Apostila Sisitemas-logicos-programaveis, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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AtuAlizAção tecnológicA

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI

Robson Braga de Andrade Presidente

DIRETORIA DE EDuCAÇÃO E TECNOLOgIA Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia

SENAI-DN – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAgEM INDuSTRIAL

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade Presidente

SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor-Geral

Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações

SENAI-RS – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAgEM INDuSTRIAL DEPARTAMENTO REgIONAL DO RIO gRANDE DO SuL

Conselho Regional

Presidente Nato Heitor José Müller Presidente do Sistema FIERGS

DIRETOR REgIONAL E MEMbRO NATO DO CONSELhO REgIONAL DO SENAI-RS

José Zortea Diretoria do SENAI-RS

José Zortea Diretor Regional

Carlos Artur Trein Diretor de Operações

Carlos Heitor Zuanazzi Diretor Administrativo-Financeiro

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Lista de ilustrações

Sumário

• Figura 1 - Sequência de funcionamento do CLP (Scan) .....................................................................................
• Figura 2 - Controlador Lógico Programável de Pequeno Porte (Shoebox) .................................................
• Figura 3 - Controlador Lógico Programável de Médio Porte............................................................................
• Figura 4 - Controlador Lógico Programável de Grande Porte..........................................................................
• Figura 5 - Entradas digitais ...........................................................................................................................................
• Figura 6 - Circuito interno da entrada digital do CLP..........................................................................................
• Figura 7 - Saídas digitais ................................................................................................................................................
• Figura 8 - Circuito interno da saída digital do CLP ...............................................................................................
• Figura 9 - Entradas analógicas.....................................................................................................................................
• Figura 10 - Circuito interno de entrada analógica do CLP ................................................................................
• Figura 11 - Saídas analógicas .......................................................................................................................................
• Figura 12 - Circuito interno de saída analógica do CLP......................................................................................
• Figura 13 - Exemplo de programa em Ladder .......................................................................................................
• Figura 14 - Exemplos de representações .................................................................................................................
• Figura 15 - Exemplo de programa em Linguagem Estruturada......................................................................
• Figura 16 - Exemplo de programa em Linguagem de Blocos ..........................................................................
• Figura 17 - Exemplo de programa em Linguagem Sequencial .......................................................................
• Figura 18 - Exemplo de programa em Lista de Instruções ................................................................................
• Figura 19 - Representação do bit ...............................................................................................................................
• Figura 20 - Representação do byte ............................................................................................................................
• Figura 21 - Representação do word ..........................................................................................................................
• Figura 22 - Representação da memória do CLP ....................................................................................................
• Figura 23 - Diagrama elétrico do transformador de controle ..........................................................................
• Figura 24 - Transformador de controle.....................................................................................................................
• Figura 25 - Botoeiras .......................................................................................................................................................
• Figura 26 - Diagrama elétrico dos contratos dos interruptores ......................................................................
• Figura 27 - Botoeira de emergência ..........................................................................................................................
• Figura 28 - Chaves seletoras .........................................................................................................................................
• Figura 29 - Interruptores de limite .............................................................................................................................
• Figura 30 - Lâmpadas indicadoras .............................................................................................................................
• Figura 31 - Elementos do relé/contactor .................................................................................................................
• Figura 32 - Relé eletromecânico .................................................................................................................................
• Figura 33 - Diagrama elétrico do relé .......................................................................................................................
• Figura 34 - Relé temporizado ......................................................................................................................................
• Figura 35 - Diagrama de Ladder .................................................................................................................................
• Figura 36 - Representação das portas lógicas “E”, “OU” e “NEGADO” .............................................................
• Figura 37 - a) Representação das portas lógicas “E”; b) Representação da Tabela Verdade. .................
• Figura 38 - a) Representação das portas lógicas “OU”; b) Representação da Tabela Verdade.. ...........
• Figura 39 - a) Representação das portas lógicas “NEGADA”; b) Representação da Tabela Verdade...
• Figura 40 - a) Representação das portas lógicas “NÃO E”; b) Representação da Tabela Verdade. ......
• Figura 41 - a) Representação das portas lógicas “NÃO OU”; b) Representação da Tabela Verdade. ..
• Figura 42 - Diagramas de Bloco do Controlador PID ..........................................................................................
• Figura 43 - Diagramas de Bloco de um PID e seus símbolos ............................................................................
• Figura 44 - Ação integral ...............................................................................................................................................
• Figura 45 - Ação derivativa ...........................................................................................................................................
• Figura 46 - Função PID 190 ...........................................................................................................................................
• Figura 47 - Rede utilizando protocolo Modbus-RTU com 3 escravos ...........................................................
• Figura 48 - Esquemático da transferência de dados de rede Modbus-RTU com 3 escravos ................
• Figura 49 - SFC ..................................................................................................................................................................
• Figura 50 - Passos .............................................................................................................................................................
• Figura 51 - Transição .......................................................................................................................................................
• Figura 52 - Processos de aplicação, conexões e sistemas..................................................................................
• Figura 53 - Arquitetura de uma máquina do sistema .........................................................................................
• Figura 54 - Topologia Barramento (BUS)..................................................................................................................
• Figura 55 - Topologia Estrela (STAR) ..........................................................................................................................
• Figura 56 - Topologia Anel (RING) ..............................................................................................................................
• Figura 57 - Cabo para comunicação Profibus-DP .................................................................................................
• Figura 58 - Conector para rede Profibus-DP...........................................................................................................
• Figura 59 - Topologia anel redundante ....................................................................................................................
• Figura 60 - Topologia anel redundante com interrupção em um dos anéis ..............................................
• Figura 61 - Topologia anel redundante com interrupção nos dois anéis ....................................................
• Figura 62 - Topologia redundante em anel ............................................................................................................
• Figura 63 - Topologia redundante em estrela........................................................................................................
• Figura 64 - Topologia redundante em barramento .............................................................................................
• Figura 65 - Topologia redundante em duplo anel ...............................................................................................
• Figura 66 - Sistema de controle redundante..........................................................................................................
• Figura 67 - Redundância por meio do Profibus-PA ..............................................................................................
• Figura 68 - Sistema com entradas e saídas distribuídas
• Figura 69 - Comparativo entre sistema distribuído e sistema centralizado.............................................
• Figura 70 - Cabo para comunicação de dados RS-485, com malha
• Figura 71 - Cabo coaxial..............................................................................................................................................
• Figura 72 - Fibra ótica
• Figura 73 - Tipo de rede Produtor/Consumidor
• Figura 74 - Tipo de rede Mestre/Escravo
• Figura 75 - Tipo de rede MultiMestre
• Figura 76 - Tipo de rede Ponto-a-Ponto
• Figura 77 - Método cíclico..........................................................................................................................................
• Figura 78 - Método Não Solicitado
• Figura 79 - Método de Polling
• Figura 80 - Faixa de aplicação das redes de campo..........................................................................................
• Figura 81 - Ciclo de pergunta-resposta do mestre/escravo
• Figura 82 - Frame do Modbus RTU
• Figura 83 - Tabela de velocidades suportadas pelos cabos Profibus
• Figura 84 - Frame CANOpen
• Figura 85 - Elementos do Sistema SmartWire Darwin
• Figura 86 - Painel montado com Sistema SmartWire Darwin
• Figura 87 - Janela do organizer
• Figura 88 - Janela do organizer – configuração de driver
• Figura 89 - Janela “extra” - Propriedades do driver............................................................................................
• Figura 90 - Configuração do Endereço FINS........................................................................................................
• Figura 91 - Seleção do tipo de meio físico
• Figura 92 - Configuração de endereço IP
• Figura 93 - Criação de TAG
• Quadro 1 - Elementos e nomenclatura .....................................................................................................................
• Quadro 2 - Diagrama de blocos de um controlador PID inserido em um processo .................................
• Quadro 3 - Diagrama de blocos de um controlador PID paralelo e símbolos ............................................
• Quadro 4 - Categorias dos cabos segundo a norma EIA/TIA-568-B
• Quadro 5 - Formato de bytes no modo RTU.........................................................................................................
• Quadro 6 - Características do SmartWire
• Figura 94 - Seleção do driver de comunicação para o TAG
• Figura 95 - Configuração de TAG
• Figura 96 - Teste de comunicação
• 1 Introdução ......................................................................................................................................................................
• Parte 1 - Controladores programáveis ..........................................................................................
• 2 Conceitos básicos .........................................................................................................................................................
• 2.1 Como o CLP é visto na atualidade? ......................................................................................................
• 3 Pontos de Entradas e Saídas (I/O) ...........................................................................................................................
• 3.1 Pontos discretos (digitais) ........................................................................................................................
• 3.1.1 Entradas digitais ........................................................................................................................
• 3.1.2 Saídas digitais .............................................................................................................................
• 3.2 Pontos reais (analógicos)..........................................................................................................................
• 3.2.1 Entradas analógicas .................................................................................................................
• 3.2.2 Saídas analógicas ......................................................................................................................
• 4 Linguagens de Programação ...................................................................................................................................
• 4.1 ST (Linguagem estruturada/Texto estruturado) ..............................................................................
• 4.2 FBL (Linguagem de blocos) .....................................................................................................................
• 4.3 SFC (Linguagem de Função Sequencial) ............................................................................................
• 4.4 IL (Lista de Instruções) ...............................................................................................................................
• 5 Conceitos Lógicos e Memória do Controlador ..................................................................................................
• 5.1 Conceitos .......................................................................................................................................................
• 5.2 Memória do controlador programável ...............................................................................................
• 6 Componentes Básicos e seus Símbolos ...............................................................................................................
• 6.1 Transformadores de controle (fonte de alimentação) ...................................................................
• 6.2 Interruptores.................................................................................................................................................
• 6.2.1 Botoeiras ......................................................................................................................................
• 6.2.2 Chaves seletoras ........................................................................................................................
• 6.2.3 Interruptor de limite ................................................................................................................
• 6.2.4 Lâmpadas indicadoras ............................................................................................................
• 6.2.5 Relés ...............................................................................................................................................
• 6.2.6 Relés temporizados ..................................................................................................................
• 6.3 Desenho básico do diagrama ladder ...................................................................................................
• 6.4 Nomenclatura de referência ...................................................................................................................
• 7 Lógicas Booleanas ........................................................................................................................................................
• 7.1 Porta lógica “e” (and) ..................................................................................................................................
• 7.2 Porta lógica “ou” (or) ...................................................................................................................................
• 7.3 Porta lógica “negada” (not) ......................................................................................................................
• 7.4 Portas lógicas combinacionais ...............................................................................................................
• 8 Sistemas de controle: conceitos e terminologia ...............................................................................................
• 8.1 Ação proporcional (kc) ..............................................................................................................................
• 8.2 Ação integral (ti) ..........................................................................................................................................
• 8.3 Ação derivativa (td) ....................................................................................................................................
• 8.4 Controlador pid na prática ......................................................................................................................
• 8.5 Função pid (190) ..........................................................................................................................................
• 9 Blocos de Funções (Function Block) e Movimentação de Variáveis ...........................................................
• 9.1 Blocos de função .........................................................................................................................................
• 9.2 Movimentação de variáveis ....................................................................................................................
• 10 Sequenciamento (SFC).............................................................................................................................................
• 10.1 Passos............................................................................................................................................................
• 10.2 Transição ......................................................................................................................................................
• Parte 2 - Redes de comunicação ....................................................................................................
• 11 Redes Industriais ........................................................................................................................................................
• 11.1 Por que um sistema aberto? .................................................................................................................
• 11.2 Vantagens da utilização da arquitetura em camadas .................................................................
• 12 Arquiteturas básicas e topologias........................................................................................................................
• 12.1 Rede local ....................................................................................................................................................
• 12.2 Rede de longa distância .........................................................................................................................
• 12.3 Topologias ...................................................................................................................................................
• 12.3.1 Barramento (bus) ....................................................................................................................
• 12.3.2 Estrela (star) ..............................................................................................................................
• 12.3.3 Anel (ring)..................................................................................................................................
• 12.3.4 Topologia Híbrida ...................................................................................................................
• 12.3.4 Topologia sem fio (wireless)................................................................................................
• 13 Modelo OSI aplicado a CLP e a barramentos de campo ..............................................................................
• 13.1 Camada física .............................................................................................................................................
• 13.2 Camada de enlace ....................................................................................................................................
• 13.3 Camada de aplicação ..............................................................................................................................
• 13.4 Camada do usuário ..................................................................................................................................
• 14 Redundância ................................................................................................................................................................
• 14.1 Sistema de controle redundante
• 14.2 Redundância de meio físico
• 15 Sistemas Distribuídos
• 16 Meios Físicos
• 16.1 Par trançado
• 16.2 Cabo coaxial
• 16.3 Fibra ótica
• 17 Tipos de Comunicação de Dados......................................................................................................................
• 17.1 Rede do tipo origem/destino............................................................................................................
• 17.2 Rede do tipo produtor/consumidor
• 17.3 Comunicação mestre/escravo
• 17.4 Comunicação multimestre.................................................................................................................
• 17.5 Comunicação ponto-a-ponto
• 17.6 Multitransmissão
• 17.7 Passagem de ficha
• 18 Métodos de Troca de Dados
• 18.1 Cíclico.........................................................................................................................................................
• 18.2 Não solicitada (unsolicited) ou mudança de estado
• 18.3 Polling
• 19 Protocolos Industriais
• 19.1 Protocolo modbus
• 19.1.1 A pergunta
• 19.1.2 A resposta...............................................................................................................................
• 19.1.3 Modo RTU (Remote terminal unit)
• 19.1.4 Frame RTU
• 19.1.5 Modbus Plus
• 19.2 Profibus (process field bus)
• 19.2.1 Profibus-DP (Decentralized Periphery)
• 19.2.2 Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification)
• 19.2.3 Profibus-PA (Process Automation).................................................................................
• 19.2.4 Tipos de Comunicação
• 19.2.5 Meio de Transmissão
• 19.2.6 Protocolo de acesso ao meio profibus.........................................................................
• 19.2.7 Perfil de comunicação - DP
• 19.3 Canopen
• 19.3.1 Objeto identificador de comunicaçáo (COB-ID)
• 19.3.2 Modelos de comunicação
• 19.3.3 Protocolo de gerenciamento de rede (NMT).............................................................
• 19.3.4 Objeto de serviço de dados (SDO)
• 19.3.5 Objeto de processamento de dados (PDO)
• 19.3.6 Objeto de sincronização (SYNC)
• 19.3.7 Time stamp (TIME)...............................................................................................................
• 19.3.8 Protocolo de emergência
• 19.4 Smartwire
• 19.4.1 Elementos do smartwire
• 19.4.2 Características técnicas
• 20 Configuração prática de driver do sistema de supervisão.......................................................................
• 20.1 Primeira etapa.........................................................................................................................................
• 20.2 Segunda etapa
• Referências........................................................................................................................................................................
• Minicurrículo do Autor
• Índice

O Curso de Capacitação dos Docentes para o Curso Técnico de Automação tem o objetivo

de atualizar tecnologicamente os profissionais do SENAI nas capacidades mais relevantes e

importantes do Desenho Curricular Nacional do Curso Técnico de Nível Médio em Automação

Profissional. Este curso é formado por três Unidades Curriculares: Instrumentação e Controle,

Sistemas Lógicos Programáveis e Técnicas de Controle. Esta Unidade Curricular, Sistemas

Lógicos Programáveis, é composta por quatro capítulos.

O conteúdo deste livro se refere à Unidade Curricular Sistemas Lógicos Programáveis, e

está dividido em duas partes. Na primeira parte, apresentaremos um breve histórico sobre

o Controlador Programável e, atualmente, suas aplicações na indústria. Em relação aos

pontos de entradas e saídas (I/O), estudaremos os tipos de entradas e saídas encontrados

comercialmente nos controladores programáveis e quando utilizamos cada um dos tipos

apresentados. Apresentaremos a principal linguagem de programação conhecida no

mercado como Ladder, e também as outras linguagens como, o ST, o IL, o FBL e a poderosa

SFC. Veremos, ainda, os conceitos iniciais de lógicas, entre eles o bit, words e as memórias

do controlador programável. Conheceremos os equipamentos elétricos que interagem

com as entrada e saídas do Controlador Lógico Programável (CLP). Outro ponto importante

que será estudado nesta Unidade Curricular seráo as lógicas booleanas, especificamente

as portas lógicas “AND”, “OR” e “NOT”, que são a base para a programação. Veremos os

conceitos e o funcionamento do controlador do tipo PID, e algumas funcionalidades que

fazem parte da programação dos controladores e facilitam o trabalho dos programadores

para outros projetos. Já no capítulo sobre sequenciamento (SFC) veremos que nem só

de Ladder podemos programar o nosso CLP, e descobriremos que existe uma linguagem

muito mais poderosa quando queremos trabalhar com lógicas em sequência.

Já na segunda parte desta Unidade Curricular abordaremos as redes industriais.

Estudaremos a estrutura atual das redes mais utilizadas, apresentando um sistema aberto,

bem como a arquitetura em camadas a partir do modelo OSI. Mostraremos a rede local e a de

longa distância, assim como as topologias adotadas para a montagem de redes industriais.

Sobre o modelo OSI aplicado a controladores lógicos programáveis e a barramentos de

campo, apresentaremos as camadas do modelo OSI que são utilizadas pelos controladores

programáveis. Estudaremos os tipos de redundância existentes e como as redes industriais

se enquadram nesse contexto. Veremos, também, o que é um sistema de controle distribuído

Introdução

Parte 1 - Contro

L

adore

S

P

rogramáve

IS