Introdução ao Controlador Lógico Programável (CLP)

INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Controlador Lógico Programável CLP Professor Harrison Controlador lógico programável Possuem entradas e saídas digitais ou analógicas para conexão dos sensores e dos atuadores Possuem memória programável para implementar funções específicas para controlar vários tipos de máquinas ou processos Estrutura Básica de um CLP Processador Memória Fonte de alimentação Memória de programa Memória de dados Utilização dos CLPs Sua aplicação abrange desde processos de fabricação industrial até processo que envolva transformação de matériaprima Componentes de um CLP Fonte de alimentação CPU Memória Módulos de entrada e saída Linguagens de programação Dispositivos de programação Módulos de comunicação Racks Componentes Fonte Alimenta a CPU e demais dispositivos Converte AC em DC O CLP possui uma bateria interna Componentes CPU Princípio de funcionamento Execução por parte da CPU de um programa que realiza continuamente um ciclo de varredura com os seguintes passos a Obtenção dos dados dos vários módulos de entrada b Execução das instruções do programa c Atualização das saídas transferindo os dados ao equipamento controlável através dos módulos de saída Componentes CPU Componentes Memórias Do Programa Executivo nãovolátil Do usuário De dados controle do programa do usuário Imagem das entradas e saídas interligação entre o CLP e os equipamentos Memória do Programa Executivo O gerenciamento de todo o sistema composto pelo CLP é efetuada através da execução de um programa inserido nesta parte da memória e denominado de programa executivo Nãovolátil Responsabilidade do fabricante do equipamento Memória do Usuário Armazena o programa do usuário Contém alguns Kbytes de palavraslivres que serão processadas pela CPU A cada ciclo a CPU processa este programa atualiza a memória de dados internos e as imagens das entradas e saídas Memória de Dados Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do programa do usuário Memória Imagem das Entradas e Saídas Área de memória reservada para a interligação entre Controladores Lógicos Programáveis e os equipamentos Esta memória é a imagem real das entradas e saídas do CLP MEMÓRIA IMAGEM DAS ES E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 MEMÓRIA DO CP PARCIAL E8 E1 BYTE DAS ENTRADAS S8 S1 BYTE DAS SAÍDAS MEMÓRIA IMAGEM DAS ENTRADAS E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 MEMÓRIA DO CP PARCIAL E8 E1 BYTE DO MÓDULO DE ENTRADA EM ANÁLISE BIT E1 1 OU ENERGIZADO LOGO ENTRADA E1 110 V BIT E2 0 OU DESENERGIZADO LOGO ENTRADA E2 0 V MEMÓRIA IMAGEM DAS SAÍDAS S8 S1 BYTE DO MÓDULO DE SAÍDA EM ANÁLISE BIT S1 1 OU ENERGIZADO LOGO SAÍDA S1 110 V BIT S2 0 OU DESENERGIZADO LOGO SAÍDA S2 0 V Módulos de um CLP Componentes Módulos de Entradas e Saídas Realizam a conexão física entre a CPU e o mundo externo através de circuitos de interfaceamento Módulos de Entrada Os módulos de entradas tem que ser seguros contra destruição das entradas por excesso ou alimentação de tensão indevida e devem possuir filtros de supressão para impulsos parasitórios Módulos de Saída Os módulos de saída devem ser amplificados e possuir proteção contra curtocircuito Os módulos de entradas e saídas podem ser subdivididos em dois grupos distintos digitais discretos e analógicos numéricos Entradas e Saídas Digitais São os tipos de sinais mais comuns encontrados em sistemas automatizados com CLP Nestes tipos de interface a informação consiste em um estado binário da variável de controle ligado ou desligado Entradas Digitais PNP NPN Saídas Digitais Relé TransistorTriac ENTRADAS E SAÍDAS Entradas e Saídas Digitais As entradas de um CLP podem ser do tipo fonte sourcing ou do tipo dreno sinking Tipo fonte sourcing podem ser chamadas de entradas PNP Tipo dreno sinking podem ser chamadas de entradas NPN As entradas tipo PNP sourcing devem ser conectadas em sensores com saídas NPN As entradas tipo NPN sinking devem ser conectadas em sensores com saídas PNP Sensor Tipo PNP Entrada Tipo Dreno NPN conectada em um sensor com saída PNP Entradas e Saídas Digitais FOTOACOPLADOR Vcc PNP Sensor LIGAÇÃO TIPO PNP LIGAÇÃO TIPO PNP Sensor Tipo NPN Entradas e Saídas Digitais Entrada Tipo Fonte PNP conectada em um sensor com saída NPN FOTOACOPLADOR NPN Vcc Sensor LIGAÇÃO TIPO NPN LIGAÇÃO TIPO NPN Entradas e saídas discretas Desgaste dos contatos ao longo do tempo Freqüência de comutação baixa não sendo possível utilizála como saída rápida ou PWM SAÍDA DIGITAL A RELÉ VANTAGENS Maior capacidade de condução de corrente TPW03 2A carga resistiva Clic02 8A carga resistiva Acionamento de cargas sem a necessidade de interface a rele externo Aceita tensões de até 250Vca DESVANTAGENS SAÍDA DIGITAL A TRANSISTORTRIAC VANTAGENS Saída eletrônica Chaveamento eletrônico para cargas DC Transistor para cargas AC Triac não há desgastes Alta velocidade de comutação podendo ser utilizada como saída pulsada ou PWM apenas para o transistor Ocupam pouco espaço no módulo isolação entre módulo e carga DESVANTAGENS Menor capacidade de condução de corrente comparado àssaídas a relé TPW03 03A em carga resistiva Clic02 05A em carga resistiva Necessidade de utilizar uma interface a relé externa para o acionamento de cargas Baixa proteção contra sobrecorrente e curtocircuito necessita ser associado a fusíveis Geralmente para cargas de baixa potência 100 a 500 mA Exemplos Entradas digitais chaves seletoras sensores fotoelétricos chaves de fim de curso sensores de proximidade etc Saídas digitais alarmes ventiladores lâmpadas solenóides etc EXEMPLOS DE ENTRADA DIGITAL Chave fim de curso Sensores indutivos e capacitivos Botões e chaves de comando EXEMPLOS DE SAÍDA DIGITAL Sinalizadores Contatores Atuadores Hidráulicos e pneumáticos Interface típica para entradasaída de sinais analógicos A diferença básica com relação às entradas e saídas discretas é que aqui mais de um Bit deverá ser manipulado seja paralelamente todos ao mesmo tempo ou serialmente um Bit de cada vez a fim de se controlar a grandeza física do processo em questão Como as entradas analógicas são lidas A tensão ou corrente de entrada é convertida para um código digital proporcional ao valor analógico através de um conversor analógicodigital Interface típica para entradasaída de sinais analógicos Entradas Analógicas 0 a 10V 4 a 20mA 0 a 20mA Como são tratadas as saídas analógicas A interface das saídas analógicas recebe do processador dados numéricos que são convertidos em valores proporcionais de corrente ou tensão e aplicados nos dispositivos de campo Interface típica para entradasaída de sinais analógicos Saída Analógicas 0 a 10V 4 a 20mA 0 a 20mA Exemplos Entradas Analógicas transdutor de temperatura pressão transdutores óticos de umidade de fluxo conversor DA etc Saídas Analógicas válvula analógica acionamento de um motor atuador analógico etc DC 24V INPUT 8 x DCIA 12 010V Linguagens de Programação Introdução Linguagens de Programação de CLPs As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicar com o CLP através de um dispositivo de programação e definir as tarefas que o CLP deve executar As linguagens mais usadas são Diagrama de Contatos Ladder Diagram e Lista de Instruções Statement List Diagrama de contatos em Ladder A função principal de um programa em linguagem Ladder é controlar o acionamento de saídas dependendo da combinação lógica dos contatos de entrada A linha vertical à esquerda representa o polo positivo e a da direita o polo negativo O fluxo de energia flui sempre do polo positivo para o negativo Linguagem em Ladder Simbologia Linguagem em Ladder Simbologia Diagrama de contatos em Ladder Degrau em ladder Diagrama de contatos em Ladder Fluxo reverso O fluxo reverso da direita para esquerda não é permitido em ladder O fluxo de corrente elétrica virtual em uma lógica ladder flui somente no sentido da barra da esquerda para direita Fluxo não permitido Fluxo permitido Diagrama de contatos em Ladder Repetição de contatos Nos programas em Ladder uma bobina pode ter quantos contatos normalmente abertos ou fechados desejar Obs Na prática recomendase que as bobinas não sejam repetidas de forma demasiada Diagrama de contatos em Ladder Relés internos ou bobinas auxiliares São elementos utilizados para armazenamento temporário de dados Para efeitos de programação suas bobinas podem ser energizadas e desativadas e seus contatos para ligar ou desligar outras saídas Endereçamento Para codificar as entradas e saídas é comum utilizar a letra I Input para as entradas e a letra Q Quit ou O Output para as saídas Alguns utilizam as letras X e Y para codificar as entradas e saídas respectivamente Utilização dos CLPs Conversão de diagramas elétricos em diagrama Ladder Normalmente é relativamente fácil passar um diagrama elétrico para o ladder Contudo alguns casos merecem atenção Conversão de diagramas elétricos em diagrama Ladder Conversão de diagramas elétricos em diagrama Ladder Relés eletromecânicos Representação em ladder Exemplo 1 Contatos na vertical Conversão de diagramas elétricos em diagrama Ladder Relés eletromecânicos Representação em ladder Exemplo 2 Contatos na vertical ou Linguagem em Ladder Linguagem em Ladder Avaliação de leitura dos degraus do diagrama Ladder Linha 10 Parte superior Linha 11 Parte inferior CLP Programação LADDER 61 Estado de repouso deixa conduzir energia Ativada quando a combinação de contados existente na entrada permite Energizada 1 Desenergizado 2 Um vez ativada não pode ser desativada somente se o comando RESET for enviado Permite desativar uma bobina SET previamente ativada Estado de repouso não deixa conduzir energia Dependendo das características dos CLP os fabricantes poderão disponibilizar diversas funções especiais uma vez que o manual de programação dos CLPs instrui quanto ao uso de suas funções de programação CLP Programação LADDER Acionamento Simples 62 CLP Programação LADDER Função E AND 63 CLP Programação LADDER Função OU OR 64 CLP Programação LADDER Função Não E NAND Obs Para desativar a saída tem que pressionar B1 e B2 65 CLP Programação LADDER Função Não OU NOR Obs Inicia ativado e é desativado acionando B1 ou B2 66 CLP Programação LADDER Circuito de Selo Retenção Obs Introdução do contato auxiliar para manter sinal reter 67 Contatos de selo auto retenção Manter uma saída energizada mesmo quando a entrada venha a ser desligada CLP Programação LADDER Circuito de Selo Desligar Obs Pressionando B2 o sinal é interrompido para Lamp 68 CLP Programação LADDER Instrução SET Obs Liga e a mantém ligada mesmo com a alimentação retirada 69 CLP Programação LADDER Instrução RESET Obs RESET desliga a saída que estava em SET 70 Linguagem em Ladder Se a entrada não está recebendo energia chave aberta é armazenado o valor 0 no endereço correspondente Se a entrada está recebendo energia chave fechada é armazenado o valor 1 no endereço correspondente Antes da execução do programa principal são lidos os estados das entradas e alterados os conteúdos dos endereços correspondentes na Tabela de Imagem das Entradas Linguagem em Ladder Leitura das entradas O programa na linguagem Ladder pode ser mostrado abaixo Linguagem em Ladder Ligação no CLP genérico Programa em linguagem ladder Linguagem em Ladder Chave PB1 não acionada Com PB1 aberto os contatos internos permanecem na sua condição original ou seja da mesma forma como são desenhados no diagrama Lâmpada LP1 não acende e LP2 acende Linguagem em Ladder Chave PB1 acionada Com PB1 fechado os contatos internos comutam da sua condição original ou seja vão apresentar comportamento contrário de como são desenhados no diagrama Lâmpada LP1 acende e LP2 não acende Linguagem em Ladder Utilização de chaves externas do tipo NF Como a chave fim de curso fornece energia à entrada do CLP o contato interno do tipo NA vai comutar fornecendo continuidade para o circuito de maneira a ligar a saída Quando a chave fim de curso for aberta deixará de alimentar a entrada do CLP e o contato interno vai voltar para sua posição de repouso fazendo que a lâmpada se apague Utilização de chaves externas do tipo NF Exemplo Desejase controlar o acionamento de um motor partida direta utilizando uma botoeira NA para ligálo e uma botoeira NF para desligálo Solução Utilização de chaves externas do tipo NF Solução Podem ser realizadas duas soluções Solução a Utilização de contato selo Solução b Utilização de bobinas de autorretensão Utilização de chaves externas do tipo NF Uma atenção especial é necessária quando se utilizam elementos de entrada com contatos do tipo NF É preciso lembrar que no programa do CLP um contato NF só permanece assim se sua entrada não estiver energizada Como as chaves externas do tipo NF alimentam continuamente a entrada do CLP seu contato equivalente interno estará sempre comutado da sua posição original Assim para que o contato interno tenha comportamento equivalente a um contato NF é preciso programálo com um contato NA Linguagem em Ladder Dispositivos de Programação A programação de CLPs é realizada através de dispositivos de programação separados que são compartilhados por vários CLPs de uma instalação Pode ser offline ou online O uso de PCs como ferramenta de programação tem grande aceitação Utilização de chaves externas do tipo NF Na conexão de dispositivos de segurança a um CLP existe uma regra que deve ser lembrada Usar sempre um dispositivo externo NF porque caso o cabo elétrico de conexão seja rompido o sistema para Nunca se deve utilizar um normalmente aberto NA pois se houver um rompimento de conexão não será detectado e o sistema não pode mais ser desligado Dispositivos de Programação Módulos de Comunicação São responsáveis principalmente pela ligação do CLP com os seus periféricos terminais de vídeo impressoras instrumentos digitais e quaisquer instrumentos que possam se comunicar através de portas seriais tipo RS232 Podem ser ASCII Adaptador de ES Remotas Serial e Interface de Redes Image of a PLC hardware assembly Módulos de Comunicação ASCII São usados para enviar e receber dados alfanuméricos de equipamentos periféricos para o controlador Geralmente este módulo possui processador e memória próprios que executam as tarefas de transferência de dados Módulos Adaptadores de ES Remotas São usados em controladores geralmente de grande porte e permitem a instalação de sistemas de ES localizados a distancias maiores da CPU principal Os subsistemas de ES são geralmente conectados usando uma configuração serial ou estrela A comunicação pode ser feita através de par trançado cabo coaxial ou fibra óptica Elos de Comunicação em Rede Para executar estas tarefas de comunicação os fabricantes de CLP implementaram módulos de comunicação que permitem a integração de um CLP a outros CLPs e a computadores corporativos Estes módulos geralmente adotam padrões de comunicação em rede como Ethernet ou proprietárias que permitem a troca de informações entre computadores e os controladores programáveis Elos de Comunicação em Rede Os módulos de rede hoje oferecidos pelos fabricantes permitem opções como a de execução de controle distribuído onde vários controladores de pequeno porte controlam células de produção Estas células interligadas via rede podem ter sua operação supervisionadas por estações baseadas em microcomputadores ou computadores Rack do CLP A base ou rack é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles no qual estão presentes os sinais de dados endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de entradasaída possam operar