Automação é o conjunto de técnicas através das
quais se constroem sistemas ativos capazes de
atuarem com uma eficiência ótima, pelo uso de
informações recebidas do meio sobre o qual atuam.
Leitura de Informação
Processamento
Atuação no Processo
• Por que automatizar?
Aumento da produtividade (produção x tempo)
Aumento da qualidade do produto
Redução dos custos em manutenção
Aumento do poder de decisão
Redução das perdas e retrabalhos
Minimização de consumo de energia e matérias-primas
Economia de mão de obra
Aumento de segurança de pessoal e da planta
Aumento da flexibilidade do sistema para modificações e
expansões
• Histórico dos CLPs
1968 - Especificação feita pela GM que refletia o pensamento de
vários usuários de comandos a relé.
• tempos dilatados para o projeto e implementação;
• falta de flexibilidade e expansibilidade ;
• grandes tempos de parada de máquina por
dificuldades de manutenção ;
• grandes espaços físicos para a instalação dos
painéis com os elementos de controle .
Especificação Técnica GM para sistemas de
controle industriais - 1968
•simplicidade de programação e reprogramação
•facilidade de manutenção e expansão
•maior confiabilidade operacional
•dimensões reduzidas
•capacidade de envio de informações para um sistema central
•baixo custo
•capacidade de excitar diretamente cargas como válvulas
solenóides e pequenos motores
O CLP foi idealizado pela necessidade de poder se alterar uma
linha de montagem sem que tenha de fazer grandes
modificações mecânicas e elétricas.
O CLP nasceu praticamente dentro da industria automobilística,
especificamente na Hydronic Division da General Motors,
em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e
seguindo uma especificação que refletia as necessidades de
muitas indústrias manufatureiras.
A idéia inicial do CLP foi de um equipamento com as seguintes
características resumidas:
• 1. Facilidade de programação;
• 2. Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
• 3. Alta confiabilidade;
• 4. Dimensões menores que painéis de Relês, para
redução de custos;
• 5. Envio de dados para processamento centralizado;
• 6. Preço competitivo;
• 7. Expansão em módulos;
• Podemos didaticamente dividir os CLP's
historicamente de acordo com o sistema de
programação por ele utilizado:
• 1ª Geração: Os CLP's de primeira geração se
caracterizam pela programação intimamente ligada ao
hardware do equipamento. A linguagem utilizada era
o Assembly que variava de acordo com o processador
utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder
programar era necessário conhecer a eletrônica do
projeto do CLP. Assim a tarefa de programação era
desenvolvida por uma equipe técnica altamente
qualificada,
gravando-se
o
programa
em
memória EPROM, sendo realizada normalmente no
laboratório junto com a construção do CLP.
Programação” não tão dependentes do hardware do
equipamento,
possíveis
pela
inclusão
de
um
“Programa Monitor “ no CLP, o qual converte (no
jargão
técnico,
“compila”), as instruções do
programa, verifica o estado das entradas, compara
com as instruções do programa do usuário e altera o
estados das saídas. Os Terminais de Programação (ou
maletas, como eram conhecidas) eram na verdade
Programadores de Memória EPROM. As memórias
depois de programadas eram colocadas no CLP para
que o programa do usuário fosse executado.
• 3ª Geração: Os CLP's passam a ter uma
Entrada de Programação, onde um Teclado ou
Programador Portátil é conectado, podendo
alterar, apagar, gravar o programa do usuário,
além
de
realizar
testes
(Debug)
no
equipamento e no programa. A estrutura física
também sofre alterações sendo a tendência
para os Sistemas Modulares com Bastidores ou
Racks.
• 4ª Geração: Com a popularização e a diminuição dos
preços dos microcomputadores (normalmente clones
do IBM PC), os CLP's passaram a incluir uma entrada
para a comunicação serial. Com o auxílio dos
microcomputadores a tarefa de programação passou a
ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização
de várias representações das linguagens, possibilidade
de simulações e testes, treinamento e ajuda por parte
do
software
de
programação,
possibilidade
de
armazenamento de vários programas no micro, etc.
• 5ª Geração: Atualmente existe uma preocupação em
padronizar protocolos de comunicação para os CLP's, de
modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante
“converse” com o equipamento outro fabricante, não só
CLP's, como Controladores de Processos, Sistemas
Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc.,
proporcionando uma integração a fim de facilitar a
automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas
industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da
chamada Globalização. Existem Fundações Mundiais
para o estabelecimento de normas e protocolos de
comunicação. A grande dificuldade tem sido uma
padronização por parte dos fabricantes.
Aplicações para CLPs
• Indústria de alimentos - dosagem, mistura, embalagem,etc;
• Indústria de plástico - injeção, sopro, tratamento térmico,
etc;
• Indústria siderúrgica - injeção, forja, fornos, acabamento de
peças, controle de qualidade, pontes rolantes, etc;
• Indústria automobilística - montagem, teste, pintura,
transporte de itens etc;
• Construção civil - elevadores, sistemas de climatização,
ventilação, iluminação
CLP é um equipamento eletrônico digital, dedicado
ao controle de máquinas e/ou processos em
ambiente industrial, que recebe informações através
de
módulos
de
entrada,
realiza
com
elas
processamentos compostos de operações lógicas,
aritméticas, de seqüenciamento, temporização e
contagem, determinados pelo programa do usuário
armazenado em memória, e envia resultados
através de módulos de saída
Além de interagir com o sistema a ser controlado, o CLP
pode também trocar informações com um operador,
recebendo dele comandos, que poderão interferir no
controle, e enviando para ele informações que lhe
servirão para monitorar a evolução do sistema.
Para realizar controle, o CLP deverá executar os
seguintes procedimentos :
• receber informações do sistema a ser
controlado;
• processar essas informações com base em um
conjunto de instruções, denominado
programa, previamente armazenado em
memória;
• enviar informações para atuar no sistema, de
forma a fazê-lo aproximar do objetivo
ESTRUTURA DO PLC
TERMINAL DE
PROGRAMAÇÃO
CPU
MEMÓRIA
FONTE DE
ALIMENTAÇÃO
INTERFACE
DE I/O
MÓDULO DE
ENTRADA
MÓDULO DE
SAÍDA
Fonte de alimentação
A fonte de alimentação é um módulo cuja função é converter a tensão
AC aplicada em sua entrada em níveis de tensão DC, necessários ao
funcionamento dos demais elementos do CLP.
Um barramento de alimentação conduz as diversas tensões de saída da
fonte de alimentação a todos os módulos que façam parte arquitetura do
CLP.
Em alguns CLPs, a bateria que preserva as informações das memórias
RAM da CPU fica acondicionada na fonte de alimentação.
Módulo CPU
O módulo CPU contém a inteligência do CLP. Ele
é composto por elementos responsáveis por
armazenar
e
executar
os
programas
de
aplicação dos usuários. Local do processador.
Seletor de modo de operação
• STOP = Modo Stop; o programa não é executado.
• TERM = Execução do Programa, é possível escrita/leitura pelo PG.
• RUN = Execução do Programa, é possível somente leitura pelo PG
LEDs de Status
• SF = Erro interno da CPU; vermelho
• RUN = Modo Run; verde
• STOP = Modo Stop; amarelo
Cartão de Memória
Slot para cartão de memória. O cartão de memória salva o conteúdo do
programa no caso de desergenização da CPU sem a necessidade de
bateria.
Interface PPI
Nesta interface pode ser conectado o terminal de programação,
equipamentos SIMATIC HMI (TDs / OPs), outra CPU, modems ou
outros tipos de equipamentos.
• MEMÓRIA
Responsável pelo armazenamento do programa do usuário
e dados do sistema. Existem 3 tipos básicos:
•
RAM (Random Access Memory) Volátil
•
EPROM (Erasable and Programmable) Não volátil,
apagável com Ultra Violeta.
•
EEPROM (Electrical Erasable and Programmable)
Tipo de memória Descrição Observações RAM
Dinâmica estática
Memória de acesso randômico Volátil
Gravada pelo usuário
ROM Memória somente para leitura não volátil, não permite apagamento, gravada pelo fabricante
PROM Memória programável somente de leitura
não volátil, não permite apagamento, gravada pelo usuário
EPROM Memória programável/ apagável somente de leitura
não volátil, apagamento por ultra violeta, gravada pelo usuário.
EEPROM E2PROM
FLASH-EPROM
Memória programável/ apagável somente de leitura
não volátil, apagável eletricamente, gravada pelo usuário
TIPOS DE MEMÓRIA (no clp)
MEMÓRIA EXECUTIVA
É formadas por memórias do tipo ROM ou PROM, foi
desenvolvida pelo fabricante do CLP não deverá ser alterada pelo
usuário.
Armazena o sistema operacional, o qual é responsável por todas as
funções e operações que podem ser executadas pelo CLP.
MEMÓRIA DO SISTEMA
É formadas por memórias do tipo RAM, pois terá seu conteúdo
alterado constantemente pelo sistema operacional.
Armazenar resultados e/ou informações intermediários, gerados
pelo sistema operacional quando necessário.
MEMÓRIA STATUS DE I/O
Memórias do tipo RAM. A CPU, após ter efetuado a leitura dos
estados de todas as entradas, armazenará essas informações na área
status das entradas.
Após o processamento dessas informações os resultados lógicos
serão armazenados na área status das saídas antes de serem
enviados para as respectivas saídas.
MEMÓRIA DE DADOS
Memórias do tipo RAM. Funções de temporização, contagem ou
aritméticas
necessitam
de
uma
área
de
memória
para
armazenamento de dados, como: valores pré-selecionados ou
acumulados de contagem ou temporização.
MEMÓRIA DO USUÁRIO
A CPU efetuará a leitura das instruções contidas nesta área a fim de
executar o programa do usuário,de acordo com os procedimentos
predeterminados pelo sistema operacional, que se encontra gravado
na memória executiva.
Processador
o processador é o “cérebro” do CLP e trabalha, tendo seu tempo
dividido entre a execução do sistema operacional e o programa
Módulos de entrada
Os módulos de
entradas digitais
são aplicados para receber
informações de dispositivos cuja operação se resume em apenas dois
estados possíveis : ligado / desligado ou tem tensão (corrente) / não
tem tensão (corrente). Alguns exemplos de dispositivos mais comuns
conectados a módulos de entradas digitais :
• Contatos de chaves seletoras;
• Contatos de botões;
• Contatos auxilares de contatores e relés;
• Sensores de proximidade indutivos, capacitivos e
fotoelétricos;
• Fins-de-curso;
• Chaves de nível.
Os módulos de
entradas analógicas
são empregados para
receber informações na forma de tensão ou corrente que
variam dentro de um faixa de valores como 0 ~20 mA ou 0
~
5V,
por
exemplo.
Alguns
elementos
sensores
e
transdutores que necessitam de módulos de entrada
analógicas são :
•termopares;
•transdutores de pressão;
Assim como ocorre como os módulos de entrada, os
módulos de saída podem ser :
• digitais ou analógicos;
• tensão ou corrente;
• DC ou AC.
Barramentos internos
O barramento de entrada / saída é formado por um grupo
de condutores na forma de trilhas de uma placa de circuito
impresso ou veias de um “flat cable”, por onde fluem
sinais de dados e controle relacionados aos módulos de
entrada e saída do CLP.
IHM - Interface Homem Máquina
IHM é a denominação que se dá a todo equipamento
externo ao CLP cuja função é permitir a interação do
operador com o processador para troca de informações.
Através da IHM o operador pode monitorar condições do
sistema controlado ou nele interferir, indiretamente, através
de comandos enviados para o processador.
Algumas operações que podem ser realizadas com
IHMs:
• Monitorar uma determinada variável do processo;
• Ajustar um valor de tempo;
• Ler o número de peças produzidas em uma
determinada linha de produção;
• Atuar manualmente ligando ou desligando elementos
do sistema controlado;
Outros módulos
•
posicionamento;
•
funções de controle em malha fechada;
•
contadores rápidos;
•
distribuição de funções de entrada / saída;
•
distribuição de inteligência;
Principio de funcionamento do PLC
• O programa é colocado na memória do PLC utilizando-se do
software.
• O programa lógico é baseado na linguagem de programação
utilizada.
• O conteúdo deste programa são instruções que controlam sua
aplicação no momento em que o controlador é passado para o
modo de operação (modo run).
Ciclo de Scan
• Tempo requerido pelo processador para scanear e ler todas as
entradas.
• Tempo requerido pelo processador para executar todas as
instruções presentes no programa, este tempo depende das
instruções utilizadas.
• Tempo requerido pelo processador pra scanear e escrever em
todas as saídas.
• Parte do ciclo de operação em que a comunicação troca dados
com outros dispositivos como o computador pessoal.
• Housekeeping é o tempo gasto com atualização de registros
internos do controlador.
Rede
MEIOS FÍSICOS PARA COMUNICAÇÃO
EM REDE
• Ethernet
• FieldBus / Profibus:
• ASI (Rede de Sensores e Atuadores)
• Par trançado
• Cabo coaxial
• Fibra ótica
• Radiodifusão
• Etc.
EXEMPLOS DE REDES
Endereçamento de módulos de entrada / saída de
CLPs
Os módulos de um CLP são instalados lado a lado em racks, bastidores ou
trilhos
A fonte de alimentação e o módulo de CPU possuem posições fixas,
na maioria dos casos as duas mais à esquerda, sendo as demais
ocupadas por módulos de entrada e/ou saída (E/S). Na maioria dos
CLPs, módulos de E/S digitais não possuem posição definida,
podendo ser instalados em qualquer uma que esteja livre. Esses
módulos, geralmente, acomodam quatro, oito ou dezesseis pontos
que devem ser referenciados individualmente no programa de
aplicação e para tal devem possuir um endereço único e distinto.
O endereço de cada ponto de E/S digital é formado por uma letra
que informa se o ponto é de entrada ou saída e uma seqüência
numérica que informa a posição física do ponto a ser acessado. Os
elementos que formam os endereços de pontos de E/S digitais
dependem das convenções estabelecidas pelo fabricante do CLP,
uma vez que ainda não existe nenhum tipo de padronização.
O endereço de cada ponto de E/S é obtido da seguinte forma :
•a letra E identifica um ponto de entrada e a letra S identifica um
ponto de saída;
•as letras E ou S são seguidas por um número que indica o número
do byte;
•na seqüência temos um ponto e logo a seguir um outro número
que se refere à posição do bit dentro do byte em questão.
E0.0 E1.0 E2.0 E3.0 E0.7 E1.7 E2.7 E3.7 S8.0 S8.7 S9.0 S9.7 S4.0 S5.0 S6.0 S7.0 S4.7 S5.7 S6.7 S7.7 Fonte de alimentação CPU Módulo de saída com 16 bits Módulo de saída com 32 bits Módulo de entrada com 32 bits
PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO DE CLPS
D
C L
+24V L D E 1.1 E 1.0 C S 4.0 CPU
•o acionamento do botão L levará a
entrada E 1.0 a estado lógico 1;
•o acionamento do botão D levará a
entrada E 1.1 a estado lógico 0;
•o relé só será energizado quando a
saída S 4.0 for levada a estado
lógico 1.
O passo seguinte é escrevermos um programa de aplicação que
realize a mesma função da lógica implementada através do
arranjo dos elementos no diagrama elétrico de comando
original.
Existem algumas linguagens de programação de CLPs mas talvez a
mais simples e preferida no meio industrial seja a linguagem de
diagrama de contatos ou linguagem ladder, como é mais conhecida.
Na linguagem ladder, o programa de aplicação é representado
empregando-se símbolos similares àqueles utilizados em diagramas
elétricos e, por esse motivo, a sua compreensão e assimilação é
extremamente fácil por profissionais que já tenham experiência em
equipamentos e sistemas industriais.
( ) E 1.1
E 1.0
S 4.0
S 4.0
A programação é feita em um ambiente de desenvolvimento de
aplicações fornecido pelo próprio fabricante do CLP.
A próxima etapa é enviar o programa para a memória da CPU do CLP
e colocá-la em modo de execução.
D
C L
