ALT-02-2 Aula Diagrama Ladder - Diagrama Ladder

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Diagramas Ladder ...................................................................... 3 
Facilidade da instalação .......................................................... 18 
Facilidade da manutenção e da pesquisa de defeitos .................. 20 
Bibliografia: .......................................................................... 25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Diagramas Ladder 
Aula 02 
 
Olá alunos! Sejam bem-vindos a segunda aula de CLP, cujo 
tema é a introdução à linguagem Ladder. 
Os objetivos dessa aula são a definição da linguagem de 
programação, a apresentação da linguagem Ladder, seus aspectos, 
conceitos básicos e ações básicas, além de exemplos da sua 
aplicação. 
Como você sabe o elemento controlador do CLP (CPU) é 
responsável pela leitura dos sinais de entrada, os racks de controle 
conseguem processar os sinais de I/O dentro da CPU através da 
programação que é feita em Ladder e gravada na CPU do CLP; assim 
o CLP consegue interagir com a planta de processo através dos 
atuadores. 
Assim, a linguagem de programação é responsável pela lógica 
de controle, é como se fosse uma receita de bolo que indica para o 
controlador qual é ação que deve ser feita a partir dos valores de 
entrada, com isso é possível atualizar sua saída ou seus atuadores. 
A linguagem Ladder surgiu junto com CLP, seu nome é oriundo 
de uma analogia com a palavra em inglês escadas, nela barras 
verticais são interligadas pelas linhas de controle ver Figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 1 – Exemplo de linguagem Ladder 
 
Segue, na Figura 1, um exemplo de lógica utilizando a 
linguagem Ladder, primeiro há um símbolo de contato aberto, XO, a 
entrada normalmente é aberta, esse contato poderia ser uma 
botoeira ou um sensor digital. 
Na sequência há outro contato agora fechado, X1, que também 
é de entrada, mas normalmente se encontra fechado. 
Para finalizar há um “Coil”, ou bobina de saída, indicada pela 
palavra YO (out) e que pode ser usada para acionar o atuador, um 
relé ou contator. 
Essa linguagem tem como característica a semelhança com 
diagramas elétricos convencionais, hoje em dia é uma das mais 
difundidas por conta da facilidade de interpretação. Com a Ladder é 
fácil visualizar os estágios das variáveis, realizar leituras rápidas e a 
alteração da lógica. 
Segundo Marcelo Georgini “mesmo tendo sido a primeira 
linguagem destinada especificamente à programação de CLPs, a 
Linguagem Ladder mantém-se ainda como a mais utilizada, estando 
presente praticamente em todos os CLPs disponíveis no mercado”. 
 
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Tabela 1 – Exemplo de simbologia Ladder 
Descrição Linguagem Ladder Diagrama Elétrico 
Contato aberto 
Contato fechado 
Saída 
 
Veja a seguir um contato normal aberto, através do símbolo de 
%, que indica que está sendo realizada uma referência a um 
endereço físico do CLP. Assim esse contato aberto está associado a 
uma entrada física. 
Figura 2 – Contato normal aberto “NA” 
Definições Iniciais 
 
 
Examina se ligado 
Verifica o estado do bit endereçado. 
 Se bit = 1, instrução é verdadeira. 
 Se bit = 0, instrução é falsa. 
 
0.0 , então se o bit for 1 a instrução é verdadeira, se o bit for 0 
a instrução é falsa. 
Na Figura 3 é possível observar um contato normal fechado 
associado à entrada 0.1, neste caso 0.1 seria a identificação do canal 
1 do cartão de entrada, que vai ser uma lógica invertida “NF”, então 
se o bit for 1 a instrução é falsa se o bit for 0 a instrução é 
verdadeira, você pode entender isso como sendo um porta NOT. 
 
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Figura 3 – Contato Normal Fechado “NF” 
 
Examina se desligado 
Verifica o estado do bit endereçado. 
 Se bit = 1, instrução é falsa. 
 Se bit – 0, instrução é verdadeira. 
 
Considere o desenho da Figura 4 para efeito de interpretação 
de uma corrente virtual, toda vez que esse botão associado a entrada 
de 0.0 for 1 (verdadeira) irá acionar a saída 0.4. 
 
Figura 4 – Fluxo de corrente virtual 
 
 
Suponha que você precise acionar uma lâmpada, nesse caso 
estará trabalhando com uma corrente contínua, por isso há a 
representação de dois polos, positivo e negativo. Na Figura 6 você 
pode visualizar o diagrama Ladder equivalente. 
 
 
 
 
 
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Figura 5 – Acionamento de uma lâmpada 
 
 
Figura 6 – Circuito elétrico e diagrama Ladder do acionamento de uma lâmpada 
 
 
Circuito Elétrico Diagrama Ladder equivalente 
 
Na Figura 6 há um diagrama Ladder com contato aberto 
associado à entrada I0.0, que por sua vez está conectado ao 
interruptor; há também uma bobina conectada à lâmpada. 
A indicação de sinal (+) e sinal menos (-) é apenas para fazer 
mais a analogia à corrente virtual, então toda vez que o botão for 
acionado a lâmpada será energizada. 
Lembre-se que sempre é possível utilizar qualquer uma das 
entradas. 
Agora o exemplo de uma lógica “AND”, também conhecida 
como porta lógica “E”; na Figura 7 é possível observar como ficaria o 
circuito elétrico de implementação dessa lógica. 
Figura 7 – Função lógica “AND” ou “E” 
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Para programar essa lógica devem ser inseridos dois botões em 
série, de forma que ela somente será verdadeira se eles forem 
pressionados (fechados), quando é possível alimentar a lâmpada 
elétrica. 
Na bobina de saída será usado Q 0.0, dessa forma são usados 
os dois botões e a saída que está conectada a lâmpada. 
Na Figura 8 há um exemplo de lógica “OU”. 
 
Figura 8 – Função lógica “OR” ou “OU” 
 
 
Para que a saída seja verdadeira é preciso que somente um dos 
botões esteja fechado. Quando um desses dois botões for fechado a 
lâmpada será energizada, da mesma forma se os dois forem 
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pressionados haverá a passagem de corrente elétrica “Virtual”. Isso 
pode ser entendido com a tabela verdade abaixo. 
 
Tabela 2 – Tabela verdade da lâmpada energizada, seu símbolo e a 
expressão booleana 
 
Segue na Figura 9 um exemplo para que você encontre a 
solução para a aplicação em um reservatório. 
 
Figura 9 – Aplicação em um reservatório 
 
É possível observar que há uma bomba de dreno, YO, ligada no 
CLP à saída Q1. Também há dois sensores, um de nível baixo e um 
de nível alto, cada um deles está conectado a uma entrada do CLP. 
Assim quando o líquido atingir o nível máximo, a bomba deverá ser 
ligada quando o nível cair de um valor mínimo permitido, ou seja, 
abaixo do sensor de nível baixo, a bomba será desligada. 
Na Figura 10 segue o problema demonstrado acima. 
 
 
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Figura 10 – Diagrama elétrico simples na versão Ladder 
 
 
Figura 11 - Diagrama elétrico simples 
 
 
SCADA é o acróstico de Controle Supervisório e 
Aquisição de Dados (Supervisory Controle And 
Data Acquisition). 
O Sistema SCADA coleta e armazena dados para 
monitoração e controle de processos simples, 
Estes dados podem ser: 
 Analógicos. 
 Discretos. 
 Digitais. 
 
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Os diagramas Ladder foram estabelecidos para representar os 
circuitos de lógica “hardwired” usados para controlar máquinas ou 
equipamentos. Devido ao seu largo uso na indústria, transformaram-
se em uma maneira padrão de comunicar a informação de controle 
dos projetistas aos usuários do equipamento. Eles foram usados 
porque este tipo de representação do circuito, de forma gráfica, era 
fácil de elaborar e interpretar e foi aceito extensamente na indústria, 
assim que os CLPs foram introduzidos no mercado de automação 
industrial. 
A Figura 12 ilustra a transformação do diagrama simples 
mostrado na Figura 11 a um formato para PLC. Note que os 
dispositivos “reais” do campo do I/O estão conectados às relações da 
entrada e da saída; quando o programa Ladder for executado, 
dependendo da posição das chaves ligadas ou desligadas na entrada 
(níveis lógicos dasentradas), a saída, que é a lâmpada “PL”, vai 
acender ou não, similar ao que aconteceria se fosse utilizado um 
comando discreto. 
 No controlador lógico programável isto é chamado de 
“software” dentro do processador central do PLC, em vez do 
hardware em um painel convencional. 
Como mencionado previamente, o processador central lê o 
status das entradas e energiza o elemento do circuito correspondente 
de acordo com o programa e controla um dispositivo de saída real 
através das relações da saída. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 12 - Execução do PLC de figura 11 
 
 
Como foi observado nas aulas do módulo 1, e será relembrado 
mais adiante, cada instrução é representada dentro do CLP por um 
endereço de referência, um valor alfanumérico porque cada 
dispositivo de saída já é conhecido no programa do controlador. 
Por exemplo, o botão PB1 é representado dentro do CLP pelo 
nome PB1(indicado sobre o símbolo da instrução) e do mesmo modo 
para outros dispositivos mostrados na Figura 12. Estas instruções são 
representadas de forma bastante simples, com os mesmos nomes do 
dispositivo e da instrução. 
 
Exemplo 
No circuito do hardware mostrado em Figura 12, a luz piloto PL 
vai energizar se o interruptor de chave limite LS1 se fechar e se a 
tecla PB1, ou o interruptor de chave limite LS2 se fechar. 
No circuito do CLP, a mesma série de eventos causará a 
energização da luz piloto que está conectada a uma saída do módulo 
do cartão de saída. 
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Perceba que no circuito do CLP da Figura 12, a representação 
interna dos contatos fornece a lógica equivalente de um circuito 
convencional quando o dispositivo do campo de entrada se fechar. 
 
Figura 13 – Configurações possíveis das entradas e de saídas correspondentes 
 
 
 
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Sem dúvida, a caraterística “programável” fornece um grande 
benefício para o uso e a instalação de controladores lógicos 
programáveis. Por causa disso é possível eliminar o controle 
hardwired em favor do controle programável, essa é a primeira etapa 
para a realização de um sistema de controle flexível. 
Uma vez que instalado, no controle de uma planta, é possível 
alterá-lo manualmente ou automaticamente para cumprir exigências 
do dia a dia do controle sem mudar a fiação do campo. 
Esta alteração fácil é possível desde que não exista nenhuma 
conexão física entre os dispositivos de entrada do campo e 
dispositivos de saída (veja a Figura 14), como em sistemas 
hardwired. 
A única conexão é com o programa de controle, que pode 
facilmente ser alterado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 14 - Diagrama de conexão do I/O do controlador programável que não 
mostra nenhuma conexão física entre as entradas e as saídas. 
 
 
Um exemplo típico dos benefícios de softwiring é um solenoide 
que seja controlado por dois interruptores do tipo “limite de fim de 
curso” conectado em série (veja a Figura 17). 
Para mudar a posição do solenoide, podem ser colocados dois 
interruptores de limite paralelamente (Figura 17-b) ou adicionar um 
terceiro interruptor ao circuito existente (Figura 17-c) que tomaria 
menos de um minuto em um CLP. Na maioria dos casos, esta 
mudança simples do programa pode ser feita sem interromper o 
sistema. 
Este mesmo sistema em hardwired poderia tomar trinta a 
sessenta minutos de tempo ocioso da máquina, lembrando que meia 
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hora do tempo ocioso de uma máquina pode significar uma elevada 
perda de produção. 
Uma situação similar existe se há uma necessidade de mudar 
um valor de pré-ajuste do temporizador ou alguma outra constante. 
Um temporizador do software em um CLP pode ser mudado em cinco 
segundos. 
Um jogo de interruptores do tipo thumbwheel (veja Figura 15) 
e de um teclado pode ser facilmente configurado para entrar com 
novos valores de ajuste em um grande número de temporizadores do 
software. 
Figura 15 - Interruptor do tipo thumbwheel 
 
 
 
Os benefícios na economia ao alterar temporizadores do 
software, ao em vez de alterar diversos temporizadores do hardware 
são óbvios. 
As caraterísticas de hardware de controladores programáveis 
fornecem similar flexibilidade e ganho em custos. 
Um processador central inteligente é capaz da comunicação 
com outros dispositivos inteligentes. Esta capacidade permite que o 
controlador seja integrado em esquemas de controle locais ou 
plantwide. 
Com tal controle da configuração, um CLP pode emitir 
mensagens úteis a respeito do sistema controlado a uma central de 
controle. De um lado, um CLP pode receber a informação 
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supervisória, tal como mudanças da produção ou a informação de 
programa, de um computador de mainframe. Um sistema padrão do 
I/O inclui uma variedade de módulos de relações digitais e analógicos 
que permitem o controle sofisticado sem o uso de uma custosa 
eletrônica personalizada. 
 
Figura 16 - Interruptor do tipo thumbwheel 
 
 
Figura 17 – Exemplo de mudanças hardwiring ao contrário das mudanças no 
softwiring 
 
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Facilidade da instalação 
Diversos atributos fazem à instalação do CLP um projeto fácil. 
Seu tamanho relativamente pequeno permite que um CLP seja 
montado convenientemente em menos da metade do espaço exigido 
por um sistema equivalente em um painel de controle por relé (veja a 
Figura 18). 
A passagem de um sistema substituindo um painel de relé por 
um CLP pode ser feita rapidamente conectando os dispositivos de 
campo nos cartões de entradas e saídas (prewired). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
 
Figura 18 - Projeto Espaço-eficiente de um PLC 
 
 
Nas grandes instalações, as estações remotas de entrada/saída 
(veja Figura 19), são interligadas por um cabo coaxial ou um twisted 
pair, os fios conectam a estação remota ao processador central. Esta 
configuração conduz a uma redução considerável no material e aos 
custos de mão de obra em comparação a um sistema hardwired, 
que envolva interligar múltiplos fios e instalar grandes quantidades 
de cabos. 
 
 
 
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Figura 19 - Instalação remota da estação do I/O 
 
 
 
Facilidade da manutenção e da pesquisa de defeitos 
No começo, os controladores programáveis foram projetados 
para fácil manutenção. Como virtualmente todos os componentes são 
solid-state, a manutenção é reduzida à recolocação de componentes 
modulares, que é realizada por encaixe. 
Circuitos de detecção da falha (watchdog timer) e indicadores 
diagnósticos (veja Figura 20), incorporados em cada componente 
principal, atuam verificando se o sinal do componente está 
trabalhando corretamente ou funcionando mal. 
De fato, a maioria das falhas associadas a um CLP são relativas 
diretamente aos dispositivos de entrada/saída do campo 
(interruptores, botões, contatores e relés com problemas), em 
seguida aparecem as falhas relativas ao I/O (problemas eletrônicos 
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nos cartões ou mesmo de conexões dos fios nos parafusos dos 
bornes) e por último constam os problemas com CPU (Problemas 
eletrônicos), veja Figura 21. 
Entretanto, a capacidade da monitoração de um sistema do CLP 
pode facilmente detectar e corrigir estas falhas dos dispositivos. 
 
Figura 20 – Circuitos de detecção de falhas e indicadores diagnósticos 
 
 
Figura 21 - Falhas em um sistema baseado em CLP 
 
 
Com o dae (dispositivo automático de entrada) do dispositivo 
de programação, toda a lógica do programa pode ser monitorada, 
observando as entradas ou as saídas atuarem (veja a Figura 22). 
As instruções programadas podem igualmente ser programadas 
para declarar determinadas falhas. 
 
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Figura 22 - Um dispositivo de programação sendo usado para monitorar entradas e saídas, 
com os contatos destacados que indicam uma circunstância 
 
 
 
 
Um watchdog timer é um dispositivo eletrônico 
temporizador que zera o sistema devido a alguma 
condição de erro no programa principal, trata-se 
naverdade de dois relógios disparados ao mesmo 
tempo se um deles fica defasado em referência ao 
outro o sistema entende que houve um erro e 
retorna a fazer uma varredura das entradas e 
saídas. 
 
 
 
 
 
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Figura 23 – Reset Pul Down 
 
 
 
 
Endereço 
Unidade Central de processamento (CPU) 
Hardware 
Sistema de entrada/saída 
Diagrama da Ladder 
Lógica do relé 
Software 
solid-state 
 
 
Exercícios 
 
Descritivo: Controle de linha de produção. 
 
Em determinada linha de produção são transportados boxes de 
dimensões diferentes (box 1, box 2 e box 3). 
Os boxes passam por três fins de cursos Z1, Z2 e Z3. 
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A operação inicia, após atuação da chave liga “I” e é 
interrompido pela chave desliga “O”. 
A seleção da dimensão do box a ser escolhido é definida por 
uma chave de seleção (contato normal aberto). 
Assim se for selecionado o box 1, a linha de produção deve 
parar e ativar um alarme visual H1 se for detectada a passagem 
indesejada do box 2 ou box 3 que possuem dimensões diferentes do 
Box 1. 
Neste caso o box no tamanho indesejado será retirado 
manualmente pelo operador, que deverá resetar o sistema 
novamente atuando o liga “I”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bibliografia: 
 
CAMPOS, M. C. M. M., TEIXEIRA, H. C. G. Controles Típicos de 
Equipamentos e Processos Industriais. Editora Edgard Blücher, 
2006. 
 
FRANCHI, C. M.; CAMARGO, V. L. A. Controladores lógicos 
programáveis –Sistemas Discretos. Editora Érica, 2008. 
 
PRUDENTE, F. Automação Industrial - PLC - Programação e 
Instalação. Editora LTC, 2010. 
 
PRUDENTE, F. Automação industrial: PLC, teoria e aplicações: 
curso básico. Editora LTC, 2007.