Aula 02 Controladores Programavies

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FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Controladores Industriais
Automação Semestre 02/2015
Engenharia de Controle e Automação
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Histórico
 No fim da década de 1960, os circuitos integrados permitiram o desenvolvimento de minicomputadores que 
foram logo utilizados para o controle on-line de processos industriais.
 Em 1969, surgiram os primeiros controladores baseados numa especificação da GM resumida a seguir:
 Facilidade de programação
 Facilidade de manutenção com conceito de plug-in
 Alta confiabilidade
 Dimensões menores que as dos painéis a relés, para a redução de custos
 Envio de dados para processamento centralizado
 Preço competitivo
 Sinais de entrada de 115Vac
 Sinais de saída de 115Vac
 Expansão em módulos
 Mínimo de 4000 palavras na memória, ou 4Kword
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Histórico
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas
Chassi ou Rack
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Histórico
 Na década de 1980, houve um aperfeiçoamento das funções de comunicação dos CLPs, sendo 
então utilizados em rede. Atualmente, as principais características dos Controladores Programáveis 
são as seguintes:
 Linguagem de programação de alto nível, caracterizando um ambiente de programação intuitivo 
com o usuário. Depois de concluído e depurado, o programa pode ser transferido para os 
CLPs, garantindo confiabilidade na sua utilização.
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Histórico
 Simplificação nos quadros de painéis elétricos. Como conseqüência, qualquer alteração 
necessária torna-se mais rápida e barata.
 Confiabilidade operacional. Alterações podem ser realizadas pelo programa do Controlador 
necessitando pouca ou nenhuma alteração na fiação elétrica e as possibilidades de haver erro 
nestas alterações são minimizadas.
 Funções avançadas: Há grande variedade de tarefas de controle através de funções 
matemáticas, controle da qualidade e informações para os relatórios.
 Comunicação em rede: Através de interfaces de operação, controladores e computadores em 
rede permitem a coleta de dados e uma enorme troca de dados em relação aos níveis da 
pirâmide da automação.
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Arquitetura
 Um CLP é constituído 
basicamente de:
 Fonte de alimentação
 Unidade Central de 
Processamento – UCP ou 
CPU
 Memórias do tipo fixo e 
volátil
 Bornes de entradas e 
saídas
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Arquitetura fixa e/ou modular
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas de expansão
Entradas e Saídas na Base (Local)
CLP (PLC) de pequeno porte
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Arquitetura modular - PAC
1769-L1Y
1769-L2Y
1769-L3YCAP (PAC) de pequeno e médio porte
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas locais
Entradas e 
Saídas na Base
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Arquitetura modular - PLC
Fonte
UCP ou CPU
Módulos de Entradas e Saídas locais
Chassi ou Rack
CLP (PLC) de médio porte
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Arquitetura modular – PAC - Safety
RSLogix 5000 Development
High-Performance Expansion
• -L43S two slots, -L45S four slots:
–EtherNet/IP
–ControlNet
–SERCOS motion modules
Compact GuardLogix Controllers
• 1768-L43S, 1768-L45S
• Full standard control functionality
• SIL 3, PL e easy-to-use safety control
1769 Standard I/O Expansion
Wide range of standard I/O modules 
to meet virtually any need
CAP (PAC)
I/O Remoto de 
Segurança
I/O Remoto de 
Segurança e 
I/O normal
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Especificação de Arquitetura do 
Controlador Industrial
 Rack (ou Chassi, ou Bastidor)
 Fonte de Alimentação
 CPU
 Módulos de Comunicação
 Módulos de Entradas e Saídas Digitais
 Módulos de Entradas e Saídas
Analógicas
 Módulos de Entradas e Saídas Especiais
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Características do Controlador 
Industrial
Catalog ControlLogix 5570 ControlLogix XT GuardLogix
Maximum Memory De 2MB a 32 MB De 2MB a 32 MB Até 8 MB Std / 4 MB Safety
Disciplines Supported Discrete, Batch, Motion, Process, Drive, Safety
Safety Level SIL 2, PLd SIL 2, PLd SIL 3, PLe
Non-Volatile Memory
Industrially rated and certified Secure Digital (SD) memory card (1 and 2 GB 
options); all controllers shipped with 1 GB card
Built-in Communication 
Ports USB
Communication Module 
Options
EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway Plus, Remote I/O, Synchlink, 
FOUNDATION Fieldbus, HART, legacy and 3rd party networks
Serial Port Communications 
Module Options
ASCII, DF1 full/half-duplex, DF1 radio modem, DH-485 and ModBus
Integrated Motion Integrated Motion on EtherNet/IP, SERCOS, analog, hydraulics
Programming Languages
Relay ladder logic, function block diagram, structured text and sequential function 
charts
Certifications UL, CSA, C-Tick, CE, ATEX, Marine, GOST, Kc
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Especificação de Controladores Industriais
 Na automação com Controladores Industriais, devemos considerar:
 Compatibilidade entre instalação elétrica e pontos de E/S digitais (tensão e quantidade)
 Existência de chaves de proteção de hardware (Run, Rem, Prog)
 Tipo e forma de endereçamento (Endereços pré-definidos ou tags)
 Estrutura de dados (Real, Int, Dint, String, Bool, etc.)
 Tipo e forma dos sinais aceitáveis (Corrente, Tensão, RTD, TC, etc.)
 Compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos (Drives, Servo-Drives, Soft-Starter, Encoders, etc)
 Número de entradas e saídas
 Tamanho da memória do Controlador
 Rede de comunicação (Protocolos?)
 Porte da família do controlador (Pequeno, Médio, Grande)
 Software de programação e supervisão (Softwares de Engenharia/Desenvolvimento e para 
Operação/Monitoração)
 ...
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Scan da CPU do PLC
 Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PLCs
1. input scan - the time required for the controller to scan and read all input data; typically 
accomplished within a few milliseconds.
2. program scan - the time required for the processor to execute the instruction in the 
program. The program scan time varies depending on the instruction used and each 
instruction’s status during the scan time.
3. output scan - the time required for the controller to scan and write all output data; 
typically accomplished within a few milliseconds.
4. service communications - the part of the operating cycle in which communication takes 
place with other devices, such as an HHT or a personal computer.
5. housekeeping and overhead - time spent on memory
CLP (PLC)
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Scan da CPU do PAC
 Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Scan da CPU do PAC
 Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Scan da CPU do PAC
 Ciclo de Execução (scan) em Operação Normal – Modo RUN nos PACs
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Arquitetura
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Controladores Industriais - Modelos
 PLC Micro800 
Controller
 PLC MicroLogix 1000
 PLC MicroLogix 1100
 PLC MicroLogix 1200
 PLC MicroLogix 1400
 PLC MicroLogix 1500
 PLC SLC500
 PLC PLC5
 PAC CompactLogix / 
Compact GaurdLogix
 PAC ControlLogix / 
GuardLogix
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Linguagens de Programação
 São várias as linguagens de programação utilizadas nos controladores
programáveis. O 
International Electrotechnical Committee – IEC é o responsável pela padronização dessas 
linguagens de programação sendo a norma IEC 1131-3 Programming Languages a recomendada 
para o assunto em questão.
 Classificação das linguagens de programação:
 Instruction List
 Structured Text - ST
 Ladder Diagram - LD ou Diagrama de Relés
 Function Block Diagram - FB
 Sequencial Flow Chart - SFC
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Linguagens de Programação
Ladder Seqüenciamento
Texto
Blocos
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Select When a section of your code represents
Relay Ladder Logic (RLL) •Continous or paralel execution of multiple operations (not
sequenced)
•Boolean or bit based operations
•Complex logical operations
•Message and comunication processing
•Machine interlocking
•Operations that service or maintenance personnal may
have to interpret in order to troubleshoot the machine of
process
•Servo motion control
Function Block Diagram (FBD) •Continuous process and drive control
•Loop control
•Calculations in circuit flow
Sequential Function Chart (SFC) •High-level management of multiple operations
•Repetitive sequences of operations
•Batch process
•Motion control sequencing
•State machine operations
Structured Text (ST) Complex mathematical operations structured text
Specialized array or table loop processing
ASCII string handing or protocol processing
Linguagens de Programação
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Das Especificações aos Controladores
 O objetivo principal da Engenharia da Automação é projetar os programas em um computador 
(controlador industrial) que, interagindo com um dado processo, modificam o seu desempenho e 
procuram obter:
 Evolução “automática”, isto é, com grande independência de operadores;
 Interface ergonômica com os operadores;
 Alguma correção automática perante defeitos ou falhas.
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Das Especificações aos Controladores
 Na literatura há uma grande confusão de nomes para designar as diferentes partes dos 
programas na automação; por isso, segue abaixo algumas nomenclaturas para esclarecimento:
1. Controle dinâmico: age sobre os processos dinâmicos (movidos pelo tempo) existentes 
na planta industrial, buscando sua regularidade e sua rapidez de resposta a comandos;
2. Controle de Eventos Discretos: comanda as atividades gerais da planta industrial (vista 
como sistema a eventos), levando-a ao comportamento desejado, independentemente de 
operadores;
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Das Especificações aos Controladores
3. Controlador de falhas: (para eventos dinâmicos e discretos): entra em ação quando são detectados 
defeitos em máquinas ou peças, ou eventos externos anormais. Também é chamado de controlador 
de contingências ou recuperador de falhas (error recovery controller);
4. Sistema Supervisório: permite aos operadores acompanhar e interagir/operar com o sistema de 
produção, quando necessário.
5. Controlador Multidisciplinar: é um controlador industrial que tem a capacidade de controlar mais de 
uma disciplina no processo produtivo, como:
- Controle de Intertravamento;
- Controle de Batelada – Batch;
- Controle e Gerenciamento de Inversores de Freqüência – Drives;
- Controle e Gerenciamento de Servo-acionamento – Motion Control - Robos;
- Controle de Processo – Malha fechada (PID, Lead, Lag);
- Controle de Segurança de Máquinas – Safety Control;
- Controle de acionamentos do tipo CNC, SDCD ou DCS, etc.
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Das Especificações aos Controladores
5. Controlador de Multidisciplinas
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Das Especificações aos Controladores
 Controladores Lógicos versus Controladores de Automação
 Estrutura fixa, modular e fixa+modular
 Escalabilidade: Pequeno, Médio e Grande porte.
 Memória da CPU;
 Quantidade de I/Os digitais e analógicos;
 Quantidade de dispositivos em rede de comunciação que o controlador está gerenciando;
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O que é necessário saber para 
especificar um Controlador Industrial?
 Quais disciplinas de controle necessárias:
 Número de I/O’s locais:
 Tipos de sinais dos I/Os locais e remotos (Digitais: 24Vdc? 127Vac? 220Vac? Analógicos: 0-10Vdc, 4-20mA, IR e/ou IT):
 Número de I/O’s remotos e sua distribuição:
 Quais as conexões de rede de comunicação necessárias:
 Quais as disciplinas de controle necessárias:
 Tamanho de memória de CPU necessária:
 Tipos e quantidade de tarefas de execução necessária:
 Tipo de máquina ou processo que será automatizado:
 Quais dispositivos serão conectados na rede de comunicação:
 Arquitetura de controle simples ou redundante:
 Tipos de linguagem de programação necessária:
 Topologia da rede de comunicação:
 Nível de segurança do sistema (security):
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Fonte: Publication 1769-SG001N-EN-P - January 2012
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
O que é necessário saber para especificar um 
Controlador Industrial?
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Nomenclaturas
 CLP: Controladores Lógicos Programáveis
 PLC: Programmable Logic Controller
 CAP: Controladores de Automação Programáveis
 PAC: Programmable Automation Controller
 SDCD: Sistema Digital de Controle Distribuído
 DCS: Distributed Control System 
 CNC: Computer Numerical Control - Controle Numérico por Computador
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Para validar as arquiteturas de controle:
http://www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/support/configuration.page?
IAB
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Exercício
 Monte no IAB a arquitetura de um Controlador Industrial (PAC) com melhor relação custo benefício 
conforme a configuração abaixo:
 30 DI 24Vdc PNP - local;
 20 DO 24Vdc - local;
 8 AI – 4...20mA - local;
 5 AO – 4...20mA - local.
 Conectividade em rede Ethernet/IP.
Link para download do IAB:
http://raiseinstall.rockwellautomation.com/pst-lite.html
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Perguntas?