Apostila de automação cefet

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Curso Básico de
Controladores Lógicos
Programáveis
Prof. Rogério R. Magalhães

apostiladeautomao-cefet-110707210754-phpapp02.doc
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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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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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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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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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VARIÁVEL DISCRETA

nível
alto

normal

Vdc
24 Vdc

0 Vdc

t


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 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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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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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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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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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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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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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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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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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.

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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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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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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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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INTERLIGAÇÃO DOS DISPOSITIVOS
DE E/S AO CLP

cartão de cartão de
entrada saída

+
-
+

-

CIRCUITO PARALELO


S1 ALARME
I:012 O:003

( )
02 04
S2
I:012

03

CIRCUITO SÉRIE-PARALELO
SÉRIE-


S1
LÂMPADA I:001 O:000

( )
03 05
S2 S3
I:001 I:001

04 05

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CH1 CH3 SOL.1
I:001 I:001 O:000

( )
02 04 01
CH2 I:001

03



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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Exemplo de Bobina Retentiva

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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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

TOF

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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
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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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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