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MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 1 APRESENTAÇÃO O entendimento do mundo está na atualização de nosso conhecimento técnico e científico. Decidimos fazer um estudo de uma área pouco explorada, de pouco conhecimento prático, mas que está a todo momento nos envolvendo em nossa casa, no lazer e no trabalho: CLP. Dividiremos nosso ensino em dias de estudo, equivalentes há 30 minutos diários de leitura, dando passos a um assunto envolvente, você se empolgará em colocar em prática os novos conhecimentos adquiridos na área de microprocessamento e lógica de programação, sentindo-se não apenas um aluno, mas uma pessoa que brinca com algo que lhe abrirá os olhos a esse mundo de tecnologia, não mais admirada por pouco entendê-la, mas sim, admirando, entendendo e utilizando. Agradeço à Deus pela oportunidade de passar esses conhecimentos, que com muito esforço venho retribuir em agradecimento da vida.
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 2 CONTEÚDO DO MÓDULO DE ENSINO
- Curso de linguagem de programação dedicada a compilador para microprocessador.
- CLP dedicado.
- Cabo de programação do CLP.
- Software de programação do CLP.
- Manual de comandos do CLP.
- Exemplo de programas. OBS. Pré – requisitos: 1º DIA - INTRODUÇÃO : TECNOLOGIA Nosso curso não é de eletrônica, porém é bom saber que a evolução de equipamentos com processamento de informações, foi decorrente do desenvolvimento da microeletrônica.
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 4 A atuação motivada pela entrada, chamaremos de SAÍDA, que pode ser: um relé, uma tensão, uma corrente, um código, uma palavra, um som, etc. A necessidade de controles mais complexos fez com que fossem criados dispositivos de entrada e saída, mais complexos, mas somente com o desenvolvimento da eletrônica foram possíveis controles mais precisos, controles com amortecimento, surgindo controles com lógica e memória. A maneira mais simples de trabalhar com lógica em comandos, foi usando números binários, ou seja, trabalhar com dois dígitos (0 ou 1), representando dois estados simples de representação. Números decimais Números binários 0 0 1 1 2 10 3 11 10 1010 25 11001 Números decimais utilizam 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 para representar os demais números. Números binários utilizam 0 e 1, para representar os demais números. A lógica booleana é a matemática desenvolvida para se trabalhar com números binários 0 e 1. O desenvolvimento de memórias que pudessem armazenar dados ou informações e programas, pode
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 5 desenvolver rapidamente os microprocessadores, desenvolvendo-se assim o microcontroladores. Microprocessadores são dispositivos de processamento abertos, que necessitam de uma grande quantidade de periféricos para realizarem a captura de informações externas e gravar informações, buscar dados, interagir com os meios, normalmente utilizados por um PC ou processamentos de grande magnitude. Microcontroladores são dispositivos que por si próprio já tem muitos dispositivos para interagir com os meios, necessitando de poucos periféricos, utilizados para comando de aparelhos portáteis, equipamentos industriais e por serem de baixo custo são utilizados em CLP´s e outros equipamentos de desenvolvimento. Com o desenvolvimento de controles mecânicos e de controles elétricos e pneumáticos, teve-se a necessidade de poder interagi-los formando sistemas mais complexos, e surgiram os comandos elétricos, utilizando sistemas eletromecânicos e comandos com placas eletrônicas dedicadas. O problema para esses sistemas estava na dificuldade de se fazer qualquer mudança do comando ou procedimentos de controle, necessitando muitas vezes do desenvolvimento de um novo projeto de placa eletrônica. As fábricas automotivas buscaram alternativas para esse problema, surgindo os PLC´s ou CLP´s. CLP: é um equipamento que utiliza um microcontrolador que já tem dispositivos de coleta de informações, armazenamento e saída de informações, onde pode ser programado, quantas vezes forem necessárias, substituindo assim as antigas placas eletrônicas dedicadas.
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 7 ELEMENTOS
- FAMÍLIAS LÓGICAS: Vamos iniciar com linguagem binária, ou matemática de dois dígitos 0 e 1, simplificando, assumimos que: SIM ou VERDADEIRO = 1 NÃO ou FALSO = 0 Tabela Lê-se a) OU ou OR A + B = C A ou B = C 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 1 Tabela Lê-se b) E ou AND A ٠ B = C A e B = C 0 ٠ 0 = 0 0 ٠ 1 = 0 1 ٠ 0 = 0 1 ٠ 1 = 1 Tabela Lê-se c) NÃO ou (NOR) A + B = C A ou B invertido = C 0 + 0 = 1 0 + 1 = 0 1 + 0 = 0 1 + 1 = 0
SÍMBOLO
A C
B
SÍMBOLO
A C
B
SÍMBOLO
A C
B
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 8 Tabela Lê-se d) NÃO E ou (NAND) A ٠ B = C A e B invertido = C 0 ٠ 0 = 1 0 ٠ 1 = 1 1 ٠ 0 = 1 1 ٠ 1 = 0 Tabela Lê-se e) OU EXCLUSIVA A + B = C A ou exclusiva B = C 0 0 = 0 0 1 = 1 1 0 = 1 1 1 = 0 Tabela Lê-se f) E COINCIDÊNCIA A B = C A E Coincidência B = C 0 0 = 1 0 1 = 0 1 0 = 0 1 1 = 1 Todos os outros elementos lógicos, derivam destes.
- CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITAIS: Representam eletricamente e fazem as operações lógicas acima descritas e suas associações. a) CMOS – São circuitos integrados digitais, cujas características são: o Série 54C / 74 C e 4000. o Alimentação 3 a 18 Volts. o Utilizam tecnologia Mosfet.
SÍMBOLO
A C
B
SÍMBOLO
A C
B
SÍMBOLO
A C
B
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 10 São locais onde são armazenados dados e programas em um sistema digital. a) Memória Ram ou memória de acesso aleatório, é destinada a leitura e gravação. A memória Ram necessita de alimentação para manter os dados armazenados. Uma memória Ram de 1024 x 4 representa que é formada por 64 linhas de 16 colunas (64x16 = 1024) de palavras de 04 bits (dígitos binários). Um byte = 4 bits. b) Ram Dinâmica (DRAM) usando tecnologia CMOS possibilitam concentrar até quatro vezes mais informações do que a Ram estática. As DRAM necessitam de pulsos de tensão para que os dados não se percam chamados de REFRESH (refrescamento). c) Memória ROM Memória de leitura, são memórias construídas por uma matriz de semicondutores que depois de gravados não perdem mais os dados e não podem ser mais regravados, sendo divididos em: c.1) PROM São programadas pelo usuário, a gravação é feita por gravadores especiais que queimam fusíveis internos. c.2) EPROM São memórias alteráveis podendo ser gravadas, apagadas e gravadas com os processos: o UVPROM – Utilizam luz ultravioleta que incidirá numa janela no CI. o EPROM – Utiliza pulsos elétricos, apagamento, assumindo nível lógico zero. Uma memória EPROM (2716) tem 16 K de memória, representando uma organização de 2048 palavras de 08 bits cada, sendo alimentada por 5 volts. Obs.: 08 bits representa uma palavra de 08 dígitos binários ou 02 bytes. Microprocessadores: É um conjunto de circuitos lógicos, encapsulados numa única pastilha de larga escala de
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 11 integração (LSI), capaz de realizar diversas funções, de forma seqüencial. Temos 05 partes principais: circuitos de entrada, memória, unidade de controle, unidade de lógica e aritmética, saída. Classificação dos microprocessadores: Conforme já vimos um bit assume o valor de 0 ou 1, o microprocessador contém os circuitos necessários para a execução das funções de uma unidade central de processamento, funções codificadas em uma palavra de vários bits. Os bytes são padronizados em palavras de 04 bits, 08 bits, 16 bits, 32 bits e 64 bits. Convencionou-se classificar os microprocessadores pela quantidade de bits em sua palavra (byte). São chamados de microprocessadores de 04 bits, 16 bits, 32 bits e 64 bits. Estrutura dos microcomputadores: Microprocessador; Memória Rom e Ram; Memória externa (flexível e rígida); Periféricos de entrada (teclado, modem); Periféricos de saída (vídeo, som).
ENTRADA UNIDADE DE SAÍDA
CONTROLE
UNIDADE DE LÓGICA
E ARITMÉTICA
MEMÓRIA
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 13 Preencha a tabela verdade de acordo com o obtido nas saídas S1 e S2. TABELA VERDADE E3 E4 E5 S1 S 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 E E4 S E E E4 S E De acordo com o obtido nas saídas S1 e S2, responda: a) Qual a porta lógica de S1?
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 14
b) Qual a porta lógica de S2?
c) Qual o símbolo da porta de saída S1? d) Qual o símbolo da porta de saída S2? 3º DIA – TERMOS TÉCNICOS TERMOS TÉCNICOS USADOS PARA CIRCUITOS MICROCONTROLADORES Obs: Não é necessário saber os termos técnicos para sabermos programar o CLP, mas é interessante para entendermos a filosofia do mesmo.
- Acumulador: É um registrador utilizado durante as operações de entrada e saída de dados.
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 16 Obs: Vale ressaltar os itens ‘g’ e ‘j’. g) A saída de um circuito digital pode assumir 03 estados: 0 = zero volts ; 1 = tensão de alimentação ; Z = alta impedância, que representa que a saída não mais alimentará com 0 volt ou 5 volts, mas ficará a disposição para receber informação sem interferir com o meio. j) A interrupção de um processamento significa a parada na seqüência do programa para fazer outra instrução mais prioritária e depois retornar ao programa antes parado. Obs: O clock representa a velocidade de processamento. O processamento segue dois caminhos distintos: 1º - Todo programa segue em seqüência pelo clock do circuito, dando prioridade às interrupções. 2º - O programa de timer independente segue individualmente sem necessitar do clock ou freqüência de processamento. OUTRAS FUNÇÕES : Divisor somador, unidade de multiplexação e divisão, unidade de teste e proteção, unidade de segmentação, unidade de paginação, decodificador, fila de instrução, controle de barramento, porto, modo virtual, nível de prioridade. TIPOS DE CLP´S: Temos basicamente 03 tipos principias: Os CNC´s ; Os CLP´s industriais ; Os CLP´s compactos.
- CNC (Controlador de comando numérico)
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 17 É um CLP dedicado e programável para atender a uma faixa de atividades. No desenvolvimento das máquinas operatrizes de usinagem, sempre se procurou soluções que permitissem aumentar a produtividade e qualidade oferecendo flexibilidade necessária para usinagem de diferentes configurações de peças. Os CLP´s de comando numérico (CNC) surgiram nos Estados Unidos nos meados de 1950 , no MASSACHUSSETS INSTITUTE OF TECNOLOGY, desenvolvendo um sistema aplicável a máquinas-ferramentas para controlar a posição de fusos, de acordo com dados fornecidos do processador. Comando numérico é um equipamento eletrônico capaz de receber informações e transmiti-las em forma de comando à máquina operatriz, de modo que esta sem a intervenção do operador, realize as operações na seqüência programada. Seus programas são dedicados a funções matemáticas e entrada de sensores de posição, tensão, etc, e controlando bombas, motores trifásicos, servo mecanismo de precisão, utilizando um programa de CAD, chamado de MASTERCAN, familiarizado com desenhos em 2 e 3 dimensões.
- CLP Industrial Os CLP´s industriais tem uma constituição muito flexível de entradas e saídas, sendo todo ele modular e expansível em módulos armazenados em um Rack, adequando a necessidade do complexo, trabalhando independente ou se comunicando a outros CLP´s formando um gerenciamento complexo chamado de sistema supervisório, contendo interfaces homem–máquina, teclados, monitores, entradas
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 19 3 a. PRÁTICA: Ligar cargas à saída do CLP:
~ ~ + C^ S1^ S2^ S3^ S4^ S5^ S
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E
Objetivo: Utilização do CLP na ligação de cargas. Observar o funcionamento das lâmpadas, acendimento, apagamento, e ordem como ocorre. LEGENDA INTERRUPTOR LÂMPADA 02 PILHAS ABERTO DE 3 VOLTS TIPO AA (de lanterna) LIGADAS EM SÉRIE
MICROPROCESSADOR E CLP (JORGE AUGUSTO) 20 4º DIA – INTRODUÇÃO A LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO TERMOS UTILIZADOS:
- INFORMAÇÃO – Informações e dados são representados por meio de sinais.
- SINAIS BINÁRIOS – São grandezas físicas a que se atribuem somente dois estados, como um contato aberto ou fechado de um interruptor.
- SINAIS ANALÓGICOS – É a representação de uma grandeza que pode assumir no decorrer do tempo, qualquer valor dentro de uma faixa de valores.
- INFORMAÇÃO DIGITALIZADA – Digitalizar uma grandeza analógica significa dividir a mesma, em vários segmentos, de forma que se possa fazer posteriormente uma relação, entre uma quantidade de segmentos e a grandeza medida. 5 ) ELEMENTOS DE COMANDO – São ligados à entrada do CLP, como acionadores binários, botões, sensores, etc, ou ligados à saída acionando contactores, relés, iluminação, controles, etc.
- PROCESSAMENTO DO PROGRAMA – Quando escrevemos o programa, o compilador do Software, o transfere de forma binária para a memória do CLP, armazenado de forma seqüencial em que se encontram a lista de instruções, sendo processado de forma seqüencial e repetitiva.
- TEMPO DE CICLO – Tempo necessário para a execução do programa (SCAN).
- MEMÓRIA DE IMAGEM – No início de cada ciclo de programa, o sistema operacional verifica o estado atual de
