Controlador L

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Controlador Lógico Programável - CLP

• Prof. Cesar da Costa

1.a Aula
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Controladores Digitais

• Podem-se dividir os controladores digitais em
  dois tipos
• Controladores digitais dedicados
• Controladores lógicos programáveis, também
  conhecidos como CLPs.

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• 1. Controladores digitais dedicados
• Os controladores digitais dedicados são
  basicamente aplicações de microcontroladores em
  tarefas de controle cujo propósito específico é
  executar um algoritmo de controle gravado em sua
  memória EPROM, e em geral comunicar-se com
  dispositivos externos para troca de informações e
  atuação neles.

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• Como, por exemplo, medição e controle de
  temperatura, ligar /desligar motores, ler um
  teclado em sua entrada, etc.
• Programa-se a EPROM com códigos de máquina,
  linguagem Assembler ou linguagem C.
• O projetista deve conhecer bem o conjunto de
  instruções do microcontrolador utilizado, seu
  hardware e a tarefa de controle a ser realizada.

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Exemplos de Controladores Digitais Dedicados
1.1 Controlador Digital Multi-Loop Smar CD 600

• O CD600 é um poderoso controlador digital,
  microprocessado, de processos, capaz de controlar
  simultaneamente até 4 malhas de controle, com até
  8 blocos PID e mais de 120 blocos de controle
  avançado.

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1.2 Controladores de Temperatura
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1.2.1 Controladores de Temperatura
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1.3. Controlador de Energia Elétrica

• Características Principais
• Processador industrial de alta performance
• 1 entrada para medição de energia elétrica
  (compatível com medidores eletrônicos seriais da
  concessionária ou transdutores de energia saída
  pulso)
• 1 entrada para medição de água (hidrômetro saída
  pulso)
• 5 entradas para monitoração de status / alarmes
  (contato seco)
• 8 saídas à relé para controle de cargas
  (3A/250VAC)

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2. Controlador Lógico Programável - CLP

• Os controladores lógicos programáveis (CLPs)
  oferecem uma grande flexibilidade para o usuário
  final
• Para um mesmo hardware existe uma infinidade de
  aplicações especificadas em software e passíveis
  de alterações pelo usuário final.

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• O Controlador Lógico Programável, ou
  simplesmente PLC (Programmable Logic Controller),
  pode ser definido como um dispositivo de estado
  sólido - um Computador Industrial
• Capaz de armazenar instruções para implementação
  de funções de controle (sequencia lógica,
  temporização e contagem, por exemplo)
• Além de realizar operações lógicas e
  aritméticas, manipulação de dados e comunicação
  em rede, sendo utilizado no controle de Sistemas
  Automatizados.

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• Historicamente os CLPs podem ser classificados
  nas seguintes categorias
• 1ª GERAÇÃO Programação em Assembly. Era
  necessário conhecer o hardware do equipamento, ou
  seja, a eletrônica do projeto do CLP.
• 2ª GERAÇÃO Apareceram as linguagens de
  programação de nível médio. Foi desenvolvido o
  Programa monitor que transformava para
  linguagem de máquina o programa inserido pelo
  usuário.

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3ª GERAÇÃO Os CLPs passam a ter uma entrada de
programação que era feita através de um teclado,
ou programador portátil, conectado ao mesmo. 4ª
GERAÇÃO É introduzida uma entrada para
comunicação serial, e a programação passa a ser
feita através de microcomputadores. Com este
advento surgiu a possibilidade de testar o
programa antes do mesmo ser transferido ao modulo
do CLP, propriamente dito.
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5ª GERAÇÃO (atual) Os CLPs de quinta geração
vem com padrões de protocolo de comunicação para
facilitar a interface com equipamentos de outros
fabricantes, e também com Sistemas Supervisórios
e Redes Internas de comunicação. .
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2.1 CLP Industrial

• Cada CLP contém um microprocessador programado
  para controlar os terminais de saída de uma
  maneira especificada, com base nos valores dos
  terminais de entrada.

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Família 90-30 da GE Fanuc
http//www.ge-ip.com/products/family/series-90-30
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• Família ControlLogix

http//ab.rockwellautomation.com/programmable-cont
rollers/slc-500
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(No Transcript)
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• Família SIMATIC S7-300

http//www.automation.siemens.com/salesmaterial-as
/brochure/en/brochure_simatic-controller_en.pdf
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• Família S5

http//www.automation.siemens.com/salesmaterial-as
/brochure/en/brochure_simatic-controller_en.pdf
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• Família Atos MPC 4004

http//www.schneider-electric.com.br
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2.2 CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE

• Os principais componentes de hardware de um CLP
  são os seguintes
• CPU (Central Processing Unit - Unidade Central
  de Processamento) compreende o processador
  (microprocessador, microcontrolador ou
  processador dedicado), o sistema de memória
  (EPROM e RAM) e os circuitos auxiliares de
  controle
• Cartões de E/S Contém os circuitos necessários
  para interfacear os dispositivos de campo com o
  processador. Cada circuito de E/S possui isolação
  ótica para proteger contra transientes. Vários
  módulos têm filtros também. A maioria tem LEDS
  indicadores para sinalizar o estado de cada
  dispositivo de E/S conectado. Podem ser discretos
  (sinais digitais 12VDC, 127 VAC, contatos de
  relés normalmente abertos, contatos normalmente
  fechados) ou analógicos (sinais analógicos
  4-20mA, 0- 10VDC, termopar)

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• Fonte de Alimentação responsável pela tensão de
  alimentação fornecida à CPU e aos
  Circuitos/Módulos de E/S. Em alguns casos,
  proporciona saída auxiliar (baixa corrente).
• 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
  comunicação entre a CPU e os Módulos de E/S, além
  dos níveis de tensão fornecidos pela Fonte de
  Alimentação - necessários para que a CPU e os
  Módulos de I/O possam operar.

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Exemplo de Rack de 5 slots
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• CLP Compacto no mesmo invólucro estão a
  fonte, CPU e os módulos de E/S.

• CLP Modular fonte, CPU e módulos de E/S são
  independentes

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• 2.3 A arquitetura básica de um CLP é formada
  por
• Uma fonte de alimentação
• Uma Unidade Central de Processamento (CPU)
• Um sistema de memória
• Módulos de entrada e saída.

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Arquitetura Interna de um CLP
Isolamento Óptico
Isolamento Óptico
VCC
Fonte de Alimentação
Y0
X0
E N T R A D A S
S A Í D A S
Unidade Central de
Processamento (CPU)
Y1
X1
P
Y2
X2
GND
Sistema de Memória
Elementos de Saída
Elementos de Entrada
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• 2.3.1 Fonte de alimentação
• Converte a tensão da rede de 110 ou 220 VCA em
  5VCC, 12VCC ou 24VCC para alimentar os
  circuitos eletrônicos, as entradas e as saídas.
• Bateria Utilizada para manter o circuito do
  relógio em tempo real. Normalmente são utilizadas
  baterias recarregáveis do tipo Ni - Ca.

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• 2.3.2 Unidade Central de Processamento - CPU
• A CPU do CLP é formada pelo microprocessador e
  seus circuitos de controle e comunicação.
• O microprocessador é o elemento principal da
  arquitetura do controlador digital e tem como
  funções o controle dos barramentos, o
  gerenciamento das comunicações com a memória e os
  dispositivos de entrada/ saída, e a execução das
  instruções.

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• O microprocessador interpreta os sinais de
  entrada
• Executa a lógica de controle segundo as
  instruções do programa de aplicação
• Realiza cálculos
• Executa operações lógicas, para, em seguida,
  enviar os sinais apropriados às saídas.

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(No Transcript)
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• 2.3.3 Módulos de Entradas/Saídas
• Os circuitos de entrada formam a interface pela
  qual os dispositivos enviam informações de campo
  para o CLP
• As entradas podem ser digitais (discretas) ou
  analógicas e são provenientes de elementos de
  campo como sensores, botões, pressostatos, chaves
  fim-de-curso, etc.

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• As entradas digitais fornecem apenas um pulso ao
  controlador, ou seja, elas tem apenas um estado
  ligado ou desligado, nivel alto ou nivel baixo,
  remontando a algebra boolena que trabalha com uns
  e zeros.
• Alguns exemplos são as botoeiras, válvulas
  eletro-pneumaticas, os pressostatos e os
  termostatos.

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• Os dispositivos de saída, tais como solenóides,
  relés, contatores, válvulas, luzes indicadoras e
  alarmes estão conectados aos módulos de saída do
  CLP
• As saídas de maneira similar às entradas podem
  ser digitais ou analógicas
• As saídas digitais são geralmente isoladas do
  campo por meio de isoladores galvânicos, como
  acopladores ópticos ou relés.

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• As saídas digitais exigem do controlador apenas
  um pulso que determinara o seu acionamento ou
  desacionamento.
• Como exemplos tem-se Contatores que acionam os
  Motores de Inducão e as Válvulas
  Eletropneumaticas.

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• Existe uma grande variedade de módulos de
  entrada e saída como módulo de entrada de
  corrente contínua para tensões de 24 Volts,
  módulo de entrada para corrente alternada para
  tensões de 120 e 220 Volts.

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(No Transcript)
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
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Módulos de Entradas e Saídas Analógicas

• As entradas analógicas medem as grandezas de
  forma analógica. Para trabalhar com este tipo de
  entrada os controladores tem conversores
  analógico-digitais (A/D).

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• A saída analógica necessita de um conversor
  digital para analógico (D/A), para trabalhar com
  este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são
  válvula proporcional, acionamento de motores DC,
  displays gráficos, entre outros.

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(No Transcript)
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• 2.3.4 Sistemas de Memória
• O sistema de memórias é constituído tipicamente
  por memórias EPROM e RAM
• O programa e os dados armazenados no sistema de
  memória são geralmente descritos utilizando-se
  alguns conceitos.

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Memória Residente (EPROM) contém os programas
considerados parte integrante do sistema,
permanentemente armazenados, que supervisionam e
executam a sequencia de operações, as atividades
de controle e comunicação com os dispositivos
periféricos, bem como outras atividades.
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• Memória do Usuário (tipo RAM, EEPROM ou
  FLASH-EPROM) armazena o programa aplicativo do
  usuário, ou seja, o programa de aplicação.

• Memória de Dados ou Tabela de Dados (RAM) nessa
  área são armazenados os dados associados com o
  programa de controle, tais como valores de
  temporizadores, contadores, constantes, etc.

• Memória Imagem das Entradas e Saídas (RAM) área
  que reproduz o estado de todos os dispositivos de
  entrada e saída conectados ao CLP.

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• 2.4 Princípio de funcionamento
• O CLP funciona segundo um programa
  permanentemente armazenado em memória EPROM, que
  executa um ciclo de varredura chamado scan time e
  consiste de uma série de operações realizadas de
  forma sequencial e repetida.
• A figura a seguir apresenta, em forma de
  fluxograma, as principais fases do ciclo de
  varredura de um CLP.

 
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Seqüência de Funcionamento do CLP
Início
Ler entradas. (Tabela imagem das Entradas).
Executar Programa de Aplicação.
Atualizar Saídas. (Tabela Imagem das Saídas)
Realizar Diagnósticos
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• Atualização das entradas durante a varredura
  das entradas, o CLP examina os dispositivos
  externos de entrada quanto à presença ou à
  ausência de tensão, isto é, um estado
  energizado ou desenergizado. O estado das
  entradas é atualizado e armazenado
  temporariamente em uma região da memória chamada
  tabela imagem das entradas.

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• Execução do programa durante a execução do
  programa, o CLP examina as instruções do programa
  de controle (armazenado na memória RAM), usa o
  estado das entradas armazenadas na tabela imagem
  das entradas e determina se uma saída será ou não
  energizada. O estado resultante das saídas é
  armazenado em uma região da memória RAM chamada
  tabela imagem das saídas.

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• Atualização das saídas baseado nos estados dos
  bits da tabela imagem das saídas, o CLP
  energiza ou desenergiza seus circuitos de
  saída, que exercem controle sobre dispositivos
  externos.

• Realização de diagnósticos ao final de cada
  ciclo de varredura a CPU verifica as condições do
  CLP, ou seja, se ocorreu alguma falha em um dos
  seus componentes internos (fonte, circuitos de
  entrada e saída, memória, etc).

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• Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha
  do CLP são
• POWER ON RESET desliga todas as saídas assim que
  o equipamento é ligado, isso evita que possíveis
  danos venham a acontecer.
• POWER DOWN monitora a tensão de alimentação
  salvando o conteúdo das memórias antes que alguma
  queda de energia possa acontecer.

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• 2.4.1 Ciclo de trabalho da CPU
• O CLP executa cada linha do programa de forma
  sequencial, não volta atrás para executar a linha
  anterior, até que se faça a próxima varredura do
  programa.
• As linhas são normalmente ordenadas de forma a
  configurar uma sequencia de eventos, ou seja, a
  linha mais acima é o primeiro evento e, assim,
  sucessivamente.
• O CLP não executa loops ou desvios como na
  programação tradicional.

 
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• Tanto nos diagramas elétricos como nos programas
  em linguagem Ladder, o estado das instruções de
  entrada (condição) de cada linha determina a
  seqüência em que as saídas são acionadas.

 
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• 2.5 Classificação do CLPs
• Os CLPs podem ser classificados segundo a sua
  capacidade
• Nano e micro CLPs possuem até 16 entradas e 16
  saídas. Normalmente são compostos por um único
  módulo com capacidade de memória máxima de 512
  passos.
• CLPs de médio porte capacidade de entrada e
  saída em até 256 pontos, digitais e analógicas.
  Permitem até 2048 passos de memória.

 
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1. CLPs de grande porte construção modular com CPU
   principal e auxiliar. Módulos de entrada e
   especializados, módulos para redes locais.
   Permitem a utilização de até 4096 pontos. A
   memória pode ser otimizada para o tamanho
   requerido pelo usuário.

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Exercícios Dado o diagrama de funcionamento de
uma furadeira elétrica. Especifique o CLP que
deverá ser utilizado. Utilize o CLP GE Fanuc
família 90-30. Monte a tabela de E/S conforme
modelo em anexo.
 
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