Noções de controladores lógicos programáveis (CLP) - resolvida (1)

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<p>Noções de controladores lógicos programáveis</p><p>(CLP), e suas linguagens de programação</p><p>(ladder e diagrama de blocos)</p><p>Prof. Cléber de Lima</p><p>Técnico de Manutenção Pleno – Instrumentação na Petrobras</p><p>Formação em Eng° de eletrônica e especialista em Automação e Eletrônica Industrial</p><p>Youtuber , nome do meu canal “Elétrica em Realidade Aumentada por Eng° Cléber ⚡”</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação - Introdução</p><p>O Controlador Lógico Programável (CLP), em inglês PLC (Programmable Logic Controller), é um computador robusto projetado para o controle de processos industriais</p><p>e, portanto, utilizado em automação industrial.</p><p>Esses controladores podem automatizar processos específicos, máquinas, ou linhas de produção. O CLP monitora o estado dos dispositivos de entrada, toma decisões</p><p>baseado no programa nele instalado e comanda o estado dos dispositivos por ele controlados.</p><p>O controlador lógico programável funciona recebendo informações de sensores e dispositivos de entrada. Através disso, ele é capaz de processar os dados e controlar</p><p>atuadores e dispositivos de saída conforme programas previamente instalados.</p><p>Baseado nas leituras das entradas e saídas, o CLP pode registrar dados em tempo real, tais como a produtividade de uma máquina ou a temperatura de operação,</p><p>assim como iniciar ou interromper um processo automaticamente e gerar alarmes no caso de mal funcionamento. O programa é a lógica existente entre os pontos de</p><p>entrada e saída, garantindo que o CLP execute as funções desejadas de acordo com o estado delas.</p><p>O Controlador Lógico Programável (CLP) Modular O Controlador Lógico Programável (CLP) Compacto</p><p>Classificação dos CLPs</p><p>• Micro CLPs</p><p>Os micro CLPs possuem até 16 entradas e saídas e</p><p>contam, geralmente, com um único módulo com</p><p>memória de até 512 passos.</p><p>• CLPs de Médio Porte</p><p>Têm até 256 entradas e saídas digitais e analógicas</p><p>e um módulo com capacidade de expansão.</p><p>Permitem até 2048 passos de memória.</p><p>• CLPs de Grande Porte</p><p>Possuem até 4096 entradas e saídas, um CPU</p><p>principal e auxiliares. Têm estrutura modular, com</p><p>a configuração definida de acordo com a sua</p><p>aplicação. A memória pode ser otimizada para o</p><p>tamanho requerido pelo usuário CLP de Médio Porte Micro CLP</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação - Arquitetura</p><p>ARQUITETURA: Serve para o usuário se comunicar com o CLP através de um device de programação e definir as tarefas que um CLP deve realizar.</p><p>Não Volátil</p><p>Volátil</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Níveis de Linguagens</p><p>Quando falamos da programação do CLP, precisamos de uma linguagem onde o homem e a máquina entendam.</p><p>Essa linguagem vai facilitar a entrada de dados dentro do processador, facilitando a tradução.</p><p>É por isso que também temos os níveis de linguagens.</p><p>O QUE SÃO OS NÍVEIS DE LINGUAGENS DO CLP?</p><p>Eles servem para saber se estamos lidando com linguagens de baixo nível ou alto nível.</p><p>BAIXO NÍVEL</p><p>As linguagens de baixo nível, também chamadas de linguagens de máquina, foram as primeiras linguagens que surgiram, são linguagens que são fáceis de serem</p><p>implementadas, mas difíceis de serem interpretadas.</p><p>Elas normalmente exigem uma maior habilidade do programador, pois é uma linguagem bit a bit, com níveis de abstração complexos.</p><p>Hoje em dia, elas só são usadas quanto as linguagens de alto nível não satisfazerem determinadas necessidades ou não forem suportadas.</p><p>ALTO NÍVEL</p><p>São linguagens que possuem séries de instruções de programação predefinidas, pois elas aproximam à própria linguagem do ser humano, tornando o trabalho dos</p><p>programadores e projetistas mais fáceis.</p><p>É importante salientar que a linguagem de alto nível, precisa se comunicar com a linguagem de baixo nível.</p><p>Computador Processador“Tradutor”</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Ciclo de Funcionamento</p><p>O ciclo de funcionamento do CLP começa no escaneamento de programa, que o usuário inseriu ali dentro.</p><p>Vai ler todas as linhas da linguagem do CLP.</p><p>1. Logo em seguida, ele vai escanear as entradas, ou seja, todos os sinais que vem, que podem ser, em 12 volts, 24 volts, 5 volts, até mesmo em 220 volts, através</p><p>das entradas do CLP.</p><p>2. O CLP vai olhar essa entrada, e jogar para dentro do programa.</p><p>3. Para que então, façamos o escaneamento de saída, que na verdade é o controle que é feito na saída do CLP através da entrada.</p><p>As Entradas e Saídas do CLP (também conhecidas como I/0, que significa INPUT & OUTPUT) são os caminhos pelos quais o CLP LÊ e ENVIA dados ou comandos para</p><p>fora de sua CPU.</p><p>Esses comandos irão mudar o funcionamento da planta (Saídas) e vão receber dados externos, como o comando de um operador ou a leitura de um sensor.</p><p>Essas entradas e saídas podem ter duas naturezas: Digitais e Analógicas.</p><p>Cada uma delas possui um objetivo e uma maneira de ser utilizado, embora todas sejam importantes.</p><p>1 32</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Entradas e Saídas</p><p>As Entradas e Saídas do CLP são os caminhos pelos quais o CLP LÊ e</p><p>ENVIA dados ou comandos para fora de sua CPU.</p><p>Esses comandos irão mudar o funcionamento da planta (Saídas) e vão</p><p>receber dados externos, como o comando de um operador ou a leitura</p><p>de um sensor. Essas entradas e saídas podem ter duas naturezas: Digitais</p><p>e Analógicas.</p><p>Cada uma delas possui um objetivo e uma maneira de ser utilizado,</p><p>embora todas sejam importantes.</p><p>Chamamos de Sinais Digitais, aqueles sinais que possuem apenas dois</p><p>estados: ligado ou desligado, INDEPENDENTEMENTE DO NÍVEL DE</p><p>TENSÃO.</p><p>Para considerarmos como “ligado”, que depende do sistema (o limite de</p><p>tensão do sistema, que pode ser nas tensões de 3,3V / 5,0V / 10,0V /</p><p>12,0V / 24,0V.</p><p>Chamamos de Sinais Analógicos, aqueles que não são apenas dois níveis</p><p>de tensão, mas toda uma escala de valores, seja de tensão (1 a 5V) ou de</p><p>corrente (4 a 20mA).</p><p>Exemplos de entradas digitais e analógicas</p><p>Exemplos de saídas digitais e analógicas</p><p>digital</p><p>digital</p><p>Analógica</p><p>Analógica</p><p>digital</p><p>digital</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Tipos de saídas</p><p>As saídas do CLP são indicadas para determinadas aplicações. Existem 3 específicas:</p><p>• Saídas a RELÉ</p><p>Normalmente são indicados para a ligação de cargas indutivas (como contatores), pois como são de</p><p>contatos secos, eles não são impactados pelo acúmulo de energia proveniente da bobina.</p><p>Eles normalmente podem ligar qualquer dispositivo, seja em corrente contínua até corrente alternada</p><p>com capacidade normalmente de 10A.</p><p>• Saídas à transistor</p><p>CLP’s com SAÍDAS À TRANSISTOR, não são de contato seco, são de estado sólido, portanto, o contator que</p><p>ela pode ligar, deve ser específico, ou ainda, utilizar um relé de interface.</p><p>Normalmente são utilizadas quando se trabalha com corrente contínua de até 1A.</p><p>• Saídas a tiristor TRIAC.</p><p>CLP’s com SAÍDAS À TRIAC (que é um tipo de tiristor), suportam normalmente corrente alternada, mas</p><p>limitadas a correntes mais baixas. Normalmente é a que possui maior vida útil.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Tipos de Linguagens</p><p>Existem diversos tipos de linguagens de programação do CLP, mas vou falar das 5 principais linguagens para você.</p><p>NORMA IEC 61131-3: Essa norma define quais são as linguagens que podem ser</p><p>utilizadas. Todo o CLP deve possuir ao menos 2 ou 3 linguagens disponíveis.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Linguagem Ladder</p><p>A linguagem Ladder reproduz a estrutura de um diagrama elétrico, ou seja, a lógico de relés e contatores convencional, ou seja, terá uma combinação de contatos</p><p>abertos, fechados e cargas.</p><p>Por esse motivo de similaridade, a linguagem ladder é amplamente utilizada pelos fabricantes de CLP.</p><p>Observe que existe a representação do circuito em ladder.</p><p>Observe que na lógica 1, a carga Q1 depende dos interruptores I1 e I2, sendo que o interruptor I1 é aberto e o</p><p>interruptor I2 é fechado.</p><p>Já em ladder, na imagem 2, vemos a mesma representação, similar ao circuito série acima, veja como existe uma</p><p>similaridade, mas ao mesmo tempo, uma correspondência.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Lista de Instrução</p><p>A linguagem IL OU LISTA DE INSTRUÇÃO, são conjuntos de mnemônicos (ou seja, auxiliar de memória), muito similar ao que ocorre na linguagem assembly, usada em</p><p>microprocessadores e micro controladores, que são descritos em norma, a norma IEC 1131-3.</p><p>São códigos feitos com base em operações booleanas e comando para transferência de dados.</p><p>Observe que existe a representação do circuito em ladder na Imagem 1, o mesmo do anterior, onde temos</p><p>um contato aberto, em série com um fechado, em série com a bobina.</p><p>A representação em IL, na imagem 2 temos 3 linhas que representam cada um dos 3 elementos, primeiro a</p><p>linha, depois o código booleano, depois a variável (se entrada ou saída).</p><p>Deve-se observar, que na Lista de Instruções (IL ou LI), cada instrução deve iniciar como uma nova linha,</p><p>existindo uma ordem lógica que deve ser respeitada na sintaxe.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Texto Estruturado</p><p>A linguagem de alto nível ST OU TEXTO ESTRUTURADO OU STRUCTURED TEXT, são operações matemáticas complexas localizadas dentro de um vetor de</p><p>programação ou mesmo em tabelas que usam a tabela ASCII como protocolo de comunicação.</p><p>As raízes de fundação dessa linguagem, é baseada em Pascal, Ada e “C”.</p><p>Com ela, podemos especificar um conjunto de ações aplicadas aos dados de entrada e lógicas cíclicas.</p><p>Ela é ideal para criar algoritmos de repetição, lógica de condições e booleanas.</p><p>Na imagem 1, é a representação ladder de uma pequena lógica.</p><p>Perceba que na imagem 2, temos a representação em ST ou texto estruturado da mesma lógica. Percebe-se</p><p>que é uma linguagem que se assemelha muito à linguagem C, com a estrutura de começo meio e fim.</p><p>Note-se que é uma função simples de uma lógica básica, mas essa linguagem possui muitas outras funções de</p><p>estado, de condição e de parametrização.</p><p>Outra característica, é a semelhança entre uma função matemática, ou seja, para realizar cálculos de</p><p>contagem de pulsos, de manipulação de entradas e saídas analógicas, essa linguagem é muito indicada.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação –Blocos Funcionais ou FBD</p><p>A linguagem FBD OU DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS OU FUNCTION BLOCK DIAGRAM, trata-se de uma linguagem gráfica de conexões aritméticas, booleanas</p><p>ou outros elementos funcionais e / ou blocos funcionais.</p><p>Ela se assemelha às networks da linguagem ladder (linhas de conexão), pois as linhas conectam os blocos lógicos entre si, formando a lógica de fato.</p><p>Na imagem 1, é a representação ladder de uma pequena lógica (a mesma do anterior);</p><p>Perceba que na imagem 2, que temos um bloco que substitui a linguagem ladder, sendo que temos as</p><p>entradas e o modo como estão disponibilizadas (em série), faz com que a lógica booleana que deve ser</p><p>utilizada é a AND ou E, para então, termos uma saída.</p><p>Essa linguagem é muito utilizada quando existe a necessidade de um controle eficaz de drivers que são</p><p>monitorados e processos contínuos (automação), além de loops de controle.</p><p>Ela é essencialmente uma linguagem booleana, muito parecida com o que ocorrem em portas–lógicas;</p><p>Esses blocos lógicos também podem ser utilizados na linguagem ladder (especialmente na questão dos</p><p>contadores, pulsadores, temporizadores e blocos de comparação, etc.</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Grafcet</p><p>O MAPA OU DIAGRAMA SEQUENCIAL DE FUNÇÕES (OU SEQUENTIAL FUNCTION CHART – SFC), é uma linguagem baseada em Redes de Petri e GRAFCET, que</p><p>descreve o comportamento sequencial se sistemas de controla na forma de estado e as transições desses estados.</p><p>Existia uma norma específica que tratava da questão dessa linguagem de programação, cuja tal é a IEC 848, em meados de 1988.</p><p>Na imagem 1, é a representação ladder de uma pequena lógica (a mesma do anterior);</p><p>Perceba que na imagem 2, perceba que temos um diagrama lógico (quase como um fluxograma),</p><p>que é justamente o SFC (Que traduzido é justamente o GRAFCET);</p><p>Normalmente, essa linguagem é mais conhecida como GRAFECT. Ela é essencialmente usada para:</p><p>• Gerenciamento de alto nível de múltiplas operações;</p><p>• Sequência repetitivas de operações;</p><p>• Processos por Batelada;</p><p>• Controle de movimento;</p><p>• Operações do tipo máquina de estados (justamente por parecer uma máquina de estado ou</p><p>fluxograma);</p><p>Cada retângulo, representa um estado específicas, seguidas pelas linhas que ligam cada um dos</p><p>estados e em cujas linhas horizontais, representam a mudança de estados (transições).</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Exercícios</p><p>Classificação dos CLPs</p><p>• Micro CLPs</p><p>Os micro CLPs possuem até 16 entradas e saídas e</p><p>contam, geralmente, com um único módulo com</p><p>memória de até 512 passos.</p><p>• CLPs de Médio Porte</p><p>Têm até 256 entradas e saídas digitais e analógicas e</p><p>um módulo com capacidade de expansão. Permitem</p><p>até 2048 passos de memória</p><p>• CLPs de Grande Porte</p><p>Possuem até 4096 entradas e saídas, um CPU principal</p><p>e auxiliares. Têm estrutura modular, com a</p><p>configuração definida de acordo com a sua aplicação.</p><p>A memória pode ser otimizada para o tamanho</p><p>requerido pelo usuário</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Exercícios</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Exercícios</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Exercícios - 2011</p><p>Exercícios</p><p>Exercícios</p><p>Exercícios</p><p>Exercícios</p><p>= +</p><p>M = + = .</p><p>= + + +</p><p>+</p><p>Noções de CLP, e suas linguagens de programação – Exercícios</p><p>Exercícios</p><p>X</p><p>X</p><p>X</p><p>X X</p><p>X</p><p>Exercícios</p><p>Exercícios</p><p>A + + ( + )</p><p>A + + +</p><p>A( + ) + + + = +</p><p>A + + +</p><p>A + + ( + A)</p><p>A + + + = +</p><p>A+ +</p><p>Exercícios</p><p>S = (A + ) + A</p><p>S = AS + + A AS + A = A</p><p>S = A +</p><p>Exercícios</p><p>“Um temporizador “on-delay” ativa uma saída</p><p>somente quando a entrada estiver ativa por um</p><p>período mínimo de tempo”</p><p>“Os temporizadores “off-Delay” começam a contar</p><p>intervalos de tempo quando as condições da linha em</p><p>que ele se encontra tornam-se falsas.”</p><p>I 0</p><p>3 segundos</p><p>I</p><p>%I0.0 %M.0</p><p>Exercícios</p><p>P</p><p>G</p><p>B</p><p>B</p><p>A</p><p>Exercícios</p><p>LOAD (carrega operando no acumulador)</p><p>AND e OR (operadores lógicos)</p><p>NOT (inversor lógico)</p><p>OUT (Saída)</p><p>A – LSH</p><p>B – LSL</p><p>VO – Válvula de óleo</p><p>VA – Válvula de água</p><p>( )</p><p>A</p><p>B</p><p>VA VA</p><p>B</p><p>VO</p><p>A</p><p>( )</p><p>VO ( )</p><p>B</p><p>VO A</p><p>VO</p><p>( )</p><p>VA</p><p>B</p><p>B VA</p><p>( )</p><p>( )</p><p>VA VAA</p><p>B VO VO</p><p>A</p><p>VA</p><p>B</p><p>( )</p><p>VA</p><p>( )</p><p>B</p><p>VO</p><p>A VO</p>