RESUMO - DISCIPLINA CLP

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<p>1</p><p>CENTRO UNIVERSITÁRIO RUY BARBOSA WYDEN</p><p>Ruan Vitor das Merces Costa</p><p>RESUMO DISCIPLINAR</p><p>Controladores Lógicos Programáveis</p><p>Salvador, 2024</p><p>2</p><p>Ruan Vitor das Merces Costa</p><p>RESUMO DISCIPLINAR</p><p>Controladores Lógicos Programáveis</p><p>Resumo disciplinar apresentado como</p><p>requisito integral para obtenção da</p><p>aprovação na disciplina de Controladores</p><p>Lógicos Programáveis no Centro</p><p>Universitário Ruy Barbosa Wyden.</p><p>Professor: Michell Thompson Ferreira</p><p>Santiago</p><p>Salvador, 2024</p><p>3</p><p>RESUMO</p><p>Os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) são dispositivos eletrônicos</p><p>projetados para automação de processos industriais, substituindo sistemas baseados em</p><p>relés e temporizadores. Desenvolvidos inicialmente na década de 1960, os CLPs</p><p>revolucionaram a maneira como as indústrias gerenciam e controlam suas operações. Este</p><p>resumo oferece uma visão abrangente sobre a história, as lógicas de funcionamento, a</p><p>programação e as aplicações dos CLPs.</p><p>4</p><p>Sumário</p><p>RESUMO ........................................................................................................................................ 3</p><p>1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 4</p><p>2. GENERAL MOTORS (1969) .................................................................................................... 5</p><p>3. IEC 61131 ............................................................................................................................... 6</p><p>3.1 Partes da Norma IEC 61131 ............................................................................................. 6</p><p>3.1.1 IEC 61131-1 – Informações Gerais e Definições: ........................................................ 6</p><p>3.1.2 IEC 61131-2 – Requisitos de Equipamentos e Testes: ................................................ 6</p><p>3.1.3 IEC 61131-3 – Linguagens de Programação: ............................................................... 6</p><p>3.1.4 IEC 61131-4 – Diretrizes do Usuário: .......................................................................... 7</p><p>3.1.5 IEC 61131-5 – Comunicação: ....................................................................................... 7</p><p>3.1.6 IEC 61131-6 – Segurança Funcional: ........................................................................... 7</p><p>3.1.7 Importância da IEC 61131 ........................................................................................... 7</p><p>4. ARQUITERUA DOS CLP’S ....................................................................................................... 8</p><p>4.1 CPU (Unidade Central de Processamento) ..................................................................... 8</p><p>4.2 Entradas e Saídas ............................................................................................................. 9</p><p>4.3 Dispositivos de Programação e Leitura .......................................................................... 9</p><p>4.4 Sistema de Comunicação ................................................................................................ 9</p><p>5. LINGUAGENS DE PROGRAMÇÃO .......................................................................................... 9</p><p>5.1 Ladder (LD) - Linguagem de Escada............................................................................... 10</p><p>5.2 Function Block Diagram (FBD) - Diagrama de Blocos Funcionais ................................ 10</p><p>5.3 Sequential Function Chart (SFC) - Diagrama Sequencial de Funções .......................... 11</p><p>5.4 Structured Text (ST) - Texto Estruturado ...................................................................... 11</p><p>5.5 Instruction List (IL) - Lista de Instruções ....................................................................... 12</p><p>6. AUTOMAÇÃO DE TANQUE COM CLP ................................................................................. 12</p><p>6.1 Entradas: ........................................................................................................................ 13</p><p>6.2 Saída: .............................................................................................................................. 13</p><p>6.3 Programa: ...................................................................................................................... 13</p><p>6.4 Liga a Bomba:................................................................................................................. 13</p><p>6.5 Desliga a Bomba: ........................................................................................................... 13</p><p>7. REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 14</p><p>8. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 15</p><p>4</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>Os CLPs surgiram em resposta à necessidade de um sistema de controle mais</p><p>flexível e eficiente para as indústrias automobilísticas, especificamente a General Motors,</p><p>em 1968. Antes dos CLPs, os sistemas de controle eram baseados em painéis de relés e</p><p>temporizadores que exigiam uma reconfiguração física demorada e cara sempre que</p><p>houvesse uma mudança no processo de produção.</p><p>O primeiro CLP foi desenvolvido pela empresa Bedford Associates, que</p><p>posteriormente fundou a Modicon (MOdular DIgital CONtroller). O Modicon 084,</p><p>lançado em 1969, foi o primeiro CLP comercialmente disponível e foi um marco na</p><p>automação industrial. A partir daí, a tecnologia evoluiu rapidamente, com melhorias na</p><p>capacidade de processamento, na memória e na integração de rede, permitindo que os</p><p>CLPs se tornassem uma peça central na automação moderna.</p><p>5</p><p>2. GENERAL MOTORS (1969)</p><p>A General Motors, na década de 1960, enfrentava um desafio significativo na</p><p>automação de suas linhas de produção. Os sistemas de controle existentes eram baseados</p><p>em relés e temporizadores, que eram complexos, caros, difíceis de manter e modificar.</p><p>Cada vez que havia uma mudança no processo de produção, era necessário realizar uma</p><p>reconfiguração física extensa, o que resultava em altos custos e tempo de inatividade.</p><p>Em 1968, a General Motors criou um comitê para encontrar uma solução mais</p><p>eficiente e flexível. Eles definiram uma série de requisitos para o novo sistema de</p><p>controle, que incluíam a capacidade de reprogramação, maior confiabilidade, menor custo</p><p>de manutenção e maior facilidade de modificação.</p><p>Foi então que a General Motors se associou à Bedford Associates, uma empresa</p><p>de engenharia. Bedford Associates aceitou o desafio e, em 1969, desenvolveu o primeiro</p><p>Controlador Lógico Programável (CLP). Este dispositivo foi comercializado sob o nome</p><p>de Modicon 084 (MOdular DIgital CONtroller).</p><p>O Modicon 084 oferecia uma solução inovadora para os problemas enfrentados</p><p>pela General Motors. Ele utilizava um programa armazenado em memória, que podia ser</p><p>facilmente alterado através de software, eliminando a necessidade de reconfigurações</p><p>físicas extensas. Este desenvolvimento permitiu a automação de processos industriais</p><p>com maior flexibilidade e eficiência, marcando o início de uma nova era na automação</p><p>industrial.</p><p>6</p><p>3. IEC 61131</p><p>A IEC 61131 é uma norma internacional que define os requisitos e especificações</p><p>para Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Esta norma foi desenvolvida pela</p><p>Comissão Eletrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission - IEC)</p><p>e é amplamente reconhecida e adotada em todo o mundo. A IEC 61131 é composta por</p><p>várias partes, cada</p><p>uma abordando diferentes aspectos dos CLPs, desde requisitos gerais</p><p>até linguagens de programação.</p><p>3.1 Partes da Norma IEC 61131</p><p>3.1.1 IEC 61131-1 – Informações Gerais e Definições:</p><p>Esta parte da norma fornece definições e informações gerais sobre CLPs,</p><p>incluindo termos, conceitos e parâmetros básicos. Ela estabelece as bases para a</p><p>padronização e garante que todos os envolvidos no desenvolvimento e uso de CLPs</p><p>compartilhem um entendimento comum.</p><p>3.1.2 IEC 61131-2 – Requisitos de Equipamentos e Testes:</p><p>Especifica os requisitos técnicos e os métodos de teste para garantir que os CLPs</p><p>operem de maneira segura e eficaz em diversas condições industriais. Esta parte cobre</p><p>aspectos como a robustez do hardware, imunidade a interferências eletromagnéticas,</p><p>resistência a vibrações e impactos, e requisitos de alimentação elétrica. Testes rigorosos</p><p>são definidos para verificar a conformidade dos dispositivos com estes requisitos.</p><p>3.1.3 IEC 61131-3 – Linguagens de Programação:</p><p>Define as linguagens de programação padronizadas para CLPs, promovendo a</p><p>interoperabilidade e facilitando o desenvolvimento de programas de controle. As</p><p>linguagens incluídas são:</p><p>Ladder Diagram (LD): Uma linguagem gráfica que representa a lógica de controle</p><p>de forma semelhante a diagramas de circuitos elétricos com relés.</p><p>Structured Text (ST): Uma linguagem textual de alto nível semelhante a</p><p>linguagens de programação convencionais como Pascal.</p><p>Function Block Diagram (FBD): Utiliza blocos funcionais interconectados para</p><p>representar a lógica de controle.</p><p>Instruction List (IL): Uma linguagem de baixo nível similar ao assembly.</p><p>7</p><p>Sequential Function Chart (SFC): Uma representação gráfica sequencial ideal</p><p>para processos que requerem uma sequência bem definida de operações.</p><p>3.1.4 IEC 61131-4 – Diretrizes do Usuário:</p><p>Oferece diretrizes para a aplicação prática de CLPs, incluindo recomendações</p><p>para instalação, manutenção e programação. Esta parte ajuda os usuários a maximizar a</p><p>eficiência e a eficácia dos sistemas de controle.</p><p>3.1.5 IEC 61131-5 – Comunicação:</p><p>Define os requisitos para comunicação entre CLPs e outros dispositivos e</p><p>sistemas, garantindo que os CLPs possam ser integrados facilmente em redes industriais.</p><p>Esta parte abrange protocolos de comunicação e interfaces de rede.</p><p>3.1.6 IEC 61131-6 – Segurança Funcional:</p><p>Estabelece requisitos para a segurança funcional dos sistemas de controle</p><p>baseados em CLPs, garantindo que eles possam operar de maneira segura e confiável em</p><p>aplicações críticas.</p><p>3.1.7 Importância da IEC 61131</p><p>A norma IEC 61131 é crucial para a indústria de automação por várias razões:</p><p>Padronização: Promove a uniformidade na fabricação e uso de CLPs, facilitando</p><p>a integração de sistemas de diferentes fabricantes.</p><p>Qualidade: Define requisitos rigorosos que garantem a alta qualidade e</p><p>confiabilidade dos CLPs, essenciais para aplicações industriais críticas.</p><p>Interoperabilidade: As linguagens de programação padronizadas permitem que</p><p>engenheiros e técnicos trabalhem com CLPs de diferentes fabricantes sem a necessidade</p><p>de aprender novas linguagens para cada dispositivo.</p><p>Segurança: As especificações abrangem aspectos de segurança, garantindo que</p><p>os sistemas de controle operem de maneira segura e eficaz.</p><p>8</p><p>4. ARQUITERUA DOS CLP’S</p><p>A arquitetura de um CLP (Controlador Lógico Programável) é composta por três</p><p>unidades principais: a unidade central, a unidade de programação e a unidade de entrada</p><p>e saída. Além dessas, existem os periféricos, que interagem com o controlador para</p><p>fornecer alimentação, portas de comunicações e extensões das entradas e saídas.</p><p>4.1 CPU (Unidade Central de Processamento)</p><p>A CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento) é</p><p>o principal módulo do CLP. Ela é responsável por executar desde o programa fornecido</p><p>pelo fabricante até o programa do usuário. Além disso, realiza a leitura de todas as</p><p>entradas (digitais e analógicas), processa rotinas lógicas e cálculos aritméticos avançados,</p><p>como os de controle de malha, e atualiza as saídas (digitais e analógicas).</p><p>9</p><p>4.2 Entradas e Saídas</p><p>As entradas e saídas são responsáveis pela interface com o ambiente externo,</p><p>processando sinais digitais e analógicos. Esses componentes são conhecidos como</p><p>módulos de entrada e módulos de saída. Através das entradas, o sistema recebe</p><p>informações externas. Por exemplo, um sinal digital indica um estado verdadeiro ou alto</p><p>(1) quando um botão é pressionado (usando um contato normalmente aberto) e um estado</p><p>falso ou baixo (0) quando o botão é liberado. Da mesma forma, através das saídas, o</p><p>sistema envia informações para o ambiente externo. Por exemplo, um sinal digital pode</p><p>acionar uma lâmpada de sinalização, ligando-a com um nível alto (1) e desligando-a com</p><p>um nível baixo (0).</p><p>4.3 Dispositivos de Programação e Leitura</p><p>Os dispositivos de programação e leitura são os diferentes dispositivos conectados</p><p>aos CLPs, variando desde Interfaces Homem/Máquina (IHMs) até PCs, que podem</p><p>monitorar e alterar os programas dos CLPs.</p><p>4.4 Sistema de Comunicação</p><p>O sistema de comunicação é fundamental para a monitoração, criação e alteração</p><p>de programas. Cada fabricante de CLPs oferece uma variedade de protocolos de</p><p>comunicação, que podem ser redes abertas ou proprietárias. Alguns dos protocolos mais</p><p>comuns incluem MPI, Profibus, Profinet, DeviceNet, Ethernet/IP, Modbus, EtherCAT,</p><p>ASi Interface, CANopen, VARAN e Ethernet Powerlink.</p><p>5. LINGUAGENS DE PROGRAMÇÃO</p><p>A programação em CLP é essencial para a automação industrial, permitindo o</p><p>controle preciso de processos e máquinas. Com diversas linguagens de programação</p><p>disponíveis, é possível escolher a mais adequada para cada aplicação, garantindo</p><p>eficiência, clareza e robustez no controle e automação de processos industriais.</p><p>10</p><p>5.1 Ladder (LD) - Linguagem de Escada</p><p>A linguagem Ladder, ou linguagem de escada, é uma das mais antigas e populares</p><p>linguagens de programação de CLPs. Ela foi desenvolvida para ser intuitiva para técnicos</p><p>e engenheiros acostumados com diagramas elétricos. O programa é representado</p><p>graficamente como uma série de rungs (degraus), cada um contendo instruções que se</p><p>assemelham a relés e contatos de um circuito elétrico. Essa linguagem facilita a</p><p>visualização de como as entradas controlam as saídas, sendo ideal para aplicações de</p><p>controle de processos simples e intertravamento.</p><p>5.2 Function Block Diagram (FBD) - Diagrama de Blocos Funcionais</p><p>O Function Block Diagram (FBD) utiliza uma abordagem gráfica para representar</p><p>funções e suas interconexões. Em FBD, funções e blocos de funções são conectados por</p><p>linhas que indicam o fluxo de dados. Esta linguagem é útil para representar sistemas</p><p>complexos onde diversas funções são interligadas, permitindo uma visualização clara da</p><p>lógica e das interações entre diferentes componentes. FBD é amplamente utilizado em</p><p>sistemas de automação que exigem processamento de sinais analógicos e digitais.</p><p>11</p><p>5.3 Sequential Function Chart (SFC) - Diagrama Sequencial de Funções</p><p>O Sequential Function Chart (SFC) é uma linguagem gráfica projetada para</p><p>descrever a sequência de operações em um processo. Ele divide o programa em passos</p><p>(steps) e transições (transitions). Cada passo representa uma condição de controle ou um</p><p>estado específico do processo, enquanto as transições determinam as condições para</p><p>avançar de um passo para outro. SFC é ideal para processos sequenciais e etapas de</p><p>fabricação, proporcionando uma clara estruturação das operações passo a passo.</p><p>5.4 Structured Text (ST) - Texto Estruturado</p><p>Structured Text (ST) é uma linguagem textual de alto nível,</p><p>semelhante a</p><p>linguagens de programação tradicionais como Pascal e C. Ela permite a escrita de</p><p>algoritmos complexos usando uma sintaxe estruturada, com comandos condicionais,</p><p>loops, e declarações de variáveis. ST é poderosa e flexível, adequada para aplicações que</p><p>requerem processamento avançado de dados, cálculos matemáticos e controle sofisticado</p><p>de processos.</p><p>12</p><p>5.5 Instruction List (IL) - Lista de Instruções</p><p>Instruction List (IL) é uma linguagem textual de baixo nível, parecida com a</p><p>linguagem assembly. Ela consiste em uma série de instruções simples que o CLP executa</p><p>sequencialmente. Cada instrução corresponde a uma operação básica, como mover dados,</p><p>realizar operações aritméticas ou lógicas. IL é compacta e eficiente, sendo adequada para</p><p>programas simples e onde a execução rápida e direta das instruções é crítica. No entanto,</p><p>pode ser mais difícil de ler e manter em comparação com outras linguagens mais abstratas</p><p>e gráficas.</p><p>6. AUTOMAÇÃO DE TANQUE COM CLP</p><p>A imagem abaixo ilustra um sistema simples de controle de nível de um tanque.</p><p>Esse sistema utiliza uma bomba centrífuga para alimentar o tanque quando o nível estiver</p><p>baixo e interromper a alimentação quando o nível atingir o ponto alto:</p><p>13</p><p>Para implementar a lógica de controle do nível do tanque utilizando Ladder (LAD)</p><p>em um Controlador Lógico Programável (CLP), você precisará criar uma sequência de</p><p>comandos que simulem o funcionamento do sistema descrito. Abaixo está uma descrição</p><p>de como seria essa lógica:</p><p>6.1 Entradas:</p><p>• Sensor de Nível Baixo – NA (I0.3);</p><p>• Sensor de Nível Alto – NF (I0.4);</p><p>• Chave Auto / Manual – NA (I0.0);</p><p>• Chave Auto / Manual – NF (I0.0);</p><p>• Botoeira Liga – NA (I0.2);</p><p>• Botoeira Desliga – NF (I0.1);</p><p>6.2 Saída:</p><p>• Comando da bomba (Q0.0);</p><p>6.3 Programa:</p><p>6.4 Liga a Bomba:</p><p>Quando o sensor de nível baixo (I0.3) estiver ativado (contato fechado), a saída</p><p>Q0.0 será acionada, ligando a bomba centrífuga.</p><p>Alternativamente, a bomba pode ser ligada manualmente pela Botoeira Liga</p><p>(I0.2).</p><p>6.5 Desliga a Bomba:</p><p>Quando o sensor de nível alto (I0.4) estiver ativado (contato aberto), a saída Q0.0</p><p>será desativada, desligando a bomba centrífuga.</p><p>Alternativamente, a bomba pode ser desligada manualmente pela Botoeira</p><p>Desliga (I0.1).</p><p>14</p><p>7. REFERÊNCIAS</p><p>https://www.monografias.ufop.br/bitstream/35400000/1931/6/MONOGRAFIA_Sistema</p><p>sControleTemperatura.pdf</p><p>https://docente.ifsc.edu.br/rogerio.silva/MaterialDidatico/FIC%20CLP%20B%C3%A1s</p><p>ico/Apresenta%C3%A7%C3%A3o%20Aula%20FIC%20CLP%20B%C3%A1sico%20</p><p>Material%202.pdf</p><p>https://slideplayer.com.br/slide/14293492/</p><p>https://www.monografias.ufop.br/bitstream/35400000/1931/6/MONOGRAFIA_SistemasControleTemperatura.pdf</p><p>https://www.monografias.ufop.br/bitstream/35400000/1931/6/MONOGRAFIA_SistemasControleTemperatura.pdf</p><p>https://docente.ifsc.edu.br/rogerio.silva/MaterialDidatico/FIC%20CLP%20B%C3%A1sico/Apresenta%C3%A7%C3%A3o%20Aula%20FIC%20CLP%20B%C3%A1sico%20Material%202.pdf</p><p>https://docente.ifsc.edu.br/rogerio.silva/MaterialDidatico/FIC%20CLP%20B%C3%A1sico/Apresenta%C3%A7%C3%A3o%20Aula%20FIC%20CLP%20B%C3%A1sico%20Material%202.pdf</p><p>https://docente.ifsc.edu.br/rogerio.silva/MaterialDidatico/FIC%20CLP%20B%C3%A1sico/Apresenta%C3%A7%C3%A3o%20Aula%20FIC%20CLP%20B%C3%A1sico%20Material%202.pdf</p><p>15</p><p>8. CONCLUSÃO</p><p>Os Controladores Lógicos Programáveis transformaram a automação industrial,</p><p>oferecendo uma solução flexível, eficiente e fácil de manter. Com o avanço das</p><p>tecnologias de hardware e software, os CLPs continuam a evoluir, incorporando recursos</p><p>como conectividade em rede, integração com sistemas de gestão e supervisão, e</p><p>capacidades de processamento avançadas. Essa evolução permite que as indústrias</p><p>melhorem continuamente seus processos e aumentem sua competitividade no mercado</p><p>global.</p>