O documento descreve o que é um controlador lógico programável (CLP), sua história e evolução. Os CLPs foram desenvolvidos na década de 1960 para substituir painéis de relés e permitem a transferência de modificações de hardware para software. Os CLPs possuem vantagens como menor espaço, consumo de energia e custo em comparação aos sistemas de controle baseados em relés.

1. Automação e Controle - CLP

2. O que é C.L.P. ?
• É a sigla para : controlador lógico programável, que é
um dispositivo eletrônico que controla máquinas e/ou
processos.
• Utiliza uma memória programável para armazenar
instruções e executar funções específicas que incluem
controle de energização/desernegização, temporização,
contagem, operações matemáticas e manipulação de
dados.

3. Histórico do CLP
• Os CLPs foram desenvolvidos no final dos anos 60, com
a finalidade de substituir painéis de relés em controles
baseados em lógicas combinacional / seqüencial, em
linhas de montagem nas indústrias de manufatura,
principalmente automobilística, sendo progressivamente
adotados pelas indústrias de processos.
• O critério do projeto para o primeiro controlador foi
especificado em 1968 por uma divisão da General
Motors Corporation. O objetivo inicial era eliminar o alto
custo associado com os sistemas controlados a relés.

4. Histórico do CLP
• As especificações iniciais requeriam um sistema de
estado sólido com a flexibilidade do computador, capaz
de suportar o ambiente industrial, ser facilmente
programado e reprogramado, manutenção fácil e por
último facilmente expansível e utilizável.
• Já os painéis de controle a relés necessitavam
modificações na fiação, o que muitas vezes era inviável,
tornando-se mais barato simplesmente substituir todo
painel por um novo.
• Os primeiros modelos tinham, pelo menos, a função de
150 relês.
• Portanto, os CLP’s permitiram transferir as modificações
de hardware para modificações no software.

6. Evolução do CLP
1969 a 1971 - Substituir a lógica via relés
1971 a 1976 - Substituir contadores e temporizadores
Operações aritméticas
Impressão de documentação/relatórios
Controle em malha fechada (PID)
1976 a 1981 - Comunicação entre CP's
Controle de posicionamento
1981 a 1985 - Redes com periféricos
Unidades Remotas
Redundância de CPU's
1985 a atual- Interface Homem Máquina (IHM)
Sistemas supervisórios

7. Vantagens do CLP
• Ocupam menor espaço físico
• Menor consumo de energia elétrica
• Programáveis
• Maior confiabilidade
• Maior flexibilidade
• Maior rapidez na elaboração de projetos
• Interfaces de comunicação com outros CLP’s e
computadores
• Mais robustos

8. Características do CLP
• 􀂃 Programabilidade
• 􀂃 Alta confiabilidade
• 􀂃 Imunidade a ruídos
• 􀂃 Isolação óptica de entradas e saídas
• 􀂃 Detecção de falhas
• 􀂃 Modularidade
• 􀂃 Start-up rápido
• 􀂃 Operação em condições ambientais severas

9. Aplicações do CLP
• 􀂃 Automotiva
• 􀂃 Transformadora de Plástico
• 􀂃 Cerâmica
• 􀂃 Petroquímica
• 􀂃 Embalagem
• 􀂃 Bebidas
• 􀂃 Papel, etc.

10. Recursos do CLP
• Lógica de rêles ( retenção(selo) , intertravamento))
• Possibilidade de monoestavél
• Temporizadores
• Operações Matemática e booleana
• Comparação de magnitude
• Comunicação com outros módulos e
CLPs

11. Sistema automatizado básico

12. Pergunta 1
• Quais precisamos ter em maior número
em um processo sensores ou atuadores?

13. Modelo de planta de processo

14. Aparência física típica

15. Pergunta 2
• Quais seriam as entradas e saídas dos
seguintes sistemas:
• Microondas!
• TV!
• Trator!
• Servo motor!

16. Requisitos na implementação
• Número de entradas e saídas (I/O);
• Requisitos elétricos;
• Circuitos de saída;
• Requisitos de memória;
• Velocidade da operação;
• Comunicação;
• Interfaces de operação.

17. Unidades básicas do CLP

18. Pergunta 3
• Como deve ser a conexão entre dois
elementos para que seja “transmitida” a
informação em tensão entre as partes do
sistema?
• Desenhe um croqui!

19. AULA 2

20. Ciclo de Varredura (scan)

21. Ciclo de Varredura (scan)

22. Pergunta 4
• Que você acho de diferente na figura
anterior com relação ao que já havia visto
em outras disciplinas?

23. Execução a cada ciclo de scan

24. Comparação entre simbologias
• Comandos
• Ladder

25. Desafio 1
• Dado um inversor, and, or xor (ISA)
• Esquematize um circuito similar em
comandos
• Esquematize um circuito similar em ladder

26. AULA 3

27. Produtos e Fabricantes
• Allen Bradley - Rockwell Automation – RS Logix
• Autus
• Aromat
• Atos - Winsup
• Klockner Mueller
• FST - Festo
• Siemens – Step7
• Onrom
• Weg

28. Sinal de entrada
• Os pontos de entrada podem ser digitais ou analógicos.
Os pontos de entrada digitais, obviamente, reconhecem
apenas dois estados: ligado ou desligado. Já os pontos
de entrada analógicos reconhecem mais de dois
estados – normalmente um número da potência dois 2n
(4, 8, 16, 32, 64, 128, 256,...). O número de estados
depende do número de bits usado pelo conversor A/D
da entrada. Assim, um conversor A/D de 10 bits permite
1024 estados de entrada.
• Como exemplo de entradas digitais, podem-se citar
sensores fim-de-curso (microchaves ou sensores
indutivos), botoeiras, contatos secos (relés), etc. Já
entradas analógicas podem estar ligadas a termopares,
sensores resistivos de posição, sinais 4 a 20mA ou 0 a
10V, tensão, corrente, etc.

29. Cuidados com sinais
• A conexão de sensores e sinais externos ao CLP deve
ser feita com certo cuidado, em especial no que tange a
interferência elétrica induzida por cabos de força ou
acionamento. Como os sinais de entrada, normalmente,
têm níveis de tensão e corrente pequenos (mV, no caso
de termopares), eles se tornam susceptíveis a
interferências de campos elétricos e magnéticos a sua
volta, ou ainda a induções provenientes de telefones
celulares, rádio transmissores, etc. Assim, os cabos de
entradas (tanto analógicas quanto digitais) devem ser
conduzidos dos sensores ao CLP via eletroduto ou calha
específica, de metal e aterrada. Além disso, os cabos de
entradas analógicas devem ter malha de blindagem.

30. Cuidados com sinais - entradas
• Não deve-se misturar os cabos de entrada com cabos de
acionamento e, muito menos, com cabos de força. No caso de
cruzamento entre cabos de entrada e cabos de força ou
acionamento, fazer o cruzamento a 90°, de forma a minimizar a
possibilidade de interferências. Deve-se evitar colocar cabos de
entrada e cabos de força “correndo” em paralelo em um eletroduto
ou calha, pois o acoplamento indutivo e capacitivo entre eles será
maximizado.
• As entradas analógicas a corrente (4 a 20mA) costumam ser mais
imunes a ruídos elétricos do que entradas a tensão (0 a 10V), pois
apresentam uma impedância menor. As entradas digitais
normalmente são dimensionadas para a tensão de alimentação do
controlador (12 ou 24 Vdc), e não devem ser ligadas diretamente a
rede elétrica, a não ser que o manual do equipamento indique que
isso é permitido.

31. Cuidados com sinais - saídas
• As saídas analógicas (4 a 20mA, 0 a 10V) são pontos de saída de baixa
potência e, por isso, devem ser isoladas de cabos de força ou
acionamento. Podem ser incluídas no eletroduto ou calha com os cabos de
entrada ao CLP.
• Já as saídas digitais, que acionam lâmpadas, solenóides, contatoras etc,
devem ser isoladas das entradas do CLP, pelos mesmos motivos expostos
no item anterior.
• No caso de atuação de cargas indutivas, há de se considerar ainda a
supressão da força contra-eletromotriz gerada na bobina do atuador, ao
desligá-lo. Devido a importância deste fenômeno, vamos revisá-lo
rapidamente.

32. Cartão de entrada AC

33. Cartões de entrada Dc - N e P

34. Faixas analógicas industriais
Em tensão: Em corrente:
0 / +10 Vcc 0 / 20mA
0 / +05 Vcc 4 / 20mA
1 / +05 Vcc
-5 / +5 Vcc
-10 / +10 Vcc

35. Transdutores Digitais
• Botões
• Chaves de fim de curso
• Sensores de proximidade
• Termostatos
• Pressostatos
• "Push Buttons"

36. Cartão de entrada analógica

37. Sensores analógicos
• Transdutor de pressão
• Amplificadores de tensão células de carga
• Transdutor de umidade
• Régua Potenciométrica
• Sensor de Nível
• Sensor de Vazão

38. Cartões especiais de entrada
• Contadores
• Encoder
• Termopares ( tipos: J, K, L, S, etc... )
• Termoresistências ( PT100, NI100, etc...)
• Ponte balanceada tipo strain gauge
• Leitura de grandezas elétricas

39. Sinal de saída
• Cada sinal produzido pelo CLP para acionar dispositivos
ou componentes do sistema de controle (atuadores)
constitui um ponto de saída. Novamente, pode-se
separar em saídas digitais ou analógicas. As saídas
digitais possuem apenas dois estados, enquanto saídas
analógicas possuem mais de dois estados. O número de
estados depende do número de bits usado pelo
conversor D/A da saída. Assim, um conversor D/A de 8
bits permite 256 estados de saída.
• Pontos de saída digitais podem ser implementados por
relés, transistores, ou ainda por SCRs e TRIACs. São
usados para acionar lâmpadas, motores, solenóides,
válvulas etc. Já pontos de saída analógicos fornecem
correntes de 4 a 20mA, ou tensões de 0 a 10 V. São
usados para atuar válvulas proporcionais, controlar
velocidade de motores (via Inversor de Freqüência) etc.

40. Saídas
• Contato seco
• A transistor / SCR / TRIAC

41. Contatos a seco
Normal Aberto
(NA)
Normal Fechado (NF) Comutador

42. Pergunta 4
• No caso de segurança, onde é
interessante desarmar definitivamente um
sistema elétrico com problemas, qual
contato seria mais seguro?

43. Cartão de saída AC
Alimentação de 90 Vca a 240 Vca
• Varistor: Protege contra o surto de tensão
• RC: Protege contra disparo indevido
• Triac : Isolado do sistema por acoplador óptico

44. Cartão de saída tipo N

45. Cartão de saída tipo P

46. Cartão analógico de saída

47. Cartões especiais de saída
• PWM
• Controle de servo motores
• Controle de motor de passo
• Interface IHM

48. Atuadores digitais
• Contatores
• Solenóides
• Relés
• Lâmpadas
• Sirenes

49. Atuadores analógicos
• Conversor de freqüência
• Válvula proporcional

50. Principais Atuadores
• Motores elétricos
Controle de rotação e deslocamentos
• Cilindros Hidráulicos e Pneumáticos
Controle de deslocamentos;
• Eletroválvulas - Controle de fluxo;
• Bombas - Controle de fluxo e de nível;
• Resistências elétricas
Controle de aquecimento;
• Compressores
Controle de refrigeração / climatização

51. Conceituação
• Elemento Sensor
• Transdutor
• Sensor
• Atuador

52. Exemplos:
•Termoresistor(Pt100): Varia sua resistência de
acordo com a temperatura.
•Termopar:Gera uma tensão elétrica quando
submetido a uma temperatura.
•Tacogerador:Gera uma tensão proporcional a
velocidade no qual é submetido.
•Célula de Carga:Varia sua resistência de acordo
com a força que lhe é aplicada .
Exemplos de trandutores

53. São equipamentos eletrônicos
capazes de detectar a
aproximação de peças
metálicas;
Sensor indutivo

54. •Com a aproximação de peças metálicas, ocorre uma variação na tensão
gerada por um oscilador;
•Princípio de Funcionamento:
•Um comparador monitora esta tensão e envia um sinal para o transistor
caso ocorra variação.
Sensor indutivo

55. •Aplicações:
Sensor indutivo

56. •Equipamentos eletrônicos capazes de
detectar aproximação de materiais orgânicos,
plásticos, pós, Iíquidos, madeiras, papéis,
metais, etc.
Sensor capacitivo

57. •Princípio de Funcionamento:
•Baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido
por um oscilador controlado por capacitor.
Sensor capacitivo

58. •Tabela de Constantes dielétricas:
Sensor capacitivo

59. •Exemplo de distância de detecção (10mm):
Sensor capacitivo

60. •Aplicações
Sensor capacitivo

61. •Também conhecidos por sensores
ópticos, manipulam a luz de forma a
detectar a presença de objetos.
Sensor fotoelétrico

62. •Baseiam-se na transmissão e recepção de luz
infravermelha que pode ser refletida ou
interrompida por um objeto a ser detectado.
Sensor fotoelétrico

63. •Principais Tipos:
Sensor fotoelétrico

64. •Aplicações:
Sensor fotoelétrico

65. •Utilizam ondas sonoras de alta freqüência
para detectar objetos.
Sensor Ultra-sônico (sonar)

66. •Princípio de Funcionamento.
O emisssor envia impulsos ultrasônicos sobre o objeto
analisado. As ondas sonoras voltam ao detetor depois
de um certo tempo, proporcional a distância.
Sensor Ultra-sônico (sonar)

67. •Aplicações:
Sensor Ultra-sônico (sonar)

68. Itens de hardware do CLP
• Fonte DC
• CPU
• Memória de firmware
• Memória de dados
• Memória de usuário
• Watch Dog – Power On reset – Power Down
• Interface de programação
• Interface homem máquina
• Cartões de entrada e saída

69. Comunicação
Os padrões RS-232 e RS-485 definem características mecânicas,
elétricas, funcionais e procedurais para ativar, manter e desativar
conexões físicas que se destinam a transmitir bits entre dois
dispositivos.
• Características mecânicas: definem o tamanho e a forma dos
conectores, pinos, cabos, etc., que compõem um circuito de
transmissão.
• Características elétricas: especificam os valores dos sinais elétricos
(níveis de voltagem e corrente) usados para representar bits, o
tempo entre mudanças desses valores etc. Determinam
também as taxas de transmissão e distâncias que podem ser
atingidas.
• Características procedurais: especificam combinações e
seqüências de sinais que
devem ocorrer para que uma interface do nível físico cumpra o seu
papel de receber e transmitir bits.

70. Canais de comunicação
Um canal de comunicação é um caminho sobre o qual a
informação pode trafegar. Os canais podem ser
classificados da seguinte forma:
􀂃 Canal simplex: canal no qual a direção de transmissão
é inalterada.
􀂃 Canal half-duplex: é um canal físico simples no qual a
direção pode ser revertida. As mensagens podem fluir
nas duas direções, mas nunca ao mesmo tempo.
􀂃 Canal full-duplex: permite que mensagens sejam
trocadas simultaneamente em ambas as direções. Pode
ser visto como dois canais simplex, um canal direto e
um canal reverso.

71. Taxa de transferência

72. Níveis de rede

73. Níveis de rede

74. Diferença entre os níveis

75. Diferença entre protocolos

76. Linguagens de programação
Linguagens Textuais
• Texto Estruturado (Strutured Text – ST)
• Lista de Instruções (Instruction List – IL)
Linguagens Gráficas
• Diagrama Ladder (LD)
• Diagrama Blocos Funcionais (FBD)
Outra
• O SFC descreve graficamente o comportamento seqüencial
de um programa de controle e é derivado das redes de Petri
e da norma IEC 848 Grafcet, com as alterações necessárias
para converter a representação de uma documentação
padrão, para um conjunto de elementos de controle de
execução. O SFC consiste de passos, interligados com
blocos de ações e transições. Cada passo representa um
estado particular do sistema sendo controlado. Cada
elemento pode ser programado em qualquer linguagem IEC.

77. Structured List
I:=25;
WHILE J<5 DO
Z:= F(I+J);
END_WHILE
IF B_1 THEN
%QW100:= INT_TO_BCD(Display)
ENDIF
CASE TW OF
1,5: TEMP := TEMP_1;
2: TEMP := 40;
4: TEMP := FTMP(TEMP_2);
ELSE
TEMP := 0;
B_ERROR :=1;
END_CASE

78. Instruction List
A E00 : Contato E00
AND A E01 : EM SÉRIE Contato E01
= S80 : = Acionamento de saída S80

79. Ladder Diagram - simbologia

80. Pergunta 5
• Qual foi a intenção de criar uma
linguagem simbólica como esta?

81. Function Block Diagram – FBD

82. Entrada e saída

83. Lógica AND

84. Lógica OR

85. O controle automático tem representado um papel
vital no avanço da engenharia e da ciência, além de
sua estrema importância em sistemas de veículos
espaciais, mísseis guiados. pilotagem de aviões
robóticos e outros mais. o controle automático
tornou-se uma parte importante e integral dos
modernos processos industriais e de fabricação.
Controle de processo

86. • Qual a diferença entre ruído e
interferência?
Pergunta 6

87. •Sistemas: Um sistema é uma combinação de componentes
que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo.
•Perturbações (ou distúrbios): Uma perturbação é um sinal
que tende a afetar adversamente o valor da saída do
sistema.
Controle de processo

88. •Servossistemas: Um servossistema (ou servomecanismo)
é um sistema de controle realimentado que controla,
alguma posição mecânica, velocidade ou aceleração.
Portanto, os termos servossistema e sistema de controle de
posição (ou de velocidade. ou de aceleração) são
sinônimos.
•Sistemas de controle realimentados: Um sistema que
mantém uma relação prescrita entre a saída e alguma
entrada de referência comparando-as e utilizando a
diferença como um meio de controle.
Controle de processo

89. •Sistemas de controle em malha fechada: Em um sistema
de controle em malha fechada o sinal de erro atuante, que é
a diferença entre o sinal de entrada e o sinal realimentado
(saída). é introduzido no controlador de modo a reduzir o
erro e trazer a saída do sistema a um valor desejado. 0
termo controle de malha fechada sempre implica o uso de
ação de controle realimentado a fim de reduzir o erro do
sistema.
Controle de processo

90. Controle de processo

91. •Sistemas de controle em malha aberta: Aqueles sistemas
em que a saída não tem nenhum efeito sobre a ação de
controle são chamados sistemas de controle em malha
aberta. Em outras palavras, em um sistema de controle em
malha aberta a saída não é medida nem realimentada para
comparação com a entrada.
•Ex: Máquina de Lavar Roupa
Controle de processo

92. •Nos sistemas em malha fechada, o fato de que o uso da
realimentação torna a resposta do sistema relativamente
insensível a distúrbios externos;
•Deve ser enfatizado que. para sistemas nos quais as entradas
são conhecidas antecipadamente e nas quais não há distúrbios.
é aconselhável usar controle em malha aberta
•Os sistemas de controle em malha fechada possuem
vantagens somente quando distúrbios imprevisíveis e/ou
variações imprevisíveis nos componentes do sistema estão
presentes
Malha de controle aberta X fechada

93. •O número de componentes usados em um sistema de controle
em malha fechada é maior do que o de um correspondente
sistema de controle em malha aberta
•O sistema de controle em malha fechada é geralmente de
custo e potência mais altos
Malha de controle aberta X fechada

94. 1° Controlador – O Regulador Watt

95. O Sistema Controlado é o motor e a variável controlada é a
velocidade do motor. A diferença entre a velocidade desejada e
a velocidade real é o sinal de erro. O sinal de controle (a
quantidade de combustível) a ser aplicado ao motor é o sinal
atuante. A entrada externa para perturbar a variável controlada
é a perturbação (distúrbio). Uma mudança inesperada na carga
é uma perturbação.
1° Controlador – O Regulador Watt

96. MALHA ABERTA MALHA FECHADA
Controle de nível

97. • Controladores de duas Posições ou Liga-Desliga (ON-OFF)
Tipos de controle

98. • Controladores Proporcionais;
• Controladores Proporcional, Integral e Derivativo;
Utilizam o valor de erro e tentam compensar este valor com um
valor proporcional ao mesmo;
Ação Integral: A ação integral resumidamente atua no sistema
de forma a anular o erro em regime permanente.
Ação Derivativa: A ação derivativa atua no sistema de forma a
obter um controlador com alta sensibilidade. Este controle
antecipa o erro atuante e inicia uma ação corretiva.
Tipos de controle

99. A série S7 200 é uma linha de pequenos e
compactos controladores Lógico Programáveis e
módulos de expansão que oferecem todos os
atributos que uma família de micro-CLP pode ter.
Hardware do S7 200

100. Bornes de Entrada:
Se encontram na parte inferior do CLP.
Hardware do S7 200

101. Bornes de Saída: Se encontram na parte superior
do CLP.
Hardware do S7 200

102. Entradas, saídas e porta de comunicação.
Hardware do S7 200

103. Esta família compreende quatro CPU´s
Hardware do S7 200

104. Pontos de Entrada e saída podem ser adicionados
através de módulos de expansão.
Hardware do S7 200

105. Número Máximo de expansões por módulo:
Hardware do S7 200

106. Modos de Operação:
Hardware do S7 200

107. Leds de Indicação de Estado:
Hardware do S7 200

108. Cartão de Memória:
Hardware do S7 200

109. Montagem:
Hardware do S7 200

110. Ligação ao Micro(Porta Serial):
Hardware do S7 200

111. Software de Programação(Step 7 Micro Win):
Software do S7 200

112. Software de Programação:
Software do S7 200

113. Supervisão

114. Exemplo - Supervisório da Ford

115. Exemplo 1 – Acionamento simples

116. Exemplo 1 – Acionamento simples

117. Exemplo 2 – Acionamento indireto

118. Exemplo 2 – Acionamento indireto

119. Exemplo 2 – Acionamento indireto

120. Temporizadores

121. Timer On

122. Timer On

123. Tabela de temporizadores

124. Timer On Retentive

125. Timer On Retentive

126. Timer Off

127. Exemplo 3 – Planta de Processo

128. Exemplo 4 – interpretação de lógica

129. Exemplo 5 - Furadeira

130. Diagrama de tempo da furadeira

131. Exemplo 6 - Produção de açúcar cristal

132. Bibliografia
APOSTILA DO CURSO DE CLP
Laboratório de Engenharia Elétrica e da faculdade de
Engenharia da UERJ
CURSO BÁSICO DE CP ATOS
Ref. 5-0026.110 , Manual fevereiro 2006
CURSO BÁSICO DO CLP S7 200
AUTOMAÇÃO COM CONTROLADORES
LÓGICOS PROGRAMÁVEIS - FESTO FEC 2009