AULA 05 2 - AUT_INST - CLPs

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
AULA 05
... RELEMBRANDO AULAS ANTERIORES
• AULA 01: APRESENTAÇÃO
• AULA 02: INTRODUÇÃO
• AULA 03: SENSORES E TRANSDUTORES
AULA 05
• Controladores
• Definição e tipos
• Origem do CLP
• Estrutura do CLP
• Arquiteturas de CLPs
• Norma IEC 61131-3
• Programação Ladder
• Exercício de demonstração no CLP Siemens S7-1200
OBJETIVO DOS CONTROLADORES
• O uso de um controlador em um determinado sistema visa a 
modificação de sua dinâmica, manipulando a relação entrada/saída
através da atuação sobre um ou mais dos seus parâmetros, com o 
objetivo de satisfazer certas especificações com relação a sua resposta. 
• Os parâmetros do sistema que sofrem uma ação direta do controlador, são 
denominadas de variáveis manipuladas, enquanto que os parâmetros no qual 
se deseja obter as mudanças que satisfaçam as dadas especificações, 
denominam-se variáveis controladas.
OBJETIVO DOS CONTROLADORES
O QUE É UM CONTROLADOR?
O controlador MAIS COMUMENTE USADO, 
mesmo em plantas das mais diversas naturezas, 
é o CONTROLADOR ELETRÔNICO.
No projeto real de um sistema de controle, 
o projetista deverá decidir pela utilização 
de um ou mais controladores e como eles 
estarão integrados. Esta escolha depende 
de vários fatores que variam de acordo com 
o objetivo e o objeto do controle. 
Dispositivo físico, podendo ser eletrônico, elétrico, mecânico, pneumático, 
hidráulico ou combinações destes.
Visa a modificação da dinâmica do sistema, manipulando a relação entrada/saída
através da atuação sobre um ou mais dos seus parâmetros, com o objetivo de 
satisfazer certas especificações com relação a sua resposta
O QUE É UM CONTROLADOR?
TIPOS DE CONTROLADORES DIGITAIS
“SINGLE-LOOP”
Controla somente uma malha de uma determinada 
variável (pressão, nível, temperatura, vazão, pH, etc.). 
“MULTI-LOOP”
• Controla mais do que uma malha de determinadas
variáveis, simultaneamente.
• Possui diversos blocos de controle que são
interligados internamente através de uma
programação, conforme as necessidades do usuário.
TIPOS DE CONTROLADORES DIGITAIS
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS ou CLPs
Possui uma memória programável para 
armazenamento interno de instruções específicas, tais 
como lógica, sequenciamento, temporização, 
contagem e aritmética, para controlar, através de 
módulos de entradas e saídas, vários tipos de 
máquinas e processos.
CLPs
Segundo a ABNT...
“O Controlador Programável é 
um equipamento eletrônico
digital, com hardware e
software compatíveis com as 
aplicações industriais”
Segundo a IEC...
“Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado 
para uso no ambiente industrial, que usa uma memória 
programável pra armazenamento interno de instruções 
orientadas para o usuário para implementar funções específicas 
tais como lógica, sequencial, temporização, contagem e 
aritméticas, para controlar, através de entradas e 
saídas tanto digitais quanto analógicas, diversos tipos 
de máquinas ou processos. 
O controlador programável e seus periféricos
associados são projetados para serem facilmente 
integráveis em um sistema de controle industrial e 
facilmente usados em todas suas funções previstas.”
ORIGEM DOS CLPs
M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
CLPs
SURGIMENTO
A ORIGEM
Indústria automobilística GM 
americana em 1968 
40 anos do Opala 1968 – GM/Chevrolet 
Fonte: Revista Quatro Rodas (2008)
CLPs
SURGIMENTO
O PROBLEMA
Mudar a lógica de controle de painéis
de comando a cada mudança na 
linha de montagem.
ALTOS GASTOS DE TEMPO E 
DINHEIRO
4 2
5
1
3
A+ A-
A0 A1
4 2
5
1
3
B+ B-
B0 B1
 0V
+24V
S1
B0
K0
K0
K0
A1
A+
K1
B+
K2
K1 K2
B1
K0
A0
A-
K3
B-
K4
K3 K4
S2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
3
7
5 6 9 10
CLPs
SURGIMENTO
 0V
+24V
S1
B0
K0
K0
K0
A1
A+
K1
B+
K2
K1 K2
B1
K0
A0
A-
K3
B-
K4
K3 K4
S2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
3
7
5 6 9 10
CLPs
SURGIMENTO
CLPs
POPULARIZAÇÃO TARDIA
Na década de 1980
• Conjunto de instruções reduzido, normalmente apenas condições
lógicas e não possuíam entradas analógicas, podendo manipular
somente aplicações de controle digital.
• Grandes e caros
• Competitivos somente para aplicações que contivessem pelo menos
150 relés
Hoje já é viável para aplicações 
equivalentes a circuitos de 15 relés
CLPs
VANTAGENS ATUAIS
CONFIABILIDADE
FLEXIBILIDADE
VELOCIDADE
FUNÇÕES AVANÇADAS
COMUNICAÇÕES
DIAGNÓSTICO
ESTRUTURA DOS CLPs
M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA – ENTRADAS E SAÍDAS
Interfaceamento da CPU com o 
mundo exterior
• adaptando os níveis de tensão e corrente 
e realizando a conversão dos sinais no 
formato adequado
Jargão técnico: módulos de I/O
Digitais ou Analógicas
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA – ENTRADAS E SAÍDAS
DIGITAIS
• Funcionam com a presença ou a ausência de corrente ou tensão
VALORES
• 1 (Verdadeiro)
• 0 (Falso)
ENTRADAS
• Sensores de fim de curso
• botões
• sensores de presença
• Pressostatos e termostatos, entre outros
SAÍDAS
• Lâmpadas
• Solenoides
• Motores elétricos, entre outros
ANALÓGICAS
• Funcionam com o valor de uma tensão ou corrente dentro de uma escala
VALORES
• Ranges (faixas) comuns para o sinal analógico
• ± 10 V
• 0 – 10 V
• 1 – 5 V
• 4 – 20 mA
• 0 – 20 mA
ENTRADAS
• Transmissor de pressão
• Transmissor de temperatura
• Transmissor de vazão
SAÍDAS
• Solenoide variável
• Inversor de frequência (velocidade de motores)
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA – ENTRADAS E SAÍDAS
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA - CPU
EXECUÇÃO DO PROGRAMA
GERENCIAMENTO DO PROCESSO
RECEPÇÃO DOS SINAIS DOS CARTÕES DE 
ENTRADA
ATUALIZAÇÃO DOS CARTÕES DE SAÍDA
CLPs
ESTRUTURA BÁSICA - MEMÓRIAS
DUAS PARTES
1ª - INSTRUÇÕES DO SISTEMA
2ª - INSTRUÇÕES DO USUÁRIO
• Memória de programa
• Memória de dados (armazenamento 
temporário)
CLPs
CICLO DE SCAN OU VARREDURA
CLPs
TIPOS DE ESTRUTURA FÍSICA
• I/O, processador e fonte de 
alimentação em um único 
bloco
ESTRUTURA 
FIXA
• Componentes separados, mas 
interligados por um 
barramento.
• Podem ser expandidos com o 
acréscimo de mais módulos I/O
ESTRUTURA 
MODULAR
CLPs
ARQUITETURAS DE INTERLIGAÇÃO
•Os módulos I/O estão montados no mesmo 
rack da CPU.
CONFIGURAÇÃO 
LOCAL
•Os módulos I/O estão montados fora do rack da 
CPU em distâncias acima de 15 metros
•São necessários módulos especiais para 
interligação de racks remotos
•A distância máxima gira em torno de 200 a 
3600 metros para esta configuração
CONFIGURAÇÃO 
REMOTA
CLPs
ARQUITETURAS DE INTERLIGAÇÃO
• Vários CLPs completos: com CPU 
e I/Os interligados via rede
• Cada um tem sua programação 
independente
CONFIGURAÇÃO 
EM REDE
NORMA IEC 61131-3
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CLPs
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
NORMA IEC 61131-3
Define padrão para nomenclatura de variáveis
Define regiões lógicas no CLPs
Define tipos de dados
Define 5 linguagens de programação para uso em CLPs
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
COMPOSTA POR 3 PARTES
REGIÃO 
LÓGICA
TIPO DO 
DADO
POSIÇÃO DE 
MEMÓRIA
BYTE BIT
.
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
BITS E BYTES?
NORMA IEC 61131-3
NA MEMÓRIA DO CLP
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
REGIÃO LÓGICA
3 Regiões
•ENTRADAS – símbolo: I (Inputs)
•SAÍDAS – símbolo: O (Outputs)
•MEMÓRIAS – símbolo: M (Memory)
NORMA IEC 61131-3
NA MEMÓRIA DO CLP
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
TIPO DE DADO
5 Tipos básicos
• bit – símbolo: X (opcional)
• Byte (8 bits) – símbolo: B
• Word (16 bits) – símbolo: W
• Double (32 bits) – símbolo: D
• Long Word (64 bits) – símbolo: L
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
POSIÇÃO DE MEMÓRIA
Pode ter VÁRIOS NÍVEIS HIERÁRQUICOS, pois a NORMA 
NÃO LIMITA
Identificada por uma SEQUÊNCIA DE NÚMEROS
NORMA IEC 61131-3
NA MEMÓRIA DO CLP
NORMA IEC 61131-3
NA MEMÓRIA DOCLP
NORMA IEC 61131-3
NA MEMÓRIA DO CLP
NORMA IEC 61131-3
NOMENCLATURA DE VARIÁVEIS
I0.0 ou IX0.0
• Entrada, tipo Binária, Byte 0, Bit 0
IW5
• Entrada, tipo Word, posição 5
QB3
• Saída, tipo Byte, posição (Byte) 3
M2.1 ou 
MX2.1
• Memória, tipo Binária, Byte 2, Bit 1
NORMA IEC 61131-3
TIPOS DE PROGRAMAÇÃO
LADDER DIAGRAM (LD)
FUNCTION BLOCK DIAGRAM (FBD)
INSTRUCTION LIST (IL)
SEQUENTIAL FUNCTION CHART (SFC)
STRUCTURAL TEXT (ST)
PROGRAMAÇÃO LADDER
M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
NORMA IEC 61131-3
ESTRUTURA DA PROGRAMAÇÃO EM LADDER
ANÁLOGA AOS PAINÉIS DE RELÉ ANTIGOS
• Facilitou a adaptação dos projetistas na época
NORMA IEC 61131-3
ESTRUTURA DA PROGRAMAÇÃO EM LADDER
ESTRUTURA
• TRILHOS: “alimentação virtual” para a “corrente virtual”
que faz o programa funcionar
• LINHAS: em cada uma das linhas é montada uma lógica de 
acionamento usando cada uma das funções lógicas 
disponíveis
• FLUXO DE ENERGIA: caminho e sentido por onde flui a 
“corrente virtual”, usada para realizar os acionamentos com 
base nas funções lógicas dispostas na linha
• FUNÇÕES LÓGICAS: estruturas lógicas montadas nas linhas 
para realizar análises de estados e valores de variáveis, bem 
como realizar ações de acionamento de variáveis
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXAMINAÇÃO
EXAMINAR SE ENERGIZADO: EXAMINAR SE DESENERGIZADO:
Estado do bit Instrução
0 Falsa
1 Verdadeira
Estado do bit Instrução
0 Verdadeira
1 Falsa
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
ENERGIZAR
ENERGIZAR SAÍDA:
Linha de 
instrução
Bit de saída 
associado
Verdadeira 1
Falsa 0
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
Um sistema composto por um botão pulsante, deve 
ligar uma lâmpada quando for pressionado, desligá-la 
quando não for pressionado.
Monte o programa em ladder que resolve esse 
problema
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
Um sistema composto por dois botões pulsantes, devem 
funcionar da seguinte forma:
Quando o botão pulsante verde for pressionado, a lâmpada 
deve ligar, e assim permanecer até que o botão pulsante 
vermelho seja pressionado.
Monte o programa em ladder que resolve esse problema
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
Um sistema composto por dois botões pulsantes, devem 
funcionar da seguinte forma:
Quando o botão pulsante verde for pressionado, a lâmpada 
deve ligar, e assim permanecer até que o botão pulsante 
vermelho seja pressionado.
Monte o programa em ladder que resolve esse problema
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
%I0.0 %I0.1
%Q0.0
%I0.0 %I0.1 %Q0.0
%Q0.0
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
ENERGIZAR COM RETENÇÃO
ENERGIZAR SAÍDA COM 
RETENÇÃO:
S
DESENERGIZAR SAÍDA COM 
RETENÇÃO:
R
Linha de instrução Bit de saída associado
Verdadeira 1
Falsa X
Linha de instrução Bit de saída associado
Verdadeira 0
Falsa X
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
Agora que você conhece as funções Set (Latch) e Reset 
(Unlatch), resolva o mesmo problema da questão 
anterior usando estas funções.
LADDER: INSTRUÇÕES DE BIT
EXERCÍCIO
%I0.0 %I0.1
%Q0.0
%I0.0
%I0.1
%Q0.0
%Q0.0
S
R
REFERÊNCIAS
DIGITAIS ANALÓGICOS
Mais de 2 estados
• Medida de temperatura
• Medida de pressão
MORAES, Cícero Couto de; CASTRUCCI, Plínio de Lauro. Engenharia de automação 
industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. xi, 347 p. ISBN 9788521615323 (broch.) 
MAYA, Paulo Alvaro; LEONARDI, Fabrizio. Controle essencial / . São Paulo: Pearson, 
2014. xvii, 347 p. : ISBN 9788543002415 (broch.). 
THE INTERNATIONAL SOCIETY OF AUTOMATION. ANSI/ISA-5.1-2009: Instrumentation 
Symbols and Identification. Research Triangle Park: Isa, 2009.
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1A!