Controladores Lógicos Programáveis parte-1

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Prof. Lázaro Anzolini 1 www.anzo.com.br
CLP – Controlador Lógico Programável
O primeiro controlador Lógico Programável nasceu na General Motors Americana
em 1968, em função da dificuldade de se alterar a lógica dos circuitos em painéis
de relés baseados em lógicas combinacionais.
Primeira geração de controladores:
- hardware com relés montado numa back-plane (placa traseira) dotada de
terminais;
- lógica feita conectando-se os terminais com cabos elétricos;
- Transítores substituíram os relés
- Com o surgimento dos CI’s (Circuitos Integrados), os controladores passaram
a ter mais velocidade e recursos: portas lógicas, flip-flops, contadores, etc..
- A capacidade de processamento ainda era limitada
- Construção robusta para resistir ao ambiente industrial
Segunda Geração de controladores:
- Circuitos Microprocessados
- Programação feita via software (EPROM*)
- Linguagem utilizada: linguagem de máquina ou Assembly
* Erasable Programmable Read Only Memory (Chip de Memória programável
que pode ser lido por inúmeras vezes e apagando somente por forte luz
ultravioleta)
Terceira Geração:
- Programação de alto nível
- PC’s convencionais para programar o CLP
Nota: o termo PLC (Programmable Logic Control) também é bastante utilizado
Vantagens dos CLP’s em relação aos Comandos Elétricos:
- versatilidade (programação)
- ocupam pouco espaço
- consomem menos energia elétrica
- maior confiabilidade (a lógica de CLP não apresenta “mau contato”)
- fácil manutenção (os CLP’s são modulares)
- diagnose de defeitos mais simples, através de aplicativos de software que
rodam em PC’s (Personal Computers), on-line com o CLP;
- possuem interface de comunicação com IHM’s (Interface Homem-Máquina)
- conectividade (redes: ethernet, profibus, modbus, devicenet, etc...)
- maior rapidez na elaboração de projetos;
- menor custo
- fácil utilização

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Variáveis
de
Entrada
Variáveis
de
Saída
Estrutura de um CLP:
O processamento do programa é feito em tempo real, ou seja, as entradas são
lidas e processadas e as saídas acionadas de forma simultânea ao processo.
sensores
chaves
botões
pressostatos
termostatos
termopares
tensões
correntes
encoderes
MÓDULO
DE
ENTRADA
C P U
MÓDULO
DE
SAÍDA
Relés
Contatores
Solenóides
MÁQUINA
OU
PROCESSO
CONTROLADO

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DIAGRAMA DE BLOCOS DE UMA UNIDADE CENTRAL
CONFIGURAÇÃO DOS CLP’s
Principais Módulos:
1. Módulo CPU
2. Módulos de entradas e saídas digitais
3. Módulos de entradas e saídas analógicas
4. Módulo fonte de alimentação
5. Módulos especiais
UNIDADE CENTRAL
Memória
de
Dados
Unidade de
Controle
U.L.A
Unidade Lógica
e Aritmética
Módulos de Entrada
Memória
De
Programa
Módulos de Saída

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1. Módulo CPU
Pontos importantes:
1.1. Tempo de Varredura (Scan Rate)
È o tempo de execução completa do programa, que compreende a
leitura das entradas, a execução da lógica programável e a atualização
das saídas
O Scan Rate se torna crítico quando os programas são muito extensos ou quando as
entradas são muito rápidas.
1.2. WDT (Watch Dog Timer)
o O WDT monitora,via hardware, o tempo de varredura do CLP e tem a
função de aumentar a segurança do sistema; se o tempo de
varredura de um programa for maior que o tempo estabelecido do
WDT, a CPU será automaticamente resetada, um sinal de erro será
ativado e todas as saídas serão desligadas.
o O alarme de WDT pode ser causado por uma falha de hardware ou
então no programa do usuário (lógicas muito extensas, loops
infinitos, etc..)
1.3. Canais de Comunicação Serial
Os canais seriais são utilizados para se conectar vários periféricos, entre
eles:
o PC (Personal Computer, utilizado para transferência de programa,
configuração do CLP, diagnose e backup)
o IHM (Interface Homem-Máquina, utilizada para incrementar os
recursos de operação, preparação e manutenção).
o Impressoras
Padrões usuais: RS232 e RS485 (este último para se comunicar a distâncias
maiores que 100m, limitado a 1000m)
Leitura das ENTRADAS
Execução da lógica
Atualização das SAÍDAS

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2. MÓDULOS DE ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS
Os padrões adotados para o ambiente industrial são 24Vcc para corrente
contínua e 110 ou 220Vca para corrente alternada.
Esses valores apresentam boa relação sinal/ruído para o ambiente
industrial , sendo o padrão 110V ou 22V mais adequado para comandos a longas
distâncias , como é o caso de usinas hidrelétricas, por exemplo, onde a distância
entre sensores e módulos de entrada é grande (até 500m)
Entenda-se por entrada/saída digital como sendo aquela que pode ter dois
estados possíveis: ligado ou desligado.
Se estivermos falando de comando a 24Vcc, “ligado” significa a presença
de 24V na entrada correspondente do módulo de entrada ou saída, enquanto
que “desligado” significa a ausência deste.
Em 110 ou 220Vca, “ligado” significa a presença da tensão alternada na
entrada/saída correspondente do módulo de entrada ou saída, enquanto que
“desligado” significa a ausência desta tensão.
Costuma-se atribuir à condição “ligado” o nível lógico “1” e à condição
“desligado” o nível lógico “0”.
IMPORTANTE: NÃO CONFUNDIR módulos de entradas/saídas DIGITAIS em CA
(Corrente Alternada) com módulos de entradas/saídas ANALÓGICOS.
2.1. MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITAIS
Convertem os níveis de tensão presentes nas entradas em sinais com níveis
lógicos compatíveis com o Bus de dados do CLP
2.1.1. MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITAIS EM CORRENTE
CONTÍNUA
Esses módulos detectam a presença de 24Vcc em sua entrada; isto pode ser
feito de duas formas:
o Chaveando-se o negativo (0Vcc) e adotando o positivo (+24Vcc) como
comum – módulo tipo N
o Chaveando-se o positivo (+24Vcc) e adotando o negativo (0Vcc) como
comum – módulo tipo P
o Toda entrada digital tem um Led indicador de status (entrada chaveada =
nível lógico “1” = LED aceso)
o O acoplador óptico isola eletricamente o sinal de entrada do circuito lógico do
CLP; isto é feito por dois motivos:
proteger os circuitos e componentes internos do CLP no caso de
se aplicar níveis elevados de tensão na entrada, por exemplo;
neste caso, a entrada correspondente será danificada

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(provavelmente o LED do acoplador óptico será danificado), mas
o restante do CLP será poupado.
Aumentar a imunidade a ruídos: também conhecido como
interferência, o ruído elétrico pode prejudicar o funcionamento de
qualquer sistema microprocessado; o fato de separar o 0V das
entradas externas do 0V lógico interno do CLP contribui para
aumentar a imunidade a ruídos.
o A função dos resistores R3 e R4 e do capacitor C é formar um filtro passa-
baixas, evitando que eventuais ruídos presentes na alimentação do sinal de
entrada façam com que a entrada seja acionada indevidamente; é comum
que este filtro seja dimensionado de forma que as entradas digitais não
respondam à freqüências superiores a 1KHz, com exceção de entradas
especiais (exemplo: entradas rápidas, muito ulitilizadas para leitura de
encoderes, por exemplo).
2.1.1.1. MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITAIS EM CORRENTE CONTÍNUA,
TIPO N
o Os sensores de entrada devem chavear 0Vcc; se estivermos falando de
sensores de proximidade, por exemplo, estes deverão ser do tipo NPN

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2.1.1.2. MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITAIS EM CORRENTE CONTÍNUA,
TIPO P
o Os sensores de entrada devem chavear +24Vcc; se estivermos falando de
sensores de proximidade, por exemplo, estes deverão ser do tipo PNP.
2.1.2. MÓDULOS DE E NTRADAS DIGITAIS EM CORRENTE
ALTERNADA
o A presença de tensão alternada (entrada externa) será detectada pela porta
de entrada e lida pela CPU do CLP

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2.2. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS
Têm a função de converter os sinais lógicos presente no BUS de dados do CLP em
sinais capazes de acionar atuadores, como por exemplo: contatores, solenóides,
lâmpadas.
Os módulos de saída podem ser do tipo cc (corrente contínua), ca (corrente
alternada) ou a relé.
2.2.1. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS EM CORRENTE CONTÍNUA
As saídas digitais em cc pode ser de dois tipos:
o Tipo N: chaveia-se o negativo (0Vcc) e adota-se o positivo (+24Vcc) como
comum da carga.
o Tipo P: chaveia-se o positivo (+24Vcc) e adota-se o negativo (0Vcc) como
comum da carga.
o Toda saída digital tem um LED indicador de status (saída chaveada = nível
lógico “1” = LED aceso)
o O acoplador óptico isola eletricamente o sinal do circuito lógico do CLP da
saída externa.
2.2.1.1. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS EM CORRENTE CONTÍNUA TIPO
N
o O comum da carga é ligado a +24Vcc, enquanto o módulo de saída chaveia
0Vcc

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2.2.1.2. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS EM CORRENTE CONTÍNUA TIPO
P
o O comum da carga é ligado a +0Vcc, enquanto o módulo de saída chaveia
24Vcc
2.2.2. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS EM CORRENTE ALTERNADA
o O componente que chaveia a saída é um TRIAC
o A função do varistor V1 é proteger a saída contra um surto de tensão
o O circuito R4,C tem a função de evitar disparos indevidos

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2.2.3. MÓDULOS DE SAÍDAS DIGITAIS A RELÉ
o Esta saída pode acionar tanto cargas em cc quanto em ca
o A carga é ligada em série com o contato do relé
o Quando os dois pólos do contato do relé estão disponíveis ao usuário, a saída
é chamada de saída a “contato seco”
o Quando várias saídas são agrupadas, apenas um dos pólos do contato do relé
está individualmente disponível ao usuário; o outro pólo de cada contato está
interligado internamente ao módulo de saída, podendo o usuário decidir se
vai chavear o positivo ou negativo, bastando para isso conectar o comum dos
contatos à massa ou ao pólo positivo da fonte de alimentação externa.
3. MÓDULOS DE ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS
Os módulos de entrada/saída analógicos são projetados para tratar sinais que
assumem infinitos valores ao longo do tempo; como todo sistema microprocessado,
o CLP trata internamente esses sinais como palavras binárias.
A interface entre o CLP e as entradas analógicas são conversores A/D
(Analógico/Digital), ao passo que a interface entre o CLP e as saídas analógicas são
conversores D/A (Digital/ Analógico).
A resolução dos valores tratados pelo CLP depende, portanto, do número de
bits que os conversores A/D ou D/A utilizam; por exemplo, um conversor de 12 bits
pode apresentar 4096 valores distintos (212
= 4096).

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Os sinais analógicos tratados por esses módulos são sinais elétricos de tensão
ou corrente, sendo adotado o padrão de 0 a 10Vcc para tensão e 4 a 20mA para
corrente; também é possível encontrar módulos para tratar sinais de tensão de –
10Vcc a +10Vcc , ou então corrente de 0 a 20mA , por exemplo.
Para um sinal de tensão de 0 a 10Vcc tratado por um conversor de 12 bits,
teríamos:
Sinal
elétrico
Valor no CLP
0 V 0000
5 V 2048
10 V 4095
Assim, para um conversor com resolução de 12 bits e um sinal elétrico
variando de 0 a 10Vcc, a sensibilidade é de 2,5mV (10V / 4095)
Dessa forma é possível ler diversas grandezas físicas (inclusive elétricas)
através de transdutores, que convertem essas diversas grandezas no padrão 0 a
10Vcc ou 4 a 20mA.
Dentre essas grandezas, podemos ter: transdutores de pressão (não
confundir com o pressostato que só tem dois estados possíveis, ligado ou desligado
e é lido por uma entrada digital), vazão, força, potência elétrica, corrente elétrica,
rotação, velocidade, aceleração, entre outros.
Também é possível através das saídas analógicas exercer o controle sobre
sistemas como: acionamentos CA/CC, inversores de freqüência, válvulas
proporcionais, entre outros.

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3.1. MÓDULOS DE ENTRADAS ANALÓGICAS
3.2. MÓDULOS DE SAÍDAS ANALÓGICAS

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MÓDULO FONTE DE ALIMENTAÇÃO
As fontes de alimentação dos CLP’s normalmente são do tipo chaveadas e
fornecem as tensões de trabalho da CPU e dos módulos de entrada/saída.
Deve-se observar que a fonte do CLP não deve ser utilizada para alimentar as
cargas conectadas aos módulos de saída, já que a mesma não foi dimensionada
para isso; nesse caso uma fonte externa deve ser utilizada (os módulos de saída
possuem bornes para ligação de uma fonte externa).
Alguns CLP’s de baixo custo possuem a fonte incorporada ao módulo CPU.
4. MÓDULOS ESPECIAIS
Os CLP´s permitem acoplar diversos módulos especiais de entrada ou saída, como
por exemplo:
o Módulo de entrada para medição de temperatura através da leitura do sinal
elétrico fornecido por termopares (sinais da ordem de milivolts e que
obedecem a uma curva característica)
o Módulo de entrada para medição de temperatura através de
termoresistências, como por exemplo do tipo PT100 (apresenta 100OHM a
0ºC e também tem uma curva característica de variação da resistência em
função da temperatura); os valores de variação da resistência são tão baixos,
que são utilizados sistemas a 3 ou 4 fios para se compensar a resistência dos
próprios cabos utilizados na interligação da termoresistência;
o Módulos de entradas rápidas, utilizadas normalmente para leitura de sinais
enviados por encoderes, por exemplo; são entradas digitais tratadas
especialmente por hardware e têm prioridade de leitura em relação às
entradas digitais normais;
o Módulos de saída para controle de motor de passo; são saídas que têm
resposta rápida, uma vez que uma saída digital normal não atenderia esse
quesito;
o Módulos para medição de grandezas elétricas (tensão, corrente, potência
ativa, potência reativa)
o Módulos para comunicação com rede (ethernet, profibus, ASI, MPI, etc..)

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Comandos elétricos x CLP’s
o a linha pontilhada no comando elétrico acima (à esquerda) separa os
componentes de entrada/saída dos componentes utilizados para
intertravamento (ou “interlock”);
o á direita temos um circuito equivalente utilizando CLP; observe que apenas os
componentes de entrada (botões) e saída (contator principal K1, lâmpada
sinalizadora e solenóide da válvula Y1) são representados no esquema
elétrico; o intertravamento será feito pela lógica programável, também
conhecida como programa CLP
o Obviamente estamos falando de entradas/saídas digitais (apenas dois estados
possíveis: ligadas ou desligadas)
NOTA: O exemplo acima é apenas ilustrativo, pois é apenas parte de um circuito
maior; entender seu funcionamento não é relevante, pois faltam informações como
por exemplo de que K1 é um contator principal (trifásico, no caso); falta também
informação sobre o contato K5 – essas informações estariam no restante do
esquema elétrico -

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TEMPO DE RESPOSTA DO CLP
É o tempo decorrido entre a leitura das entradas, execução do programa e
atualização das saídas; cada uma dessas atividades leva um tempo para ser
executada, como segue:
Efeitos do Tempo de Resposta sobre a Leitura das Entradas:
Suponha três entradas (1), (2) e (3) acionadas em três instantes diferentes,
conforme diagrama acima; neste caso teremos a seguinte situação:
o A entrada (1) não será lida no primeiro ciclo de varredura (Scan1), visto que
quando vai a “1” (ON) a leitura das entradas já havia sido feita; esta entrada
somente será lida no segundo ciclo de varredura (Scan2), pois ainda está em
nível lógico 1 durante a leitura das entradas do Scan2;
o A entrada (2) só é lida no terceiro ciclo de varredura (scan3)
o A entrada 3 não é lida; para o CLP é como se não tivesse sido acionada
Se montarmos uma tabela identificando com um “X” em qual ciclo de varredura
cada entrada é lida, teremos o seguinte:
Entrada
1 2 3
Scan
1
Scan
2
X
Scan
3
X
Input Response Time
+
Program Execution Time
+
Output Response Time
= Total Response Time

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Para assegurar a leitura de uma entrada, recomenda-se que a mesma esteja
acionada por pelo menos 1 tempo de leitura + 1 tempo de varredura:
Entradas rápidas: são entradas especiais, que são lidas por rotinas executadas por
interrupção da varredura normal do programa:
Quando a entrada é acionada, o CLP interrompe a execução normal do programa,
executa uma rotina própria para leitura de entradas rápidas e em seguida volta a
executar o processo normal de varredura.
Tempo de resposta da saída:
Admitindo-se que a entrada não tivesse sido lida no primeiro ciclo de varredura,
teríamos a saída atualizada somente no segundo ciclo; o atraso máximo é,
portanto, de dois ciclos de varredura.

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