1) O documento descreve a implementação de um Micro PLC em uma plataforma Arduino de baixo custo usando a linguagem IL definida pelo IEC 61131-3. 2) Foi desenvolvido um interpretador IL e um cliente para compilar e carregar programas no Arduino via USB. 3) Um exemplo prático de um controle de elevador foi implementado para validar a abordagem.

1. Implementação de um Micro PLC em uma Plataforma Aberta de Baixo CustoRenato MintzTrabalho de Conclusão de Curso - UFMG – CEAI 2008Orientador: Prof. Júlio de Melo1

2. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário2

3. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário3

4. ArduinoContexto4Arduino é uma plataforma aberta de hardware e software, de baixo custo, desenvolvida com o objetivo de atender artistas, designers ou qualquer pessoa interessada na criação de objetos ou ambientes interativos

5. HardwareATmega168 ou ATmega32832K Flash, 2K SRAM, 1K EEPROM14 pinos de entrada/saída digital6 deles podem ser usados como saída PWM6 entradas analógicas de 10 bitsConexão USB5Contexto

6. SoftwareC/C++ normal ou simplificadoBibliotecas com código abertoExpansõesEthernet, Bluetooth, Zigbee, GPS, etc.Preço < US$30,006Contexto

7. Linguagens padrão IEC-61131-3ContextoFonte: http://www.isa.orgFonte: http://engineeronadisk.com7

8. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário8

9. Programação usando LadderSupervisão ModBusLicença de código livreProgresso publicado em http://plcduino.blogger.comObjetivo9Oferecer aos usuários do Arduino a alternativa de programação de lógicas de controle através de uma linguagem gráfica definida pelo IEC 61131-3 transformando-o na prática, em um micro PLC para aplicações didáticas, artísticas, domésticas e outras sem requisitos de alta confiabilidade.

10. Programação usando LadderSupervisão ModBusLicença de código livreProgresso publicado em http://plcduino.blogger.comObjetivo parcialmente atingido10Oferecer aos usuários do Arduino a alternativa de programação de lógicas de controle através de uma linguagem gráfica definida pelo IEC 61131-3 transformando-o na prática, em um micro PLC para aplicações didáticas, artísticas, domésticas e outras sem requisitos de alta confiabilidade.

11. Programação usando LadderInstructionListSupervisão ModBusLicença de código livreProgresso publicado em http://plcduino.blogger.comObjetivo parcialmente atingido11Oferecer aos usuários do Arduino a alternativa de programação de lógicas de controle através de uma linguagem gráfica definida pelo IEC 61131-3 transformando-o na prática, em um micro PLC para aplicações didáticas, artísticas, domésticas e outras sem requisitos de alta confiabilidade.

12. Programação usando LadderInstructionListSupervisão ModBusLicença de código livreProgresso publicado em http://plcduino.blogger.comObjetivo parcialmente atingido12Oferecer aos usuários do Arduino a alternativa de programação de lógicas de controle através de uma linguagem gráfica definida pelo IEC 61131-3 transformando-o na prática, em um micro PLC para aplicações didáticas, artísticas, domésticas e outras sem requisitos de alta confiabilidade.

13. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário13

14. Ambientes gráficos para ArduinoBrickLayerModKitIniciativas Semelhantes14

15. PLC AbertoBeremizPLCOpen Editor – FBD, SFC, LD, ST, ILMatPLC IEC Compiler – gera código em CCANOpen – interface para I/O físicoFerramenta HMI – construção de telas sinóticas15Iniciativas Semelhantes

16. Especifica um modelo de desenvolvimento para um PLC em ambiente RTLinux.Seleciona um subconjunto de IL como linguagem básica para a primeira versão deste PLC.Sugere que o IL seja compilado para uma linguagem intermediária e então interpretado.16Iniciativas SemelhantesPLAZA, I.; MEDRANO, C.; CATALAN, C. A Programmable Logic Controller under RTLinux Following Related Standards. Fifth Real-Time Linux Workshop. Valencia, Spain: Department Of Computer Engineering, Universidad Politecnica De Valencia. 2003.

17. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário17

18. 18Abordagem

19. 19AbordagemLoader e Interpretador InstructionListAcesso TTY

20. 20AbordagemLoader e Interpretador ILcodeAcesso TTYCompilador InstructionList - ILcodeLoaderILcodeCliente TTY

21. 21Passos8 3 77 1 0 10 3 73 0 6 10 3 73 0 7 14 3 77 1 0 13 3

22. Temporizadores22Blocos de Função IEC-61131-3BiestáveisDetectores de BordaTPTONTOFContadores

23. Temporizadores23Blocos de Função ImplementadosBiestáveisDetectores de Borda442 x TP2 x TON2 x TOF4TPTONTOF4Contadores4

24. 24Ciclo de Execução

25. 25Arquitetura

26. 26Dinâmica de um Ciclo

27. 27Dinâmica de um Ciclo

28. 28Dinâmica de um Ciclo

29. 29Dinâmica de um Ciclo

30. 30Conjunto de Instruções

31. 31Operandos

32. 32Memória Interna

33. 33Memória Interna

34. 34Memória Interna

35. 35Memória não Volátil

36. 36Modos de FuncionamentoResetTemporização ou comando “.” sem STEPModo ProgramaçãoModo ExecuçãoABORTComando “.” com STEPABORTComando “.” sem STEPModo Passo a Passo

37. 37Modo ProgramaçãoConsole usando Windows Hyperterminal

38. 38Carga de ProgramaA carga do programa ILcode a ser executado é feita usando o comando “l” a partir do endereço 20.O PLCduino Client faz isto automaticamente.

39. 39Configuração de E/S13121110987654321010111111111100ioMask13121110987654321000000111111ioConfigSSSSSEEEEEE13121110987654321001000100000ioNegNOTNOT

40. 40Modo Passo-a-PassoDois tipos:Passo-a-Passode InstruçãoPasso-a-Passode Ciclo de ExecuçãoStatus de ExecuçãoConteúdo da MemóriaConteúdo da Pilha

41. 41ILCodeFormato da InstruçãoModificadorOperadorOperando: código ASCII da letra

42. Byte: número do byte

43. Bit: número do bit ou 64 quando a operação for sobre um byte completoCompila e carrega programa em IL via USB42PLCduino Client

44. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário43

45. 44Elevador

46. 45Memorização de Chamadas

47. 46Memorização do Último Andar Visitado

48. 47Sentido do Movimento

49. 48Partida e Parada do Motor

50. ContextoObjetivosPesquisa Bibliográfica e Situação AtualDescrição do PLCduinoProva de ConceitoConclusõesSumário49

51. Fatos do DesempenhoPLCduino ocupa 58% de RAM e Flash do ArduinoExemplo do ElevadorOcupa 96% da memória de programa do PLCduinoOcupa 11 das 13 portas digitais do ArduinoTem ciclo de execução de 3mSAnálisePLCduino pode ser mais sofisticadoILcode pode ser otimizadoNúmero de portas é gargaloCiclo de execução é razoável para o tipo de aplicação50Conclusões

52. Facilidade de DesenvolvimentoIL tem um conjunto adequado de instruções e é viável como “linguagem de máquina”.Ainda não é para um usuário leigo, necessita uma “camada” gráfica, com pouca ou nenhuma alteração no PLCduino em si.Facilidades de depuração afetam em muito a produtividade.51Conclusões

53. Novo Ambiente de DesenvolvimentoInterface TCP/IPExpansão do Número de Portas52Sugestões de Continuidade

54. Este trabalho:Permitiu que eu vivenciasse algumas decisões técnicas envolvidas no desenvolvimento de PLCs.Abriu uma nova possibilidade de programação do Arduino, que não seja o C/C++.Demonstrou a viabilidade de utilização do Arduino como um PLC simples para aplicações diversas.Pode ser um ponto de partida para novos trabalhos na área.O código fonte está disponível em https://code.google.com/p/plcduino/53Considerações Finais