Apostila Curso Plc Rev2012

CONTROLADORES LGICOS PROGRAMVEIS PLC CEFET-ITABIRITO 2012 - Valdir Viana

1 INTRODUO ............................................................................................................................... 2 1.1 Funcionamento .......................................................................................................................... 2 2 INTRODUO A LGICA ............................................................................................................ 4 3 ELEMENTOS BOLEANOS ............................................................................................................ 5 3.1 Smbolos bsicos ....................................................................................................................... 5 3.1.1 Contatos Abertos e Fechados .............................................................................................. 5 3.1.2 Rels .................................................................................................................................. 6 3.2 Lgica de Contatos .................................................................................................................... 7 3.2.1 Chave Aberta ou Lmpada Apagada ................................................................................... 7 3.2.2 Chave Fechada ou Lmpada Acessa ................................................................................... 7 3.3 Leitura das Entradas .................................................................................................................. 8 3.3.1 Princpio de Funcionamento ............................................................................................... 9 3.3.2 Utilizao de chaves externas do tipo NF.......................................................................... 10 3.4 Diagrama de Contatos em Ladder............................................................................................ 11 3.4.1 Fluxo reverso .................................................................................................................... 13 3.4.2 Repetio de Contatos ...................................................................................................... 14 3.4.3 Repetio de uma mesma Bobina ..................................................................................... 15 3.4.4 Rels internos ................................................................................................................... 15 3.4.5 Endereamento ................................................................................................................. 16 3.5 Converso de Diagramas Eltricos em Diagrama Ladder ......................................................... 16 3.5.1 Contatos na vertical .......................................................................................................... 17 3.6 Circuitos de Auto-Reteno ..................................................................................................... 18 3.6.1 Contatos "Selo" ................................................................................................................ 18 3.4.2 Instrues Set e Reset ....................................................................................................... 19 3.4.3 Deteco de Eventos ......................................................................................................... 21 4 BLOCOS TEMPORIZADORES.................................................................................................... 23 4.1 Instruo Temporizador........................................................................................................... 23 4.2 Temporizador com retardo para ligar (TON - Timer On Delay) ............................................... 24 4.2 Temporizador de atraso para desligar (TOF - Timer Off Delay)............................................... 26 4.3 TP Temporizador de Pulso (Pulse Timer) ............................................................................. 27 5 BLOCOS CONTADORES ............................................................................................................ 28 5.1 Instruo Contador .................................................................................................................. 28 5.2 Contador Crescente ................................................................................................................. 29 5.3 Contador Decrescente.............................................................................................................. 30 5.4 Contador Bidirecional ............................................................................................................. 31 6 BLOCOS CONVERSORES DE DADOS ...................................................................................... 33 7 BLOCOS COMPARADORES....................................................................................................... 34 7.1 EQ - Igual ............................................................................................................................... 34 7.2 GE Maior Que ou Igual ........................................................................................................ 35 7.2 GT Maior Que ...................................................................................................................... 35 7.3 LE Menor Que ou Igual ........................................................................................................ 35 7.4 LT Menor Que ..................................................................................................................... 36 7.5 NE - Diferente ......................................................................................................................... 36 8 BLOCOS MATEMTICOS .......................................................................................................... 37 8.1 Funo Mover MOVE ............................................................................................................. 37 8.2 Funo Adio ADD ............................................................................................................... 37 8.3 Funo Subtrao SUB............................................................................................................ 38 8.4 Funo Multiplicao MUL .................................................................................................... 38 8.5 Funo Diviso DIV................................................................................................................ 38 9 INTRODUO A MALHA DE CONTROLE............................................................................... 39


1 INTRODUO

O Controlador Lgico Programvel CLP nasceu dentro da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lgica de controle dos painis de comando a cada mudana na linha de montagem. Tais mudanas implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. Sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi preparado uma especificao que refletia as necessidades de muitos usurios de circuitos e rels, no s da indstria automobilstica como de toda a indstria manufatureira. Nascia assim um equipamento bastante verstil e de fcil utilizao, que vem se aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicaes, o que justifica hoje um mercado mundial estimado em quatro bilhes de dlares anuais. 1.1 Funcionamento O CLP um equipamento de estado slido que pode ser programado para executar instrues que controlam dispositivos, mquinas e operaes de processos pela implementao de funes especficas, como lgica de controle, sequenciamento, controle de tempo, operaes aritmticas, controle estatstico, controle de malha, transmisso de dados etc. Os CLPs so projetados e construdos para operarem em ambientes severos, portanto devem resistir a altas temperaturas, rudos eltricos, poluio atmosfrica, ambientes midos etc. Sua capacidade quanto ao nmero de entradas e sadas, memria, conjunto de instrues, velocidade de processamento, conectividade, flexibilidade, IHM etc. variam conforme o fabricante e modelo. Os primeiros controladores lgicos programveis tinham como funo primordial somente substituir os rels utilizados na indstria. A sua funo era somente realizar operaes seqenciais que eram anteriormente implementadas com rels, como, por exemplo, controle liga/desliga de mquinas e processos que necessitavam de operaes repetitivas. Em um curto tempo esses controladores tiveram muitas melhorias em relao aos rels, como o uso de menor espao e energia, indicadores de diagnstico e ao contrrio dos rels, a sua lgica de operao poderia ser mudada sem a necessidade de alterao das conexes fsicas dos elementos.


Um controlador lgico programvel pode ser dividido em duas partes, conforme a Figura 1.4: Uma unidade central de processamento; Sistemas de interface de entrada/sada.

Os sinais de entrada e sada dos CLPs podem ser digitais ou analgicos. Existem diversos tipos de mdulos de entrada e sada que se adequam as necessidades do sistema a ser controlado. Os mdulos de entrada e sadas so compostos de grupos de bits, associados em conjunto de 8 bits (1 byte) ou conjunto de 16 bits, de acordo com o tipo da CPU. As entradas analgicas so mdulos conversores A/D, que convertem um sinal de entrada em um valor digital, normalmente de 16 bits (32767 combinaes). As sadas analgicas so mdulos conversores D/A, ou seja, um valor binrio transformado em um sinal analgico.

Figura 1 Arquitetura de um CLP Os sinais dos sensores so aplicados s entradas do controlador e a cada ciclo (varredura) todos esses sinais so lidos e transferidos para a unidade de memria interna denominada memria imagem de entrada. Estes sinais so associados entre si e aos sinais internos. Ao trmino do ciclo de varredura, os resultados so transferidos memria imagem de sada e ento aplicados aos terminais de sada.


2 INTRODUO A LGICA

A linguagem Ladder foi a primeira que surgiu para a programao dos Controladores Lgicos Programveis. Para que obtivesse uma aceitao imediata no mercado, seus projetistas consideraram que ela deveria evitar uma mudana de paradigma muito brusca. Considerando que, na poca, os tcnicos e engenheiros eletricistas eram normalmente os encarregados da manuteno no cho de fbrica, a linguagem Ladder deveria ser algo familiar para esses profissionais. Assim, ela foi desenvolvida com os mesmos conceitos dos diagramas de comandos eltricos que utilizam bobinas e contatos. Uma boa compreenso do mtodo de programao em linguagem Ladder, incluindo blocos funcionais, extremamente benfica, mesmo quando se utilize um CLP com outros recursos da linguagem IEC 61131-3, porque os diagramas Ladder so fceis de usar e de programar e constituem uma linguagem de programao de CLPs poderosa. Vantagens Possibilidade de uma rpida adaptao do pessoal tcnico (semelhana com diagramas eltricos convencionais com lgica a rels). Possibilidade de aproveitamento do raciocnio lgico na elaborao de um comando feito com rels. Fcil recomposio do diagrama original a partir do programa de aplicao. Fcil visualizao dos estados das variveis sobre o diagrama Ladder, permitindo uma rpida depurao e manuteno do software. Documentao fcil e clara. Smbolos padronizados e mundialmente aceitos pelos fabricantes e usurios. Tcnica de programao mais difundida e aceita industrialmente.


Desvantagens Sua utilizao em programas extensos ou com lgicas mais complexas bastante difcil. Programadores no familiarizados com a operao de rels tendem a ter dificuldades com essa linguagem. Edio mais lenta.

3 ELEMENTOS BOLEANOS 3.1 Smbolos bsicos 3.1.1 Contatos Abertos e Fechados Os smbolos mais utilizados para representao da lgica com contatos e rels so mostrados nas Figuras 5.3 e 5.4, que ilustram os contatos eltricos Normalmente Abertos (NA, diretos) e Normalmente Fechados (NF, invertidos) respectivamente.

A indstria caminha em direo adoo da norma IEC 61131-3. Entretanto, alguns grandes fabricantes como Siemens, Allen-Bradley, Schneider Electric ainda no aderiram plenamente norma, portanto sero mostrados exemplos utilizando as linguagens especficas desses fabricantes. Desde que a norma IEC 61131-3 voluntria, os fabricantes tm alguma liberdade de implementao. Desta maneira, os smbolos grficos de representao mudam conforme o fabricante. A Figura 5.5 mostra alguns smbolos de contatos NA e NF utilizados em diagramas Ladder.


3.1.2 Rels O funcionamento do rel o seguinte: quando circula uma corrente eltrica pela bobina, ela cria um campo magntico que atrai uma pea ferromagntica, chamada de armadura, que vai empurrar um contato ou uma srie deles, fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina, o campo magntico tambm cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posio original. A Figura 5.9 mostra o smbolo de uma bobina, tal qual aparece normalmente nos diagramas eltricos.

Na Figura 5.10 esto os smbolos para bobinas utilizadas em diagrama Ladder, segundo a notao de diversos fabricantes.

Uma bobina negada funciona de maneira contrria a uma bobina normal, ou seja, fica energizada se no houver um fluxo de energia virtual chegando at ela.


3.2 Lgica de Contatos A programao em diagrama de contatos permite a implementao de funes binrias (ligado = 1, desligado = 0) simples at aquelas mais complexas. Pelo conjunto de aes esquematizadas no diagrama de contatos pode-se esboar o programa a ser desenvolvido em linguagem Ladder. Uma chave pode estar em duas situaes: aberta ou fechada, bem como uma lmpada pode estar acesa ou apagada. 3.2.1 Chave Aberta ou Lmpada ApagadaDizer que uma chave est aberta (ou contato aberto) o mesmo que dizer que ela no permite a passagem da corrente eltrica, em programao diz est em nvel 0. A Figura 5.1 ilustra essa condio.

3.2.2 Chave Fechada ou Lmpada Acessa Quando uma chave est fechada (ou contato fechado), ela permite a passagem da corrente eltrica, diz est em nvel 1. A Figura 5.2 ilustra essa situao.

No texto que segue ser utilizado o termo passou a nvel um e a nvel zero, o significado deste termo. Por exemplo, se uma lmpada estava apagada e passou para acessa, diz-se que ela "passou a nvel um e ao contrrio passou a nvel zero.


3.3 Leitura das Entradas Como mencionado anteriormente, o programa de um CLP executado de forma cclica. Antes da execuo do programa principal, so lidos os estados das entradas e alterados os contedos dos endereos correspondentes na Tabela de Imagem das Entradas (TIE) da seguinte forma: se a entrada est energizada (recebendo alimentao), armazena o valor um; caso contrrio, armazena o valor zero. As Figuras 5.50 e 5.51 ilustram essa situao.

Quando se inicia a execuo do programa principal, se o bit correspondente ao endereo na TIE est em 0, os contatos permanecem na condio original, ou seja, da mesma forma como so desenhados no diagrama. O contato NA continua aberto e o contato NF continua fechado. Se o bit estiver em 1, os contatos comutam da sua condio original (mudam de estado). O entendimento correto destes conceitos de extrema importncia. Um exemplo ser utilizado para ilustrar esse funcionamento. A Figura 5.52 mostra um CLP genrico com uma chave de contato momentneo (push-button) PBl ligada sua entrada I1 e duas lmpadas, LPl e LP2, ligadas s suas sadas Ql e Q2 respectivamente.

Em seguida mostrado o programa desenvolvido em linguagem Ladder, Figura 5.53.


3.3.1 Princpio de Funcionamento Ao passar o CLP para o modo de execuo (run mode), o sistema funciona da seguinte maneira: Situao 1: PB1 aberto

Com PB1 aberto, o bit correspondente ao endereo de I1 na TIE (Tabela de Imagens de Entrada) fica com o valor 0, portanto os contatos funcionam da mesma forma como so desenhados no diagrama, ou seja, os contatos NA continuam abertos (diretos), impedindo a passagem de fluxo, e os NF continuam fechados (invertidos), permitindo a passagem. Isso vai fazer com que a lmpada LP1 fique apagada, enquanto a lmpada LP2 fica acesa, conforme a Figura 5.54.

Situao 2: PBl fechado, com PB1 fechado, o bit correspondente ao endereo de I1 na TIE fica com o valor 1, portanto os contatos comutam, ou seja, vo apresentar comportamento contrrio de como so desenhados no diagrama. Isso equivale a dizer que os contatos NA vo ser fechados e os NF ficaro abertos. Como resultado, a lmpada LP1 vai acender, enquanto a lmpada LP2 apagar como exibe a Figura 5.55.


3.3.2 Utilizao de chaves externas do tipo NF Uma ateno especial necessria quando se utilizam elementos de entrada com contatos do tipo NF. preciso lembrar que, no programa do CLP, um contato NF s permanece assim se sua entrada no estiver energizada. Como as chaves externas do tipo NF alimentam continuamente a entrada do CLP, seu contato equivalente interno estar sempre comutado da sua posio original Assim, para que o contato interno tenha comportamento equivalente a um contato NF, preciso program-lo como um contato NA. A Figura 5.56 indica essa situao.

Como a chave fim de curso fornece energia entrada do CLP, o contato interno do tipo NA vai comutar, fornecendo continuidade para o circuito de maneira a ligar a sada. Quando a chave fim de curso for aberta, deixar de alimentar a entrada do CLP e o contato interno vai voltar para a sua posio de repouso, NA, fazendo com que a lmpada se apague. Exemplo: deseja-se controlar o acionamento de um motor (partida direta) utilizando uma botoeira NA para lig-lo e uma botoeira NF para deslig-lo. Implemente em linguagem Ladder. Soluo: o diagrama de conexes externas encontra-se na Figura 5.57.

A solues pode ser vista na Figura 5.58. A soluo utiliza um contato selo para a reteno da bobina Ql. Observe que o contato I2 do tipo NA e est em srie com a bobina. Como a entrada I2 est sendo energizada, seu contato vai ficar fechado, permitindo a continuidade do circuito. Ao pressionar o BTN_LIGA, a bobina Ql vai ser ligada. Quando o BTN_DESL for pressionado, o contato I2 vai para o estado de repouso (NA), interrompendo a continuidade do circuito e desligando a bobina Ql.


3.4 Diagrama de Contatos em Ladder A funo principal de um programa em linguagem Ladder controlar o acionamento de sadas, dependendo da combinao lgica dos contatos de entrada. O diagrama de contatos Ladder uma tcnica adotada para descrever uma funo lgica utilizando contatos e rels. Sua notao bastante simples. Um diagrama de contatos composto de duas barras verticais que representam os plos positivo e negativo de uma bateria, ou somente uma barra da esquerda. A linha vertical esquerda representa o plo positivo e quando existe a outra linha paralela direita representa o plo negativo. A idia por trs da linguagem Ladder representar graficamente um fluxo de "eletricidade virtual" entre duas barras verticais energizadas. Essa "eletricidade virtual" flui sempre do plo positivo em direo ao negativo, ou seja, sempre da barra da esquerda para a da direita. O nome Ladder (que significa escada em ingls) foi dado porque o diagrama final se parece com uma escada cujos trilhos laterais so as linhas de alimentao e cada lgica associada a uma bobina chamada de degrau (em ingls rung).


Um degrau composto de um conjunto de condies de entrada (representado por contatos NA e NF) e uma instruo de sada no final da linha (representada pelo smbolo de uma bobina). A Figura 5.11 mostra um degrau tpico.

O conjunto dos contatos que compem um degrau pode ser conhecido como condio de entrada ou lgica de controle. As instrues de sada tais como bobinas e blocos funcionais (contadores, temporizadores e outros com funes especiais), devem ser os ltimos elementos direita. A Figura 5.12 mostra essa estrutura.


Um degrau verdadeiro, ou seja, energiza uma sada ou um bloco funcional, quando os contatos permitem um fluxo "virtual de eletricidade", ou seja, existe uma continuidade entre a barra da esquerda e a da direita. (A continuidade ocorre quando h uma combinao de contatos fechados que permite fluir uma corrente virtual at a bobina, que deve ser o ltimo elemento da linha ou degrau). A Figura 5.14 ilustra vrios possveis caminhos de continuidade para o diagrama da Figura 5.13.

3.4.1 Fluxo reverso Quando rels eletromecnicos so utilizados para implementar uma lgica Ladder, o fluxo de energia pode ocorrer em qualquer sentido atravs dos contatos. Por exemplo, considere o diagrama Ladder da Figura 5.15.


Se o diagrama fosse implementado com rels eletromecnicos e os contatos B, C, D e F estivessem fechados, a energia fluiria e alcanaria a bobina Y porque quando um conjunto de contatos se fecha, ele fornece um fluxo de potncia, ou continuidade, no circuito em que utilizado. No entanto, uma regra seguida por quase todos os fabricantes de CLPs que o fluxo reverso (da direita para a esquerda) no permitido, ou seja, de maneira diferente do que acontece nos circuitos eltricos reais, o fluxo de "corrente eltrica" virtual em uma lgica Ladder flui somente no sentido da barra da esquerda para a direita. Se a lgica a ser implementada necessita de fluxo reverso, o programador deve refazer o circuito de maneira que todo o fluxo s ocorra no sentido para a direita. A Figura 5.16 mostra o diagrama anterior redesenhado para utilizao em um CLP.

3.4.2 Repetio de Contatos Observando a Figura 5.16, verifica-se que alguns contatos foram repetidos no diagrama. Isso vlido? Enquanto nos rels eletromecnicos somente uma quantidade fixa e limitada est disponvel, nos programas em Ladder uma bobina pode ter quantos contatos normalmente abertos ou fechados desejar. Isso significa que um mesmo contato pode ser repetido vrias vezes. Cada conjunto de bobinas disponveis e seus respectivos contatos no CLP so identificados por um endereo de referncia nico. Por exemplo, a bobina Ml possui contatos normalmente abertos e normalmente fechados com o mesmo endereo (Ml) que a bobina, Figura 5.17.


Um controlador programvel tambm permite o uso de mltiplos contatos de um dispositivo de entrada. A Figura 5.18 ilustra um exemplo em que uma chave fim de curso (51) ligada na entrada I2 de um CLP. Observe que no programa de controle do CLP possvel repetir o contato I2 na forma de contato normalmente aberto ou normalmente fechado, tantas vezes quanto for necessrio.

3.4.3 Repetio de uma mesma Bobina Embora alguns modelos de CLP permitam que uma mesma sada (bobina) seja repetida, desaconselhvel faz-lo porque a repetio de uma sada em degraus diferentes vai tornar muito confusa a lgica do programa e, por conseqncia, dificultar o entendimento de quem assumir a manuteno desse programa. Recomenda-se, portanto, que uma bobina (sada) no seja repetida. Salvo quando se tratar de bobinas Set/Reset. 3.4.4 Rels internos Tambm chamados de bobinas auxiliares, rels auxiliares, memria interna etc. Diferentes fabricantes usam distintos termos para se referirem aos rels internos. Por exemplo, a Mitsubishi chama-os de "rels auxiliares". A Siemens utiliza para o S7-200 o termo "memria interna". A Schneider utiliza para o Zelio Logic o termo "rels auxiliares". A Toshiba utiliza o termo "rel interno". A Allen-Bradley utiliza o termo "binary bit storage".Esses elementos so muito importantes e largamente utilizados na programao. Um CLP de pequeno porte pode ter uma centena ou mais de rels internos, alguns dos quais podem ser retentivos. Rels internos nos CLPs so elementos utilizados para armazenamento temporrio de dados (bits). Seu efeito comparvel com o dos contatores auxiliares. O nome rel interno foi dado em funo dessa caracterstica. Para efeitos de programao, suas bobinas podem ser energizadas e desativadas e seus contatos utilizados para ligar ou desligar outras sadas. Para reforar esse conceito, vamos utilizar um exemplo mostrado na Figura 5.19.


3.4.5 Endereamento A cada instruo de entrada ou sada associado um endereo que indica a localizao na memria do CLP em que o estado dessa instruo ser armazenado. A cada elemento no diagrama Ladder associado um operando, identificado por letras e nmeros; entradas, sadas e rels internos so identificadas pelos seus endereos, cuja notao depende do fabricante do CLP. Cada fabricante tem uma forma de endereamento da memria prpria, e que normalmente difere do endereamento utilizado em outros CLPs. Por exemplo, para codificar as entradas e sadas, comum utilizar o nmero 1 (Input) para as entradas e o nmero 0 para as sadas, ou letra I (Input) para as entradas e a letra Q (Quit) ou O (Output) para as sadas. Alguns utilizam as letras X e Y para codificar as entradas e sadas respectivamente. 3.5 Converso de Diagramas Eltricos em Diagrama Ladder

Normalmente muito fcil passar um diagrama eltrico para um diagrama Ladder. Basta transformar as colunas em linhas, como mostram as Figuras 5.26 e 5.27, para o caso de uma simples partida direta.


3.5.1 Contatos na vertical Existem circuitos de comandos de contatores para os quais no possvel converter diretamente um diagrama de contatos de rels eletromecnicos em um diagrama em Ladder do CLP. Este o caso de uma ponte entre dois circuitos. Exemplo 1: no diagrama da Figura 5.28 observa-se que o contato D faz uma ponte entre o circuito de comando de K1 e o circuito de comando de K2 Isso geraria um contato vertical, que no possvel de ser implementado em programao Ladder. Para contornar essa situao, j que os contatos internos do CLP podem ser repetidos quantas vezes forem necessrias, vamos utilizar esse recurso para reescrever o diagrama.

Vamos verificar inicialmente quais contatos ligam K1. Observa-se que A e B ligam diretamente e tambm os contatos C e D, se estiverem fechados. Para K2 observa-se que C liga-o diretamente e mais as combinaes dos contatos A e D, se fechados simultaneamente, ou os contatos B e D, se fechados simultaneamente. Uma possvel soluo para o problema apresentada na Figura 5.29.


Exemplo 2

Nas Figuras 5.31 e 5.32 so apresentadas duas solues possveis para esse problema.

3.6 Circuitos de Auto-Reteno 3.6.1 Contatos "Selo" H situaes em que necessrio manter uma sada energizada, mesmo quando a entrada venha a ser desligada. Seja o seguinte problema: pretende-se controlar o funcionamento de um motor por meio de dois botes de presso A e B. Quando A for pressionado, o motor deve ser ligado e assim permanecer at que B seja pressionado, quando ento deve desligar. Neste exemplo o contato do boto s permanece fechado enquanto o operador o estiver pressionando, no entanto deseja-se que o motor continue ligado aps o boto ser solto. O circuito utilizado para essa finalidade chamado de "selo" ou trava (latch). Os "selos" so combinaes entre


elementos destinados a manter uma sada ligada, quando se utilizam botoeiras de presso (ou de contato momentneo). Um exemplo de circuito selo mostrado na Figura 5.36. Quando o boto A pressionado, vai fechar o contato A e a bobina Ql vai ser energizada. Esta vai fazer com que seus contatos associados tambm sejam comutados. Um contato NA da bobina de sada forma uma porta lgica OU com o contato da entrada A associada ao boto liga. Ento, mesmo que a entrada A venha a se abrir, a bobina de sada vai ser mantida energizada pelo seu contato auxiliar. Agora a nica maneira de desativar a bobina pela comutao do contato B, ou seja, pelo acionamento do boto desliga.

3.4.2 Instrues Set e Reset Outra maneira de fazer a auto-reteno de uma bobina pela instruo set. A instruo set liga uma sada e a mantm ligada mesmo que o contato da entrada deixe de conduzir. Para desligar a sada utilizada a instruo reset. A Figura 5.37 mostra um exemplo da utilizao dessas instrues na partida direta de um motor equivalente ao da Figura 5.36.


Agora a entrada B normalmente aberta, diferente do que era anteriormente, utilizando um contato selo. Os CLPs da Allen-Bradley (RSLogix500) no seguem esse padro. Denominam-se latch e unlatch as instrues equivalentes a set e reset respectivamente. Neste ponto necessrio prestar ateno para no confundir os termos "bobina com autoreteno" e "bobina retentiva". As bobinas retentivas so utilizadas para salvar o estado de variveis que precisam ser recuperadas aps o retomo da falha de alimentao. Por exemplo, aps o retomo da energia eltrica, um programa no CLP precisa saber as operaes que estavam ocorrendo quando a alimentao foi interrompida para poder reiniciar o sistema a partir de um certo ponto. As bobinas com auto-reteno so ativadas e desativadas pelas instrues set e reset respectivamente. As bobinas retentivas so aquelas capazes de se "lembrar" do estado em que se encontravam quando ocorreu uma queda de energia eltrica. Uma bobina de auto-reteno pode ou no ser retentiva. A Figura 5.38 mostra os diversos tipos mencionados de acordo com a norma IEC 61131-3.

Exemplo de uso: um alarme contra incndio possui trs entradas, uma em cada andar de um prdio. Se qualquer um deles for acionado, o alarme deve ser disparado e assim permanecer enquanto no for pressionado outro boto, localizado na central, que o faz silenciar. A soluo para este problema exibida na Figura 5.39.


3.4.3 Deteco de Eventos Aes impulsionais ou eventos so conceitos importantes. Existem situaes em que necessrio registrar no o estado da entrada, mas sim o instante em que essa entrada comuta. Um evento pode ser definido como uma varivel lgica que indica que o evento ocorreu (= 1) ou no ocorreu (=0). Por exemplo, o comportamento de um porto eletrnico comandado por um nico boto que tem a funo de abrir, fechar, parar, reverter etc. Para realizar! a ao necessria devemos saber duas coisas: em que estado est atualmente (fechado, fechando, abrindo, aberto etc.) e tambm se o boto foi pressionado ou no. Dependendo da combinao dessas duas informaes, ser tomada a ao necessria. Para deteco de eventos, normalmente utilizada uma tcnica conhecida como deteco de borda, ou seja, detectar o instante em que houve uma transio de um estado para outro. Assim, se o estado inicial era desligado e passou para ligado, a deteco desse evento chamada de "deteco de borda de subida". No caso contrrio, ou seja, a transio do estado ligado para o desligado, a deteco desse evento chamada de "deteco de borda de descida". A Figura 5.40 ilustra esses eventos.

Resumindo, Borda de subida marca o instante exato em que o nvel lgico do sinal mudou de 0 para1 e borda de descida marca o instante exato em que mudou de 1 para 0. Observe tambm que o evento uma ao impulsional, ou seja, s est disponvel por um nico ciclo de varredura. Existem duas formas de detectar um evento, sendo atravs de contatos que detectam impulsos colocados em srie com o contato a fim de perceber o evento ou pela colocao de uma bobina que detecta impulso na sada. O circuito da Figura 5.41 ilustra o primeiro caso. Ele funciona da seguinte maneira: ao ser fechado o contato A, estemconduz por um nico ciclo de varredura e, por conseqncia, a bobina L tambm energizada por um nico ciclo de varredura (mesmo que o contato A permanea fechado).


A Figura 5.42 mostra outra maneira de fazer o mesmo, s que agora utilizando bobina de deteco de impulso. A bobina L (do tipo detectora de impulso positivo) s fica energizada por um ciclo de varredura aps o contato A ter sido fechado.

Alguns CLPs possuem uam instruo prpria para essa finalidade. Na tabela 5.1 podem ser visualizadas as representaes de alguns fabricantes.


4 BLOCOS TEMPORIZADORES Os diagramas lgicos estudados nos captulos anteriores so teis para mostrar as relaes entre elementos de lgica combinacional, contudo so inadequados para modelarem os sistemas que evoluem em funo do tempo ou em funo de eventos externos. Por exemplo, um porto eletrnico comandado por um nico boto, que tem a funo de abrir, fechar e parar o porto. Fica evidente que apenas saber se o boto foi pressionado no suficiente para determinar a ao a ser tomada. Deve-se conhecer tambm em que estado se encontra o porto, se aberto, fechado, fechando, abrindo. exatamente isso que caracteriza um sistema sequencial, ou seja, a ao a ser tomada depende do estado atual e da entrada naquele instante. Este e os prximos captulos tratam de sistemas com essas caractersticas. Neste, discutiremos dois dos elementos essenciais para a evoluo de sistemas sequenciais, temporizadores e contadores. 4.1 Instruo Temporizador A instruo temporizador realiza a mesma funo do rel de tempo dos comandos eltricos. Geralmente so habilitados por contatos NA ou NF e, quando o valor do tempo decorrido se iguala ao valor prefixado, o temporizador energiza uma bobina interna que indica que j transcorreu o tempo pr-programado. Cada instruo de temporizao tem dois registros associados que devem armazenar o valor pr-selecionado e o valor acumulado. Esses registros so definidos da seguinte forma: Valor pr-selecionado (PT - Preset Time): deve ser definido pelo usurio; indica o intervalo de tempo desejado. Valor acumulado (ET - Elapsed Time): armazena o valor do tempo decorrido desde a habilitao do temporizador. O bloco de funo temporizador usado quando se deseja retardar ou manter um comando por um determinado tempo, os temporizadores so uns dos principais componentes de um CLP, atuando como cronmetros no sistema, medindo o tempo de ocorrncia dos eventos associados ao controle. A Tabela 8.3 descreve os tipos de dados do bloco temporizador, conforme a norma IEC 1131-3.


A base de tempo tambm pode variar de acordo com o controlador. Alguns permitem a seleo na instruo e outros mantm uma base de tempo fixa. Normalmente a base de tempo definida entre 0.01, 0.1 e 1 segundo. Existem trs instrues de temporizao na norma IEC 61131-3: TP (Pulse Timer): temporizador de pulso; TON (Timer On Delay): retardo para ligar; TOF (Timer Off Delay): retardo para desligar.

A Figura abaixo ilustra os trs temporizadores utilizados em lgica ladder.

4.2 Temporizador com retardo para ligar (TON - Timer On Delay) A temporizao comea quando o sinal na entrada IN vai para o nvel lgico 1. Quando isso ocorre, o registro que contm o valor acumulado ET incrementado segundo a base de tempo. Quando o valor ET for igual ao valor PT, pr-selecionado, a sada Q do bloco energizada. O diagrama de tempos correspondente pode ser visto na Figura 8.16.

Se a entrada for desativada antes de decorrido o tempo programado (PT), a temporizao para e o tempo acumulado (ET) reiniciado com o valor zero.


Abaixo a representao de tempo:

(1) Se IN torna-se "1", o tempo interno (ET) iniciado. (2) Se o tempo interno atinge o valor da PT, Q torna-se "1". (3) Se IN torna-se "0", Q torna-se "0" e do tempo interno para e redefine. (4) Se IN torna-se "0" antes do tempo interno atingiu o valor da PT, o tempo interno para e redefine sem Q ir para "1". Exemplo: desenvolva um programa de forma que o motor seja acionado 100 segundos aps ter sido pressionado um boto liga. preciso prever o desligamento atravs de um boto desliga. Soluo: com um controlado r o qual obedece norma IEC 61131-3

Para a descrio de funcionamento que segue, reporte-se Figura 8.17. O boto liga de contato momentneo, portanto devemos memorizar seu pressionamento. Isso feito atravs do rel auxiliar MEM_AUX1. O contato de MEM_AUX1 vai ligar o temporizador T20, que do tipo TON com retardo de 100 segundos. Quando tiver decorrido o tempo programado, a sada Q do bloco vai acionar o motor. O motor vai permanecer ligado at que o boto desliga (BTN_DESL) seja pressionado, quando ento a bobina do rel auxiliar MEM_AUX1 desativada (reset) e deixa de alimentar a entrada de T20 desligando o motor.


4.2 Temporizador de atraso para desligar (TOF - Timer Off Delay) A contagem do tempo comea quando a entrada IN passa de verdadeira para falsa (borda de descida) e a sada lgica Q permanece com nvel lgico 1 t que o tempo previamente programado se esgote. A Figura 8.23 apresenta o diagrama de tempos para esse tipo de temporizador.

Exemplo: faa uma partida direta de motor e coloque uma lgica de programao que impea o motor de partir duas vezes seguidas no perodo de cem segundos, utilizando um temporizador do tipo TOF. Soluo:

Uma possvel soluo vista na Figura 8.24. Inicialmente o temporizador T37 est desligado, portanto permite que a bobina que liga o motor seja energizada quando o boto liga pressionado. Aps o motor entrar em operao, o contato de T37 energizado, abrindo o circuito que leva at a bobina de set, e permanece assim por mais dez segundos aps o motor ter sido desligado. Abaixo a representao de tempo:


(1) Se IN torna-se "1", Q torna-se "1". (2) Se IN torna-se "0", o tempo interno (ET) ser iniciado. (3) Se o tempo interno atinge o valor da PT, Q torna-se "0". (4) Se IN torna-se "1", Q torna-se "1", e o tempo interno para / reposto. (5) Se IN torna-se "1" antes do tempo interno atingir o valor da PT, o tempo interno para e reposto sem Q voltar ao "0". 4.3 TP Temporizador de Pulso (Pulse Timer) O diagrama de tempos pode ser visto na Figura 8.14.

O funcionamento o seguinte: quando a entrada IN passa de falsa para verdadeira (borda de subida), a sada Q vai para o nvel lgico 1 e assim permanece at que se esgote o tempo programado (PT). Uma vez detectada a borda de subida na entrada IN, o tempo em que a sada permanece ligada fixo, independentemente de a entrada IN continuar ou no ligada. Note que as variaes na entrada IN s sero detectadas depois que o perodo de tempo atual estiver esgotado. Exemplo 2: um misturador deve ser ligado por dez segundos quando o usurio pressionar um boto de contato momentneo. Soluo


Abaixo segue a representao de tempo:

1) Se IN torna-se "1", Q torna-se "1" e o tempo interno (ET) iniciado. (2) Se o tempo interno atinge o valor da PT, Q torna-se "0" (independente da IN). (3) Se IN torna-se 0 aps o tempo interno atingir PT, o tempo interno ET tambm torna-se "0". (4) Se o tempo interno ainda no atingiu o valor da PT, no entanto, o tempo interno no afetado pela mudana de estado da IN. (5) Se o tempo interno atingiu o valor de PT e IN "0", o tempo interno para e reposto e Q torna-se "0". 5 BLOCOS CONTADORES 5.1 Instruo Contador Os contadores so blocos muito importantes porque na maioria das aplicaes os processos evoluem em funo de eventos internos, como, por exemplo, transcorrncia de um determinado tempo,

ou ainda, de eventos externos, como a contagem de um certo nmero de peas.

Existem trs tipos bsicos de contadores: crescente, decrescente e bidirecional.


5.2 Contador Crescente A Figura 8.1 mostra o formato do bloco de funo de um contador crescente da norma IEC 61131-3.

A Tabela 8.1 descreve os tipos de dados do contador crescente conforme a norma IEC 61131-3.

O bloco contador tem por funo a contagem de eventos, isto , transies falsas/verdadeiras na linha de controle. O valor do limite superior de contagem desejado fornecido entrada PV (Preset value). Quando a entrada CU detecta a mudana do nvel lgico 0 para o nvel 1 (borda de subida), o valor acumulado CV aumenta uma unidade. A sada binria Q ser energizada quando o valor acumulado CV for igual ou maior que o valor de PV. A entrada R (booleana) corresponde entrada de reincio de contagem (reset) do contador. Sempre que for a nvel lgico 1, faz com que o valor CV seja igual a zero. Essa entrada dominante; se estiver ativa, o valor de CV sempre ser zero. O diagrama de eventos mostrado na Figura 8.2.


5.3 Contador Decrescente O bloco funcional grfico correspondente ao contador decrescente (CTD), norma IEC61131-3, exibido na Figura 8.3.

A Tabela 8.2 descreve os tipos de dados do contador decrescente, de acordo com a norma IEC 61131-3.

Quando a entrada LD recebe um valor verdadeiro (nvel lgico 1), o valor presente em PV transferido para CV (CV = PV). A cada pulso recebido na entrada CD, o valor de CV diminudo uma unidade e a sada Q energizada (vai para o nvel lgico 1) quando o valor de CV for menor ou igual a zero (CV< = O). A Figura 8.4 apresenta o diagrama de eventos para o contador decrescente (CTD).


5.4 Contador Bidirecional Em alguns controladores a instruo de contador decrescente forma um par com a instruo de assim ilustrado contador um na crescente, contador Figura 8.5. obtendo bidirecional,

Esse contador equivalente reunio em um nico bloco de ambas as funes descritas anteriormente. Se for detectado um pulso na entrada de contagem crescente CU, o valor de CV ser aumentado uma unidade. Da mesma forma, se CD receber um pulso, o valor de CV ser diminudo uma unidade. A sada "limite superior" QU ativada quando o valor acumulado CV for igualou maior que o valor de PV. A sada "limite inferior" QD ativada quando o contador chega em zero. A Figura 8.6 ilustra o diagrama de eventos do contador bidirecional.

Exemplo: em uma loja deseja-se montar um contador automtico de parafusos, separando-os em centenas. O sistema composto de um reservatrio do tipo funil que contm os parafusos. Em sua extremidade mais fina h uma vlvula borboleta que, quando energizada, abre-se e permite a queda de


parafusos um a um, e tambm um sensor fotoeltrico que gera um pulso todas as vezes que um parafuso passa sua frente. Aps atingida a contagem de 100 parafusos a vlvula borboleta deve ser fechada. Elabore um programa em linguagem Ladder para atender a essa necessidade. Soluo: implementao em controlador que segue a norma IEC 61131-3. A implementao pode ser vista na Figura 8.7. No primeiro degrau, ao ser pressionado o boto liga, ativada a bobina da vlvula, que de auto-reteno (set). Quando o sensor fotoeltrico detecta a passagem de um parafuso, envia um sinal ao bloco contador CO que incrementa uma unidade ao valor de CV. Quando o valor de CV for igual ao valor pr-programado (PV), a sada Q do bloco ativada e vai desligar a vlvula, pelo acionamento da bobina de reset da vlvula.


6 BLOCOS CONVERSORES DE DADOS

A funo converte um valor de entrada de dados INT, UDINT, UINT, REAL TIME, BOOL, em uma sada do tipo INT, UDINT, UINT, REAL TIME, BOOL, BYTE ou WORD.

A converso necessria, pois devemos trabalhar para cada aplicao com o mesmo tipo de dados, ou quando necessitamos de valores especficos, exemplo: temos um registro com o tipo de dados em INT (inteiro) e necessitamos dividi-lo por dois, se este registro carregar o valor 3, o resultado da diviso em inteiro ser 1, pois em nmeros inteiros no possui casas decimais. A soluo converter os registros para o tipo de dados REAL.


7 BLOCOS COMPARADORES

A funo compara valores de entrada de dados INT, UDINT, UINT, REAL TIME, BOOL, em uma sada do tipo BOOL e acionada de acordo com a formula interna da funo. Segue abaixo a descrio dos parmetros possveis.

Os blocos podem ser expandidos, possibilitando assim mais entradas de comparao.

Acione o boto do mouse e arraste para expanso 7.1 EQ - Igual

Esta funo verifica as entradas para a igualdade, ou seja, a sada torna-se "1" se houver igualdade a todos os insumos, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo:

Formula OUT = 1, SE (IN1 = IN2) & (IN2 = IN3) & .. & (IN (n-1) = IN n).


7.2 GE Maior Que ou Igual

Esta funo verifica as entradas para a maior que ou igualdade, ou seja, a sada torna-se "1" se a entrada 1 for maior ou igual a entrada 2 ou se houver, a entrada 2 for maior que ou igual a entrada 3, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo: Formula OUT = 1, SE (IN1 IN2) & (IN2 IN3) & .. & (IN (n-1) IN n)

7.2 GT Maior Que

Esta funo verifica as entradas para a maior que, ou seja, a sada torna-se "1" se a entrada 1 for maior que a entrada 2 ou se houver, a entrada 2 for maior que a entrada 3, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo:

Formula OUT = 1, SE (IN1 > IN2) & (IN2 > IN3) & .. (IN (n-1) > IN n)

7.3 LE Menor Que ou Igual

Esta funo verifica as entradas para a menor que ou igualdade, ou seja, a sada torna-se "1" se a entrada 1 for menor ou igual a entrada 2 ou se houver, a entrada 2 for menor ou igual a entrada 3, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo:

Formula OUT = 1, SE (IN1 In2) & (IN2 In3) & .. & (IN (n-1) IN n )


7.4 LT Menor Que

Esta funo verifica as entradas para a menor que, ou seja, a sada torna-se "1" se a entrada 1 for menor que a entrada 2 ou se houver, a entrada 2 for menor que a entrada 3, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo:

Formula OUT = 1, SE (IN1 < IN2) & (IN2 < IN3) & .. & (IN (N-1) < IN n )

7.5 NE - Diferente

Esta funo verifica as entradas para a diferena, ou seja, a sada torna-se "1" se houver diferena nas entradas, caso contrrio, a sada permanece em "0".Os tipos de dados dos valores de entrada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado. A formula est representada abaixo:

Formula OUT = 1, SE IN1 < > IN2


8 BLOCOS MATEMTICOS 8.1 Funo Mover MOVE Esta uma funo genrica, ou seja, o tipo de dados a serem processados sero determinados pelo a varivel que foi designada para a funo. Os tipos de dados dos valores de entrada e sada devem ser idnticos. Esta funo no pode ser usada na programao LD (Ladder Diagram)

linguagem com o tipo de dados BOOL, uma vez que a mesma funcionalidade no pode ser alcanada com contatos e bobinas.

Formula OUT = IN

8.2 Funo Adio ADD

A funo soma os valores de entrada do grupo e atribui o resultado para a sada. Os tipos de dados de todos os valores de entrada e sada de valores devem ser idnticos. A funo est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente. O nmero de entradas pode ser aumentado para todas as funes, exceto em soma Horrio. EN e ENO pode ser configurado como parmetros adicionais. Formula INT, DINT, UINT, UDINT, REAL: OUT = IN1 + IN2 + .. Inn TIME: OUT = IN1 + IN2


8.3 Funo Subtrao SUB

A funo subtrai o valor no IN2 entrada do valor na entrada IN1 e atribui o resultado para a sada. Os tipos de dados dos valores de entrada e sada de valores devem ser idnticos. Para processamento de diferentes tipos de dados, existe uma funo especfica disponvel.

Formula OUT = IN1 - IN2 8.4 Funo Multiplicao MUL

A funo multiplica os valores de entrada e atribui o resultado para a sada.Os tipos de dados dos valores de entrada e sada de valores devem ser idnticos. Uma funo est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente.O nmero de entradas pode ser aumentado.

Formula OUT = IN1 x IN2 x .. x IN n

8.5 Funo Diviso DIV A funo divide o valor na entrada IN1 com o valor de entrada na IN2 e atribui o resultado para a sada. Os tipos de dados dos valores de entrada e os valores de sada devem ser idnticos. A funo especfica est disponvel para o processamento de cada tipo de dados diferente.

Formula OUT = IN1 IN2


9 INTRODUO A MALHA DE CONTROLE Tambm chamado de controle retroativo (realimentao ou feedback) necessita de informaes da sada do controlador atravs de elementos sensores ou transdutores, compara o sinal da sada com o set-point(referncia) e corrige a sada caso a mesma esteja desviando-se dos parmetros programados. No controle em malha fechada, informaes sobre como a sada de controle est evoluindo so utilizadas para determinar o sinal de controle que deve ser aplicado ao processo em um instante especfico. Isto feito a partir de uma realimentao da sada para a entrada. O diagrama bsico de um sistema de controle em malha-fechada mostrado na figura abaixo. Em geral, a fim de tornar o sistema mais preciso e de fazer com que ele reaja a perturbaes externas, o sinal de sada y comparado com um sinal de referncia r (chamado no jargo industrial de set-point) e o desvio (erro) e entre estes dois sinais utilizado para determinar o sinal de controle u que deve efetivamente ser aplicado ao processo. Assim, o sinal de controle determinado de forma a corrigir este desvio entre a sada e o sinal de referncia. O dispositivo que utiliza o sinal de erro para determinar ou calcular o sinal de controle a ser aplicado planta (sistema a ser controlado) P o controlador (ou compensador) C.

Diagrama de um sistema em malha-fechada Um exemplo uma geladeira. Em uma geladeira a temperatura interna medida e comparada com um valor de referncia pr-estabelecido pelo usurio. Caso a temperatura interna fique acima da temperatura pr-estabelecida (devido a temperatura externa ou a temperatura de algum alimento colocado na geladeira estar acima da temperatura interna), a geladeira acionada e a temperatura comea a abaixar. Quando a temperatura atinge o valor de referncia, o motor da geladeira desligado. Desta maneira, a temperatura da geladeira tende a ficar em torno da referncia.


10 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Franchi, Claiton Moro, Controladores Lgicos Programveis Sistemas Discretos / Claiton Moro Franchi, Valter Lus Arlindo de Camargo. 2. Ed. So Paulo: rica, 2009. http://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_de_malha_fechada, acesso 30/04/2011, 20:50. Concept IEC block libraryPart: IEC, 840 USE 494 00 eng Version 2.5

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Apostila Curso Plc Rev2012