Apostila CLP Teoria - CefetSP

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APOSTILA 
 
 
Teoria de CLP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Maycon Max Kopelvski 
 
Mar/2010 
 
rev.00 
SUMÁRIO 
 
1. Um pouco da história ............................................ 3 
2. CLPs ............................................................ 5 
2.1. Definições .................................................. 5 
2.1.1. Hardware ................................................. 5 
2.1.2. Software ................................................. 5 
2.1.3. Arquitetura Básica ........................................ 5 
2.1.4. UCP (Unidade Central de Processamento) .................... 6 
2.2. Estrutura da UCP ............................................ 8 
3. Entradas e Saídas ............................................... 11 
3.1. Entradas ................................................... 11 
3.1.1. Entradas Digitais ........................................ 11 
3.1.2. Entradas Analógicas ...................................... 13 
3.2. Saídas ..................................................... 15 
3.2.1. Saídas Digitais ......................................... 15 
3.2.2. Saídas Analógicas ....................................... 16 
3.3. Periferia inteligente ...................................... 16 
3.4. Segurança nas entradas e saídas ............................ 17 
3.5. Características Construtivas .............................. 18 
4. Glossário ...................................................... 20 
5. Referências: ................................................... 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Um pouco da história 
 
O Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu da indústria 
automobilística norte americana, especificamente na divisão hidramática 
da GM em 1968. Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi 
preparada uma especificação que refletia os sentimentos de muitos 
usuários de comandos de relês, não só da indústria automobilística 
como da indústria em geral. Este sentimento resultou da grande 
dificuldade de alterar o processo usando comandos a relê. Cada alteração 
significativa no modelo de um carro exigia alterações que 
acrescentavam, retiravam ou modificavam alguns passos do processo e 
para isso era necessário alterar todos os painéis e fiação de campo. 
Além disso, a complexidade e grande tamanho de painéis de relês 
dificultava a manutenção. 
Objetivos do projeto especificado: 
• Permitir facilidade e flexibilidade de montagem em máquinas; 
• Ser totalmente programável (projeto reutilizável); 
• Adaptação total ao ambiente industrial; 
• Manutenção facilitada. 
Esta especificação despertou o interesse de algumas empresas como 
a Reliance Electric, Shuthers-Dunn. Modicon, Digital e outras que 
começaram a desenvolver protótipos de controladores programáveis. Os 
primeiros resultados apareceram no final de 1969 e início de 1970. A 
empresa ganhadora da concorrência da GM foi a Modicon, mas a ideia já 
havia mobilizado o mercado e vários outros fabricantes passaram a 
produzir CLPs nos anos seguintes. 
Nos anos de 1970 a 1974, tais equipamentos ganharam grande 
impulso com a aceleração de tecnologias eletrônicas: 
• Microprocessador, que facilitou a tarefa de projeto, pois todas 
as funções lógicas, 
aritméticas, acumuladores e registradores que antes eram feitos 
com lógica discreta. 
passaram a estar em um único chip. facilitando o projeto e 
reduzindo o tamanho 
dos aparelhos. 
• Circuitos integrados em larga escala, dando aos CLPs maior 
confiabilidade, menor 
tamanho e principalmente, diminuição de custos. Foi possível 
então, que estes 
equipamentos passassem a ser utilizados em muitas 
aplicações industriais, 
limitando-se ainda a funções antes realizadas por painéis 
eletromecânicos. 
• Maior maturidade de aplicação que gerava novos tipos de entradas 
e saídas, além 
de funções cada vez mais avançadas, utilizando plenamente os 
recursos oferecidos 
pelos microprocessadores. 
Durante a década de 70 os CLPs foram evoluindo à medida em que era 
necessária uma maior velocidade de integração e desenvolvimento de novos 
componentes no mercado, fechando a década com recursos e confiabilidade 
bastante atrativos. 
Foi na década de 80 que os CLPs tiveram sua utilização altamente 
difundida, principalmente pelo alto grau de funcionalidade de aplicações 
anteriores, que agora já podiam ser analisadas, discutidas e relatadas, 
isso fez com as empresas preocupadas com qualidade, produtividade, 
flexibilidade, e competitividade, adotassem de vez esta tecnologia e 
consagrassem definitivamente o equipamento, juntamente com CNCs e 
SDCDs como as melhores soluções para automação de "Chão de Fábrica". 
CNCs - sistemas de controle numérico - utilizados em usinagem 
mecânica em conjunto com sistemas CAD/CAM. 
SDCDs - sistemas digitais de controle distribuído - constituídos 
principalmente por controladores digitais single loop / multi loop 
interligados entre si por uma rede digital. Utilizados principalmente 
em indústrias de processo (indústrias químicas e petroquímicas, 
papeleiras, etc.) Seu principal inconveniente é que tratam-se de 
equipamentos e redes dedicadas, ou seja. uma vez comprado um SDCD 
de um determinado fabricante torna-se necessário comprar componentes 
do mesmo fabricante sempre que houver uma ampliação ou modificação no 
sistema. 
Na década de 90 novas tecnologias vieram juntar-se aos CLPs, ao 
mesmo tempo em que os SDCDs passaram a ser cada vez menos 
utilizados. Com a popularização e redução de custo dos 
microcomputadores pessoais, vários softwares de controle em PC 
passaram a ser comercializados e sistemas baseados nesta tecnologia 
começaram a ser utilizados no lugar dos CLPs. Junto com isso foram 
criadas redes padronizadas não proprietárias que possibilitam a 
distribuição do controle pela planta, colocando o elemento de 
controle próximo ao elemento inicial e final. Além disso, todos os 
segmentos mais importantes da automação industrial possuem 
iniciativas de padronização, por organismos normalizadores 
nacionais e internacionais ou por consórcios independentes. 
 
 
2. CLPs 
 
2.1. Definições 
 
O conceito de controlador programável é bastante amplo. Um 
controlador programável nada mais é que um computador com uma construção 
física que atende os requisitos de operação em ambientes industriais. 
Além disso, ele possui um software específico para automação e controle 
e muitas vezes possui um sistema operacional de tempo real e com 
configuração fixa de memória. No entanto nos últimos anos têm se tornado 
cada vez mais populares os controladores baseados em barramentos 
padronizados, sistemas operacionais de uso generalizado e estrutura de 
memória aberta. 
A norma Nema (National Electrical Manufacturers Association), 
ICS3-1978, parte ICS3-304, define um controlador programável como: 
"Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória 
programável para o armazenamento interno de instruções para 
implementação de funções específicas, tais como lógica, seqilenciamento. 
temporização, contagem e aritmética para controlar, através de módulos de 
entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Um computador 
digital que é utilizado para desempenhar as funções de um controlador 
programável é considerado dentro deste escopo. Estão excluídas as chaves 
tambores e outros tipos de seqilenciadores mecânicos ". 
 
As características mais importantes dos CLPs são descritas a 
seguir: 
 
2.1.1. Hardware 
 
• alta confiabilidade (alto MTBF - tempo médio entre falhas); 
• imunidade a ruídos eletromagnéticos; 
• isolação galvânica de entradas e saídas: 
• facilmente configurável com montagem em trilhos 
padronizados ou racks com módulos extraíveis; 
• instalação facilitada, com conectores extraíveis; 
• manutenção simples, com ajuda de autodiagnose.2.1.2. Software 
 
• programação simples através de linguagens de fácil 
aprendizagem; 
• recursos para processamento em tempo real e multitarefa. 
• monitoração de dados "on-line": 
• alta velocidade de processamento. 
 
Estes tópicos serão discutidos detalhadamente mais adiante. 
 
2.1.3. Arquitetura Básica 
 
Qualquer controlador programável apresentará em sua estrutura: 
 
• UCP - (Unidade Central de Processamento) - é a responsável 
pela tomada de decisões. Através do programa ela analisa o 
estado das entradas e altera o estado das saídas, de acordo 
com a lógica programada. 
 
• Memória - é responsável pelo armazenamento de todas 
as informações necessárias ao funcionamento do CLP. 
 
• Entradas e saídas - são os meios de comunicação do CLP com o 
processo a ser controlado. As entradas recebem os sinais do 
campo e os transformam em sinais digitais para serem 
processados pela UCP. Após o processamento, os dados 
enviados pela UCP (digitais) são convertidos pelas saídas em 
sinais que possam acionar cargas externas (sinais elétricos). 
 
 
 
2.1.4. UCP (Unidade Central de Processamento) 
 
Como já dissemos, a UCP é responsável pelo processamento de 
todas as informações existentes no Controlador Programável. Portanto, 
todo o sistema depende muito dessa unidade. É a UCP quem determina as 
seguintes características do controlador: 
 
• Confiabilidade 
 
O controlador deve funcionar em qualquer situação, sem 
interrupções e sem falhas, sejam elas de máquina ou de 
programa. Quanto mais recursos de tolerância a falhas, mais 
confiável será o controlador. 
 
 
 
 
• Disponibilidade 
 
A disponibilidade é uma consequência da confiabilidade. 
Pode ser definida como o tempo durante o qual o controlador 
estará disponível e ativo para realizar sua função. Para 
aumentar a disponibilidade é comum instalar-se configurações 
redundantes, o que significa que um ou mais módulos são 
duplicados e ficam permanentemente monitorando um ao outro. 
No momento em que um dos módulos falha, o módulo redundante 
assume as suas funções. A redundância pode ser do processador ou 
dos módulos de entrada e saída. 
 
• Segurança 
 
Existem dois aspectos quando se fala em segurança de um 
controlador e, conseqiientemente, de um sistema: 
 
segurança de Hardware: é a proteção da 
máquina contra intempéries (descargas atmosféricas, 
umidade, poeira), surtos de tensão, explosão, 
isolação da carcaça e outras. 
 
segurança de software: é a proteção do 
programa contra o uso indevido e ainda contra a 
perda do programa por falta de energia ou apagamento 
acidental. A proteção é feita através de senhas para 
o controle de acesso e do uso de um backup do 
programa em uma área especial da memória do 
controlador. 
 
• Velocidade de leitura / tempo de resposta 
 
O programa do CLP é estruturado de forma que o processador 
leia as entradas, percorra todo o programa, rotina a rotina, 
atualize as saídas de acordo com as fases anteriores e repita D 
processo. Quanto mais entradas e saídas e quanto maior o programa, 
maior é o tempo de duração deste ciclo. A velocidade do CLP é 
dada com base neste conceito através do tempo de varredura para 
cada 1000 instruções. Se, por exemplo o CLP tem uma velocidade de 
Ims para cada 1000 instruções e o programa tiver 2000 instruções, 
isto significa que as entradas serão lidas e as saídas 
atualizadas a cada 2 ms. Daí se conclui que um pulso de duração 
menor que 2 ms não terá resposta do CLP. 
 
• Recursos de Software (espectro de aplicação) 
 
Esta não é uma característica do Hardware, mas sim da 
linguagem de programação do CLP. É a possibilidade de executar 
tarefas especiais, como cálculos matemáticos, controle 
analógico em malha fechada, manipulação direta da memória por 
recursos disponíveis na linguagem de programação e outras funções. 
 
• Recursos de diagnose 
 
É a possibilidade de a própria UCP detectar falhas de 
Hardware e sinalizar esta falha. Pode ser um simples LED de 
falha ou um recurso mais completo que indique o ponto exato do 
defeito. 
 
• Possibilidade de recursos avançados 
 
Por recursos avançados podemos entender a possibilidade de 
interligação de módulos especiais, como módulos de controle PID 
dedicados, módulos processadores de entradas rápidas, 
possibilidade de execução de cálculos complexos e outros 
recursos semelhantes. 
 
• Possibilidade de Conexão à rede de CLPs/outros equipamentos 
(Integração) 
 
Esta característica é muito importante se o CLP não for 
visto isoladamente, mas se pensarmos na automação como grupos de 
máquinas operando em conjunto. Neste sentido, é muito importante 
que o CLP possa comunicar-se com outros CLPs, computadores, 
módulos inteligentes de aquisição e exibição de dados e qualquer 
outro equipamento que também tenha capacidade de comunicação. 
Este assunto será discutido com mais detalhes no capítulo 8. 
 
2.2. Estrutura da UCP 
 
A UCP compõe-se basicamente de um processador e componentes 
auxiliares, fonte de alimentação, barramento de comunicação e memória de 
trabalho. 
 
• Processador 
 
É a unidade principal de todo o sistema. Nos primeiros CLPs o 
processador era composto por componentes discretos (transistores e 
circuitos integrados com pequeno número de portas lógicas). Após a 
década de 70 o desenvolvimento dos métodos de fabricação de 
circuitos integrados permitiu a integração em larga escala e os 
processadores passaram a ser um componente único conhecido como 
microprocessador ou microcontrolador. 
Um microprocessador é um componente que possui basicamente uma 
unidade lógica/aritmética (ULA) e necessita de um conjunto de 
circuitos auxiliares (chipset) para funcionar corretamente. Os 
microcomputadores utilizam este tipo de arquitetura. 
Um microcontrolador possui além da ULA, uma memória e um 
gerenciador de entradas e saídas no mesmo circuito integrado, 
dispensando circuitos auxiliares. Por este motivo um microcontrolador 
normalmente é desenvolvido para aplicações específicas. Grande parte 
dos CLPs possui microcontroladores como o principal componente de 
suas UCPs. É oportuno salientar que a tecnologia utilizada influi 
diretamente em recursos, velocidade de processamento e até mesmo 
confiabilidade e facilidade de manutenção. 
Existem atualmente CLPs que utilizam mais de um processador, 
conseguindo assim, dividir tarefas e com isso ganhar maior 
velocidade de processamento e facilidade de programação. Desta 
forma, enquanto um processador executa as tarefas básicas do CLP, 
gerenciando a varredura do programa e as entradas e saídas digitais, 
um segundo processador pode executar as tarefas mais complexas, como 
cálculos matemáticos, processamento de controle analógico e 
algoritmos especiais. Um terceiro processador pode gerenciar a 
periferia do CLP, ou seja. as comunicações com outros CLPs, saídas 
para vídeo e impressora e entrada para teclado. Os processadores 
ficam ligados entre si através do barramento de comunicação do CLP 
e trocam informações entre si, partilhando as memórias. Com a 
crescente utilização de controle baseado em PC, a arquitetura dos 
controladores programáveis tende a tornar-se cada vez mais próxima a 
de um computador pessoal, com processadores da família Intel, 
Motorola ou equivalente e barramentos padronizados tais como PCI, 
CompactPCI e VMEBUS. além de utilizar sistemas operacionais de 
mercado tais como Windows NT, Windows CE, Linux, QNX, OS9. 
Portanto, diante da enorme gama de modelos e configurações 
possíveis, é necessária uma análise profunda e detalhada da 
aplicação (máquina ou processo a ser automatizado), tendências e 
implantações futuras para a escolha correta do Controlador 
Programável a ser utilizado. 
 
• Fonte de alimentação 
 
A fonte alimenta a UCP e as entradas e saídas. Normalmente as 
fontes são projetadas para fornecer várias tensões de alimentaçãopara os módulos. O processador normalmente necessita de uma 
alimentação de 5 Vcc. Cartões de entradas e saídas digitais precisam 
de alimentação auxiliar para os elementos de chaveamento e conversão, 
normalmente de 12 Vcc ou 24 Vcc. Cartões de entradas e saídas 
analógicas necessitam de alimentação 24 Vcc. 
Os fabricantes especificam a capacidade máxima da fonte em Watts 
ou Amperes. Deve-se dimensionar a fonte para alimentar todos os 
cartões com folga de pelo menos 20%. Caso seja necessário pode-se 
usar fontes externas para complementar a capacidade da fonte. 
Atualmente a grande maioria dos CLPs são alimentados com tensão de 
HOVca / 220Vca, entretanto alguns modelos, principalmente os de 
pequeno porte necessitam de alimentação já rebaixada, por fonte 
externa, operando com 12 Vca ou Vcc e 24 Vca ou Vcc. 
 
• Memória de Trabalho 
 
Pequena quantidade de memória que normalmente localiza-se no mesmo 
Cl do microprocessador e serve para que o processador armazene 
valores temporariamente durante o processamento do programa. 
Normalmente é uma RAM de alta velocidade. Também conhecida como 
cache. 
 
• Barramento de Comunicação 
 
Conjunto de condutores utilizado pelo processador para trocar 
dados com a memória e dispositivos de entrada e saída. É dividido em 
barramento de dados e barramento de endereços. O barramento de 
endereços é utilizado para transmitir ao chipset o endereço de memória 
ou de entrada e saída onde o processador irá ler ou escrever um dado. 
O barramento de dados é utilizado para transmitir o próprio dado 
entre o processador e a memória, entradas e saídas. O tamanho do 
barramento de dados é correspondente ao tamanho da palavra do 
processador, ou seja, se o processador possui palavra de 32 bits, o 
barramento de dados possuirá 32 condutores. 
 
3. Entradas e Saídas 
 
3.1. Entradas 
 
Os pontos de entradas são aqueles através dos quais a UCP 
busca informações do processo comandado. Estas informações podem 
vir de um termostato, pressostato, chaves fím-de-curso, 
botoeiras, termo-elementos, medidores de pressão, vazão, etc. 
 
Pelos exemplos citados podemos distinguir dois tipos 
básicos de entradas - digitais e analógicas. As entradas 
digitais informam à UCP um nível lógico (por exemplo, se a 
temperatura está correta. se uma determinada posição foi 
atingida, etc.) Já as analógicas informam um valor de 
temperatura, uma determinada posição, um valor de pressão etc. 
A UCP só consegue trabalhar com sinais digitais que são 
sequências de bits ligados e desligados. Isto é representado 
por O para um bit desligado e l para um bit ligado. Através 
destes dois estados pode-se, com o uso de codificação, 
representar qualquer número, caractere ou função. 
É desta forma que os programas e dados são armazenados 
na memória. Também é assim que a UCP aciona e interpreta os 
estados das entradas e saídas. 
O processador não pode trabalhar diretamente com os pontos 
físicos de entrada e saída, por isso os cartões de entrada e 
saída lêem e escrevem valores numa área da memória chamada 
imagem de entradas e saídas. 
Por exemplo, podemos representar 8 entradas por uma 
sequência de 8 bits. Desta forma se tivermos as entradas 2 e 6 
acionadas a imagem de entradas e saídas será: 
 
bit mais 
significativo 
bit menos 
significativo 
 
Normalmente o bit menos significativo (menor n°) fica à 
direita. Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos 
converter os nossos sinais de campo (chaves, pressostatos, 
botoeiras, transmissores analógicos) em sinais digitais. 
 
3.1.1. Entradas Digitais 
 
As entradas digitais convertem cada elemento do campo em um 
bit. Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentação 
interna e externa. 
As entradas com alimentação interna fornecem uma tensão de 
alimentação que deve passar pelo elemento do processo e retornar 
à entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato 
seco (não alimentado). 
 
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Normalmente o bit menos significativo (menor n°) fica à direita. 
Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos converter os 
nossos sinais de campo (chaves, pressostatos, botoeiras, transmissores 
analógicos) em sinais digitais. 
 
As entradas digitais convertem cada elemento do campo em um bit. 
Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentação interna e 
externa. 
As entradas com alimentação interna fornecem uma tensão de 
alimentação que deve passar pelo elemento do processo e retornar à 
entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato seco (não 
alimentado). 
 
 
 
 
 
As entradas com alimentação externa recebem alimentação do 
processo. Para isso o elemento do processo deverá atuar como um 
interruptor para aalimentação da entrada. 
 
 
 
 
 
As entradas digitais podem trabalhar com diferentes níveis de 
alimentação: em regime de corrente contínua: TTL, 24 Vcc. 48 Vcc, 110 
Vcc; ou em regime de corrente alternada: 110 Vca ou 220 Vca. 
Alguns CLPs já trazem entradas para pulsos capazes de manipular sinais 
gerados por encoders e tacogeradores com frequências de alguns kHz. Como a 
 
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velocidade de processamento do programa não seria suficiente para 
utilizar estes sinais diretamente, as entradas de pulso contam o número 
de chaveamentos e transferem para a memória do CLP apenas os valores 
referentes à totalizacão ou à frequência. 
 
3.1.2. Entradas Analógicas 
 
As entradas digitais são fáceis de manipular por possuírem apenas 
dois estados (ligado e desligado). As analógicas, no entanto podem ter 
infinitos estados dentro de uma faixa determinada. Existe uma grande gama 
de sinais de entradas padronizados: +/- 12,5 mV, +/- 50 mV, +/- 500 mV, 
+/- IV. +/- 5 V, +/- 10 V, l a 5V, O a 5 V, O a 10 V, O a 20 mA, 4 a 20 
mA. 
Estes sinais são usados na medição linear de uma grandeza. Podemos 
por exemplo, associar uma destas faixas de sinal a uma medida de pressão. 
Podemos então escolher a faixa de 4 a 20 mA e associá-lo a um medidor de 
pressão que meça a faixa de O a 10 mca: 
 
 
 
Neste exemplo a relação entre pressão e corrente é linear, mas 
existem transdutores como termopares e Pt 100 que possuem uma relação não 
linear. Abaixo vemos a curva típica de um termopar: 
 
 
Como vemos a relação não é linear. Para usarmos este sinal em um 
controle de processo precisamos linearizar a curva, o que pode ser feito 
pela interface de entrada ou pelo programa do usuário. Isto exige uma 
certa quantidade de cálculos matemáticos, que gastam tempo e memória. 
 
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Como já dissemos, a UCP só consegue trabalhar com variáveis 
digitais e para conseguirmos manipular sinais analógicos precisamos 
convertê-lo para sinais digitais. Urna entrada analógica é, portanto, 
basicamente um conversor analógico/digital. 
Um sinal analógico é convertido da seguinte maneira: 
De acordo com a resolução, a faixa do sinal de entrada é dividida em 
um certo número de valores iguais. Por exemplo, para 8 bits o n° de 
partes é igual a 2^ = 256 partes iguais; para 12 bits - 2^ = 4096 partes 
iguais. A seguir o conversor analógico digital associa a cada uma destas 
partes um código binário com o mesmo número de bits. Então o conversor 
lê o valor da entrada e associa ao valor binário mais próximo do valor 
da entrada em tempo real. 
Suponhamos um sinal de entrada de 4 a 20 mA 
 
 
 
Para converter este sinal com uma resolução de 3 bits devemos 
dividir a faixa de sinal (4 a 20 mA = intervalo de 16 mA) em l? partes, ou 
seja, 8 partes iguais de 2 mA cada. 
 
 
 
Convertendo estas faixas em valores digitais temos: 
1a faixa (4 a 6 m A) = 000 
2a faixa (6 a 8 mA) = 001 
3a faixa (8 a 10mA) = 010 
4a faixa (10 a 12 mA) = 011 
5a faixa (12 a 14 mA) = 100 
6a faixa (14 a 16 mA) = 101 
 
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7a faixa (16 a 18mA)= 110 
8a faixa (18 a 20 mA) = 111 
Portanto, quando temos a menor faixa (4 a 6 mA) temos 000 na memória 
imagem da entrada analógica, ou seja: 
 
 
 
Se tivermos um sinal de 8,85 mA ele estará na 3a faixa (8 a 10). Temos 010, 
ou seja: 
 
 
 
e assim por diante. 
 
 
Não é difícil perceber que a precisão obtida com 3 bits é muito 
pequena. No exemplo, a corrente era de 8,85 m A, mas a resolução de 3 bits 
só permite ao CLP saber que o sinal se encontra entre 8 e 10 mA. Se 
tivéssemos usado uma resolução de 10 bits teríamos dividido a faixa em 2*0 
= 1024 partes iguais de 0,0156 mA cada. Usando o mesmo exemplo a corrente 
de 8,85 mA seria representada em valores binários por 0100111000 que seria 
a 312a faixa (8,8516 a 8,8671 mA). A memória imagem dessa entrada seria: 
 
 
 
Quanto maior a resolução, maior a quantidade de memória necessária 
para armazená-la. 
 
 
3.2. Saídas 
 
As saídas são os caminhos pelos quais a UCP envia uma informação 
ao processo, resultado do processamento do programa do usuário. 
Da mesma forma, as saídas também são divididas em duas categorias, 
de acordo com o tipo de sinais que manipulam: digitais e analógicas 
e também possuem uma representação na tabela imagem de entradas e 
saídas. 
 
3.2.1. Saídas Digitais 
 
Os tipos e níveis de sinais das saídas digitais são os mesmos 
daqueles das entradas. Também existem saídas a relês. 
 
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As saídas digitais convertem os sinais digitais fornecidos pela 
UCP em sinais capazes de energizar cargas, tais como bobinas de relês, 
lâmpadas, alarmes, etc. 
As saídas digitais podem ser por tensão ou por relês. 
As saídas por tensão, alimentam diretamente a carga através de 
transistores ou tiristores. Os fabricantes especificam a máxima 
corrente que a saída pode chavear. Caso seja necessário comandar uma 
carga de potência superior à recomendada devem ser usados elementos de 
chaveamento externos (relês, contatores). 
 
 
As saídas a relê fornecem um contato de relê que pode chavear 
cargas com alimentação independente da fonte do CLP. Neste caso o 
limite de carga é dado pela capacidade do contato do relê. 
 
3.2.2. Saídas Analógicas 
 
As saídas analógicas também seguem o mesmo princípio das entradas 
analógicas, mas fazem o contrário, ou seja, a UCP fornece uma palavra 
com um certo número de bits (da mesma forma que na entrada, este número 
influi na precisão do sinal de saída), que é convertido por um 
conversor digital/analógico em um sinal que geralmente está nas faixas 
de l a 5V, O a 10 V,+/-10V, O a 20 mA, 4 a 20 mA. 
 
 
 
 
 
3.3. Periferia inteligente 
 
 
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Algumas tarefas não são executadas pela UCP pois isto demandaria 
muito tempo de processamento, o que a tqrnaria lenta para a execução do 
programa. 
Para estas tarefas os fabricantes de CLPs colocam à disposição 
uma considerável variedade de periféricos inteligentes. 
 
Módulos decodificadores 
• Teclado; 
• Chaves tumbwell; 
• Geradores BCD, GRAY; 
• Motor de Passo; 
• Medidores Inteligentes de Energia; 
• 
Módulos Geradores de Códigos Binários 
• ASCII (geradores de relatório) 
 
Módulos "Inteligentes", para controle de malha fechada 
• PID ( Controle proporcional, integral e derivativo); 
• Posicionamento; 
 
Módulos Adaptadores de comunicação 
• Para interligação em redes. 
 
Outros 
• Relógios de tempo real; 
• Adaptadores para sinóticos; 
• Módulos processadores de vídeo (Interface Homem/Máquina); 
 
3.4. Segurança nas entradas e saídas 
 
A separação de potenciais é uma característica importante tanto para 
as entradas como para as saídas, e significa que a alimentação da parte 
interna (eletrônica) da placa seja separada da alimentação da fonte 
externa que alimenta os sensores e atuadores conectados. Normalmente 
são utilizados fotoacopladores, ou seja, a ligação entre a parte 
interna e a externa é um feixe de luz o que garante que elas estão 
galvanicamente isoladas. 
Além disso os módulos de entrada/saída normalmente possuem outras 
formas de proteção, como fusível, varistores e filtros contra ruídos 
eletromagnéticos. Isso contribui para o aumento da vida útil e 
confiabilidade dos CLPs. Abaixo vemos um esquema típico de uma entrada 
digital com todas as proteções: 
 
 
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Na maioria dos casos somente o fotoacoplador está dentro do cartão 
de entradas. Os demais componentes normalmente são instalados na régua 
de bornes de entradas do painel. 
Outro fator importante é a proteção dos equipamentos em caso de falha da 
UCP. 
Para isso alguns CLPs já incorporam em seus módulos de saída a 
chamada "falha segura". Este recurso permite que as saídas sejam 
configuradas para assumir automaticamente um estado seguro (por exemplo, 
desligar os motores e acionar um alarme), em caso de falha do 
processador. 
 
3.5. Características Construtivas 
 
Do ponto de vista construtivo, um CLP pode ser compacto ou 
modular. 
CLPs compactos possuem todos os componentes vistos anteriormente 
num único módulo. Normalmente tem um número fixo de entradas e saídas, 
todas funcionando na mesma tensão. Algumas possuem entradas e saídas 
analógicas e certos modelos possuem módulos de expansão, com entradas 
e saídas extras, mas normalmente o número de pontos de E/S da maior 
configuração possível não é muito grande. Abaixo vemos uma configuração 
típica: 
 
 
 
 
 
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Por suas características, este tipo de CLP é usado onde haja poucos 
pontos a controlar e pouco espaço. Também pelo seu tamanho, o preço 
costuma ser menor. 
Um CLP modular normalmente tem uma placa para cada elemento do 
sistema (UCP, entradas, saídas). Estas placas são montadas em racks. A 
capacidade de configuração é muito alta e o número de pontos total 
normalmente é grande. 
 
 
 
 
Este tipo de CLP é usado onde haja um grande número e variedade de 
pontos a serem controlados. 
 
 
 
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4. Glossário 
 
Apresentamos abaixo alguns termos que podem ser encontrados neste ou em 
outros textos referentes a automação. 
 
• Argumento - elemento de dados atribuído a um parâmetro em uma unidade de 
organização de programa no momento da invocação. 
• Ativo - diz-se do componente ou da parte de um todo ou de um sistema que 
está funcionando e comunicando corretamente, isto é, de forma válida. 
• Atribuição - mecanismo que dá um valor a uma variável. 
• Autodiagnose - é a propriedade de autoteste acrescentada da capacidade 
de identificação de falhas. 
• Autoteste - é a propriedade que um CLP tem de, em operação normal, detectar 
a presença de falha através de circuitos próprios de hardware ou rotinas 
adequadas de software. 
• Bit - abreviação de "Binary Digit", representa a mínima unidade de 
informação num sistema de numeração binário. 
• Bloco de função - unidade de organização de programa que executa uma função 
lógica específica e que possui uma estrutura de memória própria. Um bloco 
de função é definido uma única vez e pode ser instanciado inúmeras vezes em 
outras unidades de organização de programa. Cada instância possui sua 
própria estrutura de memória independente das outras instâncias. 
• Bobina - símbolo lógico de saída em um programa em Linguagem Ladder. 
• Byte - conjunto de 8 bits. 
• Canal - via de acesso para comunicação entre módulos ou com o processo. 
• Ciclo de varredura - tempo gasto para executar um conjunto de instruções 
que realiza uma função específica. 
• Colisão - interferência na comunicação em uma rede com topologia estrela 
ou barramento, causada pela transmissão simultânea de duas ou mais estacões 
da rede. 
• Comentário - um elemento da linguagem para a inclusão de texto informativo 
emum programa e que não tem impacto sobre a execução. 
• Configuração - esquema de blocos representativos do arranjo físico e 
composição do hardware de um sistema de controle. 
• Contador - função lógica destinada a realizar contagem de eventos. 
• Contato - símbolo lógico usado para verificar o estado de uma entrada, 
saída ou outro dado digital em um programa em Linguagem Ladder. 
• Declaração - o mecanismo para estabelecer a definição de um elemento 
da linguagem. Uma declaração normalmente envolve a atribuição de um 
identificador ao elemento da linguagem e alocar nele atributos como tipos de 
dados e algoritmos. 
• Diagrama lógico - representação de uma função lógica. 
• Double word - vide palavra dupla. 
• E/S - abreviatura utilizada para designar entradas e saídas. 
• Endereço - é um identificador que especifica origem e/ou destino de 
uma informação. 
• Entrada - sinal proveniente do processo, que fornece informações ao 
controlador programável. 
• Escravo - é uma estação que inicia um intercâmbio de mensagem com outra 
 
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estação, somente quando solicitada por uma estação de nível hierárquico 
superior. 
• Falha segura - é a propriedade que um módulo tem de, em caso de 
defeito, assumir um estado pré-determinado. 
• FBD - vide Linguagem de Blocos Lógicos. 
• Forçar - definir intencionalmente um estado lógico, 
independente do processamento. 
• Função - unidade de organização de programa que, quando executada, devolve 
exatamente um elemento de saída e que pode ser invocada inúmeras vezes em um 
mesmo programa. 
• Grafcet - gráfico de controle etapa/transição. Linguagem de 
estruturação de programa utilizada como auxiliar na programação de 
controladores. Na norma IEC 61131-3 é chamada Sequential Function Chart 
(SFC). 
• Identificador - uma combinação de letras, números e o caracter "_", 
começando com uma letra ou "_", utilizado para nomear elementos de linguagem. 
• IL - vide Lista de Instruções. 
• Instância - uma cópia individual com referência e estrutura de dados 
própria, associada com uma definição de bloco de função, que persiste entre 
uma invocação e outra. 
• Instanciar - criar uma instância. 
• Instrução - comando que especifica uma funcionalidade, indicando 
seus parâmetros e operandos. 
• Invocação - o processo de iniciar a execução das operações especificadas 
numa unidade de organização de programa. 
• LD - vide Linguagem de relês. 
• Linguagem de Blocos Lógicos - linguagem gráfica de programação 
cujas instruções se assemelham a portas lógicas. Na norma IEC 61131-3 é 
chamada Function Block Diagram (FBD) 
• Linguagem de relês - linguagem de programação cujas instruções básicas têm 
a simbologia equivalente a esquemas elétricos de relês. Também 
chamada Linguagem Ladder. Na norma IEC 61131-3 é chamada Ladder Diagram (LD). 
• Linguagem Ladder - vide Linguagem de relês. 
• Lista de Instruções - linguagem de programação com instruções 
textuais semelhantes à linguagem de máquina. Na norma IEC 61131-3 é 
chamada Instruction List (IL). 
• Malha lógica - um conjunto de instruções de programação em linguagem de relês 
ou de blocos lógicos que aciona uma saída. 
• Memória apenas de leitura - memória cujo conteúdo de informações é destinado 
a ser apenas lido e não ser modificado em funcionamento normal. 
• Memória não volátil - tipo de memória que retém os dados nela guardados mesmo 
na ausência de alimentação. 
• Memória para leitura e escrita - memória cujo conteúdo de informações pode ser 
lido ou escrito em funcionamento normal. 
• Memória volátil - memória que perde sua informação na ausência de alimentação. 
• Mestre - é uma estação que tem uma capacidade de iniciar um intercâmbio de 
mensagens com outra estação, independente de qualquer ação tomada por qualquer 
outra estação, possuindo nível hierárquico superior. 
• Modem - dispositivo usado para codificar sinais digitais de forma adequada 
 
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para serem transmitidos em uma via de dados mediante modulação e demodulação. 
• Módulo - é um subsistema de hardware que pode ser facilmente substituído ou 
acrescentado. 
• Módulo de entrada - é o módulo que contém os circuitos requeridos para 
converter os sinais de entrada a níveis compatíveis com o processador. 
• Módulo de entrada/saída analógica - é o módulo de entrada/saída de sinais 
analógicos. 
• Módulo de saídas - é o módulo que contém os circuitos requeridos para 
converter os sinais de saídas de processador a níveis compatíveis com o 
processo controlado. 
• Módulos de entrada/saídas binárias - é o módulo de entrada/saída para sinais 
que podem assumir um de dois estados distintos. Também pode ser utilizado o 
termo módulo de E/S discretas. 
• Multiplex - é um dispositivo que realiza uma varredura ou uma sequência 
ordenada no tempo de um determinado número de linhas de dados alimentando um 
único canal. 
• Nó - ponto de interligação de uma estação de controle a uma rede. 
• Palavra - (em inglês word) Este termo tem vários significados. Recomenda-se 
a leitura do item 3.1.6 para explicação mais detalhada. Na IEC 61131-3, WORD 
é um tipo de dados não numérico de 16 bits. Pode indicar também o tamanho do 
agrupamento de bits na estrutura da memória ou a quantidade de bits no 
barramento de dados de um processador. 
• Palavra dupla - (em inglês double word) Na IEC 61131-3 é um tipo de dados não 
numérico de 32 bits 
• Palavra longa - (em inglês long word) Na IEC 61131-3 é um tipo de dados não 
numérico de 64 bits. 
• Parâmetro - variável de entrada ou variável de saída utilizada dentro de 
uma função ou bloco de função. Os parâmetros são declarados na definição da 
unidade de organi:ação de programa e devem ser substituídos por argumentos 
no momento da invocação. 
• Programa - unidade de organização de programa executado ciclicamente e é 
responsável pelo fluxo principal de controle de um processo. Um programa 
pode invocar funções ou criar instâncias de blocos de função. 
• Programa (do usuário) - conjunto de instruções que define as tarefas 
do controlador programável. 
• Programa de diagnose -programa destinado a detectar e identificar defeitos. 
• Programa fonte -programa gerado para implementar as funções do CLP. 
• Protocolo - Conjunto de regras, mensagens, comandos e instruções 
necessários para estabelecer a comunicação serial entre dois equipamentos. 
• Rede - um arranjo de nós e malhas interconectadas por um meio físico para 
troca de dados entre os nós. 
• Redundância - é um recurso de hardware e software usado para aumentar a 
disponibilidade e confiabilidade através da utilização de dois ou mais 
controladores que executam a mesma função simultaneamente. 
• Referência - são caracteres alfanuméricos em código específico, que 
identificam periféricos, entradas, saídas, endereços e passos de programação. 
• Registro - elemento utilizado para armazenamento de dados acessíveis ao 
usuário. 
• Retenção - característica associável a uma função ou registro que lhe 
 
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confere a 
capacidade de manter o último estado na falta de energia. 
• RS-232C, RS-422, RS-485 - normas do "Eletronic Institute of America" (EIA) 
para comunicação serial de dados. Estabelecem padronização de pinos 
conectores, 
nível de sinal, etc. 
• Saída - sinal enviado ao processo, que fornece informações provenientes 
do controlador programável. 
• Serial - forma de representação de informações na qual os bits são 
transmitidos sequencialmente no tempo. 
• SFC - vide Grafcet. 
• Síncrono - protocolo de comunicação de dados, no qual o transmissor e o 
receptor são sincronizados por um sinal de relógio comum. 
• ST - vide Texto Estruturado. 
• Sub-rotina - parte do programa que pode ser usada várias vezes para realizar 
uma 
funçãoespecífica. 
• Tempo Real - forma de operação de um sistema que executa as tarefas num tempo 
de varredura fixo, de forma a manter constantes os intervalos de tempo 
utilizados 
em funções como integrações e derivações. 
• Terminal de entrada ou saída de dados - dispositivo usado para comunicação 
com o controlador programável. 
• Texto Estruturado - linguagem de programação textual com sintaxe semelhante 
ao Pascal. Na norma IEC 61131-3 é chamada Structured Text (ST). 
• Tipo de dados - o conjunto de valores que uma variável pode assumir, 
consistindo dos elementos válidos (p.ex.: inteiros, reais, booleanos, 
caracteres, etc.) e da faixa de valores válidos (p.ex.: -32768 a 32767 para 
inteiros de 16 bits). 
• UCP (Unidade Central de Processamento ou Processador) - é o módulo do CLP onde 
são tomadas as decisões lógicas que controlam o processo. 
• Unidade de organização de programa (UOP) - termo genérico que define um 
programa, função ou bloco de função em um projeto. 
• Vigia de tempo ou Watch Dog Timer - circuito temporizado de supervisão de 
funcionamento da UCP. 
• Word - vide palavra. 
 
 
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5. Referências: 
 
RALIZE, CARLOS H. R.; MARQUES, RENATA S., “AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS – MÓDULO 
I”, Apostila, (2002); 
HERRMANN, JÜRGEN, “LANGUEGE ELEMENTS FOR PS 4-150 AND PS 4-200”, USER GUIDE, 
1st EDITION, (1997);