3 - CLP - APLICAÇÃO CONTROLE PROCESSOS [SLIDES]

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CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Controle
Altera
COMANDO
Processo
Sistema Manual
Monitora
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Controle Processo
Sistema Automático
Comando
Monitoração
Alteração
CLP
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Sistema Automático
Controlador
Processo
Sensores
COMANDO
Entradas Saídas
Atuadores
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MemóriaProcessador(CPU)
Barramento
(dados, endereços, controle)
Entradas Saídas
Fonte
Diagrama Simplificado
Porta de
Comunicação
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Início
Ler as entradas
Executa programa
Atualiza as Saídas
Quando em operação o CLP
segue o fluxograma ao lado
Também denominado por
“ciclo de scan”
Determina a velocidade do
CLP. Quanto menor o ciclo
mais rápido é o CLP.
Funcionamento
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Unidade Central de Processamento
Processa o programa do usuário;
Utiliza microprocessadores, microcontroladores ou
DSP´s de 8, 16 ou 32 bits;
Existem recursos de hardware e software para
tratamento de interrupções;
CPU
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Dados Usuário
Armazena os estados de
entradas, saídas, marcadores,etc;
Armazena o programa
aplicativo, criado pelo usuário;
[ RAM, EPROM, EEPROM,
NVRAM, FLASH-EPROM ]
Sistema de Memória
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Sensores
Analógicos
Digitais
Transdutores de tensão e corrente, pressão
temperatura, potenciômetros ...
Chaves fins-de-curso, botões, chaves seletoras,
pressostatos, chaves de nível, contatos de relés ...
Entradas
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Conversor
A/D
Registradores
Configuração
Canais
Entradas Analógicas
CPU
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FOTOACOPLADOR
Vcc
PNP
Entradas Digitais
Sensor
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FOTOACOPLADOR
NPN
Vcc
Entradas Digitais
Sensor
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Atuadores
Analógicos
Digitais
Medidores, válvulas proporcionais, mostradores
gráficos, acionamentos de motores ...
Alarmes,solenóides, sinaleiros, bobinas de relés,
contatores ...
Saídas
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Conversor
D/A
Registradores
Configuração
Canais
Saídas Analógicas
CPU
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Vc [+]
Vc [-]
Saídas a Relé
Carga
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Vc [+]
Vc [-]
Carga 1
Carga 2
Carga N
comum
Saídas a Relé
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Vcc [+]
Vcc [-]
Saídas a Transistor
Carga
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Entradas para temperatura : Recebem sinais diretamente dos
sensores (termopares - J,K,L,R,S,
T, e termoresistências PT100);
Entradas Rápidas : Detecta pulsos mais rápidos que o ciclo de 
scan (interrupções); 
Permitem leitura direta de encoders; 
Módulos de Rede : Permite estabelecer comunicação entre CLP´s 
e outros equipamentos inteligentes;
Interfaces Especiais
Relógio de Tempo Real : Permite que sejam tomadas ações em
função de um relógio permanente;
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Terminais
Inteligentes
Programadores
dedicados
Edição, Alteração, Monitoração
do programa aplicativo
Interface Homem-Máquina Impressoras
Periféricos
Microcomputadores
IHM Touch Screen
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Memória
de
Programa
Compilador
Editores
Ambiente de Programação CLP
Sistemas de Programação
Aplicativo
(executável)
Linguagens
Simbólicas
Linguagem
de
Máquina
Armazena
mento
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Listas de Instruções
Diagrama de Contatos
Diagramas de Blocos
Traduzem as funções a serem executadas pelo CP
( Conforme norma IEC 61131-3 )
Linguagens Simbólicas
Texto Estruturado
Diagramas Seqüenciais
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Exemplo :
.......
0001 STR X001
0002 OR X002
0003 AND NOT X003
0004 AND NOT C020
0005 OUT C001
0006 STR C001
0007 TMR V001 V002
0008 OUT C050
........
........
Programa segue uma seqüência
de comandos escritos de forma
específica.
Para linha TP - WEG
Mnêmonicos booleanos
Lista de Instruções
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Programa é escrito como se
representasse um circuito
elétrico de comando.
Exemplo :
TMR V001 V002
C001 C050
X002
X001 X003 C020 C001
Para linha TP - WEG
Também chamado “Ladder”
Diagrama de Contatos
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Programa é escrito como se representasse um circuito com
portas lógicas (eletrônica digital)
Exemplo :
OR
AND
I 1.1
I 1.2
I 2.3
M 100
O 3.2
Diagrama de Blocos
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Encorders
ENCODERS INCREMENTAIS
(GERADOR DE PULSOS)
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Encorders
máscara
LED
eixo do encoderdisco ranhurado
foto-receptores
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Encorders
A
B
B
0
0
A
Sinais de Saída
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Relés Acopladores
+ 24Vcc -
220 Vca / 10 A
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Digital/Analógico ("D/A converter" ou DAC).
Sistemas que aceitam uma palavra digital como entrada e
traduzem ou convertem para uma tensão ou corrente elétrica
analógica são chamados de conversores Digitais/Analógicos.
Analógico/Digital ("A/D converter" ou ADC).
Frequentemente, é requerido a conversão de dados obtidos em
um sistema físico na forma analógica para a forma digital.
Conversores A/D são utilizados para conversão da forma
Analógica para a Digital.
CONVERSORES D/A E A/D
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Conversores D/A
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Em geral temos que:
Saída analógica = K x Entrada digital
onde K é o fator de proporcionalidade e
é um valor constante para um conversor
D/A em particular conectado a uma
tensão de referência fixa. Naturalmente, a
saída analógica pode ser uma tensão ou
uma corrente. Quando for uma tensão, K
estará em unidades de tensão, e, quando
for uma corrente, K estará em unidades
de corrente.
Logo: K=saída analógica/entrada digital
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Conversores D/A
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Para o conversor D/A da Figura temos:
K=1V, de modo que
Vout = (1V) X entrada digital
Podemos utilizar isto para calcular Vout,
para diversos valores da entrada digital.
Por exemplo, com uma entrada digital de
1100, = 12,,, obtemos
Vout = 1V X 12=12V
Fator Proporcionalidade (K)
Conversores D/A
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Uma nova interpretação desta expressão seria que a entrada
digital é igual ao número de degraus, K é a quantidade de
tensão (ou corrente) por degrau, e a saída analógica é o
produto dos dois. Temos agora um modo conveniente de
calcular o valor de K para o D/A:
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Para o conversor D/A da Figura, deve-se notar que cada
entrada digital contribui de forma diferente para a saída
analógica. Isto é facilmente constatado se examinarmos os
casos em que apenas uma entrada está em ALTO (verTabela).
As contribuições de cada entrada digital são ponderadas de
acordo com sua posição no número binário. Assim, A, que é o
LSB, tem um peso de 1V, B tem um peso de 2V, C tem um
peso de 4V e D, o MSB, tem o maior peso, 8V.
Conversores D/A
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Os pesos são sucessivamente dobrados para cada bit,
começando com o LSB. Logo, podemos considerar Vout como
sendo a soma ponderada das entradas digitais.
Por exemplo, para determinar Vout, para a entrada digital 0111,
podemos somar os pesos dos bits C, B e A para obter:
(4V + 2V+1V=7V),
Conversores D/A
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A resolução de um Conversor D/A é definida como a menor
alteração que pode ocorrer na saída analógica como resultadode uma mudança na entrada digital. Consultando a tabela
abaixo, podemos ver que a resolução é 1V, já que V não pode
mudar menos do que 1V quando o valor da entrada digital é
alterado. À resolução é sempre igual ao peso do LSB e também
é chamada de tamanho do degrau, tendo em vista que é o
quanto V muda conforme o valor digital de entrada é alterado de
um degrau para o próximo.
Resolução (Tamanho do Degrau)
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Conversores D/A 
Funcionamento
As saídas de um contador binário de quatro bits acionam as entradas
do Conversor D/A. Conforme o contador vai sendo incrementado
pelos seus 16 estados pelo sinal de clock, a saída do Conversor D/A
apresenta uma forma de onda do tipo escada que aumenta 1V por
degrau. Quando o contador está em 1111, a saída do conversor D/A
está no seu valor máximo de 15V; é a sua saída de fundo de
escala. Quando o contador recicla para 0000, a saída do D/A retorna
para 0V. A resolução ou tamanho do degrau é o tamanho dos saltos da
forma de onda do tipo escada; neste caso, cada degrau é de 1 V.
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1) Um conversor D/A de 5 bits tem saída em corrente. Para uma entrada digital de 
10100, uma corrente de saída de 10mA é produzida. Qual será a corrente de saída Iout, 
para uma entrada digital de 11101?
2) Qual é o maior valor de tensão de saída de um conversor D/A de oito bits que 
produz 1,0V para uma entrada digital de 00110010? 
3) Um conversor D/A de cinco bits produz Vout=0,2V para uma entrada digital de 
00001. Determine o valor de Vout para uma entrada de 11111.
4) Qual é a resolução (tamanho do degrau) do conversor D/A do exercício 3? 
Descreva o sinal do tipo escada deste conversor D/A.
5) Para o conversor D/A do exercício 3, determine Vout para uma entrada digital de 
10001.
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Conversores D/A (Exercícios)
6) A figura abaixo mostra um computador controlando a velocidade de um motor. A
corrente analógica de 0 a 2mA do conversor D/A é amplificada para produzir
velocidades no motor de 0 a 1000 rpm (rotações por minuto). Quantos bits deveriam
ser usados se o computador tivesse que ser capaz de produzir uma velocidade no
motor que estivesse, no máximo, a 2 rpm da velocidade desejada?
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Conversores D/A (Exercícios)
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Conversores A/D 
Funcionamento
Um conversor analógico-digital recebe uma tensão analógica de
entrada e depois de um certo tempo produz um código digital de
saída que representa a entrada analógica.
O processo de conversão A/D geralmente é mais complexo e
consome mais tempo do que o processo D/A, e muitos métodos
diferentes foram desenvolvidos e utilizados.
Examinaremos diversos métodos em detalhe, muito embora possa
não ser necessário projetar ou construir conversores A/D (eles são
disponíveis como unidades completamente encapsuladas).
Entretanto, as técnicas que são usadas fornecem uma compreensão
dos fatores que determinam a performance de um conversor A/D.
Arquitetura Conversores A/D
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Conversores D/A 
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Conversores A/D Rampa Digital
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Uma das versões mais simples do conversor A/D geral utiliza um
contador binário como o registrador e permite que o clock incremente
o contador um passo de cada vez até que Vax>=V, É o chamado
conversor A/D de rampa digital porque a forma de onda de Vax, é
uma rampa passo a passo (na verdade uma escada). Também é
conhecido como conversor A/D tipo contador.
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Conversores A/D Rampa Digital
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Conversores A/D (Exercícios)
1) Considere os seguintes valores para o conversor A/D da Figura;
frequência do clock=1MHz; VT= 0,1mV; O conversor D/A tem saída de
F.S=10,23V e uma entrada de 10 bits. Determine os seguintes valores.
(a) O equivalente digital obtido para VA=3,728V;
(b) O tempo de conversão;
(c) A resolução deste conversor.
2) Para o mesmo conversor A/D,
determine a faixa aproximada de
tensões analógicas de entrada
que produzirá o mesmo
resultado digital 01011101012 =
37310
3) O que acontecerá na operação do conversor A/D de rampa
digital se a entrada analógica VA for maior do que o valor de
fundo de escala?
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Conversores A/D (Exercícios)