1. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Curso Básico de
Controladores Lógicos
Programáveis
Prof. Rogério R. Magalhães
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2. Tópicos
CLP
s nas Plataformas de Produção
Controle de Processos Contínuos
s
Controle de Processos Discretos
s
Controladores Lógicos Programáveis (CLP)
s
• Conceitos Básicos
• Cartões de Entrada e Saída
• Módulos Auxiliares
• Programação Ladder
• Instruções Básicas
• Exercício Prático de Programação
O que é um CLP?
•É um computador adaptado à automação
de máquinas e processos industriais
(Controlador Lógico Programável)
•Arquitetura Basica:
E Processamento S
O CLP na Arquitetura de
Automação
ESTAÇÕES DE SUPERVISÃO
PC PC PC
REDE ETHERNET VASO SEPARADOR
F F
O
C C C C CPU’s DO CLP O
C C C C
N P O O O SALA DE CONTROLE N P O O O
T T
E
U M M M E
U M M M
REDE PROPRIETÁRIA DO CLP
PSH
R R R SDV
E E E
M M M
BOMBA
MÓDULOS REMOTOS DO CLP
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3. DOIS TIPOS DE CONTROLE
sControle continuo - variáveis
analógicas (Controle PID)
sControle Discreto - variáveis
discretas (Intertravamentos)
Noções Básicas de Controle
Controle de Processos
Contínuos
Controle Contínuo
misturador
produto
LT LC
TT
TC
aquecedor
vapor H1
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4. VARIÁVEL ANALÓGICA
nível
mA
t
Controlador PID ( Estrutura)
Estrutura)
PID = P + I + D = Proporcional + Integral + Derivativo
Variável
+ Manipulada
Desvio
PID
Referencia
(MV)
(SET-POINT) -
Variável Controlada
(PV)
Controlador PID ( Processo)
• Ex.: LOOP de Controle de Vazão
Controlador
+ mA mA Vazão
PID Válvula Processo
Ref
- erro
variável controlada
mA Sensor
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5. TIPOS DE SINAIS DE CONTROLE
s Pneumático
Utiliza ar pressurizado retido em tubos
como meio de propagação (3 a 15 psi).
psi)
s Elétrico
- Sinal de tensão ‘Vdc’ (1 a 5 / 0 a 10)
‘Vdc’
- Sinal de corrente ‘mA’ (0 a 20 /4 a 20)
Noções Básicas de Controle
Controle de Processos
Discretos
Processo com Controle Discreto
PSHH
GÁS
PSV
LSHH
TANQUE
Entrada de Saída de
Produto Produto
XV
LSV
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6. VARIÁVEL DISCRETA
nível
alto
normal
Vdc
24 Vdc
0 Vdc
t
Controle de Processos Discretos
EVENTO
A mudança do Estado das variáveis de
entrada provoca a mudança das
variáveis de saída.
Ex: Pressão alta -> abrir válvula de alívio
Controle de Processos Discretos
Controle de processos discretos é a
implementação de uma Seqüência de
Eventos através do qual o processo atinge
um determinado objetivo.
Ex: nível alto -> fecha válvula e aciona alarme
botoeira acionada -> liga bomba e acende lâmpada
temperatura ou pressão alta -> abre válvula e desliga
aquecedor
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7. Controle de Processos Discretos
Descrição da Seqüência de Eventos
s Sentenças narrativas
s Tabela de Causa e Efeito
s Diagrama Lógico Binário
s Diagrama Ladder
MATRIZ DE CAUSA E EFEITO
EFEITO
PSV-01 PSV-02 PSV-03 PSV-04 PSV-05 PSV-06 PSV-07
PSH-01 X X X
PSH-02 X X
C
A PSH-03
U X X
S PSL-01
A X X X
PSL-02 X X X
PSL-03 X X X X X X X
CIRCUITOS LÓGICOS
“ Circuitos compostos de dispositivos
interligados ( pneumáticos, eletrônicos
elétricos, etc.), formando um conjunto
de entradas e saídas interdependentes.”
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8. FUNÇÕES LÓGICAS
Básicas
CIRCUITO LÓGICO
LÓGICA FIXA
“Circuito cuja relação entre saídas
e entradas é determinada pela própria
estrutura deste circuito.”
circuito.”
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9. LÓGICA PROGRAMÁVEL
Noções Básicas de CLP
Controlador Lógico
Programável
ORIGEM DO CLP
Em 1968 a General Motors solicitou
aos fabricantes de instrumentos de
controle o desenvolvimento um novo
tipo de controlador mais fácil de
configurar para substituir os painéis a
relés usados na fabricação de
automóveis.
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10. Características dos CLPs
s Facilmente programável e
reprogramável.
s Manutenção fácil (módulos de encaixe)
s Maior confiabilidade que os painéis a
relé.
s Tamanho reduzido.
Características dos CLPs
s Capacidade de comunicação com
sistemas de coleta de dados.
s Facilidade de expansão.
Principais Fabricantes de CLPs
s Ge-Fanuc
Ge- - 90/70 e 90/30
s Allen Bradley - PLC 5 e SLC 5
s DirectSoft Koyo – DL05
s Altus - AL 2003
s Siemens - SIMATIC S5 – S7
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11. FUNÇÕES DO CLP
s Lógica de intertravamento
s Retenção de variáveis
s Temporização
s Funções aritiméticas
s Controle PID
s Manipulação de dados
s Interface com computadores
s Etc...
CLP
Componentes Básicos
Básicos
COMPONENTES BÁSICOS DO CLP
s Rack ou Chassi
s Fonte
s CPU
s Memória
s E/S digitais
s E/S analógicas
s Interfaces de Comunicação
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12. RACK DO CLP
sÉ o bastidor onde são encaixados os cartões
do CLP (fonte, CPU, E/S, módulos de
comunicação, etc.).
s Servem para dar proteção mecânica aos
cartões, blindagem eletrostática e suportam
o barramento de interligação (back plane) ao
qual são ligados os cartões.
FONTES DE ALIMENTAÇÃO
s Fornece Tensão para
o black plane para
alimentar a CPU e
demais cartões
instalados no chassis.
s São fornecidos com
diversas tensões de
entrada (120 VAC, 24
VDC ) e amperagem.
amperagem.
UNIDADE CENTRAL DE
PROCESSAMENTO (CPU)
s Processa o programa lógico do CLP
armazenado dados na memória,
executando as funções lógicas,
temporização, contagem, retenção,
comparação, , operações aritiméticas,
aritiméticas,
PID, totalização e manipulação de
dados.
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13. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
DO CLP
s Ciclode varredura (scan)= atualização
(scan)=
das E/S + processamento do programa
ladder
leitura dos PROCESSAMENTO
sinais de DO PROGRAMA
entrada
INICIO
DO SCAN
atualização
das saídas
CARTÕES DE ENTRADA E
SAÍDA (E/S)
s Fazem interface entre o CLP e os
dispositivos de campo, adaptando os
sinais do processo para o controlador.
s Fazem a isolação elétrica e filtram os
ruídos do circuito.
s Possuem led’s indicadores do estado da
entrada ou da saída, proteção contra
sobrecorrente (fusível) e sobretensão .
TIPOS DE DISPOSITIVOS DE E/S
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14. SINAIS TÍPICOS PARA E/S
s E/S Digitais 115 Vac & 115 Vcc
s E/S Digitais 24-48 Vcc
24-
s E/S Analógicas 1a 5 Vcc, 4 a 20 mA
Vcc,
s Contador de alta velocidade (pulsos)
s Interface serial
s Entrada de termopar
s RTD
INSTRUMENTOS LIGADOS A UM
CARTÃO DE ENTRADA DIGITAL
s Pressostatos
s Termostatos
s Chaves de nível
s Botoeiras
s Chaves de fim de curso
s Etc.
INSTRUMENTOS LIGADOS A UM
CARTÃO DE ENTRADA ANALÓGICA
s Transmissores de nível.
s Transmissores de pressão.
s Transmissores de temperatura.
s Transmissores de vazão.
s Etc.
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15. INSTRUMENTOS LIGADOS A UM
CARTÃO DE SAÍDA DIGITAL
s Solenóides
s Contatores
s Relés
s Lâmpadas de sinalização
s Buzina de alarme
CARTÃO DE SAÍDA ANALÓGICA
s Sinais numéricos em 16 BIT’s (WORD)
são gerados durante o processamento
do programa ladder pela CPU, e
associados a cada saída do cartão
analógico.
s Os cartões de saídas analógicas
convertem o valor numérico para um
valor analógico padrão.
s Ex: 4 a 20 mA , 1 a 5 V , etc.
EXEMPLOS DE EQUIPAMENTOS
DE PROGRAMAÇÃO
Hand held
Software DOS
Software Simulador
Windows
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16. LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
s Linguagem Gráfica
• Diagrama de Lógica de Rele (Ladder)
• Diagrama de Blocos de Funções (FBD)
s Linguagem Textual
• Lista de Instruções (IL)
• Texto Estruturada (ST)
EXEMPLOS DE LINGUAGENS DE
PROGRAMAÇÃO
Bloco de Função
DIAGRAMA LADDER
AND
A B C C
A
( ) B
Lista de Instruções
Texto Estruturado
LD A
ANDN B C=A AND NOT B
ST C
ENDEREÇAMENTO
sÉ um número ou código usado para
identificar cada ponto físico de entrada ou
saída do CLP ou algum ponto interno.
s Cada registro (conjunto de 16 BIT’s)
associado a um grupo de E/S ou pontos
internos também tem um endereço.
s O endereço serve para referênciar pontos
ou registros no programa ladder.
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17. DIAGRAMA LADDER
sForma de programação usada para
passar instruções ao CLP sobre
como deve ser executado o plano de
controle.
sUtiliza símbolos similares aos usados
em diagrama elétrico de reles como
linguagem de programação.
INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
Examine On
Examine Off
Bobina (Energizar saída)
(Energizar
EXEMPLO DE INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
CIRCUITO SÉRIE
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
CH 1 CH 2 SOL 1 I:000 I:000 O:001
( )
01 02 12
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18. INTERLIGAÇÃO DOS DISPOSITIVOS
DE E/S AO CLP
cartão de cartão de
entrada saída
+
-
+
-
EXEMPLO DE INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
CIRCUITO PARALELO
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
S1 ALARME
I:012 O:003
( )
02 04
S2
I:012
03
EXEMPLO DE INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
CIRCUITO SÉRIE-PARALELO
SÉRIE-
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
S1
LÂMPADA I:001 O:000
( )
03 05
S2 S3
I:001 I:001
04 05
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19. EXEMPLO DE INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
CIRCUITO SÉRIE-PARALELO
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
CH1 CH3 SOL.1
I:001 I:001 O:000
( )
02 04 01
CH2 I:001
03
EXEMPLO DE INSTRUÇÕES DO TIPO RELÉ
CIRCUITO SÉRIE-PARALELO
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
I:001 I:001 O:000
B1
B2
( )
02 04 05
M O:000
M1
05 O:000 O:000
G
M2
( )
05 06
R
O:000 O:000
( )
05 07
Bobina Retentiva
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20. Exemplo de Bobina Retentiva
CIRCUITO ELETROMECANICO DIAGRAMA LADDER
I:001 O:000
B1
B2
(L)
02 05
M
I:001 O:000
M1
(U)
03 05
INSTRUÇÕES DE TEMPORIZAÇÃO
(TON)
TON
TIMER ON DELAY EN
Timer
Time Base
DN
Preset
Accum
TIMER- Endereço do temporizador
TIME BASE- Base de tempo
PRESET- Valor definido como limite
ACCUM- Valor acumulado
TON
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21. APLICAÇÃO DE UM
TEMPORIZADOR (TON)
I:001 TON
EN
TIMER ON DELAY
01 TIMER T4:0
TIME BASE 1.0 DN
Preset 180
Accum 0
T4:0 O:001
01
EN
T4:0 O:001
DN 02
INSTRUÇÃO DE TEMPORIZAÇÃO
(TOF)
TOF
TIMER OFF DELAY EN
Timer
Time Base
DN
Preset
Accum
TIMER- Endereço do temporizador
TIME BASE- Base de tempo
PRESET- Valor definido como limite
ACCUM- Valor acumulado
TOF
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22. APLICAÇÃO DE UM
TEMPORIZADOR (TOF)
I:012 TOF
EN
TIMER ON DELAY
10 TIMER T4:0
TIME BASE 1.0 DN
Preset 180
Accum 0
T4:0 O:013
01
EN
T4:0 O:013
DN 02
INSTRUÇÕES DE CONTADOR
(CTU)
CTU
COUNT UP CU
Counter
Preset DN
Accum
COUNTER- Endereço do Contador
PRESET- Valor definido como limite
ACCUM- Valor acumulado
CU- Contador habilitado
DN- Contagem concluída
APLICAÇÃO DE UM
CONTADOR
I:001 CTU
COUNT UP CU
Counter C5:0
01 Preset 4 DN
Accum 0
C5:0 O:001
01
DN
I:001 C5:0
RES
02
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23. APLICAÇÃO DE UMA
INSTRUÇÃO ARITIMÉTICA
I:012 ADD
ADD
10 SOURCE A N7:3
SOURCE B N7:4
DETINATION N7:20
APLICAÇÃO DE UMA
INSTRUÇÃO LÓGICA
I:012 AND
BITWISE AND
10 SOURCE A D9:3
SOURCE B D10:4
DETINATION D12:3
INSTRUÇÃO DE
MOVIMENTAÇÃO (MOV)
MOV
MOVE
Source
Destination
fim
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