Apostila clp, Notas de estudo de Física

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CONTROLADOR

LÓGICO

PROGRAMÁVEL

ESCOLA SENAI SAMA

Mina de Cana Brava, Caixa Postal 04 - CEP 76450-

Fone: (62) 3379-1039 - Minaçu - GO

e-mail: [email protected]

SUMÁRIO

ESTRUTURA DE UM CONTROLADOR PROGRAMÁVEL ............................... 03

PROGRAMAÇÃO EM LINGUAGEM

LADDER .................................................................................................................. 14

LISTA DE INSTRUÇÃO ......................................................................................... 44

DIAGRAMA DE BLOCOS ..................................................................................... 82

Controlador programável

Principio de operação de um CP

Um CP opera lendo e processando os sinais de entrada provenientes de elementos localizados no processo e fornecendo os sinais de saída para os atuadores e dispositivos de saída. Quando são detectadas mudanças na entrada, o CP reage de acordo com a lógica de programação para a atualização dos sinais de saída. Este ciclo contínuo denomina-se “Ciclo de Varredura”.

Tempo de varredura

É o tempo total requerido por um CP para executar todas as operações internas do microprocessador, como operação do circuito “Cão de Guarda” (Watch Dog Timer), teste da memória do sistema, varredura das entradas/saídas e execução das instruções.

O tempo de varredura varia de acordo com o número de instruções de um programa e pode ser calculado ou monitorado.

Controlador programável

Componentes do controlador programável

Fonte de alimentação Converte a voltagem da rede elétrica (CA) para voltagem em corrente contínua (CC) e é especificada de acordo com a configuração e consumo do sistema.

Em caso de falta de energia elétrica, a bateria de Níquel Cádmio mantém o programa do usuário (memória RAM da CPU) e é recarregada automaticamente pelo sistema quando se encontra em operação.

Controlador programável

O microprocessador interage continuamente com o sistema de memórias. Interpreta e executa o programa do usuário que vai controlar uma máquina ou um processo.

O sistema de alimentação estabilizado interno provê os níveis de tensão necessários à operação adequada das memórias e microprocessador.

O cérebro do microprocessador é a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) que efetua as operações lógicas (decisões) e aritméticas, além de manipular dados armazenados no registrador interno com altíssima velocidade.

As instruções e comandos programados e armazenados na memória do usuário são interpretadas pelo decodificador de instruções do microprocessador e uma seqüência de impulsos elétricos será enviada para ULA para que se inicie a ação correta de processamento de acordo com a presente instrução.

Memórias

Memória do sistema ou executiva Traz a versão atualizada do software responsável pela operação do Controlador Programável.

Este software tem a capacidade de seqüenciar o Programa do Usuário, executando as instruções específicas; controla os procedimentos padrões do CP como varredura de entradas/saídas, além de controlar a comunicação da CPU com o terminal de programação.

O programa Executivo é gravado na fábrica (EPROM) e não pode ser alterado pelo usuário.

Memória do usuário O Programa do Usuário pode ser armazenado por uma memória RAM, através de uma EPROM, gravada no próprio terminal de programação, ou por meio de uma FLASH- EPROM.

Em CLP’s que selecionam utilização de memória RAM ou EPROM, a seleção se dá de forma automática, ou seja, quando o cartucho da memória EPROM é inserido no módulo da CPU, a memória RAM é ativada sem perder o conteúdo.

Controlador programável

A utilização da FLASH-EPROM torna o sistema de programação mais prático e flexível, uma vez que não existe a necessidade de aparatos de gravação como na programação e apagamento da EPROM.

Memória imagem Armazena o estado dos operandos do CP. As imagens de entradas correspondem aos valores binários obtidos pela varredura de todos os pontos de entrada do CP. As imagens de saída, correspondem aos resultados obtidos considerando o estado das entradas e o programa do usuário. Estas áreas de memória estão se alterando constantemente.

Memória de dados É uma área reservada para controle do Programa do Usuário. Nesta área estão os dados relativos ao processamento do programa do usuário como resultado de operações aritméticas, constantes temporização e contagem.

Módulos de entrada O subsistema de entrada é responsável pela compatibilização dos sinais provenientes dos elementos situados no processo para que sejam interpretados adequadamente pela CPU. São interfaces ou cartões eletrônicos com capacidade para receber um certo número de variáveis.

Geralmente, esses módulos estão localizados junto à fonte de alimentação e a CPU e são interconectados através de um barramento de dados, endereços, controle e alimentação.

De acordo com o diagrama de blocos podemos observar como os sinais provenientes do processo são “tratados” pelos módulos de entrada e enviados para CPU.

Representação esquemática de um módulo de entrada

Os dispositivos de entrada são conectados fisicamente ao módulo através do “barramento de entrada”. De acordo com a natureza, os sinais (CC, CA, Digital, Analógico, 5 ou 24 Vcc) são tratados adequadamente através de circuitos de entrada para garantir níveis baixos de tensão e ativar os sinalizadores.

Controlador programável

Os sinais de comando, provenientes do processador, chegam ao módulo na forma serial e são direcionados às respectivas saídas. O circuito de retenção (latch) memoriza e retém as “imagens” já recebidas do bloco anterior. Também possuem circuito fotoacoplado para isolar os sinais de controle do circuito de saída.

O estágio de potência converte os níveis lógicos em sinais de potência, capazes de acionar os dispositivos de saída localizados no processo. Pode ser transistorizado por triac ou por contato de relê.

As conexões dos sinais do módulo com processo é feita através do barramento de saída onde estão conectadas as válvulas solenóides, contatores, lâmpadas, sirenes, etc.

Dependendo do tipo de sinal de controle e da natureza do dispositivo atuador, encontramos os seguintes módulos de saída:

analógica: digital: especiais: 110/127V (^) CA 0 a 5 VCC Contato Seco NA ou NF

1 a 5 Vcc 5 Vcc Motor de Passo

• 10 a + 10 Vcc 12 Vcc Display

0 a 20 mA 24 Vcc

4 a 20 mA 48 Vcc

Configuração ou parametrização de CLP’s

Fazer configuração ou parametrização em sistemas de controle, assim como em informática, é definir para a “máquina” o tipo de estrutura básica que ela comportará, com quais dispositivos poderá se comunicar e quais serão as especificações da via e formato dos dados na comunicação. Também informa ao aplicativo de edição e monitoração de programação o endereço em que poderá encontrar arquivos para operacionalizar seu trabalho; onde deverá guardar as informações de trabalho e arquivos, como deve ser sua interface com o usuário, etc.

Para um CLP, essas informações podem serem divididas em três categorias principais:

• Comunicação;
• Estrutura de I/O (entradas e saídas);
• Interface e modo de execução.^10

Controlador programável

Existem no mercado muitos C.L.P.s que possuem parametrização automática, do tipo plug and play.

Entretanto, não sendo automática, é necessário acessar um arquivo de configuração ou o próprio menu do aplicativo no submenu de parametrização, e colocar os parâmetros de trabalho em conformidade com o hardware do equipamento. Este é o caso do CLP AL1000 da altus, por exemplo.

Comunicação

Normalmente, neste ponto é necessário determinar para o equipamento o padrão de estrutura de comunicação de dados com que trabalhará ( RS-232C, RS-485, RS-422, Profibus, Fieldbus, Alnet, Fipway, Modbus, Modbus+, Uni-Telway, etc.). A partir daí, especificam-se os parâmetros.

A velocidade de comunicação pode ser definida como a velocidade com que os dados fluirão entre os equipamentos: o CLP e o sistema programador, ou os C.L.P.s. A velocidade dependerá do tipo de estrutura de comunicação adotado.

Por exemplo No RS-232C, temos as velocidades: 300, 600, 900, 1200, 2400, 4800, 9600, 1920, 28800, 33600 bps (bits por segundo) ou bauds ( baud-rate), que é a unidade de taxa de transmissão.

O “enlace físico”, ou seja, a parte física da comunicação pode se dar por cabos de 2 fios, 4 fios, fibra óptica, cabos proprietários, cabos para Fieldbus, etc. Neste tópico também pode ser definido o tipo de comunicação entre os elementos conectados.

É necessário o endereço do equipamento na rede, quando se trabalha com vários equipamentos interligados em rede, para que as informações trocadas entre os equipamentos e dispositivos não sejam enviadas ou recebidas pelo componente errado, nem perdidas na rede.

Com relação ao formato da palavra de dados, em que a comunicação dos dispositivos se dá de modo serial, é importante determinar o formato dos bytes - palavras de comunicação entre C.L.P.s e Sistema programador, entre C.L.P. e C.L.P’s e entre C.L.P. e dispositivos.

Controlador programável

Deve-se ter o cuidado de nunca colocar duas placas ou módulos com o mesmo número lógico ou físico, evitando-se, assim, o conflito de endereços.

Modos de execução

Os CLP’s podem executar um programa que está em sua memória e não aceitar outro programa ou alterações do programa em execução enquanto não se alterar o seu estado para o modo de programação.

Esta forma de programação chama-se OFF- LINE. Quando o CLP aceita um novo programa ou alterações no programa em execução, com o processo de varredura em andamento damos o nome de programação ON-LINE.

É importante salientar que quando se programa ON-LINE, qualquer alteração ocorrerá de forma imediata, sendo necessário ter absoluta certeza dos resultados das alterações que estão sendo implementadas.

PROGRAMAÇÃO EM LINGUAGEM LADDER – LINGUAGEM DE RELÉS

INTRODUÇÃO

O processamento interno do CLP é digital e pode-se, assim, aplicar os conceitos de lógica digital para compreen der as técnicas e as linguagens de programação.

Antes do estudo da linguagem Ladder e para compreender como funciona um CLP, é importante conhecer alguns conceitos:

• Estados ou níveis lógicos
• Funções lógicas
• Operações lógicas
• Estados ou níveis lógicos

Em sistemas digitais, trabalha-se com dois estados ou níveis lógicos, pois a eletrônica digital apoia-se no princípio da lógica que considera uma proposição ou verdadeira ou falsa.

Assim, um ponto qualquer do circuito digital pode assumir apenas um de dois estados:

• Ligado ou desligado • saturado ou cortado
• alto ou baixo • com pulso ou sem pulso
• fechado ou aberto • acionado ou desacionado

Imagine, por exemplo, um circuito em que uma lâmpada é acionada por um interruptor. Nesse caso, a lâmpada pode assumir os dois estados: ligado ou desligado. Um relê, dentro de um circuito, assume os estados energizado ou

• Operações lógicas

A relação entre duas ou mais variáveis que representam estados é estabelecida através de operações lógicas.

As operações lógicas são:

• Produto ou multiplicação lógica.
• Soma lógica.
• Inversão.

Essas operações, nos circuitos ou sistemas lógicos, são efetuadas por blocos denominados portas lógicas, e que nos CLPs, são chamadas também de funções lógicas.

Diagrama de Contatos – “Ladder Diagram”

A linguagem LADDER é baseada no princípio de contatos elétricos. Cada um dos componentes pode possuir um número infinito de contatos que são limitados pela capacidade de memória do controlador programável.

Ladder é uma palavra inglesa que quer dizer escada e este nome está associado à representação gráfica dos contatos: ela é feita horizontalmente, em linhas paralelas, que lembram os degraus de uma escada.

Estrutura de um programa em Ladder

As linhas que representam os contatos correspondem, na programação, a duas partes: a condição (se...) e a solução (então...).

Linha de programa em Ladder

Na parte que se refere à condição, temos os contatos, ou seja, as condições para o funcionamento das saídas. As condições podem mudar de CLP para CLP, mas a maioria deles oferece possibilidades para ligações em série e em paralelo, funções básicas e avançadas, definidas pelos limites de cada CLP.

Na parte que se refere à solução, temos as saídas, que podem ser, por exemplo,

bobinas, saltos, rótulos, FF’s (biestáveis). 17

A álgebra booleana é aplicada aos sistemas digitais que também trabalham com dois estados ou níveis lógicos. Assim, para operar matematicamente dentro dos princípios da álgebra booleana, basta associar o valor binário 1 a um dos estados lógicos e o valor binário 0 ao outro estado.

Função ou Porta E (And)

A função lógica E (And) é uma lógica de contatos em série. A saída só é ativada (nível

1. se, e somente se, todas as entradas estiverem ativadas (nível 1). Observe que a Lógica E tem como produto lógico, as entradas.

Função ou Porta E

Veja Animação Função ou Porta E Unidade 2: Linguagem Ladder > Animações > E Diagrama Elétrico

Assim, em formato de lógica de contatos, tem-se:

Função E em Ladder

Veja Animação Função E em Ladder Unidade 2: Linguagem Ladder > Animações > E Ladder

Função ou Porta OU (Or)

A função lógica OU é uma lógica de contatos em paralelo. Assim, a saída só estará ativada (nível 1) se, e somente se, qualquer das entradas estiver ativada (nível 1). Observe que a Lógica OU tem como resultado a adição lógica das entradas.

Função OU

Veja Animação Função OU Unidade 2: Linguagem Ladder > Animações > OU Diagrama Elétrico

Assim, em formato de lógica de contatos, tem-se:

Função OU em Ladder

Memória A função lógica “OU” é freqüentemente utilizada em linguagem Ladder para memorizar o acionamento de uma determinada saída, que pode ser física (comanda diretamente um elemento externo ao CLP) ou não (estado interno do CLP, que não comanda diretamente nenhum elemento externo ao CLP).