia o roteiro de dados e a seqüência de operação. A CPU trabalha junto com este programa já em EPROM, elaborado pelo

fabricante que apresenta dados referentes a este Controlador Programável (figura 2.4).

Diagrama em bloco resumido do canal CPU e da memória EPROM


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6.1.3.2 – MEMÓRIA DO USUÁRIO

É uma memória de aplicação, que armazena o programa do usuário. Esta área, reservada ao programa do usuário, contém

alguns Kbytes de palavras livres que serão processadas pela CPU. Nesta área, entra-se com o programa que se deseja executar

em relação ao equipamento. A CPU processa este programa, atualiza a memória de dados internos e imagem E/S e retorna

novamente para esta área de memória.

A posição da seletora OPR e NOPR indica se o Controlador Programável está ou não operando o programa de operação.

OPR: O Controlador Programável está operando o programa de aplicação. A varredura do programa de aplicação é cíclica, o

Controlador Programável faz a varredura e a execução do programa de aplicação. As saídas serão energizadas ou

desenergizadas de acordo com o programa de aplicação.

NOPR: O Controlador Programável não está operando o programa de aplicação. Neste caso, o programador realiza a

programação, inserindo as instruções do programa de aplicação na memória do Controlador Programável através do terminal de

programação. As saídas serão desenergizadas nesta posição.

Diagrama em bloco resumido do canal CPU e memória de programa do usuário

6.1.3.3 – MEMÓRIA DE DADOS

É uma área reservada para controle do programa do usuário. Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do

programa do usuário. Todos os bytes desta área são de controle. É uma tabela de valores manipuláveis.

Diagrama em blocos resumido do canal-memória do programa do usuário e memória de dados

6.1.3.4 – MEMÓRIA IMAGEM DAS ENTRADAS E SAÍDAS (E/S)

Área de memória reservada para interligação entre Controladores Programáveis e equipamentos. Nesta área temos os dados do

equipamento, seja ele de entrada ou de saída. Todas as informações sobre o equipamento que se refere ao programa estão nesta

memória.

Esta memória é a imagem real das entradas e saídas do Controlador Programável.


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Memória Imagem das E/S

6.1.4 – DISPOSITIVOS DE ENTRADAS E SAÍDAS

6.1.4.1 – CIRCUITO DAS ENTRADAS

São circuitos eletrônicos que recebem informações sobre o equipamento e que as transferem para a memória imagem das

entradas e saídas. Realiza a interface entre os dispositivos liga/desliga (chaves, seletoras, limitadores) e os níveis lógicos exigidos

pelo Controlador Lógico Programável. A chave se liga quando o sinal de entrada atinge um limite predeterminado.

Módulo das entradas

Se a entrada E1 receber 110V, isso quer dizer que o dado referente a este ponto está ligado ou acionado e o circuito de entrada

transfere “1” (nível lógico) para a memória imagem das E/S. Se a entrada E1 receber 0V, isso quer dizer que o dado referente a

este ponto está desligado ou não acionado, e que o circuito de entrada transfere “0” (nível lógico) para a memória-imagem das

E/S.


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6.1.4.2 – CIRCUITO DAS SAÍDAS

São circuitos eletrônicos que recebem informações sobre o processamento do equipamento através da memória-imagem das E/S

e as transferem para o equipamento em controle. Contém circuitos eletrônicos necessários para fornecer saída para partida de

motores, solenóides ou outros dispositivos de controle.

Módulo de Saída

Se a saída S1 tiver 110 volts, isso quer dizer que o dado referente a este processamento foi ligado ou acionado pelo programa do

usuário. Se a saída tiver 0 volt, isso quer dizer que o dado referente a este processamento foi desligado ou não acionado (nível

lógico “0”).

6.1.4.3 – TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO

É um periférico programador do Controlador Programável. Este periférico é o meio de comunicação entre o usuário e o CP. Pode

ser portátil, composto de teclado e display, ou um computador. As teclas são constituídas por valores numéricos, funções

específicas do CP e símbolos usados em painéis de relés. Desta forma, incluir ou retirar um relé corresponde apenas ao

pressionamento de algumas teclas.

Terminal de Programação do CLP

O Terminal de programação tem algumas características como:

• Autodiagnóstico;

• Alteração de dados on-line;

• Programação de instruções;

• Monitoramento de dados;

• Gravação e apagamento de memória.


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Nota: Dependendo do terminal de programação, pode se editar programas em diagrama de contatos ou no próprio endereço

de memória.

a) Diagrama Lógico

Apresenta blocos lógicos iguais aos utilizados na eletrônica digital e funções lógicas.

E1, E2, E3 são instruções de condicionamento do processo, interligadas ao módulo de entrada do CLP.

S1 é a instrução de saída do processo, interligada ao módulo de saída do CLP.

Figura 2.11 Diagrama Lógico

Figura 6.11 Diagrama Lógico

a) Diagrama de Contatos

Apresenta simbologia similar aos diagramas dos circuitos elétricos. Iremos nos dedicar a este método de programação, durante o

nosso curso.

c) Programa no próprio endereço

A programação é feita através de uma lista de abreviações mnemotécnicas elucidativas das operações lógicas a executar, no

devido endereço de memória:

0000hex : código de máquina / mnemônico

0001hex : código de máquina / mnemônico

0002hex : código de máquina / mnemônico etc.

7 – SENSORES E ATUADORES

O CLP é responsável em controlar as variáveis de processos (vazão, nível, temperatura e pressão) para atender uma planta

industrial, mas para isso se faz necessário receber as informações das condições dessas variáveis para, posteriormente efetuar a

correção das variáveis, ou mantê-la na condição que se encontra.

Os elementos responsáveis por estas funções são os Sensores e Atuadores.

7.1 – SENSORES

São responsáveis em levar as informações sobre as condições das variáveis de processo até a entrada do CLP.

7.1.1 – SENSORES RESISTIVOS

A sua resistência varia em função das condições ambientais ou do próprio circuito, dentre eles podemos citar:

a) Resistência de Fio Metálico São conhecidos como RTD (Resistance Temperature Detector) podendo ser constituídos de Platina, Níquel, Cobre, Balco (70% Ni, 30% Fe).


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Construção típica de um RTD. As termoresistências são, normalmente, ligadas a um circuito de medição tipo Ponte dWheatstone, sendo que o circuito encontra-se balanceado quando é respeitada a relação R4.R2 = R3.R1,neste caso os potenciais nos pontos A e B são iguais.

Ligação de um RTD em Ponto de Wheatstone.

Termoresistência - Pt100: É constituído de Platina e possui uma resistência padronizada de 100 ohms a 0oC apresentando

boas características de estabilidade, repetibilidade e precisão, além de uma ampla faixa de medição (-250oC a +850oC). b) Termistores São dispositivos semicondutores fabricados a partir de óxido de Níquel, Manganês, Cobalto, ferro e Titânio apresentando grandes variações da resistência com a temperatura. São eles:

• PTC (Coeficiente de Temperatura Positiva) → Conforme a temperatura sobe a sua resistência aumenta. • NTC (Coeficiente de temperatura Negativa) → Conforme a temperatura sobe a sua resistência diminui.

c) Termopar É um dos dispositivos mais simples de medição elétrica de temperatura. Basicamente, consiste em um par de condutores metálicos diferentes ligados em uma extremidade, formando a junção quente ou de detecção e na outra extremidade, formando a chamada junção fria ou junção de referência conectada a um instrumento de medição elétrica, como um milivoltímetro ou a um circuito.

• A f.e.m. medida normalmente é comparada a alguma referência, tal como o ponto de congelamento. • São utilizados para medições em processos de altas temperaturas (200°C á 1000°C) e que exigem respostas rápidas.

Funcionamento

• O sistema de medição consiste em manter a temperatura da junção de referência constante, resultando na não

variação da voltagem.

• Alterando a temperatura da junção quente do termopar haverá uma diferença de temperatura entre as junções, que provocará uma corrente fluir no circuito, devido às duas f.e.m. geradas nas junções, ou seja, aumentará a voltagem.

• A f.e.m. resultante é medida em um milivoltímetro, ou num potenciômetro, e convertido em graus de temperatura

• Em aplicações nas quais são usadas grandes pressões, os tubos de proteção são geralmente construídos em peça


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única perfurada, ou são montados, soldando-se um tubo, uma bucha e uma cabeça sextavada

• Quando um termopar é usado em conjunto com um milivoltímetro ou potenciômetro, que mede a f.e.m. gerada e indica ou registra esta f.e.m. em termos de temperatura, temos um pirômetro a termopar.

d) Varistores A sua resistência varia em função da tensão aplicada. Até o valor da sua tensão nominal eles apresentam uma resistência alta, quando a tensão se eleva a sua resistência cai. Se forem utilizados em paralelo com uma fonte de alimentação, quando a tensão se elevar ele curto-circuitará a alimentação desligando o equipamento. 7.1.2 – SENSORES INDUTIVOS É composto por um indutor alimentado por onde passa uma corrente elétrica, quando um elemento metálico aproxima desse indutor, altera a sua indutância e conseqüentemente a corrente elétrica. 7.1.3 – SENSORES CAPACITIVOS Como sabemos, quando duas placas metálicas separadas por uma substância isolante (dielétrico) são submetidas a uma diferença de potencial, ao alterarmos a distância entre as placas teremos uma variação da carga armazenada e conseqüentemente da corrente, a qual pode associar a um evento qualquer.

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Medição de nível com sensor capacitivo

7.1.4 – SENSORES ÓPTICOS A incidência de radiação luminosa, visível ou não, sobre o sensor faz alterar as suas características (resistência, estado de condução, etc.). Dentre eles podemos citar:

• LDR (Fotoresistor) → Na incidência da luz a sua resistência é baixa. • Foto-transistor, Foto-tiristor e Foto-diodo → Na incidência da luz eles entram em estado de condução.

7.1.5 – OUTROS SENSORES Alguns sensores utilizam diretamente algum tipo de fenômeno físico e/ou mecânico fazendo o fechamento de contatos “secos”, servindo como interruptores, tais como: ruído, posição, pressão, radiação, gases, vazão, etc. 7.2 - ATUADORES

Os atuadores recebem as informações processadas pelo CLP excitando os elementos responsáveis em modificarem as condições das variáveis de processos que integram a planta. Os atuadores podem ser: elétricos, pneumáticos e hidráulicos. 7.2.1 – ATUADORES ELÉTRICOS Através de um sinal elétrico eles podem ligar e desligar compressores, motores e outros tipos de cargas que necessitem de corrente elétrica para funcionar. A vantagem de um atuador elétrico é a sua precisão. 7.2.2 – ATUADORES HIDRÁULICOS Tem como objetivo gerar movimento que pode ser linear ou axial. Este movimento é provocado pela injeção de um líquido a alta pressão num recipiente hermeticamente selado onde está uma haste ou um eixo, que serão movimentados pelo fluído. A vantagem do atuador hidráulico é à força, ou torque, do dispositivo. 7.2.3 – ATUADORES PNEUMÁTICOS São os mais simples e mais usados na indústria. Existem tanto pistões como motores. Funciona como os hidráulicos, apenas, o fluído deixa de ser incompressível e, geralmente, é o ar comprimido. A sua vantagem é a velocidade, embora perca em torque e precisão.


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Sensores

Sensor Térmico Sensor de Nível Chave Fim-de-Curso Botoeira

Programação CLP Computador

Motores Elétricos Válvula Pneumática Relé Sinalizadores

Atuadores

Esquema de possíveis ligações de um CLP


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8 – PROGRAMAÇÃO DO CLP EM LADDER

Neste capítulo vamos demonstrar algumas ferramentas necessárias para a elaboração de programas em LADDER utilizando o

CLP da WEG Clic02 Edit, modelo 10 HR-A.

O primeiro passo é abrir o programa e escolher a opção “Novo programa em Ladder”, conforme a figura a seguir.

Com isso abrirá a seguinte tela.

Barra de Menu Fixa

Barra de Ferramentas do Menu Principal

Barra de Ferramentas do LADDER


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Vamos iniciar um novo projeto clicando em ARQUIVO>NOVO ou diretamente no ícone da Barra de Ferramentas do Menu

Principal e depois escolha o modelo CLW-02/10HR-A.

Ao abrir a Caixa de Diálogo veremos todas as características do CLP, tais como: tensão de alimentação, quantidades e tipo de

entradas, quantidade e tipos de saídas, etc.

Ao clicar em OK abrirá a Planilha de Programação em LADDER.


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8.1 – FUNÇÕES DE INSTRUÇÕES BÁSICAS

Nesta etapa usaremos a “instrução de entrada” e a “instrução de saída”.


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8.1.1 – SAÍDA NORMAL

Ao habilitarmos à entrada a saída será ativada e ao desabilitarmos, a mesma entrada, a saída será desativada.

Depois de escrever o programa, bastar clicar na tecla RUN na Barra de Ferramentas do Menu Principal. Ao clicar na tecla 0 do I1

da Caixa de Diálogo do lado esquerdo você estará habilitando a entrada e, simultaneamente, ativando a carga.

Quando você clicar na tecla X do I1 da Caixa de Diálogo você estará desabilitando a entrada e, simultaneamente, desativando a

carga.

Você poderá ter uma melhor visão rodando o simulador através da seqüência de comandos EDIÇÃO>TECLAS DE FUNÇÃO.

Quando você clicar na chave correspondente a entrada I1, ela será habilitada e a saída Q1 será ativada e quando você clicar

novamente na chave I1, a entrada será desabilitada e a saída Q1 será desativada.

8.1.2 – SAÍDA EM SET/RESET

Ao habilitarmos uma entrada a saída será ativada, mesmo que você desabilite essa entrada a saída continuará ativada. Você só

poderá desativar essa saída habilitando outra entrada.


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8.1.3 – SAÍDA PULSANTE

Neste caso, sensor deve ser do tipo “sem retenção”. Ao habilitarmos a entrada a saída será ativada e quando reabilitarmos a

mesma entrada, a saída será desativada.

8.1.4 – CONTATO DIFERENCIAL

Quando habilitamos a entrada, mesmo mantendo nesse estado, o contato dará apenas um pulso na saída.

8.1.5 – CONTATO MARCADOR, VIRTUAL OU MOMENTÂNEO

É um “pseudo-relé” que age apenas dentro do CLP, sendo utilizado para executar diversas tarefas.

No exemplo a seguir, ele está servindo com ele de ligação entre os contatos I3 e I4, devido ao fato de que em cada linha de

programação só posso colocar 3 entradas.

8.2 – INSTRUÇÕES DE APLICAÇÕES

8.2.1 – TEMPORIZADORES

Ativam a saídas, após um determinado intervalo de tempo programado, quando a entrada for habilitada.

Na figura a seguir, temos a janela de acesso aos modos e ajustes dos temporizadores.


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8.2.1.1 – MODO 1 – RETARDO NA ENERGIZAÇÃO

Ativa a saída, após um determinado intervalo de tempo ajustado pelo usuário, ao habilitarmos a entrada, sendo que o reset é

efetuado pela própria entrada.

8.2.1.2 – MODO 2 – RETARDO NA ENERGIZAÇÃO COM RESET

Semelhante ao modo 1, sendo que o reset é executado ao habilitarmos outra entrada.


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8.2.1.3 – MODO 3 – RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO

Ao habilitarmos a entrada a saída será ativada e quando desabilitamos a entrada, o temporizador será disparado desativando a

entrada após o tempo programado. O reset é executado habilitando outra entrada.

8.2.1.4 – MODO 4 – RETARDO NA DESENERGIZAÇÃO NO FLANCO DE SUBIDA

Ao habilitarmos a entrada, nem a saída e nem o temporizador são ativados. Ao desabilitarmos a entrada a saída é ativada e,

simultaneamente, o temporizador é disparado, desativando a saída após o tempo programado.

8.2.1.5 – MODO 5 – OSCILADOR SIMÉTRIICO

Ao habilitarmos a entrada, o temporizador ativará e desativará a saída, alternadamente, em tempos simétricos e o reset é feito na

própria entrada.

8.2.1.6 – MODO 6 – OSCILADOR SIMÉTRICO COM RESET

Idem modo 5 com reset sendo executado ao habilitarmos outra entrada.


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8.2.1.7 – MODO 7 (6P) – OSCILADOR ASSIMÉTRICO

Ao habilitarmos a entrada o temporizador ativará e desativará a saída, alternadamente, em tempos diferentes para a condição

“ON-OFF”, com reset na própria entrada.

8.2.2 – RTC (RELÓGIO EM TEMPO REAL)

O CLP pode ativar e desativar as suas saídas em horários pré-definidos pelo usuário, além de repetir essa programação todos os

dias, num determinado dia da semana, num determinado mês, etc.

8.2.2.1 – Modo 1

A saída será acionada todos os dias no intervalo de tempo programado. Exemplo:

- Se for programado na terça-feira pra ativar a saída as 08:00 e desativar as 17:00, repetirá a operação na quarta-feira, na quinta-

feira, etc.

- Se programar pra ativar na terça-feira as 22:00 e desativar na quarta-feira as 05:00, repetira a operação de quarta-feira pra

quinta-feira, de quinta-feira pra sexta-feira, etc.


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8.2.2.2 – Modo 2

A saída só será ativada no intervalo de tempo programado. Exemplo:

- Se for programado pra ativar a saída na terça-feira de 12:00 as 15:00, só na próxima terça-feira que a saída será ativada

novamente.

- Se for programado pra ativar a saída na terça-feira as 20:00 e desativar a saída na quinta-feira as 07:00, só na próxima terça-

feira a saída será novamente ativada.

8.2.2.3 – Modo 3

A saída será ativada em um determinado dia, mês e ano e desativada em outro determinado dia, mês e ano. Exemplo:

- Ativar no dia 17/06/08 e desativar no dia 23/11/08.

- Ativar no dia 07/03/08 e desativar no dia 11/08/09.

8.2.2.3 – Modo 4

No dia e horário programado, a saída receberá um pulso rápido. Exemplo:

- Dar um pulso na saída na quinta-feira, as 22h: 20 min: 30 seg.


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8.2.3 – RELÉ DE CONTAGEM

Essa ferramenta ativa a saída quando recebe um determinado números de pulsos na entrada.

8.2.3.1 – MODO 1

A saída é ativada quando o contador recebe um determinado número de pulsos da entrada, sendo que o contador fica travado no

valor de ajuste, mesmo se continuar a receber pulsos de contagem.

Se o contato de ajuste da direção estiver desligado, a contagem será crescente. Caso contrário, isto é, se estiver ligado, a

contagem será decrescente.

O contador será “resetado” através da habilitação de outra entrada.

8.2.3.2 – MODO 2

Idem modo 1, só que o contador não trava ao atingir o valor ajustado.

8.2.3.3 – MODO 3

É similar ao modo 1 exceto que o ultimo pode relembrar o valor após ser desligado e continuar a contar quando for ligado

novamente.

8.2.3.4 – MODO 4

é similar ao contador modo 2 exceto que o ultimo pode relembrar o valor gravado após ser desligado e continuar a contagem após

ser ligado novamente.


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8.3 – ALGUNS PROJETOS EM LADDER

8.3.1 – ALARME D EPRIMEIRA FALHA

O objetivo do programa é memorizar a primeira falha dentre três possíveis falhas existentes no processo.

O funcionamento consiste na idéia de que na entrada da primeira falha as outras duas linhas serão abertas, ou seja, a primeira

que entra inibe a entrada das outras duas falhas retardatárias. O circuito memoriza a informação através do “selo”. A informação

de primeira falha permanece armazenada até que seja “resetado” o circuito com a energização do endereço I4.

Observação: as três falhas estão relacionadas respectivamente aos endereços I1, I2 e I3.

8.3.2 – ANUNCIADOR DE ALARMES


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O objetivo do programa é sinalizar através do endereço Q4 (sinal sonoro), a existência de uma falha; qualquer das três falhas

poderá disparar o alarme sonoro, este alarme será reconhecido pelo operador no instante que o endereço de entrada I4 for

energizado pelo botão de reconhecimento.

A variável M2 (bit interno) concentra um “NAND” lógico entre as três falhas em questão e comunica esta condição a outros pontos

do programa.

M1 é a variável que indica a presença do reconhecimento dado pelo operador no instante do alarme, esta variável apresenta um

contato normal fechado em série com o ramo principal de Q4 (sinal sonoro), a finalidade é desligar o sinal sonoro. A variável M1

permanecerá verdadeira até que todas as falhas sejam reparadas, então, o sistema irá retornar ao ponto de partida.

As saídas Q1, Q2 e Q3 são indicações luminosas das falhas ocorridas.

Observação 1: O termo variável verdadeira significa variável com conteúdo igual a “1”, caracterizando a energização do ponto em

questão.

Observação 2: Na ausência de falhas, os endereços dos contatos I1, I2 e I3 estão normalmente energizados e somente em caso

de falha recebem o conteúdo igual a “1”. Esta estratégia facilita a identificação de um possível mau contato, ou rompimento de

cabo.

9 – PROGRAMAÇÃO DO CLP EM FBD

Neste capítulo vamos demonstrar algumas ferramentas necessárias para a elaboração de programas em FBD (Diagrama de

Funções em Blocos) utilizando o CLP da WEG Clic02 Edit, modelo 10 HR-A.

O primeiro passo é abrir o programa e escolher a opção “Novo programa em FBD”, conforme a figura a seguir.


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Com isso abrirá a seguinte tela.

Vamos iniciar um novo projeto clicando em ARQUIVO>NOVO ou diretamente no ícone da Barra de Ferramentas do Menu

Principal e depois escolha o modelo CLW-02/10HR-A.

Ao abrir a Caixa de Diálogo veremos todas as características do CLP, tais como: tensão de alimentação, quantidades e tipo de

entradas, quantidade e tipos de saídas, etc.

Ao clicar em OK abrirá a Planilha de Programação em FBD.


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Crie ou abra um arquivo, o software de edição entrará como padrão no modo FBD e as funções para programação serão apresentadas conforme tabela abaixo: Seleção Ligação entre os Blocos

Contatos Bobinas Blocos de Funções Blocos Lógicos O cursor na função de ‘SELEÇÃO’ será apresentado como padrão inicial, todas as funções são classificadas dentro de três grupos: Contactos/Bobinas, blocos lógicos e blocos de funções.


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9.1 – FUNÇÕES DE INSTRUÇÕES BÁSICAS


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9.2 – FUNÇÕES DE INSTRUÇÕES DE APLICAÇÕES

9.2.1 – TEMPORIZADORES

9.2.2 – RELÉ DE CONTAGEM


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9.2.3 – RTC (RELÓGIO EM TEMPO REAL)

Obs.: Quando a conexão entre dois blocos for muito longa e/ou passar por dentro de outros blocos, dificultando a sua

visualização, podemos utilizar a ferramenta “recortar”.

Antes de recortar Após recortar

10 – CARREGANDO O PROGRAMA 10.1 – CARREGANDO O PROGRAMA COM O PM05 (CARTUCHO DE MEMÓRIA) O método de instalação do PM05: Passo 1: Remova a tampa do CLIC-02 com uma chave, como segue :

Passo 2: Plugue o PM05 a fenda, como segue :


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Passo 3: Na lista de função de operação, clique ESCREVER para entrar na interface de confirmação e clique SIM para baixar (download) o programa sobressalente. Nota: Se desejar recuperar o programa sobressalente, clique LER na lista de função de operação para entrar na interface de confirmação e clique SIM para carregar (upload) o programa sobressalente. 10.2 – CARREGANDO O PROGRAMA COM O CLIC 02 EDIT Passo 1: Remova a tampa do CLIC-02 com uma chave, como segue:

Passo 2: Insira o cabo de Programação (PL 01) fenda, como segue: O outro conectar é ligado a porta de comunicação RS-232 no computador.

Passo 3: Com o software do cliente CLIC-02 EDIT, o computador está pronto para editar, ler e escrever programas no CLIC-02.

11 – PROJETO COMPLETO 11.1 – CONTROLE DE PORTA AUTOMÁTICA As portas automáticas são geralmente instaladas na entrada de supermercados, bancos e hospitais. Requisitos - A porta deve abrir automaticamente quando uma pessoa está se aproximando. - A porta permanece aberta durante um determinado tempo e então fecha se não houver alguma pessoa presente.

Vista Frontal


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Vista Superior Solução Tradicional

Quando quaisquer sensores B1 ou B2 detectarem a presença de algum visitante, a porta será aberta. Após um determinado tempo sem detectar ninguém, o relê MC4 irá comandar o fechamento da Porta. Utilizando o CLIC como controlador do sistema A utilização do CLIC como controlador do sistema pode simplificar o circuito. Tudo o que precisa ser feito é conectar ao CLIC os sensores de presença, fins de curso e o contactor. Componentes utilizados: - MC1 contactor de abertura da porta - MC2 contactor de fechamento da porta - S1 (contato NF) fim de curso de fechamento - S2 (contato NF) fim de curso de abertura - B1 (contato NA) sensor infravermelho externo - B2 (contato NA) sensor infravermelho interno

Circuito elétrico e Programa com o CLIC sendo utilizado:


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Programa em Ladder

Programa em FBD


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12 – ALGUNS FABRICANTES DE CLP

13 – BIBLIOGRAFIA

Manuais Técnicos da WEG

Manuais Técnicos da Siemens

Site da WEG – www.weg.com.br

Site da Siemens – www.siemens.com.br


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APOSTILA AUTOMAÇÃO - PROF° JAIR