ai 112 clp sistemas digitais

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CLP – Controlador Lógico Programável 
O CLP, ou PLC (Controlador Lógico Programável), nasceu da necessidade da 
indústria automobilística de economizar tempo e dinheiro quando a mesma precisava 
modificar a lógica de controle dos painéis de comando. Assim, em meados de 1968 nascia 
na General Motors o CLP, cuja especificação foi liderado pelo engenheiro Richard Morley. 
Esse CLP era um amontoado de relés colocados em placas que faziam conexão com outra 
placa maior através da fiação. O circuito de fiação era na verdade o software de 
programação. 
Anos depois os relés eletromecânicos foram trocados por transistores e na metade 
dos anos setenta, os circuitos integrados já compunham as placas dos CLPs. Essa pode ser 
considerada a primeira geração do CLP. 
A segunda geração surge com o advento dos microprocessadores e 
microcontroladores. Os CLPs de segunda geração se caracterizam pela programação 
intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly 
que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder 
programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. 
A terceira geração se caracteriza pelo início da programação de alto nível, sendo os 
programas feitos em computadores pessoais (PC) e numa linguagem mais próxima do 
usuário. 
Os CLPs oferecem as seguintes vantagens: 
- Ocupam menor espaço; 
- Exibem menor potência elétrica; 
- Podem ser reutilizados; 
- São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; 
- Apresentam maior confiabilidade; 
- Manutenção mais fácil e rápida; 
- Oferecem maior flexibilidade; 
- Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de 
controle; 
- Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema. 
Estrutura do CLP 
Um CLP pode ser dividido em 6 partes: 
- Entradas 
- Saídas 
- Unidade Central de Processamento (CPU) 
- Memória de programa e de dados 
- Unidade de comunicação 
- Fonte de alimentação 
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Fonte de Alimentação: Responsável pela alimentação da CPU e dos módulos de entrada e 
saída.Geralmente é uma fonte do tipo chaveada com uma tensão de saída de 24 Vcc. 
Memória de programa: Responsável pelo armazenamento do programa aplicativo. O 
programa aplicativo é um programa desenvolvido pelo usuário para desempenhar 
determinadas tarefas. 
Memória de dados: Local utilizado pelo CPU para armazenamento temporário de dados. 
CPU (Unidade Central de Processamento): Responsável pela execução do programa 
aplicativo e pelo gerenciamento do processo. 
Sistema de Comunicação: Utilizada para conectar o Terminal de Programação. O Terminal 
de Programação é um dispositivo que serve para introduzir o programa aplicativo no CLP. 
O Terminal de Programação permite, também, monitorar passo-a-passo o programa 
aplicativo. Além disso, o sistema de comunicação pode se comunicar com outros CLP 
interligados em rede através de um CLP mestre ou com um modem via Internet. Esses 
CLPs em rede junto com outros dispositivos podem fazer parte de uma rede de chão de 
fábrica denominada de FildBus. 
 
Entradas e Saídas: São módulos responsáveis pelo interfaceamento da CPU com o mundo 
exterior adaptando os níveis de tensão e corrente e a conversão e a tradução de sinais. Cada 
entrada ou saída de sinal é denominado de ponto. Para especificar um CLP é necessário 
Fonte de 
Alimentação
Memória de programa 
e de dados 
Unidade Central de 
Processamento 
(CPU) 
E 
N 
T 
R 
A 
D 
A 
S 
S 
A 
Í 
D 
A 
S 
Comunicação 
Isolamento 
Óptico 
Isolamento 
Óptico 
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saber quantos pontos de entrada e quantos pontos de saída serão utilizados. Além disso, 
essas entradas e saídas podem ser digitais ou analógicas. As entradas analógicas são 
conversores A/D normalmente de 12 bits e as saídas analógicas são conversores D/A. 
Na figura anterior, nota-se que entre a CPU e os módulos de entrada ou de saída 
existe um isolamento óptico. Este isolamento, existente nas entradas e saídas digitais, serve 
para proteger a CPU e para eliminar ruídos elétricos. As figuras seguintes mostram 
circuitos de entradas e saídas típicas de um CLP. 
Entrada Digital:
Saída Digital:
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Entrada Analógica:
As grandezas analógicas normalmente tratadas por este módulo são correntes e 
tensões. As tensões utilizadas estão na seguintes faixas: 
0 a 10 vcc 
0 a 5 Vcc 
1 a 5 Vcc 
-5 a +5 Vcc (Entradas diferenciais) 
-10 a +10 Vcc (Entradas diferenciais) 
No caso das correntes, as faixas são: 
0 a 20 mA 
4 a 20 mA. 
Saída Analógica:
Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinais 
de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente a faixa são de: 
0 à 10 VCC 
0 à 5 VCC 
No caso de corrente, as faixas são: de 0 à 20 mA ou 4 à 20 mA. 
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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO CLP 
Os sinais dos sensores são aplicados na entrada do CLP e a cada ciclo (varredura do 
programa) esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de memória interna 
denominada de memória imagem de entrada. Esses sinais são processados pelo programa 
aplicativo e ao término de cada ciclo os resultados são atualizados na memória imagem e 
então aplicados aos terminais de saída. A figura abaixo mostra esse processo. 
PROGRAMAÇÃO DO CLP 
O padrão IEC 1131-3 define 5 linguagens na tentativa de padronizar a linguagem de 
programação dos CLPs: 
Inicialização 
Leitura das entradas 
Atualização da memória 
imagem 
Processamento pelo 
programa aplicativo 
Atualização das saídas 
Structured Text (ST) 
Instruction List (IL) 
Function Block Diagram (FBD) 
Ladder Diagram (LD) 
Sequential Function Charts (SFC) 
Textuais 
Gráficas 
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As linguagens Texto Estruturado (ST), Lista de Instruções (IL), Diagrama de Bloco 
de Funções (FBD) e Diagrama de Contatos (LD) podem ser utilizadas dentro dos blocos de 
ações e transições para construir o Diagrama Seqüencial de Funções (SFC). 
A linguagem de Texto Estruturado (ST) é uma linguagem de programação tipo 
pascal, C, Basic. O Diagrama Seqüencial de Funções (SFC) descreve o comportamento 
seqüencial de um processo particionando o problema através de um modelo top-down. Um 
exemplo dessa linguagem é o Grafcet. Essas duas linguagens não serão abordadas neste 
tutorial. 
Dentre as três linguagens restantes [Lista de Instruções (IL), Diagrama de Bloco de 
Funções (FBD) e Diagrama de Contatos (LD)] a mais importante é o Diagrama de Contatos 
que doravante será denominado de Linguagem Ladder. A linguagem ladder é substituta 
direta dos antigos painéis controlados por relés. 
A figura abaixo mostra o circuito elétrica para ligar uma lâmpada(L1) utilizando 
uma botoeira (B1). A figura também mostra o mesmo circuito numa linguagem de relés. 
Na figura acima note os símbolos utilizados para o os contatos abertos da botoeira e 
do relé. O mesmo circuito é mostrado na figura abaixo montado no CLP e no diagrama 
ladder: 
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A botoeira B1, normalmente aberta, esta ligada na entrada I00.0 do CLP. A lâmpada 
foi ligada na saída Q50.0. Quando a botoeira for acionada a entrada I00.0 recebe a 
alimentação fechando seu contato, o que irá energizar a saída Q50.0 que acende a luz. 
Os CLPs podem possuir vários módulos de entradas e saídas tanto analógicas 
quanto digitais, além de outros módulos especiais. Além disso, cada placa geralmente tem 
mais de uma entrada ou saída. Portanto, a CPU do CLP necessita saber qual o endereço de 
cada módulo e qual entrada ou saída esta conectada. Um exemplo de endereçamento é 
mostrado abaixo: 
 Palavra de Endereçamento da Placa 
I00.0 Q50.0 
 Número do Bit na Palavra de Endereçamento 
 Entrada Saída 
Levando em consideração o exemplo anterior de acender a luz, isto poderia dizer 
que temosuma placa de entrada digital no endereço 00 e uma placa de saída digital no 
endereço 50. A placa de entrada digital e a de saída digital poderia ter 8 entradas cada 
uma, sendo seus bits numerados de 0 a 7. Portanto, teríamos no exemplo anterior um 
botoeira ligada no bit 0 da placa de entrada localizada no endereço 00 e uma lâmpada 
ligada no bit 0 da placa de saída localizada no endereço 50. 
A programação por lista de instruções seria: 
LD I00.0 � carrega acumulador com valor de entrada A = I00.0 
ST Q50.0 � Armazena valor do acumulador na saída Q50.0 = A 
Tabela 01 - Lista de instruções: 
Operador Modificador Operando Comentário 
ADD ( Qualquer Adição 
DIV ( Qualquer Divisão 
MUL ( Qualquer Multiplicação 
Operações 
Básicas 
SUB ( Qualquer Subtração 
LD N Qualquer Carrega operando no acumulador 
Funções ST N Qualquer Armazena acumulador no operando 
& N, ( BOOL E lógico 
AND N, ( BOOL E lógico 
OR N, ( BOOL OU lógico 
XOR N, ( BOOL OU – Exclusivo 
R BOOL Reseta operando para False 
Funções 
Lógicas 
S BOOL Seta operando para True 
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 Modificadores: 
N – nega um valor booleano 
C – denota jump condicional (só pode ser usado com JUMP). 
Exemplo: ANDN – equivale à porta NAND. 
 Tabela 02 - Desvios e comparações: 
Operado Modificador Operando Comentário 
EQ ( Qualquer Comparação de igual 
GE ( Qualquer Comparação maior ou igual 
GT ( Qualquer Comparação maior que 
LE ( Qualquer Comparação menor ou igual 
LT ( Qualquer Comparação menor que 
NE ( Qualquer Comparação se diferente 
JMP C, N Label Salto 
CALL C, N Nome Chamada de função 
RET C, N Retorno da função 
( ) Prioridade 
Tabela 03 – Operadores de Blocos de Função 
Operador Bloco de Função Comentário 
S1, R Biestável SR Seta e Reseta o Biestável SR 
S, R1 Biestável RS Seta e Reseta o Biestável RS 
CLK R_Trig, detector de 
borda de subida 
Entrada de clock de borda de subida do bloco lógico 
CLK F_Trig, detector de 
borda de descida 
Entrada de clock de borda de descida do bloco 
lógico 
CU, R, PV CTU, contador 
incremental 
Parâmetros de controle para o contador incremental 
CTU; CU incrementa, R reset e PV carrega 
contador. 
CD, LD, PV CTD, contador 
decremental 
Parâmetros de controle para o contador decremental 
CTD; CD decrementa, LD carrega; e PV carrega 
contagem mínima. 
CU, CD, R, 
LD, PV 
CTUD, contador 
universal 
Parâmetros de controle para o contador universal 
CTUD. 
IN, PT TP, temporizador 
de pulso 
Paramentos de controle para o timer de pulso. IN 
inicia temporização; PT seta o tempo de pulso. 
IN, PT TON, temporizador 
de atraso de subida. 
Paramentos de controle para o timer de atraso de 
subida. IN inicia temporização; PT seta o tempo de 
pulso. 
IN, PT TOF, temporizador 
de atraso de descida 
Paramentos de controle para o timer de atraso de 
descida. IN inicia temporização; PT seta o tempo de 
pulso. 
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O circuito para a porta AND é mostrado na figura abaixo, bem como seu diagrama 
ladder e a conexão no CLP: 
Na listra de instruções, teríamos: 
LD I00.0 � A = I00.0 
AND I00.1 � A = A & I00.1 
ST Q50.0 � Q50.0 = A 
O circuito para a porta OU é mostrado na figura seguinte. Note a diferença entre as 
duas portas (AND e OU). Note que não há diferença nas conexões dos componentes no 
CLP. A diferença esta na programação (diagrama ladder, ou lista de intruções). 
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Na lista de 
instruções: 
LD I00.0 
OR I00.1 
ST Q50.0 
Na lista de 
intruções: 
LDN I00.0 
ST Q50.0 
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No diagrama de relés, muitas vezes há a necessidade de se utilizar relé auxiliar para 
desenvolver uma aplicação. Este relé auxiliar pode ser utilizado ou não na linguagem 
ladder, dependendo da complexidade da aplicação. Na figura abaixo é mostrada a 
construção de uma porta OU-Exclusivo. Notar a diferença entre o diagrama de relé e a 
mesma aplicação na linguagem ladder: 
A lista de instrução seria: 
 LD I00.0 * carrega a entrada I00.0 
ANDN I00.1 * faz um and lógico entre I00.0 e I00.1 invertido 
OR( 
LDN I00.0 * carrega a entrada I00.0 invertida 
AND I00.1 * faz um and lógico entre I00.0 invertido e I00.1 
) * faz o OU lógico entre as duas expressões 
 ST Q50.0 * carrega a saída Q50.0 
Notar no diagrama ladder a última linha possui um bloco de finalização (END). Isto 
é necessário para indicar para a CPU do término lógico do programa. 
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Exercício 1) A figura abaixo mostra um sistema para lubrificar a superfície de placas 
metálicas para melhorar o desempenho do sistema de estampagem e de corte. Os sistemas 
de estampagem e de corte são muito utilizados nas indústrias de metal-mecânica. 
O sistema possui um sensor de proximidade para detectar se há chapa sobre a esteira 
ou não. Caso haja chapa na esteira, o sistema deve acionar o ar comprimido e a névoa 
lubrificante. Assim que a chapa sair da proximidade do sensor, o sistema deve desligar o ar 
comprimido e a névoa lubrificante. 
O sistema possui, também um “start-up” (ligar o sistema). Esse sistema é controlado 
por dois botões no painel de controle. O botão de “Start” deve ligar o motor e habilitar o 
funcionamento do ar comprimido e da névoa lubrificante. O botão de “Stop” deve ser usado 
para desligar todo o sistema. Considere que estes dois botões sejam pulsantes, ou seja, não 
retentivo. Projete este sistema em linguagem ladder e lista de instruções. 
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Exercício 2) Um sistema para encher garrafas de refrigerantes é mostrado na figura abaixo: 
O sistema possui um “start-up” idêntico ao exemplo anterior. Uma vez ligado o 
sistema, as garrafas são conduzidas por uma esteira rolante. Quando a garrafa atinge o 
sensor S1, o motor da esteira rolante deve ser desligado e a válvula solenóide deve ser 
energizada até que o líquido atinja o sensor S2. Quando o líquido atinge este sensor, além 
da válvula solenóide ser desligada, o motor da esteira deve ser ligado novamente. 
Considere que os sensores S1 e S2 estão em nível lógico alto enquanto o feixe 
óptico não for interrompido. Projete o sistema em linguagem ladder e em lista de 
instruções. 
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CIRCUITOS DE INTERTRAVAMENTO 
O circuito abaixo mostra como implementar um circuito para ligar e desligar uma 
máquina. Um contato da bobina Q50.0 é utilizado para realizar o intertravamento da 
máquina, mantendo-a ligada. É importante notar que podem ser utilizados tantos contatos 
quantos forem necessários de uma mesma bobina. 
Outra maneira de implementar o circuito de intertravamento é a utilização das 
instruções de memorização (flip-flops). 
Lista de Instruções 
LD I00.0 
OR Q50.0 
AND I00.1 
ST Q50.0 
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Lista de instruções 
LD I00.0 
S Q50.0 ; energiza a bobina Q50.0 caso a botoeira I00.0 seja pressionada 
LD I00.1 
R Q50.0 ; desliga a bobina Q50.0 se a botoeira I00.1 for pressionada. 
CIRCUITO PARA DETECÇÃO DE BORDA 
São circuitos que respondem na subida ou descida de um pulso. Existem os 
seguintes componentes: 
Exercício 3: Programe em Ladder um sistema utilizando uma bobina sensível a borda de 
subida que, assim que o operador pressiona uma botoeira um motor é ligado e quando o 
operador pressionar a botoeira de novo o motor é desligado. 
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CONTADORES 
Os contadores são componentes que a partir do sinal de pulso na sua entrada, 
efetuam contagens crescentes ou decrescentes. 
CONTADORES CRESCENTES:
Onde; 
R – entrada de reset do contador 
S – entrada de preset do contador 
PV – Valor predefinido. 
CU – entrada da contagem crescente (counter – up) 
E – saída acionada quando ocorre o overflow (de 9999 para 0000) 
D – saída acionada quando o valor do contador for igual ao valor da contagem 
predefinida. 
CONTADOR DECRESCENTES:
Onde: CD – entrada da contagem decrescente. 
Lista de Instruções 
LD I00.0R C00 
LD I00.1 
CU C00 
LD C00.D 
SET Q50.0 
Lista de Instruções 
 
LD I00.0 
R C00 
LD I00.1 
CU C00 
LD C00.D 
ST Q50.0 
Lista de Instruções 
LD I00.0 
R C00 
LD I00.1 
CD C00 
LD C00.D 
ST Q50.0 
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TEMPORIZADORES 
São componentes utilizados quando há a necessidade de um tempo fixo. Podem ser 
usados para acionar uma saída após um certo tempo, ou manter uma saída ativa por um 
determinado tempo. 
Temporizador de Pulso (TP) com pulso definido:
 
Neste temporizador a saída será energizada por um período de tempo constante. 
O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 for 
fechado, a saída Q50.0 ficará acionada por 100 s. Funciona como um monoestável. 
Temporizador com retardo na ligação (TON):
Neste temporizador após a entrada ser ativada, a saída espera um certo período de 
tempo para ser energizada. A saída permanecerá ativa até a entrada ser desativada. 
Lista de instruções: 
LD I00.0 
IN TM00 
LD TM00.Q 
ST Q50.0 
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O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 for 
fechado, a saída Q50.0 espera por 100 s para ser ativada. 
Temporizador com retardo no desligamento:
Neste temporizador a saída fica ativada assim que a entrada for energizada. Após a 
entrada ser desativada, a saída ainda permanecerá energizada por um período de tempo T 
definido. 
O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 for 
fechado, a saída Q50.0 é energizada e irá esperar por 100 s após a entrada ser desernegizada 
para ser desativada. 
Lista de instruções: 
LD I00.0 
IN TM00 
LD TM00.Q 
ST Q50.0 
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Exercício 4) Projete um controlador automático para uma máquina de lavar roupas que 
funcione da seguinte maneira: 
- quando for pressionado o botão LIGAR, se a porta da lavadora estiver fechada, é iniciado 
o ciclo de lavagem com a seguinte seqüência (ou estados): 
1º. Encher o tambor de água (acionar a válvula V1) 
Colocar detergente (válvula V2) por 10 segundos 
2º. Rodar no sentido inverso (M3) enquanto: 
Aquece a água (resistência R) até o sensor de temperatura (T) ser acionado 
Continuar a encher o tambor de água até o sensor de pressão (P) ser acionado 
3º. Descansar por 5 segundos 
4º. Rodar em velocidade normal (M1) por 30 segundos 
5º. Evacuar a água por 10 segundos 
6º. Rodar no sentido inverso (M3) e evacuar o restante da água até P=0 
7º. Parar por 5 segundos 
8º. Centrifugar por 20 segundos (acionar motor M2-velocidade rápida). 
9º. Voltar ao passo por durante 3 vezes. 
 10º. Desligar. 
- Caso seja pressionado o botão PARAR, a máquina deverá ser desligada. 
ATURADORES SENSORES 
Normal M1 Ligar L 
Rápido M2 Parar ST 
Motor do 
tambor 
Sentido Inverso M3 
Botões do 
painel de 
controle Abrir a porta AP 
Entrada Água V1 Sensor Temperatura T 
Mist.Detergente V2 Sensor de Pressão P 
Eletro-
válvulas 
Evacuação V3 Sensor de porta fechada PF 
Bomba de Evacuação B 
Resistência de Aquecimento R 
Fechadura Elétrica FE Temporizador/Contador TC 
Lista de instruções: 
LD I00.0 
IN TM00 
LD TM00.Q 
ST Q50.0 
Módulo CLP
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5) Projetar um sistema que carregue cubos de madeiras para um forno. Devem ser 
carregados 4 cubos de cada vez. 
Os cubos chegam através de uma esteira rolante. Um sensor de proximidade (P) 
acusa a presença de um cubo que deve ser empurrado pelo cilindro A para o cilindro B. 
Quando houver 4 peças alinhadas, o cilindro C deve abrir a porta do forno e o conjunto de 4 
peças é empurrado pelo cilindro B para dentro do forno. Para permitir o recuo do cilindro B 
a porta do forno deve ser mantida aberta durante 5 segundos. 
No painel de controle existem os botões para iniciar e para parar o processo. 
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5) Projete um sistema para fazer a orientação de caixas de papelão que são transportadas 
por uma esteira rolante. Um sensor colocado na esteira indica se a caixa deve ser 
rotacionada a 180º, a 90º ou se a orientação está correta. 
O sistema possui um sistema pneumático composto por dois cilindros A e B que realizam a 
rotação das caixas como indicado na figura abaixo: 
Esse sistema pneumático possui 4 chaves fim-de-curso (a0, a1, b0 e b1) que indicam a 
posição do cilindro. 
Além disso, o sistema ainda possui 3 outros cilindros pneumáticos de efeito único: 
Cilindro D para desviar a caixa para a rotação de 180º 
Cilindro E para desviar a caixa para a rotação de 90º 
Cilindro C para devolver a caixa para a esteira. 
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