• Controladores Lógicos Programáveis

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Introdução CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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» Professor: Rafael Sartori

» rafael.sartori@gmx.com / furafa@gmail.com

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Introdução CLP

• CLP Controlador Lógico Programável

• PLC Programmable Logic Controller

– Dispositivo desenvolvido para substituir os circuitos a relê

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– Dispositivo desenvolvido para substituir os circuitos a relê que realizavam a lógica seqüencial no controle das

máquinas.

– O CLP trabalha observando suas entradas e dependendo dos seus estados liga/desliga suas saídas.

– O usuário entra com um programa que fornece os resultados desejados.

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História

• Os CLP ´ s foram introduzidos no final da década de 60.

• No meio da década de 70 a tecnologia dominante nos CLP ´ s eram as Máquinas dominante nos CLP ´ s eram as Máquinas de Estados Seqüenciais.

• Com o desenvolvimento dos micropro-

cessadores, os CLP ´ s passaram a utilizá- los.

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Divisão Histórica

• 1ª geração:

– Programação ligada ao hardware (assembly);

– Para programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP;

– Programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada.

altamente qualificada.

• 2ª geração:

– Aparecem as primeiras Linguagens de Programação não tão dependentes do hardware ;

– “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.

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Divisão Histórica

• 3ª geração:

– Os CLPs passam a ter uma Entrada de Programação (teclado).Até então a gravação ocorria em laboratório;

– A estrutura física também sofre alterações sendo a

tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks.

Racks.

• 4ª geração:

– Os CLPs passaram a incluir uma entrada para a comuni- cação serial com PCs.

– Prinicipal vantagem era poder treinar/simular/testar no computador.

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Divisão Histórica

• 5ª geração:

– Atual;

– Padronizar protocolos de comunicações para que CLPs de diferentes fabricantes conversem entre si;

– Estabelecimento de Normas.

– Linguagens de porgramação de alto nível – Linguagens de porgramação de alto nível

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Introdução CLP

Utilizados para controle em processos discretos e contínuos.

O que é controle?

• Supervisionar e manter o processo em um determinado ponto de operação. Tomar decisões e enviar sinais de correção para os atuadores.

correção para os atuadores.

• Processo a ser controlado

Trata-se do objetivo do sistema de automação, a finalidade

• Sensores

Monitoram o processo para realimentar o controle

• Atuadores

Responsáveis pelas ações que mantém o processo funcionando.

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Controle

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Introdução - CLP

O Controlador Programável é um equipamen- to utilizado para executar o controle em um

Processo Industrial

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Introdução CLP

• Processo Discreto Tomada de decisão baseado em eventos. Abertura e fechamento de contatos,

acionamentos, temporizações, sistemas de alarme e proteção. Industria de fabricação por lote.

• Processo Contínuo Manter os valores dentro do ponto de operação. Envolve variáveis como

temperatura, pressão, nível e vazão. Indústria química.

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Tipos de CLP

• CLP de grande porte ( 10.000 I/Os)

• CLP de pequeno porte ( 32 I/Os)

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Arquitetura do CLP

• Um CLP é basicamente constituído de:

– Fonte de alimentação;

– Unidade Central de Processamento (CPU);

– Memórias ROM e RAM;

– Dispositivos de entrada e saída ( I/Os);

– Periféricos.

– Terminal de programação.

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Arquitetura do CLP

• Fonte de alimentação Converte tensão alternada em contínua para alimentar o

controlador.

• CPU Responsável pela execução do

programa do usuário, atualização da memória de dados e memória-imagem das entradas e saídas.

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Arquitetura do CLP

• Memória ROM Contém o programa monitor elaborado pelo fabricante que faz o start up do

controlador, armazena dados e gerencia a seqüência de operações.

• Memória RAM Armazena o programa de execução do usuário. Também funciona como uma memória de rascunho para dados temporários

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Arquitetura do CLP

• Módulos de I/O são os responsáveis pela

comunicação entre a CPU e os dispositivos sensores e atuadores.

• São classificados como:

- Módulos de entrada (sensores) - Módulos de saída (atuadores)

• Ou ainda:

- Módulos discretos (entrada ou saída)

- Módulos analógicos(de entrada ou de saída)

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Módulos de I/O

• Módulo Discreto

– Zero ou um, acionado ou desacionado, ligado ou desligado – Sensores discretos (sensores de proximidade)

– Acionamento de bobinas (eletrovávulas, relés)

– Cada ponto corresponde a um endereço de memória

• Módulo Analógico

– Tratam sinais analógicos, intervalos de valores – Conversão A/D e conversão D/A

– Cada contato corresponde a um canal, ao invés de ponto

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CLP

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Programação

• Terminal de Programação: periférico que serve de meio de comunicação entre o usuário e o

controlador.

– Pode ser um computador ou um dispositivo portátil composto de teclado ou display.

– Funcões:

• Diagnóstico

• Alterações em tempo real

• Programação de instruções

• Monitoramento

• Gravação e apagamento da memória.

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Operação de um CLP

• Em um ciclo de execução o CLP realiza as seguintes etapas:

– Atualização das entradas

– Processamento das instruções do programa – Atualização das saídas.

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b1

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Slide 19

b1 Check Input Status - O PLC verifica cada entrada se está

“on” ou “off”. Armazena os dados na memória para serem usados no próximo passo.

Execute Program - O PLC executa o programa armazenado, baseado nas entradas lidas. Armazena o resultado para ser usado no próximo passo.

Update Output Status - Finalmente o PLC atualiza suas saídas baseado nos passos anteriores.

bioinfo, 7/28/2008

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Modelos

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Modelos

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CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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Módulos de I/O

• Módulos de entrada e saída fazem a

comunicação entre o CPU e o meio externo

• Módulo de Entrada:

– Recebem os sinais dos dispositivos de entrada e os convertem – Recebem os sinais dos dispositivos de entrada e os convertem

em níveis adequados a serem processados pela CPU.

• Módulo de Saída

– Enviam sinais aos dispositivos de saída. Esses sinais podem ser resultantes da lógica de controle ou forçados pelo usuário.

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Circuito Básico de I/O

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Módulos de I/O

• Isolação óptica:

– Afim de proteger a CPU, não há comunicação entre o dispositivos de entrada ou saída com o barramento de comunicação da CPU.

• Indicadores de Status

– Leds presentes na parte frontal dos módulos de I/O que indicam o status do módulo

• Módulos Analógicos e Discretos

– Discreto: ON/ OFF, 0 ou 1.

– Analógico: intervalos de valores, por exemplo: 0 a 10 volts, 15 a 24 volts

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Módulo discreto

• Configuração típica de uma entrada discreta

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Módulo discreto

• Configuração típica de uma saída discreta

– 1. Com relé

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Módulo discreto

• Configuração típica de uma saída discreta

– 2. Com transistor

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Módulo discreto

• Configuração típica de uma saída discreta

– 2. Com triac

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Módulo Analógico

• Arquitetura de um módulo Analógico de Entrada

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Módulo Analógico

• Arquitetura de um módulo Analógico de Saída

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Entradas/Saídas

ENTRADAS ANALÓGICAS SAÍDAS ANALÓGICAS Transdutores de Tensão e Corrente Válvula Analógica

Transdutores de Temperatura Acionamento de Motores DC Transdutores de Pressão Controladores de Potência Transdutores de Fluxo Atuadores Analógicos

Potenciômetros Mostradores Gráficos

LVDT Medidores Analógicos

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ENTRADAS MULTIBITS SAÍDAS MULTIBITS

Chaves Push bottons Acionamento de motor de passo Encoder absoluto Display de sete segmentos

Encoder incremental Displays Alfanuméricos

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Módulos de I/O especiais

Entrada Saída

Entrada para encoder incremental PWM para controle de motor CC Encoder absoluto Controle de servomotores

Termopares Controle de Motores de Passo

Termoresistências Módulos para I.H.M.

Strain Gages

Leitura de grandezas elétricas ( KW, KWh, fator de potência)

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Analógico x Discreto

• Botão liga/ desliga.

• Sensor de corrente (amperímetro).

• Sensor de temperatura.

• Sensor de presença.

• Sensor de PH.

• Chave fim de curso.

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Segmentos da Automação

• Controle de Processo do tipo Contínuo (Controle de Processos, Controle Regulatório): Indústrias de processos, de manipulação (Química)

• Controle do tipo discreto (Controle Discreto):

Indústrias Manufatureiras, de fabricação por lote (Automóveis)

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Exemplo com uso de CLP

• Controle discreto

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Exemplo com uso de CLP

• Controle contínuo

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Exemplo com uso de CLP

• Controle híbrido

LC

LCV

SP

LE ^ligado

desligado vazão entrada

38 SP

cheia vazia

ligado desligado

presente ausente ligado

desligado motor da esteira garrafa

válvula

vazão saída

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Exemplos

• Controle de nível

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Exemplos

• Tanque de agitação de produtos

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Exemplos

• Controle de mistura

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CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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Linguagens de Programação

• Norma IEC 61131-3 define cinco

linguagens, duas textuais e três gráficas.

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Linguagens de Programação

• 1 IL (Instruction List ou Lista de Instruções)

– Linguagem textual, de baixo nível semelhante à linguagem assembler.

– Usado para otimização de partes de uma aplicação.

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Linguagens de Programação

• 2 ST ( Structured text ou texto estruturado)

– Linguagem de alto nível, similar ao Pascal ou linguagem C.

– Seu uso é bastante interessante na implementação de procedimentos complexos, que são difíceis de expressar em linguagens gráficas.

em linguagens gráficas.

– Algoritmos de otimização de processo, inteligência artificial.

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Linguagens de Programação

• 3 LD ( Ladder diagram ou diagrama Ladder)

– Linguagem gráfica baseada em símbolos e esquemas elétricos, tais como relés, contatos, bobinas.

– Ladder significa Escada.

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Linguagens de Programação

• 4 FBD ( Function Block Diagram ou diagrama de blocos de função)

– Linguagem gráfica que permite ao usuário construir

procedimentos combinacionais complexos usando porta AND, OR, NOT, etc..

– Facilita a visualização e entendimento do código.

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Linguagens de Programação

• 5 SFC ( sequential function chart ou diagrama funcional sequencial)

– Conhecida pelo nome de Grafcet, divide o processo em um número definido de passos separados por transições.

– Apropriada para estruturar o programa, pode ser programado em qualquer linguagem

programado em qualquer linguagem

48 STEP 1 N Enche

STEP 2

STEP 3

S Esvazia Transição 1

Transição 2

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Linguagens de Programação

• Exemplo de um mesmo código

implementado em diferentes linguagens

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Ferramenta para Programação

• Programador Manual e Software para PC.

– Cada fabricante e família de CLP tem sua própria ferramenta de programação, utilizando aquelas linguagens padrões com algumas particularidades

• Programador Manual

– Usada para pequenas alterações, composto por display LCD e teclado.

• Software de Programação

– Ferramenta mais poderosa disponível atualmente – Visualização e controle total do sistema

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Modos de Operação do Software

• Off-line:

– Sem conexão com o CLP, permite desenvolver o programa e simular

• On-line:

– Conectado ao CLP e monitorando e alterando o programa em tempo real

em tempo real

• Monitor:

– Permite a monitoração do programa de aplicação contido no CLP mas não permite alterá-lo

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Sistema de Operação do CLP

• Modos de Operação da CPU

– STOP (parada): neste modo a CPU não executa o programa de aplicação.

– TERM (terminal): usado para leitura e escrita do terminal de programação

– RUN (execução): neste modo a CPU executa o programa de aplicação desenvolvido pelo usuário

• A alteração entre os modos de operação pode ser feita por uma chave ou pelo próprio software de programação.

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Ciclo de Operação

• Ciclo Resumido de Operação do CLP

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Ciclo de Operação

• Atualização das Entradas

– A CPU lê todos os pontos de entrada e armazena na tabela de imagem das entradas

• Execução do programa de Aplicação

– A CPU executa o programa de aplicação do usuário, desde a – A CPU executa o programa de aplicação do usuário, desde a

primeira linha até encontrar o fim do programa.

– De acordo com a tabela de imagem das entradas é construída a tabela imagem das saídas, gerada a partir da lógica executada.

• Atualização das saídas

– O conteúdo da tabela imagem das saídas é enviada aos respectivos pontos de saída.

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CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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GRAFCET

• Grafcet - Norma IEC 60848

– Estudos da associação francesa AFCET.

– Também chamado de Diagrama Funcional Sequencial, pode ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas.

áreas.

– Grafcet Modelagem de sistemas automatizados

– Os elementos de um Grafcet são: etapas, transições e ligações orientadas.

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GRAFCET

• Conceitos Básicos

– Etapa: estado parcial do sistema, onde a ação é realizada (pode estar ativa ou não);

– Ação associada à etapa;

– Transição: conecta a etapa precedente à etapa seguinte;

– Condição associada à transição: dispara uma transição, desde que seja verdadeira e que a etapa precedente à transição esteja que seja verdadeira e que a etapa precedente à transição esteja ativa.

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GRAFCET

• 1- ETAPAS

– Cada etapa corresponde a uma condição invariável e bem defeinida – A precisão do Grafcet está relacionada ao número de etapas. Quanto

mais etapas, mais detalhado será o sistema.

– É representada por um retângulo e cada etapa tem sua própria numeração

numeração

– A etapa inicial é representada por um retângulo duplo.

– Pode existir mais de uma etapa inicial

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GRAFCET

• 2- AÇÕES ASSOCIADAS ÀS ETAPAS

– De uma forma geral as ações ocorrem somente se a etapa a qual

pertencem estiver ativa. Contudo, em alguns casos podem continuar a ocorrer mesmo após a finalização da etapa, ou também podem ser iniciadas no decorrer da execução da etapa.

– A definição da ação deve ser feita com clareza

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GRAFCET

• 2- AÇÕES DETALHADAS ( QUALIFICADAS)

– São ações utilizadas quando é necessário a continuidade da ação após o fim da etapa, ou o término da ação

enquanto a etapa está ativa.

– Quando quisermos condicionar e/ou limitar uma ação.

– Os qualificadores são cinco:

• S (stored)

• D (delayed)

• L (time limited)

• P (pulse shaped)

• C (condition)

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GRAFCET

• S (STORED) armazenada/mantida

– A ação é mantida após o fim da etapa

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GRAFCET

• D ( DELAYED) atrasada

– A ação é iniciada após decorrido o tempo

– Obs:Caso a etapa finalize antes do tempo a ação é ignorada

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GRAFCET

• L (Time Limited) Limitada por tempo

– A ação é limitada por um tempo

– Obs: caso a etapa finalize antes do tempo a açao também é finalizada

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GRAFCET

• P ( Pulse Shaped)

– Quando o tempo de execução da ação é pequeno

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GRAFCET

• C (conditional)

– A ação ocorre enquanto a etapa estiver ativa e a condiçao lógica verdadeira

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GRAFCET

• 4 – TRANSIÇÕES

– Indicam a possibilidade de transposição de uma etapa ativa para a etapa seguinte

• Estado lógico “0” ou “1”

• Por borda (0 p/ 1) ou (1 p/ 0)

• Por Tempo(após iniciar a etapa)

• Transição Incondicional

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GRAFCET

• BORDAS

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GRAFCET

• REGRAS DE EVOLUÇÃO

– Deve existir ao menos uma etapa inicial, que está/estão ativas no início da operação

– Uma transição só é transposta se todas as etapas

anteriores estiverem ativas e se a condição associada for verdadeira

verdadeira

– Ao transpor a transição as etapas anteriores são desativadas e as etapas seguintes são ativadas

– O GRAFCET deve ser lido de cima para baixo, caso seja necessário o snetido contrário indica-se com uma seta.

– Deve haver uma única transição entre duas etapas.

– Deve haver uma única etapa entre duas transições.

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GRAFCET

• Situação Inicial

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GRAFCET

• ESTRUTURAS

Seletiva Simultânea

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GRAFCET

• Repetição de Ações

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GRAFCET

• Erros de Sintaxe

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GRAFCET

• Exemplo com Seqüência Linear

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GRAFCET

• Exemplo com Seleção de Seqüência

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GRAFCET

• Exemplo com Repetição de Seqüência

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GRAFCET

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CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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LADDER

• A linguagem LADDER é uma linguagem gráfica que possui símbolos semelhantes aos contatos elétricos.

Basicamente, consiste de duas barras verticais inteligadas pela lógica de controle.

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LADDER

• Existem elementos mais específicos, mas de um modo geral a linguagem é formada por contatos e bobinas, sendo que estes elementos são

representados por endereços e ocupam espaço de memória.

• Conceito de corrente fictícia: supõe-se uma

diferença de potencial entre as barras verticais.

A bobina é acionada quando os contatos da lógica permitem a passagem desta corrente pela linha.

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LADDER

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LADDER

• Exemplo de programa em LADDER

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LADDER

• Instruções booleanas em LADDER

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LADDER

• Instruções booleanas em LADDER

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LADDER

• Instruções booleanas em LADDER

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85

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LADDER

• Exercício

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Cirucito de Selo

Os selos são as combinações mais básicas entre elementos, destina- dos a manter uma saída ligada, quando se utilizam botoeiras.

1)

2)

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Instruções de Set e Reset

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Detecção de Borda

Existem situações em que é necessário registrar não o estado da entrada, mas sim o instante em que essa entrada comuta.

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Detecção de borda

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LADDER

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Ladder

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(94)

Temporizador

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Contador

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(96)

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Alarme de incêncio

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Semáforo

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(102)

101

(103)

Exercício

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CLP

• Controladores Lógicos Programáveis

CLP

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Linguagem Ladder

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Linguagem Ladder

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Linguagem Ladder

106

(108)

Linguagem Ladder

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Linguagem Ladder

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Linguagem Ladder

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Revisão

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Bibliografia

• GEORGINI, M. Automação Aplicada: descrição e

implementação dos sistemas sequenciais com PLC ´ s.

4a Edição. Editora Érica. São Paulo. 2003.

• NATALE, F. Automação Industrial. 4a Edição. Editora Érica. São Paulo. 2000.

• ROSÁRIO, J. M. Princípios de Mecatrônica. Editora

• ROSÁRIO, J. M. Princípios de Mecatrônica. Editora Prentice-Hall.

São Paulo. 2005

• SIEMENS - www.siemens.com.br

• SILVEIRA, P. R., SANTOS, W. E. Automação e Controle Discreto. 7a Edição. Editora Érica. São Paulo. 1998.

• Apostila de CLP do professor Guilherme Schneider da UTFPR

112