Capitulo 002 - Controladores Logicos - Clube Da Eletronica

Clube da eletrnica Automao e Controle

O Controlador Lgico Programvel Autor: Clodoaldo Silva Reviso: 11jun2011.

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Parte 02 O Controlador Lgico Programvel

2.0 Introduo: Para controlar uma planta industrial, seja a mais simples ou complexa, necessitamos de um sistema de

controle, obviamente que quanto mais complexa mais se exige deste controle. Porm, a idia do sistema de

controle bastante simples e pode ser dividida em trs partes:

Entradas, que so responsveis pela coleta de informaes; Dispositivo controlador, que manipula as informaes atravs de um software previamente

embutido; e

Sadas que so responsveis pela ao.

Figura 2.1 - Sistema de controle

Descrio de cada bloco:

Entradas: So os sensores analgicos ou digitais. So os responsveis por alimentar o controle com as informaes externas.

Os sensores digitais captam e enviam aos controladores variveis discretas, tais como ligado/desligado ou alto/baixo, enquanto os analgicos captam e enviam aos controladores

variveis com uma faixa contnua, tais como presso, temperatura, vazo ou nvel.

Controlador: Recebe informaes do estado o estado real da planta atravs de uma rede de sensores ligados a ele, ento ele compara com um algoritmo de controle, previamente embutido no

controlador, que atualiza suas sadas.

Sadas: So os atuadores, dispositivos com finalidade de provocar uma ao. Os atuadores mais comuns so as vlvulas e os motores.



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O operador atravs de um sistema de superviso interage com o controlador e consequentemente com a

planta atravs dos parmetros de controle. O sistema de superviso monitora todo o processo gerando

relatrios e grficos de tendncia extremamente teis para melhorias do processo industrial.

2.1 Controlador lgico programvel o controlador mais utilizado em sistemas de controle e, portanto, na automao alm de ser a ideia central

deste trabalho. Tambm conhecido como CLP (Controlador Lgico Programvel) ou PLC (Programmable Logic Controller). Sua funo como o prprio nome diz controlar a planta ou processo atravs de um algoritmo lgico programado. Desse modo, sinais de entrada provenientes de sensores so logicamente

combinados gerando sinais de sada para os atuadores. De maneira simplificada, podemos dizer que o CLP

o crebro da automao e controle.

Antes, quando um operrio novo era contratado para uma linha de montagem, algum que j conhecia o

servio o instrua, ou seja, dizia a ele tudo o que ele devia fazer, ele armazenava as informaes e realizava

o trabalho facilmente. Hoje, no diferente, porm, o operrio uma mquina automatizada e quem tem

que dizer ela o que fazer o programador. No mbito industrial, quem recebe as instrues o CLP, e

este, assim como o operrio se no for bem instrudo, no executar bem sua funo.

2.2 Definies de CLP

A ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) define o CLP como:

Um equipamento eletrnico digital com hardware e software compatveis com

aplicaes industriais

A NEMA (National Electrical Manufactures Association), diz que:

um aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria programvel para

armazenar internamente instrues e para implementar funes especficas, tais

como lgica seqencial, temporizao, contagem e aritmtica, controlando, por meio

de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de mquinas ou processos.

2.3 Breve histrico No passado, mudar uma linha de montagem demorava muito tempo, e tempo dinheiro. A necessidade de

mudana constante em linhas de produo obrigou a indstria, em especial a automobilstica a procurar

uma soluo vivel para este problema.

Foi em 1969, que sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi introduzido na linha de montagem da

General Motor nos EUA um dispositivo capaz de sequenciador estados.



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Na dcada de 70, graas a evoluo da eletrnica digital, o CLP ganhou alguns blocos com funes

prontas, como temporizadores, contadores, movimentao de dados, controle de PID entre outros, o que

facilitou bastante sua programao.

Nascia assim, um equipamento bastante verstil e de fcil utilizao, que vem se aprimorando

constantemente, diversificando e modernizando cada vez mais os processos industriais.

2.4 Princpio de funcionamento

O CLP funciona de forma sequencial, ou seja, faz um ciclo de varredura em seus estados (chamasse de

estado as etapas do processo). importante observar que quando cada estado do ciclo executado, os

outros ficam inativos. O tempo total para realizar o ciclo denominado clock. Isso justifica a exigncia de

processadores com velocidades cada vez mais altas. O diagrama de blocos abaixo ilustra de forma

simplificada o funcionamento do CLP.

Figura 2.2 Princpio de funcionamento do CLP

Descrio de cada bloco:

Incio: Verifica o funcionamento do controlador CPU, memrias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existncia de um programa de usurio e emite aviso de erro em caso de falha. Desativa

todas as sadas.

Verifica o estado das entradas: L cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo chamado de ciclo de varredura.

Compara com o programa do usurio: Compara as entradas com um algoritmo embutido e envia as informaes s sadas.

Atualiza as sadas: As sadas so acionadas ou desativadas conforme a determinao do programa do usurio. Um novo ciclo iniciado.

2.5 Principais caractersticas do CLP Os controladores lgicos programveis vieram para ficar, sua vantagem em relao ao outros controladores

no ambiente industrial inegvel, e as razes para este sucesso so inmeras, citaremos algumas:



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So robustos, construdo para operar no cho de fbrica, rea extremamente susceptvel a interferncias, local onde microcontroladores no so muitos bem quistos.

Linguagem de programao grfica, de alto nvel, de fcil compreenso principalmente por conhecedores de esquemas eltricos.

Reduz significativamente a fiao utilizada na instalao eltrica, barateando o custo de instalao.

Modificaes rpidas minimizam a possibilidade de erros, pois se muda a lgica, sem mudar a instalao o que muito til devido flexibilidade da indstria moderna.

Possui uma infinidade de blocos prontos para o uso, evitando que o programador tenha de desenvolver algoritmos para funes como: temporizar, contar, calcular etc.

Fcil comunicao permite, atravs de interfaces de operao que controladores e computadores troquem informaes.

2.6 Arquitetura dos controladores lgicos programveis Os controladores lgicos so constitudos por fisicamente por entradas, processamento e sadas. Vejamos,

a funo de cada uma delas.

Figura 2.3 Arquitetura bsica do CLP

Entradas (I) Os controladores lgicos programveis, assim como o crebro humano, necessita receber informaes de um determinado ambiente. Para receber estas informaes estes

equipamentos so dotados de entradas fsicas que podem ser analgicas e/ou digitais.



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Processamento Uma vez coletado os dados, estes devem ser processados a fim de que realizem uma determinada operao. Na unidade de processamento est gravado o firmware, que

o software do proprietrio e controla diretamente o hardware.

Sadas (O) Uma vez que as informaes foram coletadas e processadas, uma atitude deve ser tomada, ou seja, um sinal eltrico que pode ser analgico ou digital ser enviado a sada.

Outros itens podem ser incorporados agregando valor ao sistema de controle so eles:

Interface Homem Mquina (IHM) o elo de ligao entre o operador e a mquina, a parte mais amigvel, ou seja, de fcil uso permitido ao operador alterar entradas e/ou sadas do sistema

ela ser local ou remota dependendo da necessidade.

Sistemas supervisrios uma interface grfica que permite ao usurio o coletar, monitorar e interagir com seu sistema em tempo real. usado onde h necessidade contnua de:

Verificao do estado operacional da mquina; Coletar valores de variveis de processo; Gerar relatrios e grficos de tendncia, etc.

Em tempo, vale lembrar que, definir bem o que so entradas e sadas crucial para poder

programar o CLP.

2.7 Dispositivos de mquina O CLP sozinho no faz nada, ele deve estar ligado a outros dispositivos capazes de coletar informaes

(sensores) e dispositivos capazes de atuar (atuadores) s assim sistema ser completo.

2.7.1 Dispositivos de entrada Sensores Hoje, dispositivos de alta tecnologia so capazes de substituir os sentidos humanos como, viso, audio,

tato, olfato e paladar. Quanto maior a capacidade de sentir da automao, maior sua inteligncia com isso

mais independente do homem.

Alimentar as entradas do CLP com as informaes coletadas pelos sensores e transdutores no ambiente

crucial, s assim o mesmo poder process-las. Os sensores analgicos ou digitais so sem dvida o brao

direito da automao, estes dispositivos que podem ser desde uma simples chave ao mais sofisticado

sensor so ligados s entradas do CLP.



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2.7.1.1- Entradas discretas e analgicas Como o prprio nome diz um controle digital, ou seja, controla eventos discretos, porm, se adicionados a

ele conversores A/D e D/A, ele se torna um equipamento completo capaz de controlar tanto variveis

discretas como analgicas.

Discretas: So entradas que recebem informaes em forma de pulsos eltricos 0 ou 1 no h um valor intermedirio. Os sensores mais usados para esse fim so os:

Mecnicos: So sensores que operam de forma mecnica, ou seja, necessita contato. No importa o material.

Magnticos: So sensores que operam com campo magntico, detectam apenas magnetos.

Indutivos: So sensores que operam com campo eletro-magntico, portanto detectam apenas materiais ferromagnticos.

Capacitivos: So sensores que operam com o principio de capacitncia, detectam todos os tipos de materiais.

pticos: So sensores que operam com emisso de luz, estes detectam todos os tipos de materiais.

Ultra-snicos: So sensores que operam com emisso e reflexo de um feixe de ondas acsticas. A sada comuta quando este feixe refletido ou interrompido pelo material a ser

detectado.

Pneumticos: So sensores que se baseiam no desequilbrio da presso em uma determinada conexo do sensor. A sada comuta quando um jato de ar atravs do mesmo

alterado pela presena de um objeto.

Analgicas: Recebem informaes de forma contnua, estas so convertidas em digitais para fins de processamento e enviadas s sadas. Os elementos responsveis pelo envio desta informao

ao CLP so dispositivos transdutores, ou seja, dispositivos que tem a finalidade de converter

grandezas fsicas em sinais eltricos. A maioria dos casos os sensores analgicos fornecem sinais

de 0 a 10V, 0 a 5V ou 4 a 20mA, sendo o ltimo o mais utilizado na automao. Assim, as maiorias

dos controladores esto preparados para receber este tipo de sinal. Entre muitos transdutores,

podemos citar:

Strain gauge: um transdutor capaz de medir deformaes de corpos. Quando um material deformado sua resistncia eltrica alterada, a frao de mudana na

resistncia proporcional a frao de mudana no comprimento do material.

Termopar: Possui uma juno de dois fios metlicos com coeficientes trmicos diferentes unidos. A tenso gerada proporcional diferena na temperatura entre estas

junes.



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2.7.2 - Dispositivo de Sada Atuadores essencial em qualquer sistema, sua funo agir diretamente no processo, de acordo com sinais

recebidos do controlador. A correta escolha do atuador depende do tipo de ao necessria, vejamos

alguns atuadores:

Pneumticos: Um sistema pneumtico utilizado quando se precisa de fora. Este tipo normalmente empregado em sistemas onde se requer altas velocidades nos movimentos, com

pouco controle sobre o posicionamento final, em aplicaes onde o torque exigido relativamente

baixo. O acionamento feito por intermdio de eletrovlvulas que regulam o fluxo de ar no sistema.

Em alguns processos contnuos, a vlvula capaz de regular a vazo do fluido (lquido, gs ou

vapor) que passa pela tubulao.

Hidrulicos: So utilizados em sistemas onde h a necessidade de maior torque, como o caso de mquinas de grande porte, na forma de pistes ou motores hidrulicos. Apresentam alto

desempenho e baixa manuteno. Assim como no caso dos pneumticos, comandado por

eletrovlvulas que controlam o fluxo de leo do sistema.

Eltricos: So largamente utilizados em aplicaes industriais, como bombas, vlvulas de controle, eixos de mquina-ferramenta, articulaes de robs, esteiras, entre outros. Como atuadores deste

tipo esto os motores eltricos.

Um motor eltrico um dispositivo que transforma energia eltrica em energia mecnica, em geral energia cintica, ou seja, a simples energia eltrica, seja contnua ou alternada, garante

movimento em um eixo, que pode ser aproveitado de diversas maneiras dependendo da

aplicao do motor. Entre os tipos de motor, destaca-se:

a) Motor de passo Utilizado em mquinas que necessitam de preciso nos movimentos. O motor de passo se comporta diferente de outros motores DC. Primeiramente ele no pode

girar livremente quando alimentado, mas o faz em passos discretos. Para isto h a

necessidade de um circuito lgico responsvel em converter sinais de passo e de direo

em comandos para os enrolamentos do motor.

b) Motor de corrente contnua utilizado em mquinas que necessitam de velocidade e preciso, substituindo em muitos casos o motor de passo. Apresenta baixa relao

peso/potncia e baixo nvel de rudo.

c) Motor de corrente alternada utilizado onde se requer velocidade fixa e em altas potncias, sua grande vantagem que no necessita de drivers, adapta-se facilmente a

qualquer mquina, alm de baixo custo.

Os controladores lgicos so essenciais a lgica de controle, ele ser o crebro do sistema automatizado

enquanto que as entradas sero seus sentidos e a sadas suas aes.



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Em tempo, devemos lembrar que as entradas e sadas fsicas do CLP no devem estar ligadas diretamente

aos dispositivos de mquina, elas devem ser isoladas, ou seja, h necessidade de interfaces adequadas,

para que no danifique o CLP, em caso de possveis anomalias.

Uma vez conhecida a estrutura do CLP, deve-se conhecer a linguagens de programao, estas so

normalizadas e so descritas em seguida.

A ao nem sempre traz felicidade, mas no h felicidade sem ao.

Benjamin Disraeli

www.clubedaeletronica.com.br

Referncias bibliogrficas: http://www.plcopen.org/pages/tc1_standards/iec_1131_or_61131/ http://www.cpdee.ufmg.br/~carmela/NORMA%20IEC%201131.doc http://www.software.rockwell.com/corporate/reference/Iec1131/ http://www.plcopen.org/ http://www.lme.usp.br/~fonseca/psi2562%20aula%206%20IHM.pdf http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18133/tde-11072002-085859/ http://www.redenet.edu.br/publicacoes/arquivos/20080108_144615_INDU-058.pdf http://www.corradi.junior.nom.br/modCLP.pdf http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Download/DownloadFiles/

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