UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA Centro de Tecnologia Departamento de Eletromecnica e Sistemas de Potncia Geomar Machado Martins Agosto de 2007 Revisado em Maro de 2012 Princpios de Automao Industrial ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 2APRESENTAO AdisciplinaPrincpiosdeAutomaoIndustrial,ofertadaespecificamenteparao curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal de Santa Maria, tem por objetivos:-Compreendereaplicarumtratamentointrodutriodateoriadaautomaoaplicada transmissodesinaisdeinformao,comatenocomunicaodesinaisanalgicose digitais. Otextoqueseguefoielaboradocomafinalidadedeservirdesuporteparaesta disciplinaesurgiudapesquisadeumasriedefontes,entreelas:aliteraturatcnica especializada,materiaiscoletadosnainternet,dediversasfonteseautores,aosquais agradecemos a iniciativa de compartilhamento e universalizao do conhecimento sem fins lucrativos,denotasdecursosrealizadosedepesquisasemartigosdarea,conforme indicados nas referncias bibliogrficas de cada unidade. Esteummaterialquesofrerfrequentesatualizaes,emfunodaconstante evoluotecnolgicanareadaAutomaoIndustrial,almdoque,oprpriotextopode contereventuais erros, para os quais pedimos a colaborao dosestudanteseprofissionais queeventualmentefizeremusodomesmo,enviandoaoautorumacomunicaosobreas falhas detectadas. Alguns projetos experimentais includos no texto referem-se a trabalhos executados peloautor,juntamentecomosestudantesnoslaboratriosdocursodeengenhariaeltrica da Universidade Federal de Santa Maria. Gostaria de agradecer a colaborao das mais diversas pessoas e organismos que de alguma forma contribuem para a o desenvolvimento desta disciplina, entre elas destacando-seostcnicosZulmar,FernandoMartins,AnacletoBrondani,MarcusMolina,quese empenharam no desenvolvimento e finalizao dos mdulos didticos. Aos alunos Adriane Dutra,JooVictorBaghettiFuchs,FernandoKonzen,DiogodeVargas,ThiagoDoleski, LeandroNeis,LuisGustavoBraun,pelatutoriadadisciplina.Acoordenaodocursode EngenhariaEltricaeachefiadoDeptodeEletromecnicaeSistemasdePotncia,aos funcionrios do laboratrio Nupedee, aos grupo de pesquisa, entre outros, que colaboram para a melhoria desta disciplina. Santa Maria, 05 de Maro de 2012. Geomar Machado Martins ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 3SUMRIO 1.Introduo Engenharia de Automao 1.1Histrico e definio da automao 5 1.2A automao nas atividades humanas5 1.3A automao no meio produtivo5 1.4Caractersticas e conceitos da automao industrial6 1.5Componentes bsicos da automao6 1.6Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais10 1.7Tipos de controle na automao10 1.8Aspectos gerais da automao11 1.9Arquitetura da automao industrial12 1.10A viso crtica ao automatizar processos15 1.11 Tendncias da automao16 1.12O mercado atual da automao no Brasil16 2.Controlador Lgico Programvel - CLP 2.1Introduo18 2.2Histrico18 2.3Caractersticas e vantagens21 2.4Aplicaes22 2.5Constituio de um CLP23 2.6Estrutura de programao28 2.7Aspectos de software29 2.8Linguagens de programao30 2.9Terminologia30 2.10O micro-CLP35 2.11Consideraes de projeto35 3.Lgica e Linguagem de Programao 3.1Introduo37 3.2Programao de CLPs39 3.3Anlise das linguagens de programao41 3.4Normalizao42 3.5Linguagem de Rels e Blocos (Ladder)43 3.6Desenvolvimento do Programa Ladder47 3.7Associao de Contatos no Laddere Lgica Combinacional 51 3.8.Sistemas Combinatrios59 3.9Minimizao por Mapa de Karnaugh66 3.10Outros circuitos combinacionais68 4.Sistemas Sequenciais 4.1Circuitos biestveis, Flip-Flops e Latches 75 4.2Contadores81 4.3Temporizadores 86 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 44.4Instrues Booleanas de comparao94 4.5Instruo Positive Differential101 4.6Registrador de deslocamento101 4.7Instrues Aritmticas104 4.8Outras instrues da linguagem Ladder104 5.Entradas e Sadas Analgicas 5.1Introduo106 5.2Entradas analgicas106 5.3Sadas analgicas116 5.4Sensores e Atuadores119 6.Controle Contnuo 6.1Introduo123 6.2Controle de sistemas com atuadores lgicos123 6.3Controle de sistemas com atuadores contnuos124 6.4Aplicao da funo PID em lgica Ladder127 7.Interface Homem-Mquina 7.1Introduo129 7.2IHM via www com CLP132 7.3Especificao da IHM133 7.4Aplicao da Interface Homem-Mquina OP05/06133 8.Noes de Sistemas Supervisrios 8.1Introduo136 8.2Caractersticas do software supervisrio137 8.4Sistemas SCADA138 8.4Componentes fsicos de um sistema supervisrio139 8.5Componentes lgicos de um sistema SCADA 141 8.6Camadas fsicas de um sistemas de superviso141 8.7Planejamento do sistema supervisrio145 8.8Modos de comunicao145 8.9Aplicao do supervisrio Elipse E3147 9.Noes de Redes Locais 9.1Introduo150 9.2Meio fsico150 9.3Protocolos de comunicao151 9.4Estrutura das redes de comunicao152 9.5Mtodos de acesso ao meio154 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 5UNIDADE I Introduo Engenharia de Automao 1.1Histrico e definio da automao Etimologia:Da palavra Automation (1960), buscava enfatizar a participao do computador no controle automtico industrial. Definio atual: Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em favordaseguranadaspessoas,daqualidadedosprodutos,rapidezdaproduoouda reduo de custos, assim aperfeioando os complexos objetivos das indstrias, dos servios ou bem estar (Moraes e Castrucci, 2007). 1.2A automao nas atividades humanas Criada para facilitar a realizao das mais diversas atividades humanas, a automao pode ser observada: Nasresidncias:naslavadorasderoupasedelouasautomticas;nosmicroondas;nos controles remotos de portes de garagem, etc.Narua:noscaixasdebancosautomticos;noscontroladoresdevelocidadesde automoveis; nos trens do metr; nos cartes de crdito, etc.No trabalho: nos registradores de ponto automtico; nos robs industriais; no recebimento dematria-primaatravsdeumsistemaautomticodetransportedecarga;na armazenagemdoprodutofinalnumdepsitoautomatizado;nocontroledequalidade atravs de sistemas de medio e aferio; no controle de temperatura ambiente ou de uma coluna de fracionamento de petrleo; nos sistemas de combate incndios, etc.No lazer: em mquinas automticas de refrigerantes ; em esteiras automticas de academia; nos aparelhos de reproduo de vdeo ou DVD players; nos videogames, etc. 1.3A automao no meio produtivo O processo industrial constitui-se na aplicao do trabalho e do capital para transformar amatria-primaembensdeproduoeconsumo,pormeiosetcnicasdecontrole, obtendo valor agregado ao produto, atingindo o objetivo do negcio. Processo Industrial Contnuo: Quando a maioria das variveis de controle manipulada so na forma contnua, ou analgica. (Indstria Qumica, farmacutica...) ProcessoIndustrial Discreto: Quandoamaioria das variveis de controlemanipulada na forma discreta ou digital. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 61.4Caractersticas e conceitos da automao industrial AAutomaoumconceitoeumconjuntodetcnicaspormeiodasquaisse constroemsistemasativoscapazesdeatuarcomeficinciatimapelousodeinformaes recebidas do meio sobre o qual atuam. Na Automao Industrial se renem trs grandes reas da engenharia: 1.Amecnica,atravsdasmquinasquepossibilitamtransformarmatriasprimasem produtos acabados. 2.Aengenhariaeltricaquedisponibilizaosmotores,seusacionamentoseaeletrnica indispensvel para o controle e automao das malhas de produo; 3.Ainformticaqueatravsdasarquiteturasdebancosdedadoseredesdecomunicao permitem disponibilizar as informaes a todos os nveis de uma empresa. Assim, a automao, to presente nas atividades humanas, est presente tambm nos processos industriais, com o mesmo objetivo bsico, que facilitar os processos produtivos, permitindo produzir bens com : menor custo;maior quantidade;menor tempo;maior qualidade.Olhandoporesteaspecto,vemosqueaautomaoestintimamenteligadaaos sistemas de qualidade, pois ela que garante a manutenode uma produo semprecom asmesmascaractersticasecomaltaprodutividade,visandoatenderoclientenummenor prazo, com preo competitivo e com um produto de qualidade. Pensandonomeioambiente,observa-setambmqueaautomaopodegarantiro cumprimentodasnovasnormasambientais,atravsdesistemasdecontroledeefluentes (lquidos que sobram de um processo industrial), emisso de gases, possibilidade de uso de materiais limpos, reciclagem, etc. Portanto,aautomaotempapeldemuitaimportncianasobrevivnciadas indstrias,poisgaranteamelhoriadoprocessoprodutivoepossibilitaacompetionesse mercado globalizado, onde o concorrente mais prximo pode estar do outro lado do mundo. 1.5Componentes bsicos da automao Sistemasautomatizadosso,algumasvezes,extremamentecomplexos,porm,ao observarsuaspartesnota-sequeseussubsistemaspossuemcaractersticascomunsede simplesentendimento.Assim,formalmente,umsistemaautomatizadopossuiosseguintes componentes bsicos: sensoriamento;comparao e controle;ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 7atuao. Exemplo 1 - Um aqurio e a temperatura de sua gua. Num aqurio deve-se manter a gua em torno da temperatura ambiente (25C). No necessrio ser muito rigoroso sendo que a temperatura pode variar de 23 a 28C. Nota-se que a temperatura da gua pode variar e deve ser ajustada de acordo com a necessidade. Considere o esquema a seguir: Figura 1.1 Controle de temperatura automatizado em um aqurio. Nesteexemplopodemseridentificadososcomponentesbsicosdaautomao (processo, sensor, atuador, controle e distrbio): -O processo (aqurio), que requer o controle da temperatura.-O sensor de temperatura, constitudo pelo termmetro de mercrio;-O controlador, estabelecido pelo acoplamento de um sistema mecnico de ajuste ao termmetro.Estesistemamecnicomovimentaumcontatometlicoaolongodo corpodotermmetro.Elepermiteaocontrolador,fazerumacomparaocomum valor pr-ajustado (ponto de ajuste) e tomar a deciso de ligar ou desligar o atuador (resistncia), mantendo a temperatura dentro de um limite considerado aceitvel.-Odistrbiorepresentadopelascondiesexternasquepodeminfluenciarna temperatura da gua. A temperatura do ambiente externo influencia diretamente no controle, determinando uma condio diferente de atuao no processo. -Oatuadorformadopeloreleltricoearesistncia.Quandoodeslocamentodo mercrio alcana o ponto de ajuste, um contato eltrico fechado, sendo ele ligado aorelque,usandoaalimentaodarede,desligaaresistnciaresponsvelpelo aquecimento da gua. Ento, em forma de diagrama, nesse sistema temos: ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 8 Figura 1.2 Diagrama em blocos do controle do processo. Observa-sequeexisteumainflunciadaaodeaquecimentodaguanovalor medidopelosensordetemperatura.Esteciclofechadochamadodemalhafechadade controle, ou sistema de realimentao, no qual a sada do sistema influencia diretamente na situao de sua entrada.Emalgunsprocessos,noexistearealimentao,isto,aaodoatuador comandada pelo controlador no observada por um sensor que realimenta o sistema. Um exemplo tpico o de uma mquina de lavar roupa, que por no possuir um sensor de roupa limpa, funciona em um ciclo aberto de controle, chamado de malha aberta. O controle apresentado neste exemplo no possui preciso, isto , nada garante que atemperaturapermaneaexatamentenopontoajustado,ouquefiqueoscilandoemtorno dovalorajustado.EstetipodecontrolechamadodeLiga/Desliga(ouON/OFF).O atuador(resistncia)permaneceemdoisestadosbemdefinidos(nenhumacorrente= desligado e mxima corrente = ligado). considerado ento um controle descontnuo. A quantidade de informaes e conceitos que podem ser retirados de um sistema to simples como esse muito grande, sendo que elas resumem os conhecimentos necessrios para o entendimento de um sistema automatizado. Exemplo 2-Um tanque de combustvel e seu nvel. Neste caso, pode-se abordar duas situaes de controle automatizado: Mediodescontnua:paragarantirseguranaevitandootransbordamentoou esvaziamento abaixo de determinada posio mnima. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 9Amediodescontnuanormalmentefeitaporsensoresdotipochavecomdois estados,ativoounoativo.Considerandoumcontatoeltrico,essepoderestaraberto (possibilitando passagem de corrente) ou fechado (impedindo a passagem de corrente). Figura 1.3 Controle de nvel de lquido em um tanque. Medio contnua: para determinar a quantidade de combustvel armazenado. Almdosistemadeseguranamostradoanteriormente,tem-seanecessidadede determinaraquantidadearmazenadadeumcertocombustveldentrodestetanque.Nesse casonecessrioempregarummedidorque"observe"continuamenteasvariaesda altura da coluna lquida no interior do tanque. Este medidor deve fornecer um sinal de sada contnuo, proporcional altura do tanque. Tendoovalordaalturadadapelomedidoreconhecendoacapacidadedotanque dadapeloformatodoprpriotanque,possvelcalcularaquantidadedecombustveldo tanque para cada condio de nvel. Figura 1.4 Controle com transmissor de nvel ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 10 Observando os exemplos acima, conclui-se que possvel ter sensores descontnuos (Liga/Desliga)econtnuos(chamadosanalgicos).Aescolhadotipodemediovai dependerdoquesepretendenaautomao.Nocasodotanque,osdoiscontrolespodem estar presentes, cada um cuidando de sua parte no controle do sistema como um todo. 1.6Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais Em automao tem se tornado necessrio classificar os sistemas em funo de suas ocorrnciasmaiscomunseimportncia.Almdossistemasdinmicosacionadospelo tempo,exemplotpicodosfenmenosqumicos,fsicos,trmicos,regidosporequaes diferenciais, tambm aparecem em grande quantidade os sistemas de chaveamento manual, automtico, as manufaturas, as filas de servios, etc, que so acionados por eventos, e no soregidosporequaesdiferenciais.Estesltimossoconhecidoscomosistemas dinmicosaeventosdiscretos(SEDs)esosistemascujaevoluodecorreunicamente de eventos instantneos, repetitivos ou espordicos. 1.7Tipos de controle na automao Pode-se classificar o controle em dois grandes grupos: 1.7.1Controle Dinmico Ocontroledinmicoprocuraestabelecerocomportamentoestticoedinmicodos sistemas fsicos, tornando-os mais obedientes aos operadores e mais imunes s perturbaes dentro de certos limites. Utilizamedidasdassadasdosistemaafimdemelhoraroseudesempenho operacional, atravs de realimentao. Possuiumincalculvelpodertecnolgico,permitindooaperfeioamentode processos, aumento de velocidade e preciso.caractersticodaautomaoindustrialdecontroledeprocessos(automao contnua), sendo tradicionalmente empregado o controle do tipo P + I + D (proporcional + integral + derivativo), entre outras escolhas. Este ser visto em detalhes na seo 6.1. Exemplo de aplicao: controle de temperatura de um aqurio. 1.7.2Controle Lgico ou Controle de Eventos ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 11 O Controle lgico complementa os sistemas lgicos permitindo que eles respondam a eventos externos ou internos de acordo com novas regras que so desejveis de um ponto de vista utilitrio. Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binrios e operaes no-lineareseseapresentanaformadecircuitos(eltricos,hidrulicos,pneumticos,etc)de redeslgicascombinatrias(semmemriasoutemporizaes)cujosprojetosso construdoscomlgebrabooleana(descreve,analisaesimplificaasredescomauxliode TabelasdaVerdadeeDiagramasderels)ouemredesseqenciais(commemria, temporizadores e entrada de sinais em instantes aleatrios) cujo projeto utiliza a teoria dos autmatos finitos, redes de Petri, cadeias de Markov ou em simulaes por computador. caracterstico da automao industrial de manufatura (automao discreta). Exemplo de aplicao: botes de segurana de uma prensa de alavanca. Figura 1.5 Exemplo de aplicao de controle lgico Osdoistiposdecontrole(dinmicoelgico)soempregadosempropores extremamentevariveis,conformeoprocesso,emisturam-senoscontroladoreslgicos programveis (CLPs) e PCs. Noentanto,asteoriasdocontroledinmicoedocontrolelgicodesenvolvem-se independentesumadaoutra.Ocontroledinmicobuscaevitarainstabilidadedosistema, enquantoocontrolelgicoprocuraevitaroconflitoouaparadatotaldaevoluodos sinais. 1.8Aspectos gerais da automao A automao resulta de diversas necessidades da industria: maior nvel de qualidade dosprodutos, maiorflexibilidade de modelos parao mercado,menores custos e perdas de ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 12 materiais e de energia, mais disponibilidadee qualidade da informao sobre o processo e melhor planejamento e controle da produo. Segundoograudecomplexidadeemeiosderealizaofsica,aautomao industrial pode ser classificada em: Automaes especializadas (menor complexidade) Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Automaes Industriais de mbito local(mdia complexidade) Automaes especializadas (menor complexidade) Empregamicroprocessadorescomprogramaonormalmenteemlinguagemde mquina e memrias do tipo ROM. Ex.:automaointernaaosaparelhoseletrnicos,telefones,eletrodomsticos, automveis. Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Utiliza programao comercial e cientfica em software de tempo real. Ex.: Controladores de vos nos aeroportos, controle metrovirio, sistemas militares. Automaes Industriais e de servios de mbito local (mdia complexidade) Baseia-se no uso dos CLPs isolados ou em redes. Ex.:Transportadores,processosqumicos,trmicos,gerenciadoresdeenergiaede edifcios. Correspondegrandemaioriadasaplicaesexistentes,sendoesteofocoda disciplina. 1.9Arquitetura da automao industrial A Figura 1.6 mostra os nveis hierrquicos de um processo de automao industrial, representado pela conhecida Pirmide de Automao. Paracadanvelestassociadoumformatodecomunicaodadosquepodeser diferir daquele adotado para a comunicao entre nveis. NabasedapirmideapareceoControladorLgicoProgramvel,responsvelpor acionar as mquinas, motores e outros processos produtivos. Notopodapirmide,destaca-seainformatizaoligadaaosetorcorporativoda empresa. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 13 Figura 1.6 - Diviso Hierrquica de um Processo de Automao Industrial Nvel 1: Cho de fbrica(Mquinas, dispositivos e componentes) Na base da pirmide tem-se o nvel responsvel pelas ligaesfsicasda rede ou o nveldeE/S.Nestenvelencontram-seossensoresdiscretos,asbombas,asvlvulas,os contatores, os CLPs e os blocos de E/S. O principal objetivo o de transferir dados entre o processoeosistemadecontrole.Estesdadospodemserbinriosouanalgicosea comunicaopodeserfeitahorizontalmente(entreosdispositivosdecampo)e verticalmente,emdireoaonvelsuperior.nestenvel,comumentereferenciadocomo cho de fbrica, que as redes industriais tm provocado grandes revolues.Ex.: linha de montagem e mquina de embalagens.

Figura 1.7-Nivel cho de fbrica. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 14 Nvel 2: Superviso e Controle(IHMs) onveldoscontroladoresdigitais,dinmicoselgicosedealgumtipode superviso associada ao processo.Concentra as informaes sobre o nvel 1. Ex.: Sala de superviso. Figura 1.8 Nvel do controle. Nvel 3: Controle do Processo Produtivo Permiteocontroledaplanta,sendoconstitudoporbancosdedadoscom informaesdosndicesdequalidadedaproduo,relatrioseestatsticasdeprocesso, ndices de produtividade e etc. Ex.:avaliaoecontroledaqualidadeemprocessoalimentcioesupervisode laminadores. Nvel 4: Controle e Logstica dos Suprimentos o nvel responsvel pela programao e pelo planejamento da produo. Ex.: controle de suprimentos e estoques em funo da sazonalidade. Nvel 5: Gerenciamento Corporativo o nvel responsvel pela administrao dos recursos da empresa. Do ponto de vista da comunicao das informaes, no topo da pirmide encontra-seonveldeinformaodarede(gerenciamento).Estenvelgerenciadoporum computadorcentralqueprocessaoescalonamentodaproduodaplantaepermite operaes de monitoramento estatstico da planta sendo implementado, na sua maioria, por softwares gerenciais/corporativos.ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 15 No nvel imediatamente abaixo, localiza-se a rede central, a qual incorpora os DCSs (Sistemas de Controle Discreto) e PCs. A informao trafega em tempo real para garantir a atualizao dos dados nos softwares que realizam a superviso da aplicao. Umadasdificuldadesdosprimeirosprocessosdeautomaoindustrialbaseava-se noilhamentodasinformaesdentrodoseurespectivonveldapirmide.Poucas informaesfluamdonveldesupervisoecontroleparaonveldecontrolediscretoe praticamentenenhumainformaofluaparaotopodapirmide,ondeseencontramos softwaresdegerenciamentodaempresa.Nosprojetosdeautomaomodernosas informaesfluementretodasascamadas.Estacaractersticatoimportanteparaas indstrias,hojeemdia,quemuitasdelasestoatualizandosuasplantasindustriais,ou incorporando novas tecnologias em sistemas antigos (conhecido por RETROFIT). 1.10A viso crtica ao automatizar processos As principais motivaes para a automao de um processo industrial so a reduo docusto, a melhoria da qualidadedo produto e a realizao de tarefas que so danosas ao serhumano(tarefasrepetitivasouqueexigemgrandeesforofsico,ambientesperigosos ou insalubres). Quase sempre os dois primeiros motivos so os que movem os processos de automao. A automao capaz de manter o homem no domnio da situao no que se refere produo industrial, porm numa posio mais confortvel.Ohomem,nessasituao,necessitacadavezmaisusaroseucrebroecadavez menosseusmsculos.Pormessamudanafazcomqueosprofissionaisnecessitemcada vezmaisseespecializar,buscandocompetnciasparaodesenvolvimentodesuas atividades.Areconverso,isto,aadaptaoanovospostosdetrabalhoeaqualificao profissional so condies primordiais. EmboraaautomaosejaumprocessoirreversvelnasociedadeeofatorcustoX benefcio,calcadonoaumentodolucrodasempresas,ograndedefinidordoempregoda tecnologia,fundamentalqueempresrioseengenheirostenhamumavisodas conseqncias sociais que um processo de automao pode trazer: A automao quase sempre gera desemprego; A automao requer um profissional cada vez mais qualificado; Empasesemdesenvolvimentoogovernonopossuiumainfra-estruturapara atender a populao desfavorecida; O sonho propalado da automao era que ela traria melhor qualidade de vida para toda a sociedade, reduzindo a carga horria de trabalho para possibilitar ao ser humano um convvio mais harmonioso entre si e a natureza. Este sonho tem se esbarrado na boca voraz docapitalismoselvagemqueinfelizmente,semaforadeumgovernoforte,incapazde dividir as riquezas acumuladas para o bem de toda a sociedade. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 16 Opapeldeprepararessenovoprofissionaldasescolasquedevecontarcomo apoio das indstrias, porm com a velocidade que ocorrem as mudanas tecnolgicas, no permitido ao profissional estar sempre num ambiente escolar para sua preparao. Ento, o que fazer? Aconclusoquesechegaqueoprofissionalcadavezmaisterqueseauto-desenvolver,provendooseuprprioconhecimento,nosnareatecnolgica,mas tambmemoutrasreas,demodomaisamplo,como:economia,sociologia,comrcio exterior, qualidade, relaes humanas, meio ambiente, etc.Cabeaoengenheiroeaosempresriosavisocrticadiantedosprocessosde automao.Maisimportantedoqueretardarumprocessoinevitveltalvezsejacriar condies para que o bem final possa ser melhor repartido entre todos. 1.11Tendncias da automao Tecnologia Wireless: de lenta, cara e insegura tornou-se mais rpida e econmica.

Chips de menor capacidade residiro inteligncia diretamente em sensores e atuadores softwares sero parte do produto. Controles baseados em PLC ou PC sero obsoletos e caros. A propriedade da soluo tecnolgica ser medida em meses em vez de anos Sistemasmicroeletromecnicosserousadosparaminiaturizarsensores,atuadores, motores, engrenagens displays para equipamentos digitais. 1.12O mercado atual da automao no Brasil ConformedadosdaABINEE,vistosnastabelasabaixo,ofaturamentodareada automao industrial cresceu cerca de 25% no perodo entre o primeiro semestre de 2006 e o de 2007. As exportaes neste perodo chegaram a US$ 132 milhes e um mercado em expanso,aocontrriodeoutros,comoocasodastelecomunicaesqueretraicercade 21% no perodo pesquisado. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 17 Fonte: Revista Abinee Agosto/2007 Fonte: Revista Abinee Agosto/2007 Bibliografia do Captulo Moraes e Castrucci, Engenharia de Automao Industrial, livro. Editora LTC, So Paulo, 2007. WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/ WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 18 UNIDADE II Controlador Lgico Programvel - CLP 2.1Introduo AntesdosurgimentodosControladoresLgicosProgramveis(CLPs),astarefas decomandoecontroledemquinaseprocessosindustriaiseramfeitasporrels eletromagnticos,especialmenteprojetadosparaestefim.Ocontrolebaseadoemrels exigiamodificaesnafiao,nocasodealteraesnoprocessoautomatizado,eem muitoscasosissosetornavainvivel,sendomaisbaratosubstituirtodoopainelporum novo. OCLPrevolucionouoscomandosecontrolesindustriaisdesdeseusurgimentona dcada de 70. 2.2Histrico O primeiro CLP surgiu na indstria automobilstica americana at ento um usurio em potencial dos rels eletromagnticos utilizados para controlar operaes seqenciadas e repetitivasnumalinhademontagem,especificamentenaHydromicDivisiondaGeneral Motors, em 1968, devido a grande dificuldade existente para alterar-se a lgica de controle de painis de comando a cada mudana na linha de montagem. Estas mudanas implicavam altos gastos de tempo e dinheiro.Sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificao que refletiaossentimentosdemuitosusuriosderels,nosdaindstriaautomobilstica comodetodaaindstriamanufatureira.Osprimeiroscontroladoressurgirambaseados numa especificao resumida a seguir:Facilidade de programao; Facilidade de manuteno com conceito plug-in; Alta confiabilidade; Dimenses menores que painis de Rels, para reduo de custos; Envio de dados para processamento centralizado; Preo competitivo; Expanso em mdulos; Mnimo de 4000 palavras na memria. Agrandevantagemdoscontroladoresprogramveiseraapossibilidadede reprogramao,permitindotransferirasmodificaesdehardwareemmodificaesde software. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 19 Nascia,assim,aindstriadecontroladoresprogramveis,hojecomummercado mundialestimadoem4bilhesdedlaresanuais,equenoBrasilestimadoem50 milhes de dlares anuais (dados de 2005). Com o sucesso do uso dos CLPs na indstria, a demanda por novas funes e maior capacidade aumentou consideravelmente. Evoluo AprimeirageraodeCLPsutilizavacomponentesdiscretoscomotransistorese circuitos integrados (CIs) com baixa escala de integrao. Apartirdadcadade70,osequipamentoscresceramempoderdeprocessamento, nmerodeentradasesadas(I/O),enovasfunesforamincorporadas.Aindausavam lgicadiscretaeseramempregadosnaindstria,poiseramcarosparaoutrasaplicaes (p. ex. automao predial). O advento do microprocessador (ainda na dcada de 70) permitiu a diminuio nos custosetamanhodoscontroladoreseelespassaramasechamarControladoresLgicos Programveis (CLPs), com o aumento do poder de processamento e confiabilidade. Na dcada de 80, surgiram as redes locais para comunicao de dados entre CLPs e entre estes e os computadores(Morais e Castrucci, 2001). AtendnciaatualautilizaodepequenosCLPscontrolandoprocessoslocaise comunicando-secomoutrosCLPseoutrossistemassupervisriosdescentralizando-seo processo industrial. Assim, evita-se que uma pane interrompa toda a planta. Comadiminuiodoscustos,osCLPspassaramaserempregadosemoutros campos como a automao predial (controle de iluminao, alarme, ambincia: ventilao, temperaturae umidade,etc.).Nos pases desenvolvidos, a automao residencial desponta como uma aplicao para pequenos CLPs, esbarrando nos custos e na previso de fiao e tubulao adequada. Neste caso, a comunicao pode ser feita via rdio ou usando a prpria rede eltrica (que uma tendncia forte para os prximos anos). Conclui-sequedesdeoseuaparecimentoathoje,muitacoisaevoluiunos controladoreslgicos.Estaevoluoestligadadiretamenteaodesenvolvimento tecnolgico da informtica em suas caractersticas de software e de hardware. Oquenoseusurgimentoeraexecutadocomcomponentesdiscretos,hojeutiliza microprocessadoresemicrocontroladoresdeltimagerao,usandotcnicasde processamento paralelo, inteligncia artificial, redes de comunicao, fieldbus, etc. Atrecentementenohavianenhumapadronizaoentrefabricantes,apesarda maioriautilizarasmesmasnormasconstrutivas.Porm,pelomenosnonveldesoftware aplicativo,oscontroladoresprogramveispodemsetornarcompatveiscomaadooda ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 20 normaIEC1131-3,queprevapadronizaodalinguagemdeprogramaoesua portabilidade.Outranovidadequeestsendoincorporadapeloscontroladoresprogramveiso fieldbus (barramento decampo), que surgiu como uma proposta de padronizao de sinais aonveldecho-de-fbrica.Estebarramentodiminuisensivelmenteonmerode condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores, alm de propiciar a distribuio da inteligncia por todo o processo.HojeosCLPsoferecemumconsidervelnmerodebenefciosparaaplicaes industriais,quepodemresultaremeconomiaqueexcedeocustodoCLPedevemser considerados na seleo de um dispositivo de controle industrial.Linha do Tempo 4Dcadade60-aumentodecompetitividadenaindustria,melhoriadaslinhasde produo. 41968 Diviso Hydramatic (GM) define especificaes de projeto para um PLC. 41969BedfordAssociates(Modicon)desenvolveprimeiroPLC,chamado MODICON 084. Dick Morley considerado o pai do PLC. Figura 2.1 O CLP Modicon 084 e Dick Morley 41972 - PLCs incorporam funes de Temporizao e Contagem. 41973-The"084"melhoradoere-introduzidocomo"184".Aforadetrabalho aumentoude80para170empregadoseasvendasatingemUS$5million.So introduzidas:OperaesAritmticas,manipulaodedadosecomunicaocom computadores. 41974 - Comunicao com Interfaces Homem-Mquina. 41975 - Modicon lana o "284", o primeiro controlador com um microprocessador e controle distribudo e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle contnuo (PID).Maior capacidade de memria. 41979-CompanhiaintroduzModbus,aprimeirarededecomunicaesindustrial, permitindoointerfaceamentodecomputadoresecontroladores.Graasasua confiabilidade, Modbus se torna um padro industrial. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 21 41979/1980MdulosdeI/Oremotos,mdulosinteligentesecontrolede posicionamento. 41981 Comunicao em rede. 41982 Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs. 4Anos90socorreumagradualreduoemnovosprotocoloseamodernizaodas camadas fisicasdos protocolos mais populares dos anos 80. 41993introduzidoopadrointernacionalIEC1131-3comafinalidadede unificar as linguagens de programao dos PLCs. 42000-criadaaAutomaoWebparasupervisoremotadeprocessoscom produoautomatizada.AsoluointegraPLCseoutroscomponentesemuma arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web. 2.3Caractersticas e vantagens Basicamente,umControladorLgicoProgramvelapresentaasseguintes caractersticas: hardwaree/oudispositivodecontroledefcilerpidaprogramaoou reprogramao, com a mnima interrupo da produo; capacidade de operao em ambiente industrial; sinalizadores de estado e mdulos tipo plug-in de fcil manuteno e substituio; hardware ocupando espao reduzido e apresentando baixo consumo de energia; possibilidade de monitorao do estado e operao do processo ou sistema, atravs da comunicao com computadores; compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e sada; capacidadedealimentar,deformacontnuaouchaveada,cargasqueconsomem correntes de at 2 A; hardwaredecontrolequepermiteaexpansodosdiversostiposdemdulos,de acordo com a necessidade; custodecompraeinstalaocompetitivoemrelaoaossistemasdecontrole convencionais; possibilidade de expanso da capacidade de memria; conexo com outros CLPs atravs de rede de comunicao. Deacordocom(Natale,2003,p.11),oCLPumcomputadorcomasmesmas caractersticasconhecidasdocomputadorpessoal,porm,[utilizado]emumaaplicao dedicada[...]naautomaodeprocessosemgeral,enocomandonumrico computadorizado (CNC) realiza a automao da manufatura. Definio segundo a ABNTOCLP um equipamento eletrnico digitalcomhardware e software compatveis com aplicaes industriais. Definio segundo a Nema (National Electrical Manufactures Association) ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 22 Aparelhoeletrnicodigitalqueutilizaumamemriaprogramvelpara armazenamentointernodeinstruesparaimplementaesespecficas,comolgica, seqenciamento,temporizao,contagemearitmtica,paracontrolar,atravsdemdulos de entradas e sadas, vrios tipos de mquinas ou processos. UmCLPumequipamentoeletrnicodigitalquetemporobjetivoimplementar funes especficas de controle e monitorao sobre variveis de uma mquina ou processo.Deformageral,oscontroladoreslgicosprogramveis(CLPs)soequipamentos eletrnicosdeltimagerao,utilizadosemsistemasdeautomaoflexvel.Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lgica para acionamento das sadas em funo dasentradas.Destaforma,pode-seutilizarinmerospontosdeentradadesinalpara controlar pontos de sada de sinal (cargas). AsvantagensdautilizaodosCLP's,comparadosaosoutrosdispositivosde controle industrial, so: menor espao ocupado; menor Potncia eltrica requerida; reutilizao; programvel: maior confiabilidade; fcil manuteno; maior flexibilidade; permiteinterfaceatravsderededecomunicaocomoutrosCLPse microcomputadores; projeto mais rpido. Todosestesaspectosmostramaevoluodatecnologia,tantodehardwarequanto de software, o que permite acesso a um maior nmero de pessoas nos projetos de aplicao de controladores programveis e na sua programao. Porm, conforme Georgini (2000): Constantesatualizaesdosprodutosagregamvaloresereduzemocustodassolues baseadasemPLCs,oqueexigedoprofissionalumaatualizaocontnuaporintermdio de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a internet uma tima opo.2.4Aplicaes Ocontroladorprogramvelautomatizaprocessosindustriais,deseqenciamento, intertravamento, controle de processos, batelada, etc.Este equipamento tem seu uso na rea de automao da manufatura e de processos contnuos. Praticamente no existem ramos de aplicaes industriais onde no se possa aplicar os CPs. Por exemplo: ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 23 mquinas industriais (operatrizes, injetoras de plstico, txteis, calados); equipamentos industriais para processos ( siderurgia, papel e celulose, petroqumica, qumica, alimentao, minerao, etc); equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga); controledeprocessoscomrealizaodesinalizao,intertravamentoecontrole PID; aquisio de dados de superviso em: fbricas, prdios inteligentes, etc; bancadas de teste automtico de componentes industriais. Com a tendncia dos CLPs terem baixo custo, muita inteligncia, facilidade de uso emassificaodasaplicaes,esteequipamentopodeserutilizadonosprocessosenos produtos. Poderemosencontr-loemprodutos eletrodomsticos, eletrnicos,residenciais e veculos. 2.5Constituio de um CLP UmCLPconstitudopormdulosdeentradaedesada(hardware)ondeas funesdisponveispodemserprogramadasemumamemriainterna(software),atravs de uma linguagem de programao que possui um padro internacional chamado IEC 1131-3,umafontedealimentaoeumaCPU(UnidadeCentraldeProcessamento).Cada unidade que compe um CLP responsvel pelo seu funcionamento. Figura 2.2 Constituio de um CLP AsconfiguraesoferecidaspelosdiversosfabricantesdeCLPspodemser divididas em duas formas bsicas: a) Compacta onde a CPU e todosos mdulos de entrada e sada (E/S) esto nomesmo rack.UmCLPdestetipopodeatendercercade80%dasaplicaesdeautomaomais comuns. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 24 b)ModularondeaCPUecadaumdosmdulosdeE/Sseencontramseparadoseso montados de acordo com a configurao exigida. Figura 2.3 Aspecto fsico de um CLP modular Odiagramadeblocosabaixorepresentaaestruturabsicadeumcontrolador programvelcomtodososseuscomponentes.Soestescomponentesqueirodefinira configurao do CLP. 2.5.1CPU SegundoMoraese Castrucci (p.31, 2001), a CPU responsvel pelaexecuodo programa dousurio,atualizao damemriadedados ememria-imagem das entradas e sadas.InicialmentecomasegundageraodeCLP(barramentodedados,endereoe controle), a CPU era constituda por um microcontrolador. A opo por microcontroladores baseava-sepelocusto-benefcio,facilidadedemanuseio,etambmpelabaixa complexidadedossoftwares.ComexceodosCLPsdepequenoporte,emgeral,eles apresentam um microprocessador na forma de um CI dedicado. ACPU o crebro do sistema. Atualmente, constituda por microprocessadorou microcontrolador de 8, 16 ou 32 bits e, em CPs maiores, um co-processador adicional para aumentaracapacidadede processamentoem clculos complexos comaritmtica de ponto flutuante,umamemriaRAMeumamemriaFlashEPROMouE2PROM(parabackup do programa). A maioria dos fabricantes de CPs especificam os tempos de varredura como funo dotamanhodoprograma(p.ex.10ms/1kdeprograma),esituam-senafaixade0,310 ms/k, caracterizando a existncia de CPs rpidos e lentos. 2.5.2Memrias As memrias podem ser divididas em dois grupos conforme a funo: Memria de Dados: tambm conhecida como memria de rascunho. Serve para armazenar temporariamente os estados de E/S, marcadores de presets de temporizadores/contadores e valores digitais para que a CPU possa processa-los. A cada ciclo de varredura a memria de dados atualizada. Geralmente uma memria do tipo RAM. MemriadeUsurio:serveparaarmazenarasinstruesdosoftwareaplicativoedo usurio(programasquecontrolamamquinaouaoperaodoprocesso),queso ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 25 continuamenteexecutadospelaCPU.PodesermemriaRAM,EPROM,NVRAMou FLASH-EPROM. 2.5.3Terminal de Programao (TP) Podeseroutrocomputadordedicadousadoparaelaborarosprogramasquesero usados no CLP.Emgeral,usa-seumcomputadorpessoal(PC)comumsoftwareemuladordoTP dedicado. 2.5.4Interface Homem-Mquina (IHM) responsvel pela comunicao do operador com o sistema para atuar em variveis do processo (tais como temperatura, presso, etc.) sem que se interfira com o programa ou que se entenda ele. ExisteumaenormegamadeIHMs:displaysdeumaoudezenasdelinhasou grficos, de acordo com a aplicao e necessidade. 2.5.5Portas de Comunicao (TER e AUX) Permitem a comunicao da CPU com o TP (TER) e da CPU com a IHM (AUX). 2.5.6Interface para Comunicao em Rede PermiteacomunicaodoCLPcomoutrosCLPsecomumPC.colocadano lugar de um dos mdulos de E/S ou em uma parte especfica da CPU. Otipodeinterfaceeocaboutilizadoirodefiniropadrofsicoeoprotocolode rede. Ex.: MPI ou PPI (point to point), MODEBUS, FIELDBUS, PROFIBUS. ComunicaoSerial:amaiscomumenteutilizadaefeitautilizando-sesimples cabos de par tranado. Os padres mais utilizados so o RS232C, loop de corrente 20 mA e o RS-422/RS-485 em alguns casos. RS-232C: empregada para velocidades de transmisso de at 20k baud (bits/s) e distncia mxima de 15 metros, que se utilizada com modems, pode ser aumentada. RS-422/RS-485:umaversomelhoradadopadroRS-232C.Elapossibilitaoemprego develocidadesdetransmissodeat100kbaudparadistnciasdeat1200m,podendo alcanar velocidades da ordem de Mbaud para distncias menores. Loop de Corrente 20 mA: idntica RS232C, e como baseada em nveis de correntes ao invs de tenses, permite o emprego de distncias bem maiores.Muitos CLPs oferecem ambos os padres: RS-232C e loop de corrente. 2.5.7Blocos de Entrada/Sada Soresponsveispelaaquisiodedadosdevariveisdoprocessoeacionamento de dispositivos fsicos como rels, sinalizadores, etc. O acesso a esta interface pode ocorrer por bornes, blocos de bornes ou cabos e conectores. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 26 AsentradasesadasdeumCLPpodemserdivididasemduascategorias:as analgicasedigitais.NafiguraabaixosoilustradosestesdoismodelosdeinterfacesI/O (Daher, 2003).

Figura 2.4 - Interfaces de I/O digitais e analgicas. Naentrada,omduloaceitaastensesusuaisdecomando(24Vcc,110/220Vca) que chegam e as transforma em tenses de nvel lgico aceitos pela CPU.As entradas analgicas so referentes aos dispositivos que trabalham com grandezas analgicas,comoporexemplo,temperatura,umidaderelativa,presso,entreoutras.Para queaCPUtrabalhecomessesvaloresanalgicosnecessrioqueessasentradassejam convertidas usando conversores A/D (analgico para digital). Omdulodesadacomutaastensesdecontrolefornecidas,necessriaspara acionar vrios dispositivos conectados. Oisolamentofeitoatravsdeopto-acopladoresoutransformadores(isolamento galvnico). As entradas e sadas so organizadas por tipos e funes, e agrupadas em grupos de 2,4,8,16eat32pontos(oucircuitos)porinterface(cartoeletrnico)deE/S.Os cartessonormalmentedotipodeencaixee,configurveis,deformaapossibilitaruma combinao adequada de pontos de E/S, digitais e analgicas. AquantidademximadepontosdeE/S,disponveisnomercadodeCPs,pode variarde16a8192pontosnormalmente,oquecaracterizaaexistnciadepequenos, mdios e grandes CPs. 2.5.8Fonte de alimentao A alimentao de energia do CLP utiliza uma fonte chaveada e uma nica tenso de sadade24V.Essevalorjutilizadocomafinalidadedealimentarosmdulosde entradaesadadedadoseaCPUaomesmotempo.Outracaractersticaimportanteque normalmenteasmquinasindustriais,funcionamcomessatensoporserbemmenos suscetvelarudos.Outropontodestacvel,queessatensojcompatvelcomo sistema de comunicao RS-232. Comofoivisto,oCLPformadoporumafontedealimentao,umaCPU,e interfaces de I/O, porm pode-se consider-lo como uma pequena caixa contendo centenas oumilharesderelsseparados,taiscomocontadores,temporizadoreselocaisde armazenamentodedados,conformeodiagramadafigura2.5(SilvaFilho,2000).Na ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 27 verdade o que ocorre que o CLP simula essas funcionalidades, utilizando os registradores internos da CPU, Figura 2.5 - Funcionalidades de um CLP. onde: Rels de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo. Existem fisicamente erecebemsinaisdeinterruptores,sensoresetc.Normalmentenosorelsesim transistoresmunidosdeisolamentoptico.NocasodoCLPTP-02daWEG Automao, o smbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de rel a letra X; Relsdeutilidadeinterna(contatos):Norecebemsinaisdomundoexternoeno existemfisicamente.Sorelssimuladosquepermitemeliminarrelsdeentrada externos(fsicos).Tambmhalgunsrelsespeciaisqueservemparaexecutars uma tarefa, como rels de pulso, temporizadores etc. Outros so acionados somente uma vez durante o tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente so usados para inicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o smbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de rel a letra C; Contadores (Counters): Estes no existem fisicamente. So contadores simulados e podemserprogramadosparacontarpulsos.Normalmente,estescontadorespodem contarparacima(incrementar),ouabaixo(decrementar),ouambos.Considerando quesosimulados,oscontadoresestolimitadosnavelocidadedecontagem. Algunsfabricantestambmincluemcontadoresdealtavelocidadebaseadosem hardware, podendo ser considerados como fisicamente existentes. Temporizadores (Timers): Estes tambm no existem fisicamente. O mais comum o tipo com Retardo no Ligamento. Outros incluem Retardo no desligamento e tipos retentivos e no-retentivos. Os incrementos variam de um mili-segundo at um segundo; Rels de sada: Estes possuem conexo com o mundo externo e existem fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenides, luzes, etc., podem ser transistores, Rels ou Triacs, dependendo do modelo de CLP. No caso do CLP TP-02, o smbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de rel a letra Y; ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 28 Armazenamento de dados: Normalmente h registros designados simplesmente para armazenar dados. Eles so usados como armazenamento temporrio para manipulao matemtica ou de dados. Podem ser usados quando houver ausncia de energia no CLP. 2.5.9Classificao Embora uma classificao de CLPs devesse levar em conta a combinao de vrios aspectostaiscomonmerodepontosdeE/S,capacidadedememria,comunicao, recursosdesoftwareeprogramao,etc.,parapropsitosprticos,pode-seconsiderara seguinteclassificao:MicroeMiniCLPs,CLPsdepequenoporte,CLPsdemdio porte e CLPs de grande porte.

Uma classificao, em funo do nmero de E/S, aceita, apresentada na tabela 2.1. Tabela 2.1 Classificao dos CLPs PORTENo. de PONTOS Micro+/- 20 Mini+/- 180 Pequeno+/- 400 MdioAt 3000 GrandeAcima de 3000 ConsiderandoumCLPdotipocompacto,umaconfiguraomnimaparao equipamento poderia ser a seguinte: 16 entradas digitais, 12 a 16 sadas digitais, 8 entradas analgicas, 1 a 2 sadas analgicas, 4 entradas de contagem de baixa velocidade (500 Hz), 2 contadores de 10 a 40 kHz, centenas de memrias (flags), contadores e temporizadores. 2.5.10Especificao AespecificaodeumCLPpodeserfeitaemfunodonmerodesensorese atuadores necessrios. Ainda deve-se conhecer o nvel eltrico dos sinais envolvidos, tanto na entrada como na sada. 2.6Estrutura de Programao OprincpiodefuncionamentodeumCLPsemelhanteaodetodosistema microprocessado, baseando-se em trs passos: Com a partida, o CLP executa as seguintes tarefas: 1.)Transfere os sinais existentes na interface de entrada para a memria de dados (RAM). 2.)Inicia a varredura do software aplicativo armazenando-o na memria de dados. Dentro deste ciclo, executar todas as operaes queestavamprogramadas no sofware aplicativo, comointertravamentos,habilitaodetemporizadores/contadores,armazenagemdedados processados na memria de dados, etc... ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 29 3.)Concludaavarreduradosoftwareaplicativo,oCPtransfereosdadosprocessados (resultados das operaes lgicas) para a interface de sada. Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada iro alimentar a memria de dados. A figura 2.6 ilustra o ciclo de operao de um CLP (Silva Filho, 2000). Figura 2.6 Ciclo de processamento Oprogramacompletoparaocontroledosistemaarmazenadoemumareade memriadenominadaProgramadoUsurio.Divide-seoprogramaemparteschamadas Blocos. Os Blocos podem ser identificados por letras e nmeros. Usa-se uma linguagem de programao regulamentada pela norma IEC 1131-3, que permite escrever o programa em cinco representaes diferentes, que sero vistos a seguir. 2.7Aspectos de Software Alm do nmero de pontos de E/S, o que determina a utilizao de um CLP so os recursosdesoftwaredisponveis,ouseja,quaisfunespodemserexecutadas.Todosos CLPs possuem as seguintes funes bsicas de software: - Lgica E, OU e XOR; - SET e RESET; - Temporizao e contagem; - Clculos com aritmtica bsica (+, -, x, %); - Parnteses (para associao de lgicas); - Comparao de valores; - Registrador de deslocamento; - Salto. Estas funes so detalhadas no captulo 4. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 30 AmedidaqueosCLPstemsuacapacidadedeprocessamentoaumentada,surgea necessidade de funes de software mais avanadas, tais como: - Clculos com ponto flutuante; - Clculos integrais e trigonomtricos; - Malha de controle PID; - Posicionamento; - Contagem rpida; - Leitura de sinais analgicos; - Linearizao de sinais analgicos; - Lgica fuzzy; - Outros. Algumas destas funes so abordadas no captulo 5. 2.8Linguagens de Programao A programao traduz as funes a serem executadas. Para isso, ela deve ser a mais simplespossvel.Alinguagemdeprogramaobaseadanamemotcnica,eatravsde umalinguagemespecfica,queusaabreviaes,figurasenmeros,setornaacessvela todos os nveis tecnolgicos, principalmente aos tcnicos e engenheiros (lgica de rels). Hoje,alinguagemdeprogramaopadronizadasegundoanormaIEC1131-3 (estabelecidaem1993)evisaatendertantoosconhecimentosdapocadorel,ditos comandoseltricos,ondeossistemaseramautomatizadosfazendo-seusodestes,comoos conhecimentosdaeradigital,ondeossistemassoautomatizadosusando-seCLPs.No primeirocaso,adequa-searepresentaodalinguagempelosdiagramasdecontatos,eno segundo,arepresentaopelosdiagramaslgicosdatecnologiadigital,ouaindaa representao matemtica. Existemdiferentesformasderepresentaoparaamesmalinguagemequeso detalhadas na seo 3.2, desta apostila: 2.9Terminologia AlinguagemdeprogramaodosCLPsconsistedeumconjuntodetermos comumente usados, cujo entendimento se faz necessrio e que so descritos a seguir. Sensor Um sensor um dispositivo que converte uma condio fsica em um sinal eltrico parausopeloCLP.OssensoressoconectadosnaentradadeumCP.Ex.:umbototipo pushbuttonconectadonaentradadoCLPenviaumsinaleltricoindicandoacondio (aberto/fechado) de seus contatos. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 31 Figura 2.7 Exemplo de um sensor lgico. Atuador OatuadorconverteumsinaleltricoprovenientedoCLPemumacondiofsica. Os atuadores so conectados na sada do CLP. Ex.: uma chave de partida de motor eltrico conectadanasadadoCLPirpartiroupararomotor,conformeosinalenviadoparaa sada do CLP. Figura 2.8 Exemplo de um atuador. Entrada Discreta Tambmreferidacomoentradadigital,umaentradaquepossuiduascondies: ligada ou desligada.Exemplos:pushbuttons,chavesfim-de-curso,chavesseletoras,pressostatos,chave denvel,contatosderels,chaveslimitadorasechavesdeproximidadepodemser conectadas s entradas discretas do CLP. Na condio fechada ou ligada, a entrada pode ser referidacomonvellgico1(um)oualto.Nasituaoabertaoudesligada,estaentrada pode ser referida como nvel lgico 0 (zero) ou baixo.ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 32 Figura 2.9 Representao de diversos tipos de contato nas entradas do CLP. Noexemplodafigura2.10usa-seumachavetipopushbuttoncomoscontatos normalmente abertos - NA (ou em ingls Normally Open NO). Um dos lados da chave conectado na primeira entrada do CLP e o outro lado conectado em uma fonte de 24 Vcc. No estado aberto, no existe tenso presente na entrada do CLP, caracterizando a condio desligado.Quandoachavepressionada,aplica-se24VccnaentradadoCLP, caracterizando a condio ligado. Figura 2.10 Funcionamento de uma chave tipo pushbutton. Entrada Analgica Caracteriza-seporumsinalcontnuoaplicadonaentrada.Valorestpicospodem variar de 0 a 20 mA ou 0 a 10 V. Ex.: um transmissor de nvel monitora o nvel de lquido em um tanque. Dependendo de sua condio, o nvel deve ser informado ao CLP atravs de um sinal proporcional variao do lquido. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 33 Figura 2.11 Exemplo de Entrada Analgica Entreossensoresquepodemseraplicadosestoostransdutoresdetensoe corrente, temperatura, presso, potencimetros e etc. Normalmente, os CLPs do tipo compacto possuem um ou dois circuitos conversores Analgico/Digital,A/D,eumdeterminadonmerodecanaisdeentrada(4,8ou16) multiplexado.Deve-seconfiguraraentrada,informandoqualocanalaserlidoequetipo desinaleltricoqueusadonaentrada.Ossinaiseltricospadronizadosapresentamum dos formatos, vistos na tabela 2.2. Tabela 2.2 Formato dos sinais analgicos padronizados Tipo de SinalValor mnimoValor mximo Tenso010 V Corrente020 mA Corrente420 mA Em ambiente industrial, prefere-se o terceiro padro, em funo da possibilidade de rompimentodocaboqueconduzosinaldesdeopontoondeestinstaladoosensorato CLP. Figura 2.12 Aplicao de entrada analgica Sada Discreta umasadaquepodeassumirduascondies:ligadaoudesligada.Solenides, bobinascontatoras,alarmes,sinaleiros,bobinasderels,contactoraselmpadasso exemplos de atuadores conectados a uma sada discreta ou digital. No exemplo abaixo, uma lmpada pode ser ligada ou desligada pela sada do CLP qual est conectada. Grandeza Fisica SensorTransdutor EA CLPd = 50 m ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 34 Figura 2.13 Exemplo de uma sada discreta AssadasdigitaisdosCLPspodemseapresentarsobduasformas:sadasrele sadas transistor.Nassadasrelsdeve-selimitaracorrenteeinstalarfusveisparaaproteodo circuito,considerandoonvelmximodetensoaplicada.Podemserusadasparaacionar diretamente atuadores, desde que respeitado o limite de corrente. NoCLPTP02daWEGtem-sesadasagrupadasde2 A,250V.J,nomicro-CLP CLIC da WEG, as sadas so individuais de 10 A, 250 V. As sadas transistor possuem baixos limites de corrente e tenso (da ordem de 300 mA,24V,paraosCLPsTP02).Deveserobservadaapolaridadedoscomponentesno circuito. Comparativamente, as sadas transistor possuem uma vida til e velocidade muito maiores do que as sadas rel e ocupam espaos menores. Cartes com rels possuem no mximo 8 sadas, enquanto nos cartes com transistor, chega-se a 32 sadas. Paracompensarospequenossinaisdesadaatransistor,pode-seacoplarcartes com micro-rels, conforme a figura 2.14. Figura 2.14 Esquema de um micro-rel. Sada Analgica Uma sada analgica possui um sinal que pode variar continuamente. A sada pode sertosimplescomoumnvelde0a10Vccparaacionarummedidoranalgico(de velocidade,pesooutemperatura),comoemsituaesmaiscomplexas,taiscomoum 24 V + ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 35 transdutor pneumtico de corrente que controla uma vlvula de controle de fluxo operada ar, vlvulas proporcionais ou at mesmo o acionamento de motores. Figura 2.15 Exemplo de uma sada analgica. Damesmaformaqueocorrecomasentradasanalgicas,asadatambmexigea configuraodocanal,emfunodoCLPcompactopossuirnormalmenteumconversor Digital/Analgico (D/A) e vrios canais de sada multiplexados. 2.10 O microCLP OutratendnciademercadoatualousodepequenosCLPsparacontrolar processoslocaisoutarefassimples,osquaissecomunicamcomoutrosCLPseSistemas Supervisriosformandoumarededeautomao.Isto,emaplicaesnasquais necessrioautomatizarumprocessocompoucospassosdeprogramao,bemcomocom poucasentradasesadas.Diversosfabricantesentraramnessemercadoatravsdo lanamento de CLPs de pequeno porte, de programao simples e baixo custo.Afigura2.16ilustraoMicro-CLPCLIC,daWEG,oqualconstituiumexemplo clssico desse equipamento. Figura 2.16 O Clic - Microcontrolador Programvel. 2.11 - Consideraes de projeto ParaadequarumControladorLgicoProgramvel(CLP)aumsistemaouauma mquinanecessrioverificaronmerodepontosdeentrada,onmerodepontosde ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 36 sada, a velocidade de processamento e os tipos de entradas e sadas (sensores e atuadores) necessrios aplicao. Defato,osControladoresLgicosProgramveis,comotodasasferramentasde automao,estoemconstantedesenvolvimento,nosentidodareduodecustos,da dimensofsica,doaumentodavelocidade,dafacilidadedecomunicao,etambmno aperfeioamento interfaces mais amigveis. AflexibilidadedosCLPsindicaque,asalteraeslgicaspodemocorrercom grandefacilidade,semquesejamnecessriasalteraesdoHardwareouinclusode componenteseletrnicosoueltricos.Estaaprincipalcaractersticadossistemasde automao flexveis e o que faz dos CLPs ferramentas de grande aplicao nas estruturas de automao. Almdalinguagemdecontatos,existemoutrasformasdeprogramao caractersticasdecadafabricante.Pode-seconcluirentoqueosprojetosdeautomaoe controleenvolvendoCLPsreduzemotrabalhodedesenvolvimentodeHardwaredos circuitoslgicosdoacionamento,bemcomoosdispositivosepotnciaparaacionamento decargasedosatuadores,umavezquepossvelescolhermdulosdesadajprontos, adequados ao tipo de carga que se deseja acionar. A utilizao do CLP contempla, por conseguinte, alguns passos genricos: Definio da funo lgica a ser programada; Transformao desta funo em programa assimilvel pelo CLP; Implementao fsica do controlador e de suas interfaces com o processo. Bibliografia do Captulo WEGIndstrias,AutomaodeProcessosIndustriais.ApostiladoCursomduloIII. Jaragu do Sul, SC, 2006. Georgini,Marcelo,AutomaoAplicadaDescrioeImplementaodeSistemas Seqenciais com PLCs, Livro. Editora rica, So Paulo, 2000. Natale, Ferdinando, Automao Industrial. Livro, Ed. rica, So Paulo, 2003. MoraeseCastrucci,EngenhariadeAutomaoIndustrial,livro.EditoraLTC,SoPaulo, 2007. Revista ABINEE - N 42 - Agosto/2007. DEXTER, Curso de Automao Industrial. Apostila do Curso, 2001. WEB:http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf acessada em outubro de 2006. Carrilho,Eduardo,MaterialdeauladadisciplinaAutomaodeSistemase InstrumentaoIndustrial,CursodeengenhariaeltricanoIME,SoPaulo.Web: http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007. SENAIFORMADORES,2005.FundamentosdeAutomaoIndustrialTUTORIAL,url: WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/, acessada em outubro de 2006. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 37 UNIDADE III Lgica e Linguagem de Programao 3.1Introduo Naexecuodetarefasouresoluodeproblemascomdispositivos microprocessados se faz necessria a utilizao de uma linguagem de programao, atravs da qual o usurio se comunica com a mquina. Alinguagemdeprogramaoumaferramentanecessriaparageraroprograma, que vai coordenar e sequenciar as operaes que o microprocessador deve executar. CLASSIFICAO Linguagem de baixo nvel Linguagem de alto nvel A - LINGUAGEM DE BAIXO NVEL Linguagem de Mquina alinguagemcorrentedeummicroprocessadoroumicrocontrolador,ondeas instruessoescritasemcdigobinrio(bits0e1).Paraminimizarasdificuldadesde programaousandoestecdigo,pode-seutilizartambmocdigohexadecimal,como vistos nos exemplos abaixo. Cdigo Binrio Cdigo Hexadecimal EndereoContedo 000000000000000000111110 000000000000000110000000 000000000000001011010011 000000000000001100011111 000000000000010000100001 000000000000010100000000 000000000000011101111110 000000000000100000100011 000000000000100110000110 000000000000101000111111 000000000000101100000001 000000000000111111011010 000000000001000000000000 000000000001000111011010 EndereoContedo 00003E 000180 0002D3 00031F 000421 000500 000610 00077E 000823 000986 000A27 000BD3 000C17 000D3F Cada item do programa chama-se linha ou passo e representa uma instruo ou dado a ser operacionalizado. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 38 Linguagem Assembler Na linguagem assembler o programa escrito com instrues abreviadas, chamadas mnemnicos. EndereoContedo 0000 MVIA,80H 0002 OUT1FH 0004LXI ,1000H 0007MOVA,M 0008INXH 0009ADDM 000ADAA 000BOUT17H 000DMVIA,1H 000FJC 0031H 0012 XRAA 0013OUT 0FH 0015HLT Cadamicroprocessadoroumicrocontroladorpossuiestruturasinternasdiferentes, portanto seus conjuntos de registros e instrues tambm so diferentes. B - LINGUAGEM DE ALTO NVEL umalinguagemprximadalinguagemcorrenteutilizadanacomunicaode pessoas. Compiladores e Interpretadores Quandoummicrocomputadorutilizaumalinguagemdealtonvel,necessriaa utilizaodecompiladoreseinterpretadoresparatraduziremesteprogramaparaa linguagem de mquina.

Vantagem: Elaboraode programa em tempomenor, no necessitando conhecimento da arquitetura do microprocessador. COMPILADOR OU INTERPRETADOR PROGRAMA 1111 0000 0101 0100 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 39 Desvantagem:Tempodeprocessamentomaiordoqueemsistemasdesenvolvidosem linguagens de baixo nvel. Exemplos de linguagens de alto nvel: Pascal, C, Fortran, Cobol, etc. 3.2Programao de CLPs De maneira geral, o programa do CLP um conjunto de expresses booleanas. As expresses so avaliadas uma a uma seqencialmente a cada ciclo de varredura, e o resultado correspondente armazenado na memria intermediria do CLP. Ao terminar a avaliao, a parte da memria intermediria correspondente s sadas copiada nas sadas. Normalmente programa-se um controlador atravs de um software que possibilita a sua apresentao ao usurio em diferentes formas: A norma IEC 1131-3 define as seguintes linguagens de programao: Linguagens Grficas - Diagramas de Funes Seqenciais (Sequential Function Chart SFC) - evoluo do graphcet francs. - Diagramas de Contatos (Ladder Diagram LD) - programao como esquemas de rels. -DiagramasdeBlocosdeFunes(FunctionBlockDiagramFBD)-blocos lgicos representando portas E, OU, Negao, Ou exclusivo, etc. Linguagens Textuais - Lista de Instrues (Instruction List IL) - Texto Estruturado (Structured Text ST) - linguagem que vem substituir todas as linguagensdeclarativastaiscomolinguagemdeinstrues,BASICestruturadoeingls estruturado. Esta linguagem novidade no mercado internacional e baseada no Pascal. Alinguagemmaisdifundidaodiagramadecontatos(Ladder),devido semelhana com os esquemas eltricos usados para o comando convencional e a facilidade de visualizao nas telas de vdeo dos programadores (CRT). Osoftwarepodeapresentar-sedeformalinear,ondeoprogramavarridodesdea primeiraataltimainstruo,noimportando-secomanecessidadeounodeser executadaumapartedoprograma.umacaractersticadosprocessadoresmaissimples (Bit Processor). Poroutrolado,naprogramaoestruturada,umprogramaprincipallido,e conformeasequnciadeeventos,osblocosdeprogramaefunessoexecutados.Uma grande vantagem est na otimizao do software, que oferece a possibilidade de utilizao de subrotinas e subprogramas. Alguns CLPs possibilitam a apresentao do programa do usurio em uma ou mais formas,enquantoalgunssoftwaresdeprogramaopermitemmigrardeumalinguagem ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 40 paraoutra,como,p.ex.,deLadderparaListadeInstruo,deLadderparaDiagrama Lgicoevice-versa.Caberessaltarquecadaumdosmtodosderepresentaotemsuas propriedadeselimitaesnosendouniversalaintercambialidadeentreeles.Porex.,um programa escrito em IL nem sempre pode ser escrito em LAD ou FBD. As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programao so dependentes dos conhecimentos do programador. A - Diagramas de Contatos SegundoMoraeseCastrucci,(2001),aLinguagemLadderouaLinguagemde DiagramadeContatos(LADDERDiagram)ouDiagramadeRelsouDiagramaEscada, originou-se dos diagramas eltricos em LADDER (Escada), cuja origem provm da Lgica de Rels. Esta forma grfica de apresentao est muito prxima normalmente usada em diagramas eltricos, como visto abaixo. Exemplo: ------| |------| |--------------------------( )------ ------| |-------------- A linguagem Ladder ser detalhadamente estudada na seo 3.5. B - Diagrama de Blocos Lgicos Mesma linguagem utilizada em lgica digital, onde sua representao grfica feita atravs das chamadas portas lgicas. Exemplo: >=1&&>=1I 0.0Q 0.0Q 0.2I 0.6I 0.2I 0.4Q 0.0Q 0.2 E1E2 E3 S1 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 41 C - Lista de Instruo Linguagem semelhante utilizada na elaborao de programas para computadores. Exemplo : : AI 1.5 : AI 1.6 : O : AI 1.4 : AI 1.3 : =Q 3.0 ( I 1.5 . I 1.6 ) + ( I 1.4 . I 1.3 ) = Q 3.0 3.3Anlise das Linguagens de Programao A anlise das linguagens tem por objetivo contribuir na escolha de um sistema que melhorseadapteasnecessidadesdecadausurio.Estaanlisesedeternosseguintes pontos: - Quanto forma de programao; - Quanto forma de representao; - Documentao; - Conjunto de Instrues. Quanto Forma de Programao Programao Linear - programa escrito escrita em nico bloco. Programao Estruturada - Estrutura de programao que permite: - Organizao; - Desenvolvimento de bibliotecas de rotinas utilitrias para utilizao em vrios programas;- Facilidade de manuteno; -Simplicidadededocumentaoeentendimentoporoutraspessoasalmdoautordo software. Permite dividir o programa segundo critrios funcionais, operacionais ou geogrficos. Quanto Forma de Representao Diagrama de Contatos; Diagrama de Blocos; Lista de Instrues. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 42 Documentao Adocumentaomaisumrecursodoeditordeprogramaquedelinguagemde programao.Dequalquerforma,umaabordagemnestesentidotorna-secadavezmais importante,tendoemvistaqueumgrandenmerodeprofissionaisestoenvolvidosno projetodeumsistemadeautomaoqueseutilizadeCLPs,desdesuaconcepoata manuteno. Quantomaisricaemcomentrios,melhoradocumentaoquenormalmentese divide em vrios nveis. Conjunto de Instrues o conjunto de funes que definem o funcionamento e aplicaes de um CLP. Podem servir para mera substituio de comandos a rels: - Funes Lgicas; - Memorizao; - Temporizao; - Contagem. como tambm manipulao de variveis analgicas: - Movimentao de dados; - Funes aritmticas. Sefunescomplexasdealgoritmos,comunicaodedados,interfaceshomem-mquina, podem ser necessrias: - Saltos controlados; - Indexao de instrues; - Converso de dados; - PID; - sequenciadores; - aritmtica com ponto flutuante; etc. 3.4Normalizao Existeatendnciadeutilizaodeumpadrodelinguagemdeprogramaoonde serpossvelaintercambiabilidadedeprogramasentremodelosdeCLPseatde fabricantes diferentes.EstapadronizaoestdeacordocomanormaIEC1131-3esetornapossvel utilizando-se o conceito de linguagem de alto nvel onde, atravs de um compilador, pode-seadaptarumprogramaparaalinguagemdemquinadequalquertipode microprocessador,ouseja,umprogramapadropodeservirtantoparaoCLPdeum fabricante A como de um fabricante B.Agrande vantagem de se ter o software normalizadoque em seconhecendo um, conhece-setodos,economizandoemtreinamentoegarantindoque,pormaisqueum fornecedordeixeomercado,nuncaseficarsemcondiesdecrescerourepor equipamentos. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 43 3.5Linguagem de Rels e Blocos (Ladder) OsdiagramasdecontatosoumaformadeprogramaodeCLPspormeiode smbolos grficos, representando contatos (contacts) e bobinas (coils). Pelo fato de utilizar a lgica de rel a linguagem de programao de CLP mais simples de ser assimilada por quem j tenha conhecimento de circuitos de comando eltrico. Compe-sedevrioscircuitosdispostoshorizontalmente,comabobinana extremidadedireita,alimentadosporduasbarrasverticaislaterais.Poresseformatoque recebe o nome de ladder (ou escada, em portugus). Existeumalinhaverticaldeenergizaoaesquerdaeoutralinhaadireita.Entre estasduaslinhasexisteamatrizdeprogramaoformadaporxyclulas,dispostasemx linhas e y colunas. No exemplo abaixo tem-se um caso de 32 clulas, dispostas em 4 linhas e 8 colunas. Noexemploacima,cadaconjuntode32clulaschamadodeumalgicado programaaplicativo.Asduaslinhaslateraisdalgicarepresentambarrasdeenergiaentre as quais so colocadas as instrues a serem executadas. As instrues podem ser contatos, bobinas, temporizadores, etc. Algicadeveserprogramadadeformaqueasinstruessejamenergizadasa partir de umcaminhode correnteentre as duas barras,atravs decontatos ou blocos de funes interligados. Entretanto, o fluxo de corrente eltrica simulado em uma lgica flui somentenosentidodabarradeenergiaesquerdaparaadireita,diferentementedos esquemaseltricosreais.Asclulassoprocessadasemcolunas,iniciandopelaclula esquerda superior e terminando pela clula direita inferior. Cadaclulapodeserocupadaporumaconexo(fio),porumbloco(relde tempo, operao aritmtica,etc), ou ainda por um contato ou bobina. Cadaumadaslinhashorizontaisumasentenalgicaondeoscontatossoas entradas das sentenas, as bobinas so as sadas e a associao dos contatos a lgica. Oscontatosebobinassoconectadosporligaes(links)emramos(rungs)como num diagrama de lgica a rel. AsligaessoosfiosdeinterconexoentreasclulasdalgicaLadder (contatos,bobinaseblocosdefunes).Podemosterligaesnahorizontal,navertical,e Barra de energia direita Barra de energia esquerda ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 44 aindaumaligaonegada(inversora).Asligaeshorizontaiseverticaissimplesmente conectam sadas de clulas as entradas de outras clulas. J a ligao negada inverte o sinal na sua entrada, como mostrado abaixo: Pode-se observar a diferena entre uma ligao negada (que inverte o valor binrio em sua entrada) com a chave NF, que abre a ligao entre sua entrada e sua sada quando a bobina associada a ela energizada. As expresses booleanas calculadas a cada ciclo de varredura do CLP correspondem avaliao lgica seqencial do diagrama de contatos. Contatos Um contato representado abaixo, associado varivel booleana A, interna ao CLP, e suas ligaes. A --||-- Os contatos so usados como acesso ao estado de uma varivel interna no clculo de expresses booleanas. Contato normalmenteaberto A --||-- O estado da ligao direita copiado para a ligao esquerda se o estado de A verdadeiro. Caso contrrio, o estado da ligao direita falso. Contato normalmente fechado A --|/|-- O estado da ligao direita copiado para a ligao esquerda se o estado de A falso, caso contrrio, o estado da ligao direita verdadeiro. Contato sensvel transio positiva A --|P|-- O estado da ligao direita verdadeiro por um ciclo de varredura se o estado da ligao esquerda verdadeiro e uma transio positiva da varivel A Detectada. Exemplo: A ligao negada recebe energia no terminal esquerdo... ... e inverte este pulso em sua sada. NEG ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 45 Bobinas Uma bobina representada abaixo, associada a uma varivel booleana Q. Q --( )-- As bobinas alteram os estados das variveis associadas. Bobina Normal Q --( )-- O estado da ligao da esquerda copiado para a varivel Q e para a ligao direita. Bobina Negativa Q --(\)-- O estado da ligao esquerda copiado para a ligao direita, e a negao do estado da ligao esquerda copiada para a varivel Q. Bobina Latch (Set) Q --(S)-- O estado de Q passa para verdadeiro quando a ligao esquerda vai para verdadeiro, e no se altera em caso contrrio. Bobina Latch (Reset) Q --(R)-- O estado de Q passa para falso quando a ligao direita vai para verdadeiro, e no se altera em caso contrrio. Bobina Sensvel Transio positiva Q --(P)-- O estado de Q passa para verdadeiro por um ciclo de varredura cada vez que a ligao esquerda vai de falso para verdadeiro. Bobina acionadora do contato Contato NA Contato NF Entrada do rel P(lado esquerdo) Sada do rel de pulso P (lado direito) 1 ciclo do CLP desenergizaenergizada aberto fechado PLS P ou fechado aberto ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 46 Abobinasimplescomporta-secomoumacontactoracomum,ouseja,quando energizadaacionaseuscontatos.J,asbobinaSETeRESETfuncionamcomouma contactora com reteno, ou seja, um pulso nesta bobina aciona ou desaciona a contactora, respectivamente(comoemumflip-flopR-S).Todososcontatosassociadosaumabobina so acionados quando esta bobina energizada. As bobinas podem ser associadas s sadas digitais do CLP, e os contatos podem ser associados s entradas digitais. Assim, ao energizar uma entrada o contato associado a ela acionado(seforumcontatoNAelesefechar;seforumcontatoNFirabrir).J,ao energizar uma bobina associada a uma sada do CLP faz-se com que esta sada seja ativada (feche o contato do rel de sada, por exemplo). Noladder,cadaoperando(nomegenricodoscontatosebobinas)identificado com um endereo da memria qual se associa no CLP. Esse endereo aparece no ladder comumnomesimblicoparafacilitaraprogramaoearbitrariamenteescolhidopelo fabricante como visto nos exemplos da tabela 3.1. A bobina recebe energia no terminal esquerdo Nos terminais da bobina RESET R A bobina recebe energia no terminal esquerdo Nos terminais da bobina SET S A bobina Normal recebe energia no terminal esquerdo Nos terminais da bobina Q ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 47 Tabela 3.1 Variveis de alguns CLPs associadas ao endereamento. FABRICANTE MODELOEntradaDigital Sada Digital EntradaAnalgica Sada Analgica BIT AUX. PALA VRA PALAVRA DO SISTEMA CONTADOR /TEMPORI ZADOR GEFANUC 90-70 90-30 90-20 90-MICRO %I1 a %I... %Q1 a %Q... %AI a %AI... %AQ1 a %AQ... %M1 a %M... %T1 a %T... %R1 a %R... %S%Rx xx+1 x+2 ALLEN BRADLEY SLC-500 I:SLOT.PONTO I:1/0 aI:... O:SLOT.PONTO O:1/0 a O:... I:SLOT.PONTO I:3.0 aI:3.... O:SLOT.PONTO O:3.0 a O:3.... B3:0/0 a B3:... N7:0 a N7:... S: R6:0 a R6:... T4:0aT4:... C5:0aC5:... ALTUSAL500R0 a R... R60 a R... --A0a A... M0 a M... -M0 ALTUSPICOLLO%E0.0 a %E... %S2.0 a %S... %M%M%A0.0 a %A... %M0 a%M.. %M0 FESTOFPC101 FPC103 I0.0 a I... O0.0 a O... II0 a II3 ou IU0 a IU3 OU0 e OU1 F0.0 a F15.15 R0 a R64 FW0 a FW15 T0 a T31 C0a C15 Outros tipos de endereamento: 125/04 ( 1 = entrada, 2 = gaveta, 5 = nmero do carto ou mdulo, 04 = nmero do ponto ), 013/01 ( 0 = sada, 1 = nmero da gaveta, 3 = nmero do mdulo, 01 = nmero do ponto ). Oestadodecadaoperandorepresentadoemumbitcorrespondentenamemria imagem: este bitassume nvel 1 se o operando estiver acionado e0 quando desacionado. * As bobinas acionam o seu endereo. Enquanto uma bobina com endereo de sada estiver acionada, um par de terminais no mdulo de sada ser mantido em condio de conduo eltrica. * Os contatos se acionam pelo endereo que os identifica. Oscontatosendereadoscomoentradasoacionadosenquantoseurespectivopar de terminais no mdulo de entrada acionado: fecham-se se forem NA e abrem-se se forem NF. 3.6Desenvolvimento do Programa LADDER Aps a definio da operao de um processo onde so geradas as necessidades de seqenciamentoe/ouintertravamento,essesdadoseinformaessopassadossobforma dediagramalgico,diagramafuncionaloumatrizdecausaseefeitoseapartirdao programaestruturado.Ofluxogramaabaixomostraospassosparaaautomaodeum processo ou equipamento.ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 48 ALTERAES DO PROGRAMA Figura 3.1 Diagrama em blocos para desenvolver um programa em ladder. Almdisso,existemalgumasregrasimpostasnalinguagemLadder.Porexemplo, as bobinas devem ocupar somente a ltima coluna a direita. Abaixo, tem-se a ordem de execuo das clulas em uma lgica Ladder. 1591317212529 26101418222630 37111519232731 48121620242832 INICIO DEFINIO PONTOS DE E/S OPERANDOS ELABORAODOPROGRAMA USURIO TESTE DO PROGRAMA USURIO INSTALAO DOS EQUIPAMENTOS E LIBERAO PARA USO FIM FUNCIONA? NO SIM ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 49 UmprogramaaplicativopodesercompostodevriaslgicasLadder.Almdisso, ummdulodeconfiguraopermiteespecificarparmetrosdoCLP,comomodelo, velocidade de ciclo, endereo do CLP na rede de comunicao, etc. Exemplo: Como a lgica de diagrama de contatos do CLP assemelha-se de rels, para que umrel seja energizado, necessita de umacontinuidade eltrica, estabelecida por uma corrente eltrica. K1CH1- +ALIMENTAO Figura 3.2 Circuito Eltrico de acionamento de acionamento de uma contatora. AoserfechadaaCH1,abobinaK1serenergizada,poisserestabelecidauma continuidade entre a fonte e os terminais da bobina. O programa equivalente do circuito anterior, na linguagem ladder, ser o seguinte. E1 S1 Figura 3.3 Equivalente em Ladder de acionamento de uma contatora. AnalisandoosmdulosdeentradaesadadoCLP,quandoodispositivoligado entrada digital E1 fechar, este acionar o contato E1, que estabelecer uma continuidade de forma a acionar a bobina S1, consequentemente o dispositivo ligado sada digital S1 ser acionado. Umaprticaindispensvelaelaboraodastabelasdealocaodosdispositivos de entrada/sada. Esta tabela, exemplificada abaixo, constituda do nome do elemento de entrada/sada, sua localizao e seu endereo de entrada/sada no CLP. DISPOSITIVOLOCALIZAOENDEREO PSL - 100Topo do tanque pressurizado 2E1 TT - 400 Sada do misturadorEA1 FSSada de leo do aquecedorE2 SVAo lado da vlvula FV400S1 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 50 OcontatoNFumcontatodenegaoouinversor.Oexemploabaixomostrasua aplicao no programa anterior substituindo o contato NA por um NF. E1 S1 Figura 3.4 Acionamento de uma contatora por um contato inversor. Analisandoosmdulosdeentradaesada,quandoodispositivoligadoentrada digitalE1abrir,estedesacionarocontatoE1,esteporserNFestabeleceruma continuidadedeformaaacionarabobinaS1,consequentementeodispositivoligado sada digital S1 ser acionado. Ogrfico lgico referente aos dois programas apresentados anteriormente mostrado a seguir. 10ESTADO LGICO10E1S1TTCIRCUITO UTILIZANDO E1 NORMALMENTE ABERTO10ESTADO LGICO10E1S1TTCIRCUITO UTILIZANDO E1 NORMALMENTE FECHADO Figura 3.5 Diagramas temporais Com relao ao que foi exposto acima sobre os contatos endereados como entrada, os que tiverem por finalidade acionar ou energizar uma bobina devero ser do mesmo tipo do contato externo que aciona seu respectivo ponto no mdulo de entrada. J, os que forem usados para desacionar ou desenergizar uma bobina devem ser de tipo contrrio do contato externo que os aciona. Se achave externa foro contato no ladder deve ser Para ligarNANA NFNF Para desligarNANF NFNA Percebe-sequepodeserusadaumachaveexternadequalquertipo,desdequeno ladderseutilizeocontatodetipoconveniente.Mesmoassim,porquestodesegurana, no se deve utilizar chave externa NF para ligar nem NA para desligar. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 51 3.7Associao de Contatos no Ladder e Lgica Combinacional No ladder, associam-se contatos para criar as lgicas booleanas com a sada. 3.7.1ESTADOS LGICOS Pode-se fazer uma correlao entre os circuitos digitais e o acionamento (comando) de dispositivos fsicos, como por exemplo, uma lmpada. Figura 3.6 Circuito Eltrico de acionamento de uma lmpada. CORRELAO:0 desligado baixo falso no 1 ligado alto verdadeiro sim Em1854,GeorgeBooleapresentouateoriamatemticadasproposieslgicas, definindo os conceitos da lgebra de Boole. OPERAES LGICAS Arelaoentreduasoumaisvariveisquerepresentamestadosbinrios estabelecida por meio de trs operaes lgicas: - Produto lgico (funo E); - Soma lgica (funo OU); - Inverso (funo NO). TABELA VERDADE Permiteescrevertodasascombinaespossveisdosestadoslgicosdetodasas variveis de uma funo, incluindo o estado lgico resultante de cada combinao. 3.7.2PORTAS LGICAS a) PORTA INVERSORA (NOT) ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 52 umaportacomapenasumsinaldeentradaeumsinaldesada,oqualassumir semprevaloreslgicoscomplementaresaosinaldeentrada.Executaafunolgicada inverso booleana. TABELA DA VERDADE: AS 01 10 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: Figura 3.7 Circuito eltrico equivalente para uma porta inversora. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.8 Diagrama ladder para uma porta inversora. b) PORTA E (AND) OscontatosemsrieexecutamalgicaE,poisabobinasseracionadaquando todos os contatos estiverem fechados. A porta lgica E possui dois ou mais sinais de entrada, mas somente um sinal de sada. De acordo com o operador lgico E, todas as entradas devem estar no nvel lgico 1(Vcc) para que se obtenha um nvel lgico 1(Vcc) na sada da porta lgica. TABELA DA VERDADE: ABS 000 010 100 111 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 53 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: Figura 3.9 Circuito eltrico equivalente para uma porta E. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.10 Diagrama ladder para uma porta E. Exemplo: Figura 3.11 Associao de contatos em srie em ladder. A sada S1 ser acionada quando: E1 estiver acionada E E2 estiver no acionada E E3 estiver acionada ou em lgebra booleana: S = E1 * E2 * E3 c) PORTA OU (OR) A lgica OU conseguida com a associao paralela, acionando a sada desde que pelo menos um dos ramos paralelos estejam fechados. AportalgicaOUpossuidoisoumaissinaisdeentrada,massomenteumsinal de sada. De acordo com o operador lgico OU, pelo menos uma das entradas deve estar nonvellgico1(Vcc)paraqueseobtenhaumnvellgico1(Vcc)nasadadaporta lgica. E1E2 E3 S1 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 54 TABELA DA VERDADE: ABS 000 011 101 111 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: Figura 3.12 Circuito eltrico equivalente para uma porta OU. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.13 Diagrama ladder para uma porta OU. Exemplo: Figura 3.14 Associao de contatos em paralelo em ladder. Assim, a sada S1 ser acionada se E1 for acionada OU E2 no for acionada OU E3 for acionada. o que equivale a lgica booleana:S1 = E1 + E2 + E3 E1 E2 E3 S1 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 55 d) PORTA NO E (NAND) AportalgicaNOEtemdoisoumaissinaisdeentradaeapenasumsinalde sada, que s ser baixo se todos os sinais de entrada forem altos. Como o prprio nome diz a porta NO E uma composio das portas NO e E. TABELA DA VERDADE: ABS 001 011 101 110 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: Figura 3.15 Circuito eltrico equivalente para uma porta NO E. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.16 Diagrama ladder para uma porta NO E. e) PORTA NO OU (NOR) A porta NO OU tem dois ou mais sinais de entrada e apenas um sinal de sada, quesseraltosetodosossinaisdesadaforembaixosComoprprionomedizaporta lgica NO OU uma composio das portas NO e OU. TABELA DA VERDADE: ABS 001 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 56 010 100 110 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: Figura 3.17 Circuito eltrico equivalente para uma porta NO OU. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.18 Diagrama ladder para uma porta NO OU. f) PORTA OU EXCLUSIVA (XOR) AportalgicaOUEXCLUSIVAumcircuitolgicotalque,paracada combinao dos sinais de entrada, o sinal de sada ser nvel lgico 1(alto) se e somente setivermosumNMEROMPARdeentradasemnvellgico1(alto).Emvirtudede sua grande utilidade prtica, o circuito lgico que gera a sada OU EXCLUSIVA passou aserconsideradocomoportalgica.AfunolgicaOUEXCLUSIVAnopossui simplificao. TABELA DA VERDADE: ABS 000 011 101 110 CIRCUITO ELTRICO EQUIVALENTE: ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 57 Figura 3.19 Circuito eltrico equivalente para uma porta OU EXCLUSIVA. DIAGRAMA LADDER: Figura 3.20 Diagrama ladder para uma porta OU EXCLUSIVA. g) LGICAS MISTAS Asassociaesmistascriamcondiesmaiscomplexascomoadoexemploa seguir. Figura 3.21 Associao mista de contatos em ladder. Neste caso a sada S1 acionada quando: E3 for acionada & E1 for acionadaOU E3 for acionada & E2 no for acionada Em lgica booleana:S1= E3 * (E1 + E2) E1 EE S1 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 58 EXERCCIOS 1-DesenvolverumsimplesprogramaemlgicaLADDERqueligueumasadaXseas entradas A e B, ou a entrada C est ligada. 2-Desenvolverumprogramaaplicativoparaumapartidadiretadeummotorcom sinalizao de ligado, desligado e sobrecarga. 3- Desenvolver um programa aplicativo para uma partida direta de um motor com inverso do sentido de rotao. 4-DesenvolverumprogramaemLADDERparaumsistemadeseguranaparaumcarro. Quandoaportadocarroestiverabertaouocintodesegurananousado,aigniono pode ser dada. Se todas as condies forem satisfeitas, ento a chave ir dar a partida no motor. 5- A lgica LADDER da figura abaixo para uma porta AND ou OR? ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 59 3.8SISTEMAS COMBINATRIOS Sistemascombinatriosresultamdacombinaodeportaslgicasbsicas,sendo que a sada uma combinao das variveis de entrada. CIRCUITO EQUAO TABELA Apartirdeumcircuito(lgicadecontatosouportaslgicas)pode-seobtera equao Booleana e a seguir, a tabela verdade. Exemplo:a) Dado o circuito dado: Coloca-senasadadecadaportaaequaocorrespondente.Nofinal,aexpresso Booleana sai automaticamente. b) Expresso Booleana obtida:( ) C B A BC S + + = c) Tabela verdade ABCS 0000 0011 0101 0111 1000 1010 1100 1111 d) Circuito com lgica de contatos ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 60 EQUAO TABELA CIRCUITO Pode-separtirdaequaoBooleanaparamontaratabelaverdadeemontaro circuito correspondente. Exemplo: a) Dada a equao Booleana:( ) B A C B A S + + = b) Tabela verdade, obtida a partir da equao AB CC B + ( ) C B A + B AS0001000 0011000 0100011 0111011 1001101 1011101 1100000 1111101 c)Traadodocircuitofeitoporpartes,apartirdecadapartedaexpressoeobtendoa porta correspondente, at se obter a expresso formada. d) Circuito com lgica de contatos: ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 61 TABELA EQUAO CIRCUITO Existem dois mtodos para se obter a funo Booleana: Mtodo da soma dos produtos; Mtodo do produto das somas. 1 Mtodo da soma dos produtos Obtm-seafunoBooleananaformacannicadisjuntiva,ouseja,afuno expressa num somatrio de produtos (chamados mintermos) que contm todas as variveis, com ou sem barra, da funo. Ex.: Dada a tabela: ABF 001(a) 011(b) 100 111(c) Passo 1 Toma-se as proposies cujas sadas assumem o estado lgico 1. Passo 2 Realiza-se o produto das variveis que compem a funo, barrando aquelas a que so atribudas nvel lgico 0. (a)B A(b)B A(c)AB Passo 3 Realiza-se a soma de todas elas, compondo a sada F. AB B A B A F + + = ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 62 Passo 4 Se necessrio, simplifica-se a funo. ( )( ) ( )B A FB A A A FAB A FAB B B A F+ =+ + =+ =+ + = Finalmente, o circuito em lgica de contatos: 2 Mtodo do produto das somas Obtm-seafunoBooleananaformacannicaconjuntiva,isto,afuno expressanumprodutodeumasoma(maxtermos)quecontmtodasasvariveis,comou sem barra, da funo. Ex.: Dada a tabela anterior: ABF 001 011 100(a) 111 Passo 1 Toma-se as proposies cujas sadas assumem o estado lgico 0. Passo2Realiza-seasomadasvariveisquecompemafuno,barrandoaquelasa que so atribudas nvel lgico 1. (a)B A + Passo 3 Realiza-se o produto de todas elas, compondo a sada F. B A F + =Passo 4 Se necessrio, simplifica-se a funo. B A F + = Finalmente, o circuito em lgica de contatos: ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 63 TEOREMAS TEIS DA ALGEBRA BOOLEANA A + 0 = AA . 1 = A A + 1 = 1A . 0 = 0 A + A = AA . A = A A + A = 1A . A = 0 A + A . B = AA . (A + B) = A A . B + A . B =A (A + B) . (A + B) = A A + A . B = A + B A . (A + B) = A . B A + B . C = (A + B) . (A + C) A . (B + C) = A . B + A . C A . B + A . C = (A + C) . (A + B) (A + B) . (A + C) = A . C + A . B A . B + A . C + B . C = A . B + A . C (A + B) . (A + C) . (B + C) = (A +B) (A + C) ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 64 EXERCCIOS 1-Umalmpada,emumainstalaoeltrica,devesercomandadaapartirdetrspontos independentes.Construirumdiagramadecontatosprovenientedeumatabelaverdade para este fim. 2-Onveldeumtanquedecombustveldevesermantidoentreumvalormximoe mnimo,fornecidospordoissensoresdenvel,S1(NA-nvelmximo)eS2(NA- nvel mnimo).AbombacentrfugausadaparaencherotanqueligadaquandoosensorS2estiver abertoe,desligada,quandoosensorS1forativado.UminterruptorL1usadopara interromper manualmente este controle automatizado. Construir um diagrama de contatos para esta finalidade. 3-Emumaesteirasotransportadascaixasdetrstamanhosdiferentes(tamanho1, tamanho 2 e tamanho 3); As caixas passam por trs sensores pticos SZ1, SZ2 e SZ3 (barreira de luz); AoperaoiniciaapsserpressionadoumbotoligaIeinterrompidopeloboto desliga O; A escolha do tamanho da caixa a ser selecionada definida por uma chave seletora de trs posies (contatos NA denominados S1, S2 e S3); Assim se for selecionado o tamanho 1, a esteira deve parar e ativar um sinaleiro H1 se for detectada uma caixa no tamanho 2 ou tamanho 3; Nesta situao a caixa no tamanho indesejado ser retirada manualmente pelo operador, que dever reiniciar a operao pressionando novamente o boto liga I; - Obs.: A esteira acionada pelo motor de induo M1. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 65 4- Um forno com dois compartimentos pode aquecer um lingote em cada um deles. Quando o aquecedor est ligado, ele fornece calor suficiente para aquecer dois lingotes. Mas se nofornoestpresenteapenasumlingote,elepodesetornarmuitoquente.Entoum ventilador usado para resfriar o forno quando ultrapassada a temperatura escolhida. Se a temperatura muito alta e existe apenas um lingote em apenas um compartimento, ento o ventilador liga. B1 Compartimento 1, lingote presente; B2 Compartimento 2, lingote presente; F Ventilador; T Sensor de sobre aquecimento. 5-Dadoocircuitodigitalabaixo,obterocircuitoequivalenteemlgicaLADDER, simplificado. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 66 3.9Minimizao por Mapa de Karnaugh O mapa de Karnaugh uma representao retangular das variveis de entrada/sada de um sistema, contendo os mesmos elementos de uma tabela verdade. Variveis de entrada colocadas externamente tabela; Variveis de sada colocadas dentro da tabela; Clula cada quadrado da tabela; Clulas adjacentes no podem mudar de nvel lgico mais que 1 varivel por vez distribuio das variveis obedece ao cdigo de Gray. Exemplo:Dada a tabela verdade BC B A B A S + + = REGRAS PARA SIMPLIFICAO Consisteemreunirclulasadjacentesquepossuemamesmasada(0ou1) formando grupos ou subgrupos. 1-Nmero de clulas reunidas deve ser o maior possvel; 2-Uma clula pode pertencer a 2 grupos; 3-Nmero de clulas reunidas deve ser uma potncia de 2: 1, 2, 4, 8,... 4-Formar agrupamentos at no restarem sadas que no tenham sido agrupadas. EXERCCIOS 1)Dadoodiagramadecontatos,determinaratabelaverdade,minimizarpor Karnaugh e escrever o novo diagrama. ABCS 0000 0010 0101 0111 1001 1011 1100 1111 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 67 2) Minimizar o diagrama ladder abaixo usando Mapa de Karnaugh.

ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 68 3.10Outros circuitos combinacionais MULTIPLEXADORES - MUX Permitem que mltiplos dispositivos se conectem a um nico dispositivo. So muito populares nos sistemas de telefonia. Umachavedetelefoneusadaparadeterminarqualtelefoneirconectarnum nmero limitado de linhas para outras chaves de telefone.Nosquadrosdechaveamentodelinhasantigos,osoperadoresconectavam fisicamente a linha paraoutro telefone.Nosmodernos quadros dechaveamentotelefnico computadorizados, a mesma coisa feita, mas para sinais digitais de voz. Na figura abaixo mostrado um multiplexador de quatro entradas conecta os sinais, D1 a D4, sada X, obedecendo ao endereamento informado pelos bits A1 e A2. 2 1 4 2 1 3 2 1 2 2 1 1 A A D A A D A A D A A D X + + + = Circuito do Multiplexador D1D2D3D4A1A2X 100000D1 010001D2 001010D3 000111D4 ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 69 Lgica LADDER para o Multiplexador OBS.:Onmerodecombinaespossveisdependedonmerodeentradasdeseleo (An), e dado por: nC 2 = Outros exemplos de uso de Multiplexadores - Circuitos de cmaras alternando a imagem para ser exibida no monitor; - Roteamento de dados em redes de computadores; - Chaves seletoras digitais; - Converso de dados paralelos em seriais. ESP1009 Princpios de Automao Industrial Prof. Geomar M. Martins 70 DEMULTIPEXADORES - DEMUX Executam a operao inversa ao MUX, isto , coloca uma entrada D em uma das sadas Xn em funo das variveis de seleo. 2 1 42 1 32 1 22 1 1A A D XA A D XA A D XA A D X = = = = Circuito do Demultiplexador

Lgica LADDER DA1A2X1X2X3X4 1001000 1010100 1100010 1110001 ESP