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APOSTILA

Teoria de CLP

Prof. Maycon Max Kopelvski

Mar/2010

rev.00

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SUMRIO

1. Um pouco da histria............................................ 32. CLPs ............................................................ 5

2.1. Definies .................................................. 52.1.1. Hardware................................................. 52.1.2. Software................................................. 52.1.3. Arquitetura Bsica........................................ 52.1.4. UCP (Unidade Central de Processamento) .................... 62.2. Estrutura da UCP............................................ 8

3. Entradas e Sadas............................................... 113.1. Entradas ................................................... 113.1.1. Entradas Digitais........................................ 113.1.2. Entradas Analgicas...................................... 133.2. Sadas ..................................................... 153.2.1. Sadas Digitais ......................................... 153.2.2. Sadas Analgicas ....................................... 163.3. Periferia inteligente...................................... 163.4. Segurana nas entradas e sadas............................ 173.5. Caractersticas Construtivas .............................. 184. Glossrio...................................................... 20

5. Referncias: ................................................... 24

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1. Um pouco da histriaO Controlador Lgico Programvel (CLP) nasceu da indstria

automobilstica norte americana, especificamente na diviso hidramtica

da GM em 1968. Sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi

preparada uma especificao que refletia os sentimentos de muitosusurios de comandos de rels, no s da indstria automobilstica

como da indstria em geral. Este sentimento resultou da grande

dificuldade de alterar o processo usando comandos a rel. Cada alterao

significativa no modelo de um carro exigia alteraes que

acrescentavam, retiravam ou modificavam alguns passos do processo e

para isso era necessrio alterar todos os painis e fiao de campo.

Alm disso, a complexidade e grande tamanho de painis de rels

dificultava a manuteno.

Objetivos do projeto especificado:

Permitir facilidade e flexibilidade de montagem em mquinas;

Ser totalmente programvel (projeto reutilizvel); Adaptao total ao ambiente industrial; Manuteno facilitada.Esta especificao despertou o interesse de algumas empresas como

a Reliance Electric, Shuthers-Dunn. Modicon, Digital e outras que

comearam a desenvolver prottipos de controladores programveis. Os

primeiros resultados apareceram no final de 1969 e incio de 1970. A

empresa ganhadora da concorrncia da GM foi a Modicon, mas a ideia j

havia mobilizado o mercado e vrios outros fabricantes passaram a

produzir CLPs nos anos seguintes.

Nos anos de 1970 a 1974, tais equipamentos ganharam grandeimpulso com a acelerao de tecnologias eletrnicas:

Microprocessador, que facilitou a tarefa de projeto, pois todasas funes lgicas,

aritmticas, acumuladores e registradores que antes eram feitos

com lgica discreta.

passaram a estar em um nico chip. facilitando o projeto e

reduzindo o tamanho

dos aparelhos.

Circuitos integrados em larga escala, dando aos CLPs maiorconfiabilidade, menortamanho e principalmente, diminuio de custos. Foi possvel

ento, que estes

equipamentos passassem a ser utilizados em muitas

aplicaes industriais,

limitando-se ainda a funes antes realizadas por painis

eletromecnicos.

Maior maturidade de aplicao que gerava novos tipos de entradase sadas, alm

de funes cada vez mais avanadas, utilizando plenamente os

recursos oferecidos

pelos microprocessadores.Durante a dcada de 70 os CLPs foram evoluindo medida em que era

necessria uma maior velocidade de integrao e desenvolvimento de novos

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componentes no mercado, fechando a dcada com recursos e confiabilidade

bastante atrativos.

Foi na dcada de 80 que os CLPs tiveram sua utilizao altamente

difundida, principalmente pelo alto grau de funcionalidade de aplicaes

anteriores, que agora j podiam ser analisadas, discutidas e relatadas,

isso fez com as empresas preocupadas com qualidade, produtividade,flexibilidade, e competitividade, adotassem de vez esta tecnologia e

consagrassem definitivamente o equipamento, juntamente com CNCs e

SDCDs como as melhores solues para automao de "Cho de Fbrica".

CNCs - sistemas de controle numrico - utilizados em usinagem

mecnica em conjunto com sistemas CAD/CAM.

SDCDs - sistemas digitais de controle distribudo - constitudos

principalmente por controladores digitais single loop / multi loop

interligados entre si por uma rede digital. Utilizados principalmente

em indstrias de processo (indstrias qumicas e petroqumicas,

papeleiras, etc.) Seu principal inconveniente que tratam-se deequipamentos e redes dedicadas, ou seja. uma vez comprado um SDCD

de um determinado fabricante torna-se necessrio comprar componentes

do mesmo fabricante sempre que houver uma ampliao ou modificao no

sistema.

Na dcada de 90 novas tecnologias vieram juntar-se aos CLPs, ao

mesmo tempo em que os SDCDs passaram a ser cada vez menos

utilizados. Com a popularizao e reduo de custo dos

microcomputadores pessoais, vrios softwares de controle em PC

passaram a ser comercializados e sistemas baseados nesta tecnologia

comearam a ser utilizados no lugar dos CLPs. Junto com isso foram

criadas redes padronizadas no proprietrias que possibilitam adistribuio do controle pela planta, colocando o elemento de

controle prximo ao elemento inicial e final. Alm disso, todos os

segmentos mais importantes da automao industrial possuem

iniciativas de padronizao, por organismos normalizadores

nacionais e internacionais ou por consrcios independentes.

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2. CLPs2.1.Definies

O conceito de controlador programvel bastante amplo. Um

controlador programvel nada mais que um computador com uma construofsica que atende os requisitos de operao em ambientes industriais.

Alm disso, ele possui um software especfico para automao e controle

e muitas vezes possui um sistema operacional de tempo real e com

configurao fixa de memria. No entanto nos ltimos anos tm se tornado

cada vez mais populares os controladores baseados em barramentos

padronizados, sistemas operacionais de uso generalizado e estrutura de

memria aberta.

A norma Nema (National Electrical Manufacturers Association),

ICS3-1978, parte ICS3-304, define um controlador programvel como:

"Aparelho eletrnico digital que utiliza uma memriaprogramvel para o armazenamento interno de instrues para

implementao de funes especficas, tais como lgica, seqilenciamento.

temporizao, contagem e aritmtica para controlar, atravs de mdulos de

entradas e sadas, vrios tipos de mquinas ou processos. Um computador

digital que utilizado para desempenhar as funes de um controlador

programvel considerado dentro deste escopo. Esto excludas as chaves

tambores e outros tipos de seqilenciadores mecnicos ".

As caractersticas mais importantes dos CLPs so descritas a

seguir:

2.1.1. Hardware alta confiabilidade (alto MTBF - tempo mdio entre falhas); imunidade a rudos eletromagnticos; isolao galvnica de entradas e sadas: facilmente configurvel com montagem em trilhos

padronizados ou racks com mdulos extraveis;

instalao facilitada, com conectores extraveis; manuteno simples, com ajuda de autodiagnose.

2.1.2. Software programao simples atravs de linguagens de fcilaprendizagem;

recursos para processamento em tempo real e multitarefa. monitorao de dados "on-line": alta velocidade de processamento.

Estes tpicos sero discutidos detalhadamente mais adiante.

2.1.3. Arquitetura BsicaQualquer controlador programvel apresentar em sua estrutura:

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UCP - (Unidade Central de Processamento) - a responsvelpela tomada de decises. Atravs do programa ela analisa o

estado das entradas e altera o estado das sadas, de acordo

com a lgica programada.

Memria - responsvel pelo armazenamento de todasas informaes necessrias ao funcionamento do CLP.

Entradas e sadas - so os meios de comunicao do CLP com oprocesso a ser controlado. As entradas recebem os sinais do

campo e os transformam em sinais digitais para serem

processados pela UCP. Aps o processamento, os dados

enviados pela UCP (digitais) so convertidos pelas sadas em

sinais que possam acionar cargas externas (sinais eltricos).

2.1.4. UCP (Unidade Central de Processamento)Como j dissemos, a UCP responsvel pelo processamento de

todas as informaes existentes no Controlador Programvel. Portanto,

todo o sistema depende muito dessa unidade. a UCP quem determina as

seguintes caractersticas do controlador:

Confiabilidade

O controlador deve funcionar em qualquer situao, sem

interrupes e sem falhas, sejam elas de mquina ou de

programa. Quanto mais recursos de tolerncia a falhas, mais

confivel ser o controlador.

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Disponibilidade

A disponibilidade uma consequncia da confiabilidade.

Pode ser definida como o tempo durante o qual o controlador

estar disponvel e ativo para realizar sua funo. Para

aumentar a disponibilidade comum instalar-se configuraesredundantes, o que significa que um ou mais mdulos so

duplicados e ficam permanentemente monitorando um ao outro.

No momento em que um dos mdulos falha, o mdulo redundante

assume as suas funes. A redundncia pode ser do processador ou

dos mdulos de entrada e sada.

Segurana

Existem dois aspectos quando se fala em segurana de um

controlador e, conseqiientemente, de um sistema:

segurana de Hardware: a proteo da

mquina contra intempries (descargas atmosfricas,

umidade, poeira), surtos de tenso, exploso,

isolao da carcaa e outras.

segurana de software: a proteo do

programa contra o uso indevido e ainda contra a

perda do programa por falta de energia ou apagamento

acidental. A proteo feita atravs de senhas para

o controle de acesso e do uso de um backup doprograma em uma rea especial da memria do

controlador.

Velocidade de leitura / tempo de resposta

O programa do CLP estruturado de forma que o processador

leia as entradas, percorra todo o programa, rotina a rotina,

atualize as sadas de acordo com as fases anteriores e repita D

processo. Quanto mais entradas e sadas e quanto maior o programa,

maior o tempo de durao deste ciclo. A velocidade do CLP dada com base neste conceito atravs do tempo de varredura para

cada 1000 instrues. Se, por exemplo o CLP tem uma velocidade de

Ims para cada 1000 instrues e o programa tiver 2000 instrues,

isto significa que as entradas sero lidas e as sadas

atualizadas a cada 2 ms. Da se conclui que um pulso de durao

menor que 2 ms no ter resposta do CLP.

Recursos de Software (espectro de aplicao)

Esta no uma caracterstica do Hardware, mas sim da

linguagem de programao do CLP. a possibilidade de executartarefas especiais, como clculos matemticos, controle

analgico em malha fechada, manipulao direta da memria por

recursos disponveis na linguagem de programao e outras funes.

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Recursos de diagnose

a possibilidade de a prpria UCP detectar falhas de

Hardware e sinalizar esta falha. Pode ser um simples LED de

falha ou um recurso mais completo que indique o ponto exato dodefeito.

Possibilidade de recursos avanados

Por recursos avanados podemos entender a possibilidade de

interligao de mdulos especiais, como mdulos de controle PID

dedicados, mdulos processadores de entradas rpidas,

possibilidade de execuo de clculos complexos e outros

recursos semelhantes.

Possibilidade de Conexo rede de CLPs/outros equipamentos

(Integrao)

Esta caracterstica muito importante se o CLP no for

visto isoladamente, mas se pensarmos na automao como grupos de

mquinas operando em conjunto. Neste sentido, muito importante

que o CLP possa comunicar-se com outros CLPs, computadores,

mdulos inteligentes de aquisio e exibio de dados e qualquer

outro equipamento que tambm tenha capacidade de comunicao.

Este assunto ser discutido com mais detalhes no captulo 8.

2.2. Estrutura da UCPA UCP compe-se basicamente de um processador e componentes

auxiliares, fonte de alimentao, barramento de comunicao e memria de

trabalho.

Processador

a unidade principal de todo o sistema. Nos primeiros CLPs o

processador era composto por componentes discretos (transistores ecircuitos integrados com pequeno nmero de portas lgicas). Aps a

dcada de 70 o desenvolvimento dos mtodos de fabricao de

circuitos integrados permitiu a integrao em larga escala e os

processadores passaram a ser um componente nico conhecido como

microprocessador ou microcontrolador.

Um microprocessador um componente que possui basicamente uma

unidade lgica/aritmtica (ULA) e necessita de um conjunto de

circuitos auxiliares (chipset) para funcionar corretamente. Os

microcomputadores utilizam este tipo de arquitetura.

Um microcontrolador possui alm da ULA, uma memria e um

gerenciador de entradas e sadas no mesmo circuito integrado,dispensando circuitos auxiliares. Por este motivo um microcontrolador

normalmente desenvolvido para aplicaes especficas. Grande parte

dos CLPs possui microcontroladores como o principal componente de

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suas UCPs. oportuno salientar que a tecnologia utilizada influi

diretamente em recursos, velocidade de processamento e at mesmo

confiabilidade e facilidade de manuteno.

Existem atualmente CLPs que utilizam mais de um processador,

conseguindo assim, dividir tarefas e com isso ganhar maior

velocidade de processamento e facilidade de programao. Destaforma, enquanto um processador executa as tarefas bsicas do CLP,

gerenciando a varredura do programa e as entradas e sadas digitais,

um segundo processador pode executar as tarefas mais complexas, como

clculos matemticos, processamento de controle analgico e

algoritmos especiais. Um terceiro processador pode gerenciar a

periferia do CLP, ou seja. as comunicaes com outros CLPs, sadas

para vdeo e impressora e entrada para teclado. Os processadores

ficam ligados entre si atravs do barramento de comunicao do CLP

e trocam informaes entre si, partilhando as memrias. Com a

crescente utilizao de controle baseado em PC, a arquitetura doscontroladores programveis tende a tornar-se cada vez mais prxima a

de um computador pessoal, com processadores da famlia Intel,

Motorola ou equivalente e barramentos padronizados tais como PCI,

CompactPCI e VMEBUS. alm de utilizar sistemas operacionais de

mercado tais como Windows NT, Windows CE, Linux, QNX, OS9.

Portanto, diante da enorme gama de modelos e configuraes

possveis, necessria uma anlise profunda e detalhada da

aplicao (mquina ou processo a ser automatizado), tendncias e

implantaes futuras para a escolha correta do Controlador

Programvel a ser utilizado.

Fonte de alimentao

A fonte alimenta a UCP e as entradas e sadas. Normalmente as

fontes so projetadas para fornecer vrias tenses de alimentao

para os mdulos. O processador normalmente necessita de uma

alimentao de 5 Vcc. Cartes de entradas e sadas digitais precisam

de alimentao auxiliar para os elementos de chaveamento e converso,

normalmente de 12 Vcc ou 24 Vcc. Cartes de entradas e sadas

analgicas necessitam de alimentao 24 Vcc.

Os fabricantes especificam a capacidade mxima da fonte em Wattsou Amperes. Deve-se dimensionar a fonte para alimentar todos os

cartes com folga de pelo menos 20%. Caso seja necessrio pode-se

usar fontes externas para complementar a capacidade da fonte.

Atualmente a grande maioria dos CLPs so alimentados com tenso de

HOVca / 220Vca, entretanto alguns modelos, principalmente os de

pequeno porte necessitam de alimentao j rebaixada, por fonte

externa, operando com 12 Vca ou Vcc e 24 Vca ou Vcc.

Memria de Trabalho

Pequena quantidade de memria que normalmente localiza-se no mesmoCl do microprocessador e serve para que o processador armazene

valores temporariamente durante o processamento do programa.

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Normalmente uma RAM de alta velocidade. Tambm conhecida como

cache.

Barramento de Comunicao

Conjunto de condutores utilizado pelo processador para trocardados com a memria e dispositivos de entrada e sada. dividido em

barramento de dados e barramento de endereos. O barramento de

endereos utilizado para transmitir ao chipset o endereo de memria

ou de entrada e sada onde o processador ir ler ou escrever um dado.

O barramento de dados utilizado para transmitir o prprio dado

entre o processador e a memria, entradas e sadas. O tamanho do

barramento de dados correspondente ao tamanho da palavra do

processador, ou seja, se o processador possui palavra de 32 bits, o

barramento de dados possuir 32 condutores.

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3. Entradas e Sadas3.1.Entradas

Os pontos de entradas so aqueles atravs dos quais a UCP

busca informaes do processo comandado. Estas informaes podemvir de um termostato, pressostato, chaves fm-de-curso,

botoeiras, termo-elementos, medidores de presso, vazo, etc.

Pelos exemplos citados podemos distinguir dois tipos

bsicos de entradas - digitais e analgicas. As entradas

digitais informam UCP um nvel lgico (por exemplo, se a

temperatura est correta. se uma determinada posio foi

atingida, etc.) J as analgicas informam um valor de

temperatura, uma determinada posio, um valor de presso etc.

A UCP s consegue trabalhar com sinais digitais que sosequncias de bits ligados e desligados. Isto representado

por O para um bit desligado e l para um bit ligado. Atravs

destes dois estados pode-se, com o uso de codificao,

representar qualquer nmero, caractere ou funo.

desta forma que os programas e dados so armazenados

na memria. Tambm assim que a UCP aciona e interpreta os

estados das entradas e sadas.

O processador no pode trabalhar diretamente com os pontos

fsicos de entrada e sada, por isso os cartes de entrada e

sada lem e escrevem valores numa rea da memria chamada

imagem de entradas e sadas.Por exemplo, podemos representar 8 entradas por uma

sequncia de 8 bits. Desta forma se tivermos as entradas 2 e 6

acionadas a imagem de entradas e sadas ser:

bit mais

significativo

bit menos

significativo

Normalmente o bit menos significativo (menor n) fica

direita. Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos

converter os nossos sinais de campo (chaves, pressostatos,

botoeiras, transmissores analgicos) em sinais digitais.

3.1.1. Entradas DigitaisAs entradas digitais convertem cada elemento do campo em um

bit. Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentao

interna e externa.

As entradas com alimentao interna fornecem uma tenso de

alimentao que deve passar pelo elemento do processo e retornar

entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato

seco (no alimentado).

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Normalmente o bit menos significativo (menor n) fica direita.

Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos converter os

nossos sinais de campo (chaves, pressostatos, botoeiras, transmissores

analgicos) em sinais digitais.

As entradas digitais convertem cada elemento do campo em um bit.

Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentao interna e

externa.

As entradas com alimentao interna fornecem uma tenso de

alimentao que deve passar pelo elemento do processo e retornar

entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato seco (no

alimentado).

As entradas com alimentao externa recebem alimentao do

processo. Para isso o elemento do processo dever atuar como um

interruptor para aalimentao da entrada.

As entradas digitais podem trabalhar com diferentes nveis de

alimentao: em regime de corrente contnua: TTL, 24 Vcc. 48 Vcc, 110

Vcc; ou em regime de corrente alternada: 110 Vca ou 220 Vca.

Alguns CLPs j trazem entradas para pulsos capazes de manipular sinais

gerados por encoders e tacogeradores com frequncias de alguns kHz. Como a

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velocidade de processamento do programa no seria suficiente para

utilizar estes sinais diretamente, as entradas de pulso contam o nmero

de chaveamentos e transferem para a memria do CLP apenas os valores

referentes totalizaco ou frequncia.

3.1.2. Entradas AnalgicasAs entradas digitais so fceis de manipular por possurem apenas

dois estados (ligado e desligado). As analgicas, no entanto podem ter

infinitos estados dentro de uma faixa determinada. Existe uma grande gama

de sinais de entradas padronizados: +/- 12,5 mV, +/- 50 mV, +/- 500 mV,

+/- IV. +/- 5 V, +/- 10 V, l a 5V, O a 5 V, O a 10 V, O a 20 mA, 4 a 20

mA.

Estes sinais so usados na medio linear de uma grandeza. Podemos

por exemplo, associar uma destas faixas de sinal a uma medida de presso.

Podemos ento escolher a faixa de 4 a 20 mA e associ-lo a um medidor de

presso que mea a faixa de O a 10 mca:

Neste exemplo a relao entre presso e corrente linear, mas

existem transdutores como termopares e Pt 100 que possuem uma relao no

linear. Abaixo vemos a curva tpica de um termopar:

Como vemos a relao no linear. Para usarmos este sinal em um

controle de processo precisamos linearizar a curva, o que pode ser feito

pela interface de entrada ou pelo programa do usurio. Isto exige umacerta quantidade de clculos matemticos, que gastam tempo e memria.

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Como j dissemos, a UCP s consegue trabalhar com variveis

digitais e para conseguirmos manipular sinais analgicos precisamos

convert-lo para sinais digitais. Urna entrada analgica , portanto,

basicamente um conversor analgico/digital.

Um sinal analgico convertido da seguinte maneira:De acordo com a resoluo, a faixa do sinal de entrada dividida em

um certo nmero de valores iguais. Por exemplo, para 8 bits o n de

partes igual a 2^ = 256 partes iguais; para 12 bits - 2^ = 4096 partes

iguais. A seguir o conversor analgico digital associa a cada uma destas

partes um cdigo binrio com o mesmo nmero de bits. Ento o conversor

l o valor da entrada e associa ao valor binrio mais prximo do valor

da entrada em tempo real.

Suponhamos um sinal de entrada de 4 a 20 mA

Para converter este sinal com uma resoluo de 3 bits devemos

dividir a faixa de sinal (4 a 20 mA = intervalo de 16 mA) em l? partes, ou

seja, 8 partes iguais de 2 mA cada.

Convertendo estas faixas em valores digitais temos:

1a faixa (4 a 6 m A) = 000

2a faixa (6 a 8 mA) = 001

3a faixa (8 a 10mA) = 010

4a faixa (10 a 12 mA) = 011

5a faixa (12 a 14 mA) = 100

6a faixa (14 a 16 mA) = 101

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7a faixa (16 a 18mA)= 110

8a faixa (18 a 20 mA) = 111

Portanto, quando temos a menor faixa (4 a 6 mA) temos 000 na memria

imagem da entrada analgica, ou seja:

Se tivermos um sinal de 8,85 mA ele estar na 3a faixa (8 a 10). Temos 010,

ou seja:

e assim por diante.

No difcil perceber que a preciso obtida com 3 bits muito

pequena. No exemplo, a corrente era de 8,85 m A, mas a resoluo de 3 bits

s permite ao CLP saber que o sinal se encontra entre 8 e 10 mA. Se

tivssemos usado uma resoluo de 10 bits teramos dividido a faixa em 2*0

= 1024 partes iguais de 0,0156 mA cada. Usando o mesmo exemplo a corrente

de 8,85 mA seria representada em valores binrios por 0100111000 que seria

a 312a faixa (8,8516 a 8,8671 mA). A memria imagem dessa entrada seria:

Quanto maior a resoluo, maior a quantidade de memria necessria

para armazen-la.

3.2.SadasAs sadas so os caminhos pelos quais a UCP envia uma informao

ao processo, resultado do processamento do programa do usurio.

Da mesma forma, as sadas tambm so divididas em duas categorias,

de acordo com o tipo de sinais que manipulam: digitais e analgicas

e tambm possuem uma representao na tabela imagem de entradas e

sadas.

3.2.1. Sadas DigitaisOs tipos e nveis de sinais das sadas digitais so os mesmos

daqueles das entradas. Tambm existem sadas a rels.

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As sadas digitais convertem os sinais digitais fornecidos pela

UCP em sinais capazes de energizar cargas, tais como bobinas de rels,

lmpadas, alarmes, etc.

As sadas digitais podem ser por tenso ou por rels.

As sadas por tenso, alimentam diretamente a carga atravs detransistores ou tiristores. Os fabricantes especificam a mxima

corrente que a sada pode chavear. Caso seja necessrio comandar uma

carga de potncia superior recomendada devem ser usados elementos de

chaveamento externos (rels, contatores).

As sadas a rel fornecem um contato de rel que pode chavear

cargas com alimentao independente da fonte do CLP. Neste caso o

limite de carga dado pela capacidade do contato do rel.

3.2.2. Sadas AnalgicasAs sadas analgicas tambm seguem o mesmo princpio das entradas

analgicas, mas fazem o contrrio, ou seja, a UCP fornece uma palavra

com um certo nmero de bits (da mesma forma que na entrada, este nmero

influi na preciso do sinal de sada), que convertido por um

conversor digital/analgico em um sinal que geralmente est nas faixas

de l a 5V, O a 10 V,+/-10V, O a 20 mA, 4 a 20 mA.

3.3.Periferia inteligente

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Algumas tarefas no so executadas pela UCP pois isto demandaria

muito tempo de processamento, o que a tqrnaria lenta para a execuo do

programa.

Para estas tarefas os fabricantes de CLPs colocam disposio

uma considervel variedade de perifricos inteligentes.

Mdulos decodificadores

Teclado; Chaves tumbwell; Geradores BCD, GRAY; Motor de Passo; Medidores Inteligentes de Energia;Mdulos Geradores de Cdigos Binrios

ASCII (geradores de relatrio)

Mdulos "Inteligentes", para controle de malha fechada

PID ( Controle proporcional, integral e derivativo); Posicionamento;Mdulos Adaptadores de comunicao

Para interligao em redes.

Outros

Relgios de tempo real; Adaptadores para sinticos; Mdulos processadores de vdeo (Interface Homem/Mquina);3.4.Segurana nas entradas e sadas

A separao de potenciais uma caracterstica importante tanto para

as entradas como para as sadas, e significa que a alimentao da parte

interna (eletrnica) da placa seja separada da alimentao da fonte

externa que alimenta os sensores e atuadores conectados. Normalmente

so utilizados fotoacopladores, ou seja, a ligao entre a parte

interna e a externa um feixe de luz o que garante que elas esto

galvanicamente isoladas.

Alm disso os mdulos de entrada/sada normalmente possuem outras

formas de proteo, como fusvel, varistores e filtros contra rudos

eletromagnticos. Isso contribui para o aumento da vida til e

confiabilidade dos CLPs. Abaixo vemos um esquema tpico de uma entrada

digital com todas as protees:

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Na maioria dos casos somente o fotoacoplador est dentro do carto

de entradas. Os demais componentes normalmente so instalados na rgua

de bornes de entradas do painel.

Outro fator importante a proteo dos equipamentos em caso de falha da

UCP.

Para isso alguns CLPs j incorporam em seus mdulos de sada a

chamada "falha segura". Este recurso permite que as sadas sejam

configuradas para assumir automaticamente um estado seguro (por exemplo,

desligar os motores e acionar um alarme), em caso de falha do

processador.

3.5.Caractersticas ConstrutivasDo ponto de vista construtivo, um CLP pode ser compacto ou

modular.

CLPs compactos possuem todos os componentes vistos anteriormente

num nico mdulo. Normalmente tem um nmero fixo de entradas e sadas,todas funcionando na mesma tenso. Algumas possuem entradas e sadas

analgicas e certos modelos possuem mdulos de expanso, com entradas

e sadas extras, mas normalmente o nmero de pontos de E/S da maior

configurao possvel no muito grande. Abaixo vemos uma configurao

tpica:

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Por suas caractersticas, este tipo de CLP usado onde haja poucos

pontos a controlar e pouco espao. Tambm pelo seu tamanho, o preo

costuma ser menor.

Um CLP modular normalmente tem uma placa para cada elemento do

sistema (UCP, entradas, sadas). Estas placas so montadas em racks. Acapacidade de configurao muito alta e o nmero de pontos total

normalmente grande.

Este tipo de CLP usado onde haja um grande nmero e variedade de

pontos a serem controlados.

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4. GlossrioApresentamos abaixo alguns termos que podem ser encontrados neste ou em

outros textos referentes a automao.

Argumento - elemento de dados atribudo a umparmetro em uma unidade deorganizao de programa no momento da invocao.

Ativo - diz-se do componente ou da parte de um todo ou de um sistema queest funcionando e comunicando corretamente, isto , de forma vlida.

Atribuio - mecanismo que d um valor a uma varivel. Autodiagnose - a propriedade de autoteste acrescentada da capacidade

de identificao de falhas.

Autoteste - a propriedade que um CLP tem de, em operao normal, detectara presena de falha atravs de circuitos prprios de hardware ou rotinas

adequadas de software.

Bit - abreviao de "Binary Digit", representa a mnima unidade deinformao num sistema de numerao binrio.

Bloco de funo - unidade de organizao de programa que executa uma funolgica especfica e que possui uma estrutura de memria prpria. Um bloco

de funo definido uma nica vez e pode ser instanciado inmeras vezes em

outras unidades de organizao de programa. Cada instncia possui sua

prpria estrutura de memria independente das outras instncias.

Bobina - smbolo lgico de sada em um programa em Linguagem Ladder. Byte - conjunto de 8 bits. Canal - via de acesso para comunicao entre mdulos ou com o processo. Ciclo de varredura - tempo gasto para executar um conjunto de instrues

que realiza uma funo especfica.

Coliso - interferncia na comunicao em uma rede com topologia estrelaou barramento, causada pela transmisso simultnea de duas ou mais estaces

da rede.

Comentrio - um elemento da linguagem para a incluso de texto informativoem um programa e que no tem impacto sobre a execuo.

Configurao - esquema de blocos representativos do arranjo fsico ecomposio do hardware de um sistema de controle.

Contador - funo lgica destinada a realizar contagem de eventos. Contato - smbolo lgico usado para verificar o estado de uma entrada,

sada ou outro dado digital em um programa em Linguagem Ladder.

Declarao - o mecanismo para estabelecer a definio de um elementoda linguagem. Uma declarao normalmente envolve a atribuio de um

identificadorao elemento da linguagem e alocar nele atributos como tipos de

dados e algoritmos.

Diagrama lgico - representao de uma funo lgica. Double word - videpalavra dupla. E/S - abreviatura utilizada para designar entradas e sadas. Endereo - um identificador que especifica origem e/ou destino de

uma informao.

Entrada - sinal proveniente do processo, que fornece informaes aocontrolador programvel.

Escravo - uma estao que inicia um intercmbio de mensagem com outra

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estao, somente quando solicitada por uma estao de nvel hierrquico

superior.

Falha segura - a propriedade que um mdulo tem de, em caso dedefeito, assumir um estado pr-determinado.

FBD - vide Linguagem de Blocos Lgicos. Forar - definir intencionalmente um estado lgico,

independente do processamento.

Funo - unidade de organizao de programa que, quando executada, devolveexatamente um elemento de sada e que pode ser invocada inmeras vezes em um

mesmo programa.

Grafcet - grfico de controle etapa/transio. Linguagem deestruturao de programa utilizada como auxiliar na programao de

controladores. Na norma IEC 61131-3 chamada Sequential Function Chart

(SFC).

Identificador - uma combinao de letras, nmeros e o caracter "_",comeando com uma letra ou "_", utilizado para nomear elementos de linguagem.

IL - vide Lista de Instrues. Instncia - uma cpia individual com referncia e estrutura de dados

prpria, associada com uma definio de bloco de funo, que persiste entre

uma invocao e outra.

Instanciar - criar uma instncia. Instruo - comando que especifica uma funcionalidade, indicando

seusparmetros e operandos.

Invocao - o processo de iniciar a execuo das operaes especificadasnuma unidade de organizao de programa.

LD - vide Linguagem de rels. Linguagem de Blocos Lgicos - linguagem grfica de programao

cujas instrues se assemelham a portas lgicas. Na norma IEC 61131-3

chamada Function Block Diagram (FBD)

Linguagem de rels - linguagem de programao cujas instrues bsicas tma simbologia equivalente a esquemas eltricos de rels. Tambm

chamada Linguagem Ladder. Na norma IEC 61131-3 chamada Ladder Diagram (LD).

Linguagem Ladder - vide Linguagem de rels. Lista de Instrues - linguagem de programao com instrues

textuais semelhantes linguagem de mquina. Na norma IEC 61131-3

chamada Instruction List (IL).

Malha lgica - um conjunto de instrues de programao em linguagem de relsou de blocos lgicos que aciona uma sada.

Memria apenas de leitura - memria cujo contedo de informaes destinadoa ser apenas lido e no ser modificado em funcionamento normal.

Memria no voltil - tipo de memria que retm os dados nela guardados mesmona ausncia de alimentao.

Memria para leitura e escrita - memria cujo contedo de informaes pode serlido ou escrito em funcionamento normal.

Memria voltil - memria que perde sua informao na ausncia de alimentao. Mestre - uma estao que tem uma capacidade de iniciar um intercmbio de

mensagens com outra estao, independente de qualquer ao tomada por qualqueroutra estao, possuindo nvel hierrquico superior.

Modem- dispositivo usado para codificar sinais digitais de forma adequada

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para serem transmitidos em uma via de dados mediante modulao e demodulao.

Mdulo - um subsistema de hardware que pode ser facilmente substitudo ouacrescentado.

Mdulo de entrada - o mdulo que contm os circuitos requeridos paraconverter os sinais de entrada a nveis compatveis com o processador.

Mdulo de entrada/sada analgica - o mdulo de entrada/sada de sinaisanalgicos.

Mdulo de sadas - o mdulo que contm os circuitos requeridos paraconverter os sinais de sadas de processador a nveis compatveis com o

processo controlado.

Mdulos de entrada/sadas binrias - o mdulo de entrada/sada para sinaisque podem assumir um de dois estados distintos. Tambm pode ser utilizado o

termo mdulo de E/S discretas.

Multiplex - um dispositivo que realiza uma varredura ou uma sequnciaordenada no tempo de um determinado nmero de linhas de dados alimentando um

nico canal.

N - ponto de interligao de uma estao de controle a uma rede. Palavra - (em ingls word) Este termo tem vrios significados. Recomenda-se

a leitura do item 3.1.6 para explicao mais detalhada. Na IEC 61131-3, WORD

um tipo de dados no numrico de 16 bits. Pode indicar tambm o tamanho do

agrupamento de bits na estrutura da memria ou a quantidade de bits no

barramento de dados de um processador.

Palavra dupla - (em ingls double word) Na IEC 61131-3 um tipo de dados nonumrico de 32 bits

Palavra longa - (em ingls long word) Na IEC 61131-3 um tipo de dados nonumrico de 64 bits.

Parmetro - varivel de entrada ou varivel de sada utilizada dentro deuma funo ou bloco de funo. Os parmetros so declarados na definio da

unidadede organi:ao de programa e devem ser substitudos por argumentos

no momento da invocao.

Programa - unidade de organizao de programa executado ciclicamente e responsvel pelo fluxo principal de controle de um processo. Um programa

pode invocar funes ou criar instncias de blocos de funo.

Programa (do usurio) - conjunto de instrues que define as tarefasdo controlador programvel.

Programa de diagnose -programa destinado a detectar e identificar defeitos. Programa fonte -programa gerado para implementar as funes do CLP. Protocolo - Conjunto de regras, mensagens, comandos e instrues

necessrios para estabelecer a comunicao serial entre dois equipamentos.

Rede - um arranjo de ns e malhas interconectadas por um meio fsico paratroca de dados entre os ns.

Redundncia - um recurso de hardware e software usado para aumentar adisponibilidade e confiabilidade atravs da utilizao de dois ou mais

controladores que executam a mesma funo simultaneamente.

Referncia - so caracteres alfanumricos em cdigo especfico, queidentificam perifricos, entradas, sadas, endereos e passos de programao.

Registro - elemento utilizado para armazenamento de dados acessveis aousurio.

Reteno - caracterstica associvel a uma funo ou registro que lhe

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confere a

capacidade de manter o ltimo estado na falta de energia.

RS-232C, RS-422, RS-485 - normas do "Eletronic Institute of America" (EIA)para comunicao serial de dados. Estabelecem padronizao de pinos

conectores,nvel de sinal, etc.

Sada - sinal enviado ao processo, que fornece informaes provenientesdo controlador programvel.

Serial - forma de representao de informaes na qual os bits sotransmitidos sequencialmente no tempo.

SFC - vide Grafcet. Sncrono - protocolo de comunicao de dados, no qual o transmissor e o

receptor so sincronizados por um sinal de relgio comum.

ST - vide Texto Estruturado. Sub-rotina - parte doprograma que pode ser usada vrias vezes para realizar

uma

funo especfica.

Tempo Real - forma de operao de um sistema que executa as tarefas num tempode varredura fixo, de forma a manter constantes os intervalos de tempo

utilizados

em funes como integraes e derivaes.

Terminal de entrada ou sada de dados - dispositivo usado para comunicaocom o controlador programvel.

Texto Estruturado - linguagem de programao textual com sintaxe semelhanteao Pascal. Na norma IEC 61131-3 chamada Structured Text (ST).

Tipo de dados - o conjunto de valores que uma varivel pode assumir,consistindo dos elementos vlidos (p.ex.: inteiros, reais, booleanos,

caracteres, etc.) e da faixa de valores vlidos (p.ex.: -32768 a 32767 para

inteiros de 16 bits).

UCP (Unidade Central de Processamento ou Processador) - o mdulo do CLP ondeso tomadas as decises lgicas que controlam o processo.

Unidade de organizao de programa (UOP) - termo genrico que define umprograma, funo ou bloco de funo em um projeto.

Vigia de tempo ou Watch Dog Timer- circuito temporizado de superviso defuncionamento da UCP.

Word - videpalavra.

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5. Referncias:RALIZE, CARLOS H. R.; MARQUES, RENATA S., AUTOMAO DE PROCESSOS MDULO

I, Apostila, (2002);

HERRMANN, JRGEN, LANGUEGE ELEMENTS FOR PS 4-150 AND PS 4-200, USER GUIDE,1st EDITION, (1997);