Controladores Lógico Programáveis

Professor : André Sousa

1 - Introdução CLP ou PLC

É um equipamento eletrônico programável que tem a finalidade de controlar máquinas e/ou processos, capaz de executar programas que contém instruções de sequência lógica, temporização e contagem, operações lógicas e aritméticas, interagindo com sinais elétricos de entrada e saída analógicos e digitais.

O CLP é projetado para trabalhar em ambiente industrial com variação de temperatura, umidade,vibrações, distúrbios elétricos e outras variantes existentes no ambiente industrial

O Controlador Lógico Programável (C.L.P.) nasceu dentro da indústria automobilística americana, especificamente na HydronicDivision da General Motors em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.

2 - Histórico

Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das entradas e saídas e principalmente o modo de programação e a interface com o usuário.

2 - Histórico

Interface de programação com D.O.S e Windows

2 - Histórico

Quadro com contactores e quadro com CLP

2 - Histórico

• Ocupam menor espaço;

• Requerem menor potência elétrica;

• São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle;

• Apresentam maior confiabilidade;

• Manutenção mais fácil e rápida;

• Oferecem maior flexibilidade;

• Apresentam interface de comunicação com outros C.L.P.s e computadores de controle;

• Permitem maior rapidez na elaboração do projeto

2 - Vantagens

Nesta configuração CPU, fonte, entradas e saídas estão encapsuladasno mesmo módulo. A maioria dos modelos pode ser expandido.

3 - Hardware do CLP - Classificação

Este CLP pode ser montado de acordo com a necessidadedo usuário ou sistema a ser implementado.

3 - Hardware do CLP - Classificação

4 - Hardware do CLP – Principais componentes

Um CLP é formado por:

1 – CPU

2 – Memórias

3 – Fonte de Alimentação

4 – Bateria

5 – Módulos de entrada e saída

6 – Módulos especiais

7 – Base ou rack (CLP modular)

UnidadeCentral De

Processamento(CPU)

Entrada analógica

16bitsA/D

Entrada discreta (digital)

Saída Discreta(Digital)

SaídaAnalógica

16bitsD/A

3 - Hardware do CLP – Principais componentes

CPU(Central Processing Unit): É formado por processador (microprocessador ,microcontrolador),sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de con-trole.Responsável pela execução do programa do usuário ,atualização da memória dados , atualização da imagem das entradas e saídas . Controlando os barramento de endereços, barramento de dados e barramento de controle.

4 - Hardware do CLP

Cartões de entradaOs cartões de entrada são responsáveis por receber os sinais elétricos provenientes do campo e transformar estes sinais em níveis elétricos que sejam compatíveis com a CPU. Podem ser digitais ou analógicos

4 - Hardware do CLP

Cartões saída:Os cartões de saída são responsáveis por enviar os sinais elétricos do CLP para o campo, atuando dispositivos como: lâmpadas,contactores e outros

4 - Hardware do CLP

A1 A2K1

13 14

MII MIOINPUT OUTPUTLadder

00

01020304050607101112131415

1617

01020304050607

101112131415

1617

VCC=24VVCC=24V

-+ -+COM

13 14

11

COM

00000000000000

1 1 11

0000

A1 A2K1

13 14

S1

13 14

S1

4 – Hardware – Cartões de I/O

No momento em que o PLC é energizado ele executada uma série de operações pré-programadas que estão gravadas em seu programa monitor:

- Verifica o funcionamento eletrônico da CPU,memóriase circuitos auxiliares

- Verifica a configuração interna e compara com os módulos instalados

- Verifica o status do modo de funcionamento( RUN,PROG e etc)

- Verifica a existência de um programa de usuário- Emite um erro no caso de alguma falha encontrada

5 – Ciclo de inicialização do PLC

• É o processo onde a CPU lê as entradas,executa o

programa do usuário e atualiza as saídas

• A maioria dos fabricantes informa o tempo de

processamento por instrução, o qual pode chegar a

valores em torno de décimos de microssegundos.

• Porém, o valor do scan time pode variar a cada novo

ciclo, ao passo que, alguns CLP’s permitem ajustar um

tempo fixo para o scan, desde de que seja o suficiente

para executar todas as funções.

6 – Ciclo de varredura ou Scan

Inicio do ciclo

Lê as Entradas

Escreve na memória imagem de entrada

Executa o programado usuário

Processa pedidos de comunicação

Faz diagnostico da CPU

Escreve na memória imagem de saída

Atualiza as saídas

6 – Ciclo de varredura ou Scan

• Serve para supervisionar se houve erro em tempo

de processamento.o sistema estipula um tempo de

varredura, se este tempo é ultrapassado a

execução é interrompida e assumido um estado de

Falha(fault).

• Em alguns clps existe um contato que é acionado

pelo WDT em caso de falha de processamento.Este

contato pode ser usado

como sinalização ou para interromper a alimentação

de algum dispositivo como medida de segurança.

6 – Watch Dog Timer - (WDT)

De maneira geral, as CPU’s

apresentam três modos de

operação:

–Remote(Rem).

–Program(Prog)

–Execução (Run).

7 – Modos de operação da CPU

• Modo Program – Neste modo o controlador não tem ação sobre o processo, portanto entradas e saidas estão inoperantes(podem ser feitas alterações mas estas não podem ser executadas)

• Modo Remote – Neste modo o controlador controla o processo recebendo e processando sinais de entrada e saída.(As alterações feitas, podem ser executadas tendo ação imediata após a conclusão da modificação)

• Modo Run – Neste modo o controlador esta em modo de execução. Não permite modificações no programa.

Obs1: Nem todos os CLP´s possuem o modo REMOTE

7 – Modos de operação da CPU

Tipos de memórias utilizadas no CLP são:

RAM;

ROM;

EEPROM

Flash EEPROM.

8– Memórias no CLP

RAM – Random Acess Memory – é um tipo de memória volátil, ou seja, perde os dados com a falta de alimentação.

Sua principal característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e alterados rapidamente e facilmente.

No CLP, acompanhada de uma bateria ou um capacitor, é utilizada para armazenar dados temporariamente.

8– Memórias no CLP

ROM – Read Only Memory – são memórias especialmente projetadas para manter armazenadas informações, que, sob hipótese alguma, poderão ser alteradas.

Desta forma, é uma memória somente para leitura e seus dados não se perdem caso ocorra falta de energia.

Nesse elemento são armazenados os dados do programa de controle do funcionamento do CLP(Firmware), gravados pelo fabricante.

8– Memórias no CLP

• EEPROM – Erasable Electrical Programable Read OnlyMemory – são dispositivos de memória que, apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de reprogramação existente nas RAM.

• Elas apresentam duas limitações:

– O processo de regravação de seus dados que só pode ser efetuado após a limpeza da célula;

– A vida útil de uma EEPROM é limitada pelo número de reprogramações

8– Memórias no CLP

Flash EEPROM: é uma memória do tipo EEPROM que permite que múltiplos endereços sejam apagados ou escritos numa só operação.

Dessa forma, a gravação é mais rápida que a EEPROM. Apesar de possuir uma vida útil menor que a EEPROM (mínimo de 10.000 operações de limpeza/escrita),

8– Memórias no CLP

O sistema de memória é a parte da CPU onde são armazenadas todas as instruções, assim como, os dados para executá-las e está dividida em:

Memória do programa monitor;

Memória do usuário;

Memória de dados;

Memória imagem das entradas/saídas

8– Memórias no CLP

0000

....

777F

8000

...

8FFF

BFFF

C000

...

FFFF

9000

9FFF

A000

AFFF

B000

...

...

...

b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13b14b15

Sistema operacional

Imagem das entradas

Imagem das saídas

Memórias auxiliares

Contadores/Temporizadores

Programa do usuário

Endereçosimbólico

Endereço real ouAbsoluto

0000

777F

I: 1/0

8FFF

9FFF

O:2/0

B:0/0

A000

T4:1/0

BFFF

C000

FFFF

9 – Mapa de memórias

Memória do programa monitor (firmware): é oresponsável pelo gerenciamento de todas as atividadesdo CLP e não pode ser alterado pelo usuário.

Na maior parte dos casos o programa monitor égravado em memória ROM. Porém, os CLP’s atuaispermitem que o firmware seja atualizado e, nessecaso, a memória deve ser do tipo EEPROM, por serregravável e não volátil.

9 – Mapa de memórias

Memória do usuário: é nessa memória onde ficagravado o programa desenvolvido pelo usuário, a qualpode ser alterada pelo mesmo.

A capacidade e o tipo desta memória variam de acordocom a marca/modelo do CLP e podem serEEPROM/Flash, EEPROM ou RAM (mantida porbateria ou capacitor).

É comum o uso de cartuchos de memória quepermitem a troca do programa com a troca do cartuchode memória.

9 – Mapa de memórias

Memória de dados: É a região de memória destinada aarmazenar temporariamente os dados gerados peloprograma do usuário, tais como, valores detemporizadores, valores de contadores, códigos deerro, senhas de acesso, etc.

Esses valores podem ser consultados ou alteradosdurante a execução do programa do usuário e, devidoa grande quantidade de regravações, essa memória sópode ser do tipo RAM.

9 – Mapa de memórias

Memória imagem das entradas/saídas: Sempre que aCPU executa o ciclo de leitura, ela armazena osestados da cada uma das entradas ou das saídasnessa região de memória.

Nela a CPU irá obter informações das entradas ou dassaídas para tomar as decisões durante oprocessamento do programa do usuário, nãonecessitando acessar os módulos enquanto executa oprograma. Devido a grande quantidade deregravações, essa memória é do tipo RAM.

9 – Mapa de memórias

A fonte de alimentação fornece energia aos elementoseletrônicos internos do controlador, converte a tensãode entrada em uma forma utilizável e protege oscomponentes do CLP contra os picos de tensão.

A fonte do CLP é programada de forma a suportar asperdas rápidas de alimentação externa sem afetar aoperação do sistema.

10 – Fonte de alimentação

• Baterias são usadas nos CLP’s para manter o relógio emtempo real, reter parâmetros ou programas (memórias dotipo RAM), guardar configurações de equipamentos, etc...

• As baterias do CLP normalmente são recarregáveis e dotipo longa vida (chegando a 10 anos de vida útil). Podendomanter os dados sem energia elétrica até por 30 dias.

• Dependendo do CLP pode-se utilizar um capacitor no lugarda bateria.

11 – Baterias

Esta linguagem originou-se da lógica de relés ou diagramas em

ladder(escada).

Possui duas linhas verticais e paralelas nas extremidades, representando

a alimentação do “circuito elétrico virtual(pólo positivo e pólo negativo)”.

As sequências de causa e efeito orientam-se da esquerda para direita

e de cima para baixo.

A ativação das bobinas de saída depende da habilitação de todas as

linhas horizontais,Que por sua vez depende da afirmação(verdadeiro)

dos contatos á sua esquerda.

12 – Linguagem Ladder

Alimentação + Alimentação -

BobinaContato NFContato NA

out

Fluxo virtual de corrente

Estrutura de um Degrau (rung)do diagrama ladder

12 – Linguagem Ladder

Fabricante Contato Normalmente Aberto (NA)

Contato normalmente fechado(NF)

IEC 61131-3

Allen-Bradley(RocKwell)

Siemens(step7)

GE fanuc

12 – Linguagem Ladder

Fabricante Bobina Bobina Negada

IEC 61131-3

Allen-Bradley(RocKwell) Inexistente

Siemens(step7) Inexistente

GE Fanuc

( )

( )

( )

( )

( )

12 – Linguagem Ladder

A cada instrução de entrada,saída ou relé interno,estáassociado a um endereço que indica a localização do mesmona memória do CLP.

Este endereço é um operando identificado por letras enúmeros,cuja notação e diferente

para cada fabricante.EX:

Siemens(S7-200)

I0.0 Q0.0 M0.0I:0/0 O:0/0

Allen-Bradley(RSLogix500)

B3:0/0

12 – Linguagem Ladder

Estes endereços utilizam o sistema de registradores ou registros numérico nas bases Binário Octal ou Hexadecimal.

Bit

Nible

Byte

Word

DoubleWord

b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13b14b15

12 – Linguagem Ladder

I:0/0 O:0/0

Allen-Bradley(RSLogix500)

B3:0/0

Input

Word

Bit

Output

Word

Bit

Binary

Word

Bit

Entrada Saída Relé Interno

12 – Linguagem Ladder

Digita-se I:0/00

ApareceI:0 Endereço

N.° do bit

out

I:0 O:0

00

I:0

0O:0

out

I:0 B0:

00

I:0

0B0:

0

0

12 – Linguagem Ladder

I0.0 Q0.0

Siemens(S7-200)

M0.0

Input

Word

Bit

Output

Word

Bit

Binary

Word

Bit

Entrada Saída Relé Interno

12 – Linguagem Ladder

A1 A2K1MII MIOINPUT OUTPUTLadder

00

01020304050607101112131415

1617

01020304050607

101112131415

1617

VCC=24VVCC=24V

-+ -+COM

00

COM

00000000000000

0 00

0013 14

S1

0V000000000000000

12 – Ladder (contato NA)

13 14

S1A1 A2K

1MII MIOINPUT OUTPUTLadder

00

01020304050607101112131415

1617

01020304050607

101112131415

1617

VCC=24VVCC=24V

-+ -+COM

01

COM

00000000000000

1 11

00

A1 A2K1

13 14

220V000000000000000

12 – Ladder (contato NA)

A1 A2K1MII MIOINPUT OUTPUTLadder

00

01020304050607101112131415

1617

01020304050607

101112131415

1617

VCC=24VVCC=24V

-+ -+COM

00

COM

00000000000000

1 11

0013 14

S1

0V000000000000000

A1 A2K1

12 – Ladder (contato NF)

A1 A2K1MII MIOINPUT OUTPUTLadder

00

01020304050607101112131415

1617

01020304050607

101112131415

1617

VCC=24VVCC=24V

-+ -+COM

11

COM

00000000000000

0 00

0013 14

0V

12 – Ladder (contato NF)

FIM