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PROCEDIMENTO
OPERACIONAL
Nº: 01
REVISÃO N°: 01 PÁGINA: 1 / 30
TÍTULO: Noções Básicas de CLP - Controlador Lógico Programável
ÁREA / DEPARTAMENTO: Cia Brasileira de Bebidas F. Uberlândia - Engenharia
- Objetivo
Estabelecer os conhecimentos básicos de CLP (Controlador Lógico Programável) cumprindo a matriz de
habilidade do time da elétrica/instrumentação/automação da Companhia.
- Campo de Aplicação
Estas noções básicas aplica-se a todos os CLP’s, instalados na Companhia.
- Função Executante
Técnicos em elétrica/instrumentação/automação.
- Ferramentas
- Recursos Necessários
- Introdução
C.L.P. - Controlador Lógico Programável definido primeiramente nos E.U.A. como P.L.C. – Programmable Logic Controller, são equipamentos responsáveis por aplicações comerciais e industriais. O primeiro CLP foi desenvolvido no final de 1960. Foi desenvolvido para atender a flexibilidade das indústrias, no caso a automobilística onde a linha de montagem é dinâmica em relação ao modelo do carro a ser produzido. Foi então que a Bedford Associates ofereceu a General Motors uma solução. Tratava-se de um dispositivo que poderia funcionar em várias operações distintas e facilmente programáveis. Esse equipamento era o Modular Digital Controller (MODICON), sendo o MODICON 084 o primeiro modelo comercial.
Já em 1970, o CLP era equipado com uma CPU, com processador AMD
Em 1973 surgiu a primeira comunicação entre CLPs – Mod bus. Em 1980, surge a primeira comunicação Standard – MAP (Manufacturing Automation Protocol). Em 1990 chega a norma IEC 1131-3 que leva todas as linguagens a um padrão internacional. Hoje, dentro da nova IEC 61131-3, podemos programar o CLP de quatro modos: diagrama de blocos, lista de instruções, ladder e texto estruturado.
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Um CLP monitora entradas, toma decisões baseado em uma programação, e controla saídas para automatizar um processo ou máquina.
6.1 Integração de PLC com entradas e saídas.
O que são entradas? São dispositivos que introduzem informações ao CLP, tais dispositivos são como:
-Chaves; -Botões; -Sensores; -Encoders; -Termopares; -PT100.
O que são saídas? São dispositivos que recebem uma informação do CLP para executar uma determinada ação, tais dispositivos são como:
-Motores; -Bombas; -Cilindros; -Resistências.
6.2 Vantagens do CLP
- Economia na mudança de função (facilidade de programação);
- Alta confiabilidade;
- Aumento da vida útil do controlador;
- Menor manutenção preventiva e corretiva;
- Envio de dados para processamentos centralizados;
- Expansão em módulos;
- Redução de dimensão em relação a painéis de Relês, para redução de custos.
O funcionamento de um CLP corresponde a três etapas distintas, as quais são:
Entradas, Processamento e Saídas.
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- Estrutura
C.P.U.
A estrutura básica de uma C.P.U. composta de: · Processador; · Sistema de Memória; · Circuitos Auxiliares de Controle.
8.1 Processador
O processador é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereços, de dados e de controle. Interpreta e executa as instruções inseridas no programa inserido pelo usuário, controla a comunicação com dispositivos externos e verifica toda a integridade do sistema (diagnóstico).
O desenvolvimento tecnológico de um CLP depende principalmente do processador utilizado que pode ser desde um microprocessador convencional ( , 80286, 80386, PIC16F877, etc.) até um processador dedicado. Há C.P.U.s que possuem processamento paralelo e outros co-processadores que auxiliam em funções específicas (operações complexas).
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8.2 Sistema de memória
8.2.1 Estrutura da memória em um C.L.P.
Existem casos em que a C.P.U. é fornecida com uma quantidade básica de memória, a qual pode ser expandida por meio de cartuchos. As características normalmente apresentadas nas especificações técnicas de uma CPU e que devem ser consideradas são:
· Capacidade de memória: quantidade máxima que a CPU pode conter, sendo indicadas separadamente: Memória Total para Programa de Aplicação e Memória Total para Tabela de Dados;
· Tipo de Memória: forma de armazenamento para o Programa de Aplicação (EPROM, EEPROM, etc.);
· Bateria de Backup: indica se a CPU permite utilização de bateria para manutenção da Tabela de Dados mesmo sem alimentação;
· Pontos de I/O total: Quantidade máxima de pontos de I/O que a CPU pode controlar;
· Tempo de Processamento: tempo necessário para a CPU executar uma instrução booleana (contato ou bobina);
· Linguagem de Programação: indica as linguagens de programação que pode ser utilizada;
· Recursos de Programação: indica os recursos que possam ser utilizados, por exemplo: temporizadores, contadores, PID, etc.;
· Portas de comunicação: quantidade de portas existentes na CPU, indicando tipo (RS-232, RS-422, etc.) e protocolos suportados; · Potência consumida da base.
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· Corrente máxima: em nível 0: máxima corrente que a entrada consome operando em nível 0;
· Corrente mínima: em nível 1: mínima corrente que a entrada consome operando em nível 1;
· Corrente de entrada: corrente típica de operação para uma entrada em nível 1;
· Impedância de entrada: resistência que cada entrada representa para o dispositivo a ela conectado;
· Tempo de resposta: de 0 para 1: tempo (típico) que o módulo necessita para reconhecer a transição de uma entrada, do nível 0 para o 1;
· Tempo de resposta: de 1 para 0: tempo (típico) que o módulo necessita para reconhecer a transição de uma entrada, do nível 1 para o 0;
· Pontos comuns por módulo: quantidade de 'pontos comuns' disponíveis no módulo, indicando se eles são isolados ou não;
· Freqüência AC: freqüência em que o módulo pode operar. Somente para módulos de entrada AC;
· Potência consumida da base: especifica a corrente em que o módulo consome da fonte de alimentação;
· Necessidade de alimentação externa.
8.2.4 Módulos discretos de saída.
Os módulos discretos de saída normalmente apresentam as seguintes características:
· Tipo e faixa de tensão de saída: AC - triac ou scr (24V, 110V ou 220V), DC transistor bipolar ou MOS-FET (5V, 12V, 24V ou 125V) ou relé (AC e DC);
· As saídas DC: podem ser tipo sinking (consumidora - comum negativo) ou sourcing (fornecedora - comum positivo);
· As saídas à relé: podem ter contatos simples (NA) ou reversíveis (NA/NF). Os seguintes itens são normalmente apresentados nas especificações técnicas dos módulos discretos de saída:
· Tensão de pico: tensão máxima permitida para cada ponto de saída, normalmente com limite de tempo para permanência neste valor;
Queda de tensão: indica a tensão medida entre um ponto de saída (enquanto acionado) e o comum, com carga máxima;
· Corrente máxima: máxima corrente permitida para cada ponto de saída;
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· Corrente de pico: máxima corrente que pode ser fornecida à carga por um curto intervalo de tempo durante a transição de 0 para 1;
· Corrente de fuga: máxima corrente que poderá circular pelo dispositivo de saída com o ponto de saída não acionado;
· Carga mínima: menor corrente que o ponto de saída deve fornecer à carga para operar adequadamente;
· Tempo de resposta de 0 para 1: tempo (típico) que o módulo necessita para realizar a transição de uma saída, do nível 0 para o 1;
· Tempo de resposta de 1 para 0: tempo (típico) que o módulo necessita para realizar a transição de uma saída, do nível 1 para o 0;
· Pontos comuns por módulo: quantidade de pontos comuns disponíveis no módulo, indicando se eles são isolados ou não;
· Freqüência AC: freqüência em que o módulo pode operar. Somente para módulos de saída AC e relé;
· Potência consumida da base: especifica a corrente em que o módulo consome da fonte de alimentação;
· Necessidade de alimentação externa; · Fusíveis de proteção.
8.2.4 Módulos analógicos de entrada.
Os módulos analógicos de entrada normalmente apresentam as seguintes características:
· Filtro ativo para eliminação de possíveis ruídos presentes nos sinais;
· Alta impedância de entrada: para os canais com faixas de operação de tensão, que possibilita conexão a uma vasta gama de dispositivos, eliminando problemas de incompatibilidade de sinais;
· Multiplexador: para os canais de entrada, que determina o canal a ser enviado ao conversor A/D;
· Processador dedicado: responsável pelo processamento e precisão do sinal digital enviado à C.P.U., além de diagnósticos referentes ao módulo;
· Tipo e faixa de operação dos canais: corrente (0-20mA, 4-20mA), tensão (0-5V, ±5V, 0-10V, ±10V) ou termosensores (termopares, termoresistências, Pt100); · Um mesmo módulo pode operar em mais de uma faixa, a qual é selecionada através de chaves ou jumpers internos ao módulo. As características normalmente apresentadas nas especificações técnicas são:
· Isolação dos canais: isolados (isolação galvânica) possibilita conexão a dispositivos com saída diferencial ou não isolados (comuns) um dos pólos é conectado ao terra da fonte;
· Resolução: menor incremento possível no valor analógico de entrada
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· Potência consumida da base; · Fonte de alimentação externa.
8.2.7 Fonte de Alimentação
A fonte de alimentação além de fornecer todos os níveis de tensão para alimentação da C.P.U. e dos módulos de I/O, funciona como um dispositivo de proteção. Atualmente, as fontes de alimentação dos CLPs utilizam tecnologia de chaveamento de freqüência (fontes chaveadas). Em alguns casos, a tensão de entrada possui ajuste automático. As proteções externas recomendadas para a fonte de alimentação dos CLPs variam conforme o fabricante, mas basicamente consiste de transformadores isoladores ou supressores de ruídos de rede.
Normalmente, as fontes dos CLPs proporcionam saída auxiliar de tensão em 24Vdc, com limite reduzido de corrente (300 – 800mA).
A fonte de alimentação tem aspectos variados. Pode apresentar-se em conjunto com a CPU, como módulo independente para ser conectado ao rack ou ser parte integrante do próprio rack. As características normalmente apresentadas nas especificações técnicas são: · Faixa de tensão de entrada: AC (85-132V, 170-264V, 85-264V), DC (12V, 24V, 10-28V, 125V);
· Seleção de faixa de entrada: automática, jumpers ou terminais de conexão;
· Potência fornecida: máxima corrente fornecida ao barramento do Rack, normalmente relacionada à tensão de 5Vdc, para alimentação dos módulos de I/O e da CPU, se for o caso. Este valor é utilizado no Cálculo de Consumo de Potência;
· Saída auxiliar de 24Vdc: apresenta as características da saída auxiliar de 24Vdc (somente para fontes AC). Com relação ao Cálculo de Consumo de Potência, cada módulo especifica a corrente consumida e se é do rack (5Vdc) ou de uma fonte de alimentação externa (24Vdc). Faz-se necessário determinar qual a corrente consumida pelos módulos que compõe o CLP e se ela ultrapassa o limite de corrente que a Fonte de Alimentação pode fornecer. Sabendo que:
P = U.I
Por exemplo: · Rack de 3, 4, 6 slots = fonte de alimentação de 1550mA; · Rack de 9 slots = fonte de alimentação de 2.600mA; · CPU = consome 120mA (5Vdc – rack); · Módulo com 16 pontos de entrada = 100mA (5Vdc – rack); · Módulo com 16 pontos de saída = 200mA (5Vdc – rack) e 80mA (24Vdc-fonte externa).
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Para montar um sistema, utiliza-se:
Portanto para montar o CLP em questão são necessários 5 slots e 820mA do barramento do rack e uma fonte externa de 24Vdc com 240mA. Assim conclui-se que a base com 6 slots é adequada, sendo necessário à utilização de uma fonte de alimentação externa.
8.2.8 Arquitetura
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9.2 Expansão
Pode ocorrer a expansão de racks para um total controle do sistema das formas:
9.2.1 Expansão local
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9.2.2 Expansão Remota de Rack’s
9.3 Modelo de expansão remota de racks.
A expansão local é utilizada quando se necessita de pontos de I/O em quantidade superior ao fornecido pela base local ou quando a fonte de alimentação local não suporta a quantidade de potência necessária ao sistema. O acréscimo dos módulos é feito por meio de bases de expansão situadas localmente (próximo à base local). Nas bases de expansão não há CPU, apenas fonte de alimentação. A expansão remota é utilizada quando os dispositivos de entrada/saída estão localizados distantes da base local ou quando se necessita de quantidade superior de pontos de I/O suportada pela base local e bases de expansão locais. Nas bases de expansão remota não há CPU apenas fonte de alimentação e módulo especial de comunicação (Módulo Remoto Escravo). O Módulo Remoto Mestre é instalado em um slot da base local. Com relação à comunicação, de acordo com a aplicação pode ser necessário a conexão do CLP com IHMs, PCs ou redes de CLPs. Nestes casos, faz-se necessário configurá-los corretamente para atender às necessidades de comunicação exigidas. Normalmente, as CPUs contêm pelo menos uma porta serial. De maneira geral, as características que devem ser consideradas durante a configuração do CLP são:
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Exemplo:
9.3 Central Processing Unit – CPU
A CPU (Central Processing Unit) - Unidade Central de Processamento é a inteligência do sistema. Ela recebe os sinais digitais e os sinais analógicos dos sensores conectados aos módulos de entradas e também recebem comandos e os dados via comunicação em rede (quando usada). Em seguida executa as operações previamente inseridas na memória de programa pelo usuário e atualiza as saídas digitais e analógicas.
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9.3.1 Memória da CPU
A memória é o local onde são armazenados os dados referentes ao funcionamento do sistema e armazenamento de informações necessárias ao usuário. É dividida em duas partes:
- Instruções de programa executivo: que controla as atividades da CPU (Firmware e rascunho do sistema);
- Instruções de programa de aplicação do usuário: (Programa de aplicação e Tabela de dados).
(Detalhes já vistos na capítulo 8.2)
9.3.2 Micro Memory Card – MMC
No cartão é armazenado :
Sistema Operacional
Programas do Usuário
Nota: Nunca remover o MMC com a CPU em uso ou mesmo energizada , para remoção do mesmo a CPU
deve estar desenergizada ,se remover o cartão com a CPU energizada é corrompido as informações nele
armazenado.
O MMC não é um cartão SD , são diferentes e não podem ser substituídos um pelo outro , as
informações contidas no MMC só pode ser lido na PG Programmier Gerat (dispositivo de
programação),não podendo ser inserido em um PC convencional.
A capacidade do MMC é de 8 mb , sem o MMC a CPU não funciona ,isto porque no MMC está gravado o
sistema operacional
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Cartão Entrada Analógica (AI).
Cartão de Saída Analógica (AO).
Cartão de Comunicação (CP343-1)
Responsável pela comunicação da CPU com outros módulos .(Remotas).
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Topologia
9.5 Interface Homem Máquina (IHM) e Supervisório
As interfaces são os dispositivos que realizam a interface Homem/Máquina conectados aos CLPs. Servem
para programação local e também para monitorar o andamento do programa, as variáveis internas e os
dispositivos de campo. Podem ser portáteis ou não.
Alguns exemplos são:
· IHM;
· Panel View;
· PC;
· Impressoras;
· Módulos de programação;
· Etc.
