Introdução ao CLP

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Controlador Lógico Programável
INTRODUÇÃO
Definição
• O controlador lógico programável é um dispositivo
eletrônico que controla máquinas e/ou processos;
• Utiliza uma memória programável para armazenar
instruções e executar funções específicas que
incluem controle de energização e desernegização,
temporização, contagem, operações matemáticas e
manipulação de dados.
INTRODUÇÃO
Histórico
• Controlador Lógico Programável (CLP);
• Programmable Logic Controller (PLC);
• Origem na indústria automobilística em 1968;
• Nasceu da dificuldade de mudar a lógica de
controle de painéis de comando a cada mudança na
linha de montagem.
INTRODUÇÃO
Histórico
• Os painéis eram grandes, compostos por dezenas
ou centenas de relés que desempenhavam a lógica
do sistema;
• Alterações na linha de montagem implicavam em
alto custo e tempo.
INTRODUÇÃO
Histórico
• Desenvolvido com o objetivo de se poder alterar
uma linha de montagem sem que fosse necessário
realizar grandes alterações mecânicas e fosse
rápido;
• É um computador projetado para trabalhar em
ambientes industriais;
• Atuadores e sensores são conectados a robustos
cartões de interface (módulos de entradas e
saídas).
INTRODUÇÃO
Histórico
• No passado apenas manipulava aplicações de
controle digital e consequentemente, instruções de
lógica;
• Hoje, os controladores processam sinais analógicos
e digitais e são capazes de realizar tanto lógicas
como cálculos aritméticos.
INTRODUÇÃO
Histórico
• 1ª Geração: os CLPs de primeira geração se
caracterizam pela programação intimamente ligada
ao hardware do equipamento. A linguagem
utilizada era o Assembly que variava de acordo com
o processador utilizado no projeto do CLP.
INTRODUÇÃO
Histórico
• 2ª Geração: aparecem as primeiras “Linguagens de
Programação” não tão dependentes do hardware
do equipamento, possíveis pela inclusão de um
“Programa Monitor” no CLP, o qual converte
(compila) as instruções do programa, verifica o
estado das entradas, compara com as instruções do
programa do usuário e altera o estados das saídas.
INTRODUÇÃO
Histórico
• 3ª Geração: os CLPs passam a ter uma entrada de
programação, onde um teclado ou programador
portátil é conectado, podendo alterar, apagar,
gravar o programa do usuário, além de realizar
testes (debug) no equipamento e no programa. A
estrutura física também sofre alterações sendo a
tendência para os sistemas modulares com
bastidores ou racks.
INTRODUÇÃO
Histórico
• 4ª Geração: com a popularização e a diminuição
dos preços dos microcomputadores, os CLPs
passaram a incluir uma entrada para a comunicação
serial. Desta forma a programação passa a ser
realizada no computador e transferida para o CLP.
INTRODUÇÃO
Histórico
• 5ª Geração: atualmente existe uma preocupação
em padronizar protocolos de comunicação para os
CLPs, de modo a proporcionar que o equipamento
de um fabricante “converse” com o equipamento
de outro fabricante, proporcionando uma
integração total entre sistemas distintos.
INTRODUÇÃO
Vantagens
• Menor espaço;
• Menor consumo de energia;
• Reutilizável;
• Programável;
• Maior confiabilidade e flexibilidade;
• Manutenção mais fácil e rápida;
• Possibilidade de comunicação com outros CLPs e
computadores;
• Permitem maior rapidez na elaboração do projeto
do sistema.
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
• Fonte de alimentação: converte a tensão da rede de
110 ou 220 VCA em +5VCC, +12VCC ou +24VCC
para alimentar os circuitos eletrônicos, as entradas
e as saídas;
• Unidade de processamento (CPU): composta por
micro controladores ou microprocessadores
Endereçamento de memória de até 1 Megabyte,
velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulação
de dados decimais, octais e hexadecimais;
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
• Bateria: utilizada para manter o circuito do relógio
em tempo real. Normalmente são utilizadas
baterias recarregáveis;
• Memória do programa supervisor: responsável pelo
gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não
pode ser modificado pelo usuário e fica
normalmente em memórias do tipo PROM, EPROM,
EEPROM;
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
• Memória do usuário: espaço reservado ao
programa do usuário. Constituída por memórias do
tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Também
pode-se utilizar cartuchos de memória, para
proporcionar agilidade e flexibilidade;
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
• Memória de dados: armazena valores do programa
do usuário, tais como valores de temporizadores,
contadores, códigos de erros, senhas, etc. Nesta
região se encontra também a memória imagem das
entradas – a saídas. Esta funciona como uma tabela
virtual onde a CPU busca informações para o
processo decisório.
INTRODUÇÃO
Estrutura do CLP
• Circuitos auxiliares: atuam em caso de falha do CLP:
▪ POWER ON RESET: desliga todas as saídas assim que o
equipamento é ligado, isso evita que possíveis danos
venham a acontecer.
▪ POWER DOWN: monitora a tensão de alimentação
salvando o conteúdo das memórias antes que alguma
queda de energia possa acontecer.
▪ WATCH DOG TIMER: o cão de guarda deve ser acionado
em intervalos periódicos, isso evita que o programa
entre em “loop”.
INTRODUÇÃO
Funcionamento do CLP
INTRODUÇÃO
Inicialização do CLP
• Verifica o funcionamento eletrônico da CPU 
memórias e circuitos auxiliares; 
• Verifica a configuração interna e compara com os 
circuitos instalados; 
• Verifica o estado das chaves principais (RUN / STOP, 
PROG, etc.); 
• Desativa todas as saídas; 
• Verifica a existência de um programa de usuário; 
• Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima 
falhe.
INTRODUÇÃO
Verificação das Entradas do CLP
• O CLP lê o estados de cada uma das entradas,
verificando se alguma foi acionada;
• O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de
Varredura (scan) e normalmente é de alguns
microssegundos (scan time).
INTRODUÇÃO
Registro nos módulos I/O
• Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os
resultados obtidos em uma região de memória
chamada de Memória Imagem das Entradas e
Saídas. Ela recebe este nome por ser um espelho
do estado das entradas e saídas. Esta memória será
consultada pelo CLP no decorrer do processamento
do programa do usuário.
INTRODUÇÃO
Execução do programa
• CLP ao executar o programa do usuário, após
consultar a Memória Imagem das Entradas, atualiza
o estado da Memória Imagem das Saídas, de
acordo com as instruções definidas pelo usuário em
seu programa.
INTRODUÇÃO
Atualização das saídas
• O CLP escreve o valor contido na Memória das
Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de
saída.
• Inicia-se, então, um novo ciclo de varredura.
INTRODUÇÃO AO CLP
Definição
• Os Controladores Lógicos Programáveis são
equipamentos industriais que fazem o controle
do funcionamento de máquinas e sistemas
automatizados
INTRODUÇÃO AO CLP
Definição
• Segundo a norma IEC 61131 2003 o controlador
programável é um sistema eletrônico digital,
desenvolvido para ambiente industrial e que usa
uma memória programável para armazenamento
interno de instruções do usuário, para
implementação de funções específicas (tais como
lógica, sequenciamento, temporização, contagem
e aritmética), no intuito de controlar, através de
entradas e saídas, vários tipos de máquinas e
processos
INTRODUÇÃO AO CLP
Definição
• Para que o CP controle algo, necessita de
informações do comportamento do processo
Para fazer a leitura dessas informações, ele
depende de dispositivos como sensores, botões,
chaves de fim de curso, entre outros
INTRODUÇÃO AO CLP
Definição
• Já os atuadores são elementos que podem ser
diretamente controlados pelo CP (tais como
lâmpadas, pequenos motores e bobinas de relés)
ou podem ainda ser controlados indiretamente,
através de contatores e válvulas como grandes
motores e cilindros pneumáticos ou hidráulicos
INTRODUÇÃO AO CLP
Definição
• Fazendo uma analogia com o corpo humano,
podemos dizer que o CP é o cérebro que toma
decisões e faz o controle do sistema, os sensores
são os olhos do processo,pois fazem as leituras,
e os atuadores por realizarem tarefas, são as
pernas e os braços do sistema
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Um CLP é composto por uma estrutura básica
formada por fonte de alimentação, e módulos de
entradas e saídas, que podem ser digitais e
analógicas
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Módulo de entrada digital (ou discreta) recebe
sinais geralmente conhecidos como ON/OFF,
ligado/desligado, ou níveis lógicos 0/1 Entre os
dispositivos de entrada, é possível citar, por
exemplo botões, sensores, pressostato e chaves
em geral (posição, etc)
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Módulo de saída digital fornece sinais digitais do
tipo ON/OFF, ligado/desligado, ou ainda níveis
lógicos 0/1 às saídas do módulo Essas saídas são
utilizadas para ligação de lâmpadas, contatores,
válvulas solenoides, relés, etc.
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Módulo de entrada analógica recebe um sinal de
entrada variável normalmente entre 0 e 10 V ou
4 e 20 mA, provenientes de sensores que
fornecem valores analógicos ( sensores de vazão,
termopares, etc)
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Módulo de saída analógica é usado, por exemplo,
para movimentar, proporcionalmente a abertura
de uma válvula de controle de vazão, fornecendo
um sinal que varia normalmente de 0 a 10 V ou
de 4 a 20 mA. O sinal é enviado para a válvula
controlando sua abertura, variando assim a vazão
INTRODUÇÃO AO CLP
Sinais Digitais
INTRODUÇÃO AO CLP
Sinais Digitais
INTRODUÇÃO AO CLP
Sinais Analógicas
INTRODUÇÃO AO CLP
Sinais Analógicas
INTRODUÇÃO AO CLP
Memórias
• O CLP possui em sua estrutura alguns tipos de
memórias que têm a função de armazenar todas as
instruções e todos os dados necessários para
executá-los. Porém, para cada tipo de informação,
existe uma memória específica
INTRODUÇÃO AO CLP
Memórias
INTRODUÇÃO AO CLP
Estrutura
• Embora a estrutura básica seja a mesma para todos
os CLPs em relação à sua estrutura, podemos dividi-
los em dois grupos os modulares e os monoblocos.
Basicamente, ambos possuem a mesma finalidade,
porém com algumas características diferentes
INTRODUÇÃO AO CLP
Modular X Compacto
• CLPs modulares: os componentes que formam esse
tipo de CLP são dispostos em módulos, conectados
uns aos outros. A vantagem é que a quantidade de
entradas e saídas pode ser expandida, atingindo
um grande número de pontos. Além disso, alguns
modelos permitem que esses módulos sejam
inseridos ou removidos sem a necessidade de
desligar o CLP, o que evita a paralização da
produção
INTRODUÇÃO AO CLP
Modular X Compacto
• Como desvantagem, são mais caros e a instalação é
mais demorada, se comparados aos CLPs
monoblocos. Os CLPs modulares são mais utilizados
no controle de plantas de manufatura e processos
industriais de grande porte
INTRODUÇÃO AO CLP
CLPs modulares
INTRODUÇÃO AO CLP
Modular X Compacto
INTRODUÇÃO AO CLP
Modular X Compacto
• Nesses controladores, a IHM e o teclado são
instalados na parte frontal do painel para que o
operador da máquina, o instalador ou o
mantenedor possam inserir ou ler informações no
CLP
INTRODUÇÃO AO CLP
Modular X Compacto
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• As conexões elétricas de entradas e saídas digitais
ou analógicas têm seus procedimentos de
instalação aplicados tanto para CLPs monoblocos
como para modulares
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Nos pontos de entrada digitais você conecta os
botões, as chaves e os sensores elétricos e
eletrônicos de uma máquina ou processo a ser
controlado
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• As entradas de um módulo são identificadas como I
(Input)
• O símbolo % significa endereço de memória
utilizado na programação, a letra I, o input
(entrada), depois o byte e, por último, o bit
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Observe que o botão fornece 0 V, nível lógico “0”
quando não está acionado porque está aberto. Ele
fornece +24 VCC, nível lógico “1” quando estiver
pressionado.
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Nas saídas digitais de tensão contínua, você conecta
lâmpadas, bobinas de contatores, solenoides de
válvulas, atuadores eletropneumáticos e eletro
hidráulicos, pequenos motores, entre outros
dispositivos da máquina ou do processo a ser
controlado
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Os pontos de saída digitais podem ser digitais PNP,
digitais NPN e relé de contato seco
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Digitais PNP nessa configuração, os pontos de saída
do CLP fornecem o positivo para as cargas
conectadas à saída do módulo, sendo o negativo o
ponto comum para ligação das cargas
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• Digitais NPN fornecem o negativo para as cargas
conectadas aos pontos de saída, sendo o positivo
ponto comum de ligação de todos dispositivos
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
• As ligações em relação às cargas na configuração
NPN ou PNP possuem apenas uma diferença a
inversão na polaridade da alimentação A instalação
dos pontos de saída com CLP que utiliza contato
seco pode fornecer um sinal positivo ou negativo,
dependendo da especificação
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
INTRODUÇÃO AO CLP
Conexões elétricas
INTRODUÇÃO AO CLP
Programação
INTRODUÇÃO AO CLP
Programação
INTRODUÇÃO AO CLP
Programação
INTRODUÇÃO AO CLP
Programação
INTRODUÇÃO
Cadeia de Comando
INTRODUÇÃO
Elementos de Trabalho
• Atuadores pneumáticos • Atuadores elétricos
• Atuadores hidráulicos
INTRODUÇÃO
Elementos de Comando
• Driver de potência
• Contatores e relés
• Válvulas pneumáticas
• Válvulas hidráulicas
INTRODUÇÃO
Elementos de Processamento de Sinais
• Contatores e relés
• Controladores Lógicos Programáveis
• Válvulas
INTRODUÇÃO
Elementos de Sinais
• Chaves fim de curso • IHM
• Sensores • Elementos manuais
INTRODUÇÃO
Energia de Trabalho e Controle
• Fonte de alimentação
• Unidades de tratamento de ar
INTRODUÇÃO
Sinais
• Um sinal é a representação de informações em
forma de um valor ou de uma curva de valores de
uma grandeza física (DIN 19226).
INTRODUÇÃO
Sinais
• Um Sinal Analógico apresenta uma variação
contínua ao longo do tempo, podendo ter
características de amplitude e frequência bastante
variáveis.
INTRODUÇÃO
Sinais
• Um Sinal Digital do tipo Binário é uma sequência de
dois níveis de impulsos com amplitude definida, e
sucedendo-se a intervalos de tempo regulares.
INTRODUÇÃO
Constantes e Variáveis Booleanas
INTRODUÇÃO
Níveis de Sinal
SISTEMAS DIGITAIS
Álgebra Booleana
• As possibilidades de tratamento de sinais binários
podem ser descritas, empregando-se as três
operações básicas:
• E (AND)
• OU (OR)
• NÃO (NOT)
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “E”
• Também conhecida como:
• Conjunção;
• União AND;
• Produto lógico (produto de Boole).
• Funcionamento:
• O sinal de saída será 1, se, e somente se, todos
os sinais de entrada forem 1.
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “E”
• Símbolos:
• Símbolos lógicos:
• s = a ^ b
• s = ab
• s = a.b
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “E”
• Tabela-verdade:
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “OU”
• Também conhecida como:
• Disjunção;
• União OR;
• Soma lógica (soma de Boole).
• Funcionamento:
• Se as variáveis de entrada em uma, em várias ou
em todas as entradas tem o valor 1, o sinal de
saída também tem o valor 1.
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “OU”
• Símbolos:
• Símbolos lógicos:
• s = a V b
• s = a + b
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “OU”
• Tabela-verdade:
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “NÃO”
• Também conhecida como:
• Negação;
• União NOT;
• Complemento;
• Inversão.
• Funcionamento:
• O sinal de saída é 1, se o sinal de entrada é 0. Se
este for 1 a saída será 0.
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “NÃO”
• Símbolos:
• Símbolos lógicos:
• s = a
_
SISTEMAS DIGITAIS
Operação Lógica “NÃO”
• Tabela-verdade:
SISTEMAS DIGITAIS
Outras operações
• Operação “NÃO” +
“E” (NAND)
• Operação“NÃO” +
“OU” (NOR)
SISTEMAS DIGITAIS
Circuitos elétricos
• NOT:
• AND:
• NOR:
• OR:
• NAND:
INTRODUÇÃO AO CLP
Especificações
• Entradas e saídas: quantidade e tipos (Analógicas
e/ou Digitais);
• Requisitos elétricos;
• Circuitos de saída;
• Requisitos de memória;
• Velocidade de Operação;
• Comunicação;
• Interfaces de operação.
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Estrutura
INTRODUÇÃO AO CLP
Ciclo de varredura (scan cycle)
INTRODUÇÃO AO CLP
Norma IEC 61131
• Tem como objetivo unificar as características de
Software e Hardware para Controladores Lógicos
Programáveis.
INTRODUÇÃO AO CLP
Norma IEC 61131
• Define a estrutura do software do CLP, linguagens e
execução de programas;
• Padronização de 5 linguagens de Programação;
• Basicamente, a norma é divida em:
• Elementos comuns;
• Linguagens de programação.
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Elementos comuns
• Tipos de dados:
• Booleanos, inteiros, reais, bit, byte, word, date,
time_of_day e string.
• Variáveis;
• Locais ou Globais;
• Configuração do Hardware, CLP, e comunicação;
• Unidades de Organização de Programa (POU):
• Funções;
• Blocos Funcionais;
• Programas;
• Tarefas.
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Tipos de dados
INTRODUÇÃO AO CLP
Linguagens de programação
• Texto Estruturado (Structured Text – ST);
• Lista de Instruções (Instruction List – IL);
• Diagrama de Blocos de Funções (Function Block
Diagram – FBD);
• Diagrama Funcional Sequencial (Sequential
Function Chart – SFC);
• Linguagem Ladder (Ladder Diagram – LD).
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Linguagens de programação
INTRODUÇÃO AO CLP
ST (Structured Text)
• Linguagem de programação de alto nível,
semelhante ao Pascal;
• Ideal para tomada de decisões, cálculos, criação de
blocos funcionais;
• Suporte a funções tais como:
• Loops (REPEAT-UNTIL; WHILE-DO)
• Condições (IF-THEN-ELSE; CASE)
• Funções matemáticas (SQRT(), SIN())
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IL (Instruction List)
• Linguagem de baixo nível
semelhante ao Assembly;
• Recomendada em pequenas
aplicações ou otimização de
códigos;
• Linguagem básica para 
exportação de programas 
(portabilidade).
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FBD (Function Block Diagram)
• Adequada para controle discreto, sequencial, 
regulatório e etc;
• Representação de fácil interpretação;
• Blocos expansíveis em função do número de 
parâmetros de entrada;
• Blocos encapsulam o algoritmo, destacando o 
fluxo informações e o processamento de sinais.
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SFC (Sequential Function Chart)
• Descreve graficamente o 
comportamento seqüencial
de um programa de controle;
• É a única linguagem gráfica 
da norma que também pode 
ser programada de forma 
textual;
• Linguagem adotada para 
programação de sistemas de 
bateladas (batchs);
• Fácil detecção, diagnóstico, 
de ocorrência de erros.
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LD (Ladder Diagram)
• Linguagem gráfica na qual o programa é executado 
usando símbolos padronizados:
• Baseado no estilo norte-americano de programação 
que lembra a norma de diagramas de circuitos 
elétricos dos EUA.
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Tipos de variáveis
• Variáveis servem para associar os elementos do 
sistema dentro do programa (elementos de sinais de 
entrada ou elementos que recebem os sinais de 
saída), ou apenas para tratar algumas informações e 
criar lógicas para atingir os resultados esperados e 
enviar os sinais às variáveis de saída.
INTRODUÇÃO AO CLP
Tipos de variáveis
• As variáveis devem ser declaradas (normalmente no 
início dos programas ou em arquivos de acesso 
“global”), devem ter um nome, um formato de 
dados e podem estar associadas aos módulos de 
entrada ou saída do CLP.
INTRODUÇÃO AO CLP