Clp completa

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Clp completa

  1. 1. CLP
  2. 2. Função lógica NOT (NÃO)A função NOT é aquela em que o circuito inverte o nível de entrada. Ela possuisomente uma entrada e uma saída e obedece à seguinte definição:A função NOT é aquela que terá nível lógico “1” como resultado quando a entrada forigual a “0” e vice-versa. Isso significa que a função NOT é um inversor lógico, ou seja, onível lógico da sua saída será sempre o oposto do nível lógico de entrada
  3. 3. Função lógica AND (E)Esta função pode ser realizada por circuitos com duas ou mais entradas e uma saída efunciona de acordo com a seguinte definição:A saída de um circuito que executa a função AND será “1”, somente se todas asentradas forem “1”.
  4. 4. Função lógica OR (OU INCLUSIVA)Esta porta também possui duas ou mais entradas, e uma saída, funcionando de acordocom a seguinte definição:A função OR é aquela que terá “1” como resultado se uma ou mais entradas forem “1".
  5. 5. Função lógica NAND (NÃO-E)A função lógica NAND é na realidade a combinação das duas funções lógicas básicasAND e NOT.
  6. 6. Função lógica NOR (NÃO-OU)A função lógica NOR é na realidade a combinação das duas funções lógicas básicas ORe NOT.
  7. 7. Função lógica EXCLUSIVE-OR (OU-EXCLUSIVA)A função lógica OU EXCLUSIVE é aquela que terá “1” como resultado, somente quandouma entrada, entre duas variáveis de entrada, for igual a “1”.
  8. 8. Função lógica EXCLUSIVE-NOR (NÃO-EXCLUSIVA ou CIRCUITO COINCIDÊNCIA)Esta função fornece nível lógico “1” como resultado somente quando suas entradas,entre duas variáveis, forem iguais. Esta função também é conhecida como circuitoCoincidência.
  9. 9. IntroduçãoO Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu praticamente dentro da indústriaautomobilística americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors,em 1968, devido à grande dificuldade de mudar a lógica de controle de painéis decomando a cada mudança na linha de montagem.A partir de 1970, com o advento da tecnologia de microprocessadores, oscontroladores passaram a ter uma grande capacidade de processamento e altaflexibilidade de programação e expansão. Entre outras características, citamos:ser capaz de operar com números, realizar operações aritméticas com ponto decimalflutuante, manusear dados e se comunicar com computadores.
  10. 10. O sistema utilizado para programar o controlador era um dispositivo dedicado eacondicionado em uma maleta portátil, chamada de maleta de programação, de formaque podia ser levada para “campo” a fim de alterar dados e realizar pequenasmodificações no programa.Podemos didaticamente dividir os CLPs historicamente de acordo com o sistema deprogramação por ele utilizado:
  11. 11. 1º GeraçãoOs CLPs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada aohardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly, que variava deacordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programarera necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. Assim a tarefa deprogramação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada,gravando-se o programa em memória EPROM, sendo realizada normalmente nolaboratório junto com a construção do CLP.2º GeraçãoAparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes dohardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “programa monitor“ no CLP,o qual converte (no jargão técnico Compila) as instruções do programa, verifica oestado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera oestado das saídas. Os Terminais de Programação (ou Maletas, como eram conhecidas)eram na verdade Programadores de Memória EPROM. As memórias depois deprogramadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosseexecutado.
  12. 12. 3º GeraçãoOs CLPs passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou ProgramadorPortátil é conectado, podendo alterar, apagar, gravar o programa do usuário, além derealizar testes (Debug) no equipamento e no programa. A estrutura física tambémsofre alterações, sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ouRacks.4º GeraçãoCom a popularização e a diminuição dos preços dos microcomputadores(normalmente clones do IBM PC), os CLPs passaram a incluir uma entrada para acomunicação serial. Com o auxílio dos microcomputadores, a tarefa de programaçãopassou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representaçõesdas linguagens, possibilidade de simulações e testes, treinamento e ajuda por partedo software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programasno micro, etc.
  13. 13. 5º GeraçãoAtualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação paraos CLPs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse”com o equipamento outro fabricante, não só CLPs, como Controladores de Processos,Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação, etc., proporcionando umaintegração a fim de facilitar a automação, o gerenciamento e o desenvolvimento deplantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada globalização.
  14. 14. ConceituaçãoUm controlador lógico programável pode é definido pelo IEC (InternationalElectrotechnical Commission) como:Sistema eletrônico operado digitalmente, projetado para uso em um ambienteindustrial, que usa memória programável para armazenagem interna de instruçõesorientada para o usuário para implementar funções especificas, tais como lógica,sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradase saídas digitais ou analógicas, vários tipos de maquinas ou processos.Segundo a NEMA (National electrical Manufacturers Association):Um equipamento eletrônico que funciona digitalmente e que utiliza uma memoriaprogramável para o armazenamento interno de instruções para implementar funçõesespecificas, tais como lógica, sequenciamento, registro e controle de tempos, atravesde módulos de entradas e saídas digitais (liga/desliga) ou analógicas ( 1 a 5Vcc, 4 a20mA etc..,) vários tipos de maquinas ou processos.
  15. 15. Vantagens• Facilidade de programação e reprogramação, preferencialmente na planta, para ser possivel alterar a sequencia de operações na linha de montagem;• Possibilidade de manutenção e reparo com blocos de entradas e saídas modulares;• Confiabilidade para que possa ser utilizado em ambientes industriais;• Redução de tamanho em comparação aos sistemas em relés;• Ser competitivo em custo aos paineis a reles;• Possibilita entradas e saidas com niveis digitais 110V, 24V ou analógicos 4 a 20mA;• Possibilita expansões sem grandes alterações no sistema;• Memoria programavel de no minimo 4Kbytes e possibilidade de expansão;• Estação de operação com intefaceis amigaveis (IHM);• Possibilidade de integração dos dados de processo do CLP em bancos de dados gerenciais, para tornar disponíveis informações sobre o chão de fabrica para os departamentos envolvidos com o planejamento da produção;
  16. 16. A norma IEC 61131 foi elaborada pela “International Electrotechnical Commission” -IEC com o objetivo de padronizar diversos aspectos relacionados aos de ControladoresLógicos Programáveis, assim como aplicar modernas técnicas e linguagens deprogramação para o desenvolvimento de software para estes sistemas. A norma écomposta por 8 partes, sendo que a parte 3 (61131-3) é destinada ao modelo desoftware e às linguagens de programação. A parte 3 da norma apresenta e define 5linguagens de programação que são:• Lista de Instruções – IL• Diagrama Ladder – LD• Diagrama de Blocos Funcionais – FBD• Texto Estruturado –ST• Sequenciamento Gráfico de Funções – SFC
  17. 17. O PLC é composto basicamente por 3 partes principais : Cartões de Cartões de entrada saída CPU Transdutores Atuadores• ENTRADAS: Os diversos cartões (placas) de entradas são responsáveis pelo fornecimento das entradas em corrente contínua ou alternada;• SAÍDAS: Os diversos cartões (placas) de saídas são responsáveis pelo fornecimento das saídas em corrente contínua ou alternada;• CPU (Unidade Central de Processamento): Unidade de processamento central, cartão (placa) CPU, onde será processado o programa, a fim de se obter as saídas específicas;
  18. 18. CICLO DE FUNCIONAMENTO (VARREDURA)A figura abaixo ilustra a seqüência de funcionamento de um CLP, este processo éconhecido como ciclo de varredura ( scan ) e o tempo gasto para efetuar os mesmos(scan time ) é normalmente de alguns mili-segundos.
  19. 19. INICIALIZAÇÃONo momento em que é ligado, o CLP executa uma série de operações pré-programadas,gravadas em seu programa monitor que são :• Verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares;• Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados;• Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. );• Desativa todas as saídas;• Verifica a existência de um programa de usuário;• Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.
  20. 20. VERIFICAÇÃO DOS ESTADO DAS ENTRADASO CLP lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada.TRANSFERIR PARA A MEMÓRIAApós o ciclo de varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região dememória chamada de memória Imagem das entradas e saídas. Ela recebe este nomepor ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada peloCLP no decorrer do processamento do programa do usuário.COMPARAR COM O PROGRAMA DO USUÁRIO.O CLP ao executar o programa do usuário , após consultar a memória Imagem dasentradas, atualiza o estado da memória Imagem das saídas, de acordo com asinstruções definidas pelo usuário em seu programa.ATUALIZAR O ESTADO DAS SAÍDASO CLP escreve o valor contido na memória das saídas, atualizando as interfaces oumódulos de saída, inicia-se então, um novo ciclo de varredura.
  21. 21. • Entradas (INPUT “I”)São pontos de conexão onde ligamos os dispositivos que fornecem informações decampo (presença de peças, temperatura, vazão, velocidade...) para o PLC. Estasinformações são em forma de sinais elétricos que podem ser classificados comoDigitais ou Analógicos:Sinal Digital - Também conhecido como sinal lógico (ou discreto), tem este nomeporque só permite dois estados lógicos:0 = desligado / “aberto” (sem sinal elétrico nos terminais do PLC)1 = ligado / “fechado” (com sinal elétrico nos terminais do PLC)Os sinais digitais costumam ser em: 24 VCC, 110 VCA e 220 VCA.Exemplo de sinal digital:Botão Atuado = “1” Ligado (enviando sinal elétrico para o PLC)Botão Não Atuado = “0” Desligado (não enviando sinal elétrico para o PLC)
  22. 22. Sinal Analógico - É o sinal elétrico que varia sua intensidade com o tempo. Utilizadopara representar o valor de grandezas físicas como vazão, temperatura, nível,deslocamento etc, que também variam com o tempo. Isto é possível porque este sinaltrabalha com um range de valores em Corrente ou Tensão que variam sua intensidadede acordo com a variação da grandeza representada.O sinal analógico pode ser em TENSÃO (0 - 10 Volts) ou em CORRENTE (4 - 20 mA).Exemplo de sinal analógico:Um sensor de nível que converte o nível de um tanque = 0 a 100% de nível em umsinal analógico de tensão = 0 a 10 Volts. Onde cada variação no nível do tanqueresultará uma variação no sinal analógico:
  23. 23. Exemplos de dispositivos de entrada:
  24. 24. • Saídas (OUTPUT “O”)São pontos de conexão onde ligamos os dispositivos de campo que são acionadospelo PLC (contatores que partem motores, sinalizadores, válvulas solenóides,inversores de freqüência, vazão, etc), este acionamento é feito através do envio desinais elétricos do PLC para os dispositivos de campo.Assim como as entradas, este sinal elétrico pode ser analógico ou digital:Exemplo de sinal digital:Lâmpada Acionada = “1” ligado (o PLC está enviando sinal elétrico para o dispositivo);Lâmpada Não Acionada = “0” desligado (o PLC não está enviando sinal elétrico para odispositivo);
  25. 25. Tipos de saídas digitaisQuando utilizamos saídas digitais, estas devem ser, de acordo com as especificaçõestécnicas dos dispositivos a serem acionados, dimensionadas em relação à Tensão e aCorrente Elétrica consumida pelo mesmo.Temos disponíveis vários tipos de módulos de saída, sendo os mais usuais:Saída a Transistor: Trabalha com sinal de saída em 24 VCC que, normalmente, nãopossui uma capacidade muito grande de Corrente Elétrica, pode chegar a 0,5 A (500mA). O valor exato depende do produto que estamos utilizando. Este dado é obtido nomanual do fabricante.Saída a Triac (Tiristor): Trabalha com sinal de saída em 110 VCA ou 220 VCA. Como oTransistor também não possui uma capacidade muito grande de Corrente Elétrica,varia em torno de 0,5 à 1A.Saída a Relé: Este tipo de saída é muito utilizado, pois permite ao usuário trabalharcom qualquer valor de tensão e possui uma capacidade maior de Corrente Elétrica,podendo passar dos 5 A. Isto ocorre porque a saída aciona um Relé Interno (pode seralimentado com qualquer valor de Tensão) que disponibiliza um contato para ousuário. O limite de corrente depende exclusivamente do relé usado pelo fabricante.
  26. 26. Exemplo de sinal analógico:Podemos usar uma saída analógica do PLC para variar a velocidade de um motor elétricoutilizando um inversor (conversor) de freqüência, onde para cada variação na intensidade dosinal analógico haverá uma variação na velocidade do motor - 0 a 10 Volts = 0 a 60 Herts.
  27. 27. Unidade Central de Processamento (CPU)É o centro do sistema constituído por um circuito eletrônico composto demicroprocessadores, e memórias programáveis pelo usuário. Esta programação ébaseada na lógica de comandos elétricos, realizada de modo simplificado e amigável,através de um microcomputador.
  28. 28. A CPU é a inteligência do processo de automação. Podemos dizer isto, pois ela tem acapacidade de identificar e compreender os sinais de entrada, provenientes dosdispositivos de campo conectados em seus terminais e, de acordo com umaPROGRAMAÇÃO (feita pelo usuário), enviar sinais elétricos aos dispositivos de campoconectados nos terminais de saída, fazendo com que atuem no processo.Ciclo de OperaçãoVarredura das Entradas: A CPU lê todas as entradas e guarda as informações em umamemória especial, denominada Memória Imagem de Entrada;Varredura do Programa: As informações da Memória Imagem de Entrada sãoprocessadas de acordo com o programa realizado pelo usuário e de acordo com alógica do programa muda os estados das saídas e guarda estas informações em outramemória especial denominada Memória Imagem de Saída.Varredura das Saídas: As saídas são atualizadas de acordo com a Memória Imagem deSaída. Esta rotina de operação recebe o nome de Scan, e é executado ciclicamentepela CPU. O tempo de cada ciclo depende do tamanho do programa e do número depontos de Entradas e Saídas (I / O). Este tempo, porém tem de ser o menor possível(poucos ms) e varia de CPU para CPU (dados construtivos).
  29. 29. DimensionamentoQuando vamos dimensionar um PLC para uma Automação Industrial devemosconsiderar alguns tópicos:• Quantidade e Características de I/O• Capacidade de Memória da CPU• Alimentação e Funções Específicas• Condições Ambientais
  30. 30. Modelos de PLCEstrutura CompactaNeste tipo de configuração um mesmo produto comporta CPU, Entradas e Saídas.Geralmente este tipo de PLC é alimentado pela rede elétrica (110/220 VAC) e possuem,internamente, uma fonte de 24 VCC para alimentar seus circuitos eletrônicos.
  31. 31. Estrutura ModularNeste tipo de configuração, o PLC pode ser “montado” de acordo com a necessidadeda aplicação. Isto porque seus componentes estão divididos em vários módulos demesma função, porém com características diferentes:
  32. 32. Módulo da CPU: Varia em capacidade de memória, tempo de processamento,protocolos de comunicação e recursos avançados;Módulos de Entradas e Saídas: Variam em quantidade de pontos, resolução, tensãode operação e capacidade de corrente. Existem também módulos que realizamfunções especiais, como controle de movimento, pesagem, redes de comunicação etc.Módulo de Alimentação: (fonte de alimentação para os módulos). Varia nacapacidade de corrente.Rack: Estrutura para alojar os módulos, varia no tamanho.
  33. 33. Realização de Diagnósticos Neste segmento, a CPU realiza todos os diagnósticos do sistema, além decalcular o Scan Time (Tempo de varredura), atualizar Relês Especiais correspondentes ereinicializar o Watchdog Timer (Temporizador ‘Cão-de-Guarda’). Entre os diagnósticos realizados, os mais importantes são o cálculo do ScanTime e o controle do Watchdog Timer. O Scan Time compreende o tempo consumido pela CPU para realizar todasas tarefas em cada scan, desde o início (atualização das entradas) até o término dociclo (atualização das saídas). O Watchdog Timer armazena o tempo máximo permitido para execução decada scan (normalmente definido pelo usuário). Se, em determinado scan, esse tempofor excedido (Erro Fatal), a CPU é forçada ao modo de programação e todas as saídassão desligadas. Caso contrário, o valor do Scan Time é armazenado em uma variávelapropriada (para realização de estatísticas: Scan Time máximo e mínimo, por exemplo)e juntamente com o Watchdog Timer é reinicializado, sendo controlados a cada scan.Todos os erros diagnosticados, Fatais ou não Fatais, são indicados por flags (bitsinternos à CPU, que podem ser usados no programa de aplicação), e em alguns casospor LEDs externos (normalmente localizados na parte frontal da CPU e dos Módulos deI/O). Algumas CPUs dispõem, também, de uma variável destinada ao armazenamentodo código de erro ocorrido durante a execução do último scan.
  34. 34. Exercício:Montar o circuito elétrico conforme o circuito logico OU E

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