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1. Implementação de um Micro PLC em uma Plataforma Aberta de Baixo Custo Renato Mintz Trabalho de Conclusão de Curso - UFMG – CEAI 2008 Orientador: Prof. Júlio de Melo 1

2. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 2

3. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 3

4. Arduino Contexto 4 Arduino 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. Hardware ATmega168 ou ATmega328 32K Flash, 2K SRAM, 1K EEPROM 14 pinos de entrada/saída digital 6 deles podem ser usados como saída PWM 6 entradas analógicas de 10 bits Conexão USB 5 Contexto

6. Software C/C++ normal ou simplificado Bibliotecas com código aberto Expansões Ethernet, Bluetooth, Zigbee, GPS, etc. Preço < US$30,00 6 Contexto

7. Linguagens padrão IEC-61131-3 Contexto Fonte: http://www.isa.org Fonte: http://engineeronadisk.com 7

8. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 8

9. Programação usando Ladder Supervisão ModBus Licença de código livre Progresso publicado em http://plcduino.blogger.com Objetivo 9 Oferecer 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 Ladder Supervisão ModBus Licença de código livre Progresso publicado em http://plcduino.blogger.com Objetivo parcialmente atingido 10 Oferecer 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 LadderInstructionList Supervisão ModBus Licença de código livre Progresso publicado em http://plcduino.blogger.com Objetivo parcialmente atingido 11 Oferecer 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 LadderInstructionList Supervisão ModBus Licença de código livre Progresso publicado em http://plcduino.blogger.com Objetivo parcialmente atingido 12 Oferecer 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. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 13

14. Ambientes gráficos para Arduino BrickLayer ModKit Iniciativas Semelhantes 14

15. PLC Aberto Beremiz PLCOpen Editor – FBD, SFC, LD, ST, IL MatPLC IEC Compiler – gera código em C CANOpen – interface para I/O físico Ferramenta HMI – construção de telas sinóticas 15 Iniciativas 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. 16 Iniciativas Semelhantes PLAZA, 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. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 17

18. 18 Abordagem

19. 19 Abordagem Loader e Interpretador InstructionList Acesso TTY

20. 20 Abordagem Loader e Interpretador ILcode Acesso TTY Compilador InstructionList - ILcode LoaderILcode Cliente TTY

21. 21 Passos 8 3 77 1 0 10 3 73 0 6 10 3 73 0 7 14 3 77 1 0 13 3

22. Temporizadores 22 Blocos de Função IEC-61131-3 Biestáveis Detectores de Borda TP TON TOF Contadores

23. Temporizadores 23 Blocos de Função Implementados Biestáveis Detectores de Borda 4 4 2 x TP 2 x TON 2 x TOF 4 TP TON TOF 4 Contadores 4

24. 24 Ciclo de Execução

25. 25 Arquitetura

26. 26 Dinâmica de um Ciclo

27. 27 Dinâmica de um Ciclo

28. 28 Dinâmica de um Ciclo

29. 29 Dinâmica de um Ciclo

30. 30 Conjunto de Instruções

31. 31 Operandos

32. 32 Memória Interna

33. 33 Memória Interna

34. 34 Memória Interna

35. 35 Memória não Volátil

36. 36 Modos de Funcionamento Reset Temporização ou comando “.” sem STEP Modo Programação Modo Execução ABORT Comando “.” com STEP ABORT Comando “.” sem STEP Modo Passo a Passo

37. 37 Modo Programação Console usando Windows Hyperterminal

38. 38 Carga de Programa A 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. 39 Configuração de E/S 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 ioMask 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 ioConfig S S S S S E E E E E E 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ioNeg NOT NOT

40. 40 Modo Passo-a-Passo Dois tipos: Passo-a-Passode Instrução Passo-a-Passode Ciclo de Execução Status de Execução Conteúdo da Memória Conteúdo da Pilha

42. Byte: número do byte

44. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 43

45. 44 Elevador

46. 45 Memorização de Chamadas

47. 46 Memorização do Último Andar Visitado

48. 47 Sentido do Movimento

49. 48 Partida e Parada do Motor

50. Contexto Objetivos Pesquisa Bibliográfica e Situação Atual Descrição do PLCduino Prova de Conceito Conclusões Sumário 49

51. Fatos do Desempenho PLCduino ocupa 58% de RAM e Flash do Arduino Exemplo do Elevador Ocupa 96% da memória de programa do PLCduino Ocupa 11 das 13 portas digitais do Arduino Tem ciclo de execução de 3mS Análise PLCduino pode ser mais sofisticado ILcode pode ser otimizado Número de portas é gargalo Ciclo de execução é razoável para o tipo de aplicação 50 Conclusões

52. Facilidade de Desenvolvimento IL 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. 51 Conclusões

53. Novo Ambiente de Desenvolvimento Interface TCP/IP Expansão do Número de Portas 52 Sugestões 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/ 53 Considerações Finais