Automação - Aula 7 - Introdução aos CLPs

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EC 214: Automação
Introdução aos CLPs
Prof.: Egidio Raimundo Neto
Santa Rita do Sapucaí
1° Semestre de 2017
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• Os CLPs ou Controladores Lógico Programáveis podem ser
definidos, segundo a norma ABNT, como um equipamento
eletrônico-digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais. Os CPLs também são conhecidos
como PLCs, do inglês: Programmable Logic Controller.
Controladores Lógicos Programáveis
Definição
Introdução aos CLPs
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• Segundo o IEC (International Eletrotechnical Commission) o
CLP é descrito como:
“Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente
industrial, que usa memória programável para a armazenagem interna de instruções
orientadas para o usuário para implementar funções específicas, tais como lógica
sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas
e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas e processos. O controlador
programável, e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente
integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente utilizados nas funções
previstas.”
Controladores Lógicos Programáveis
Definição
Introdução aos CLPs
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• De acordo com a definição NEMA (National Electrical
Manufacturers Association) é:
“Um equipamento eletrônico que funciona digitalmente e que utiliza uma
memória programável para armazenamento interno de instruções para
implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, registro
e controle de tempos, contadores e operações aritméticas para controlar,
através de módulos de entrada/saída digital (LIGA/DESLIGA) ou analógicas
(0-10 Vcc, 4 a 20 mA, etc.) vários tipos de máquinas ou processos.”
Controladores Lógicos Programáveis
Definição
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• O CLP nasceu dentro da General Motors, em 1968, devido a
grande dificuldade de mudar a lógica de controle dos painéis
de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais
mudanças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro.
Controladores Lógicos Programáveis
Perspectiva Histórica
Introdução aos CLPs
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• Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada
uma especificação que refletia as necessidades de muitos
usuários de circuitos e relés, não só da indústria
automobilística como de toda a indústria manufatureira.
Controladores Lógicos Programáveis
Perspectiva Histórica
Modicon 084
Introdução aos CLPs
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• Os primeiros controladores surgiram baseados numa
especificação resumida a seguir:
– Facilidade de programação;
– Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
– Alta confiabilidade;
– Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos;
– Envio de dados para processamento centralizado;
– Preço competitivo;
– Expansão em módulos;
– Mínimo de 4000 palavras na memória.
Controladores Lógicos Programáveis
Perspectiva Histórica
Introdução aos CLPs
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• Fácil diagnóstico durante o projeto
• Economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido
• Não produzem faíscas
• Podem ser programados sem interromper o processo
produtivo
• Possibilidade de criar um banco de armazenamento de
programas
• Baixo consumo de energia
• Necessita de uma reduzida equipe de manutenção
Controladores Lógicos Programáveis
Vantagens da Utilização do CLP:
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• Tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e
saídas
• Capacidade de comunicação com diversos outros
equipamentos
• Reutilizáveis
• Maior confiabilidade
Controladores Lógicos Programáveis
Vantagens da Utilização do CLP:
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A grande vantagem dos controladores programáveis era a
possibilidade de reprogramação, permitindo transferir as
modificações de hardware em modificações de software.
Controladores Lógicos Programáveis
Vantagens da Utilização do CLP
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1ª. Geração:
- Componentes Discretos (Transistores e CI’s)
- Necessário o conhecimento do hardware do CLP
- Programação em Assembly
2ª. Geração:
- Crescimento do poder de processamento
- Aumento do número de interfaces (I/O)
- Aparecimento das linguagens de programação de nível médio
- Utilização de um “Programa Monitor”
Controladores Lógicos Programáveis
Evolução
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3ª. Geração:
- Surgimento dos microprocessadores
- Aumento da capacidade de processamento
- Diminuição dos custos e do tamanho
4ª. Geração:
- Comunicação serial
- Programação através de um micro computador
- Possibilidade de testar o programa antes de enviá-lo ao CLP
- Comunicação serial
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Evolução
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5ª. Geração:
- Redes locais para comunicação de dados entre CLPs
- Protocolos de comunicação de dados
- Interface com equipamentos de outros fabricantes
- Sistemas de supervisório (descentralização)
- Redes internas de comunicação
Controladores Lógicos Programáveis
Evolução
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• Máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis,
calçados)
• Equipamentos industriais para processos (siderurgia, papel e
celulose, petroquímica, química, alimentação, mineração, etc)
• Equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga)
• Controle de processos com realização de sinalização,
intertravamento e controle
• Aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes
• Bancadas de teste automático de componentes industriais.
Controladores Lógicos Programáveis
Aplicações
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• Máquinas
• Plástico
• Madeira
• Usinagem/Metal
• Embalagem
• Alimentícia
• Impressão
• Processos
• Residencial
• Energia
Controladores Lógicos Programáveis
Aplicações
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Para aprendermos como funciona um CLP, é necessário uma análise
de seus componentes básicos, utilizados por todos os CLPs disponíveis no
mercado, independente de seu porte ou fabricante. Os componentes básicos
são:
• Unidade Central de Processamento (CPU)
• Memória para dados e programas
• Entradas
• Saídas
• Alimentação
• Dispositivos de Comunicação
• Dispositivos de Programação
Controladores Lógicos Programáveis
Hardware
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Diagrama em blocos de um CLP genérico e com seus principais
componentes:
Controladores Lógicos Programáveis
Hardware
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Diagrama em blocos de um CLP genérico e com seus principais
componentes:
Controladores Lógicos Programáveis
Hardware
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• Principal componente do CLP
• Formada por um microprocessador e um sistema de memória
• Adquire os dados de entrada
• Executa o programa
• Controla as saídas
• Gerencia a comunicação de rede (quando existir)
• Gerencia a comunicação com dispositivos de comunicação
Controladores Lógicos Programáveis
CPU - Unidade Central de Processamento
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Controladores Lógicos Programáveis
CPU - Unidade Central de Processamento - SCAN
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A memória é responsável por armazenar o programa
desenvolvido pelo usuário para controle da máquina e os dados
necessários para a execução desse programa. Existem basicamente
dois tipos de memória: a memória de dados e a memória de programa.
•Memória de dados (RAM)
– Também conhecida como memória de rascunho
– Espaço utilizado pela CPU para o armazenamento temporário de dados de I/O
– Atualizada a cada ciclo de varredura do CLP
•Memória de programa (RAM, EPROM, EEPROM)
– Armazenamento do programa aplicativo e do usuário (programa que controla a
máquina ou processo)
Controladores Lógicos Programáveis
Memória de dados e programa
Introdução aos CLPs
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O CLP é capaz de monitorar o estado da máquina sob controle
através dos dispositivos de entrada. Esses estão ligados a elementos
sensores que detectam a existência ou não de um determinado
elemento (entradas digitais) ou o valor de uma determinada grandeza
física (entradas analógicas). Em ambos os casos, os dispositivos de
entrada, chamados normalmente de cartões de entrada, são
responsáveis por receber uma informação proveniente de sensores
instalados na máquina, tratá-la e adequá-la à um sinal que possa ser
armazenado na memória do CLP e consequentemente usado por esse
na execução do programa do usuário.
Controladores Lógicos Programáveis
Entradas
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• Também chamadas discretas ou binárias
• Ligado / Desligado (Energizado / Desenergizado)
• Nível de tensão de 24Vcc ou 110/220Vca para representar um
estado energizado de um componente
• Entradas digitais de 24Vcc são as mais usuais
Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Digitais
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Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Digitais
Introdução aos CLPs
Entrada Digital - SINK Entrada Digital - SOURCE
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Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Digitais
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• São utilizadas quando desejamos adquirir dados referentes a
grandezas definidas em todos os instantes de tempo
Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Analógicas
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• Temperatura, pressão, vazão, velocidade
– Elemento sensor adquire o dado do campo
– Sinal é convertido num nível de tensão (1-5V ou 0-10V) ou corrente
(4-20mA) padrão industrial por um elemento chamado transmissor
– Sinal é transmitido por fios ao cartão de entrada analógica do CLP
– O sinal é filtrado e seu nível de tensão ou corrente sofre um processo
de conversão de sinal analógico para o digital (A/D) correspondente
– Informação digital armazenada na memória do CLP para ser
utilizada pelo programa do usuário.
Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Analógicas
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Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Analógicas
Introdução aos CLPs
Entrada Analógica Tensão Entrada Analógica - Corrente
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Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Analógicas
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Controladores Lógicos Programáveis
Entradas Analógicas
Introdução aos CLPs
• Resolução 
– Sinal de entrada de 0 a 10 Vcc e Módulo de 8 bits
– Sinal de entrada de 0 a 10 Vcc e Módulo de 12 Bits
mVres 1,39
2
V0V10
8



mVres 4,2
2
V0V10
12

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O CLP é capaz de atuar na operação da máquina através dos
dispositivos saída. Esses estão ligados a elementos atuadores que
agem de forma a levar ou não a máquina de um estado para outro. Em
ambos os casos, os dispositivos de saída, chamados normalmente de
cartões de saída, são responsáveis por receber uma informação
proveniente da CPU, tratá-la, e adequá-la à um sinal que possa ser
enviado ao elemento atuador, colocado no campo.
Controladores Lógicos Programáveis
Saídas
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• Série de ações podem ser tomadas em resposta ao estado atual da
máquina
• São representadas na memória do CLP por estados lógicos 0 e 1
• São convertidos em ações de controle através da comutação de
elementos internos ao cartão de saída
Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Digitais
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• Válvulas solenoides, relés, contadores, luzes indicadoras e alarmes
conectados aos cartões de saída digital do CLP
• Os níveis de tensão de saída são de 24Vcc, 120Vca e 220Vca.
Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Digitais
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Digitais – A Transistor
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Saída Digital - SOURCE Saída Digital - Sink
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Digitais – A Relé
Introdução aos CLPs
Saída Digital a Relé
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Digitais – A Relé
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Analógicas
• Funcionamento parecido com o das entradas analógicas
• Resultado expresso na forma de uma palavra binária gerado
durante a execução do programa é armazenado em uma posição de
memória correspondente ao endereço de uma saída analógica
conectado ao elemento atuador
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Analógicas
• Processo de conversão de sinal digital para analógico (D/A), sendo
convertida em nível de corrente ou tensão padrão industrial (4-20mA
ou 1-5V ou 0-10V)
• Enviado ao elemento atuador, que pode ser uma válvula
proporcional, um “drive” para controle de motor
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Controladores Lógicos Programáveis
Saídas Analógicas
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Controladores Lógicos Programáveis
Fontes de Alimentação
O CLP é alimentado por fontes capazes de suprir suas
necessidades de níveis de tensão (5Vdc, 12Vdc e 24Vdc) e níveis de
corrente compatíveis com os exigidos pela CPU, cartões de E/S (I/O)
•Existem fontes internas e externas
– Internas alimentam o chassi onde se encontra a CPU e cartões
– Externas são responsáveis por alimentar os elementos de campo (sensores e
atuadores)
•O nível de tensão mais comum para fontes externas é 24Vdc
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Controladores Lógicos Programáveis
Dispositivos de Programação e Comunicação
• Dispositivos de Programação são utilizados para “gravar” um
programa de usuário na memória de programa do CLP
– Microcomputador
– Dispositivo específico
• Dispositivos de Comunicação são interfaces de comunicação para
conexões de rede, IHMs, etc
– RS-232
– Ethernet
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Controladores Lógicos Programáveis
Periféricos
Dentre os diversos equipamentos periféricos ao CP’s podemos destacar os de
programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa de
controle na memória do CP e a visualização e documentação do mesmo.
Os equipamentos de programação mais comumenteutilizados são os seguintes
Introdução aos CLPs
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Controladores Lógicos Programáveis
Comunicação em Rede
Introdução aos CLPs
• Comunicação Entre CLPs na Linha de Produção
• Facilidade de Troca de Dados
• Comunicação entre Controlador e dispositivos
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Controladores Lógicos Programáveis
Comunicação em Rede
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• COMPACTOS
Logo - Siemens
• Diversas tensões: 12 V CC, 24 V CA/CC,
115/240 V CA/CC.
• Mudança automática de horário de verão e 
inverno.
• Proteção por senha.
• 38 funções integradas.
• Possibilidade de combinar até 200 funções
• Oito entradas digitais (com quatro entradas 
analógicas nos modelos de 12/24 V
CC) e quatro saídas digitais integradas.
• Visualização de mensagens de aviso, valores 
reais e parâmetros, bem como modificação direta 
dos valores no display (exceto para versões sem 
display).
• Expansível de forma flexível em até 24 ED, 16 
SD, 8 EA e 2 SA.
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• COMPACTOS
Clic - Weg
•Alimentação em 12 Vcc, 24 Vcc ou 
110/220 Vca (50/60Hz );
•Configuração máxima de 44 pontos 
de E/S utilizando até 3 expansões;
•Relógio em tempo real;
•Visualização de mensagens e 
alteração de parâmetros on-line;
•Duas entradas rápidas de 1 KHz;
•Uma saída PWM (trem de pulso);
•Redes Modbus incorporado nos 
modelos 20VR-D e 20 VT-D;
•Programação em Ladder e FBD;
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• Modulares
Control Logix - Rockwell
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• Modulares
S7 - Siemens
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• Modulares
Família X20 – B&R 
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de CLP
Introdução aos CLPs
• SDCD – Controlador para Processos.
– Redes Redundantes
– Programação Online
– Elevado número de Pontos de I/O
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Controladores Lógicos Programáveis
Padronização
Introdução aos CLPs
• IEC 61131 – Início da Década de 90
Pode ser Dividida em três partes
– Generalidades
– Elementos Comuns
– Linguagem de Programação
• Web Site – www.iec.ch
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Controladores Lógicos Programáveis
Tipos de Dados
Introdução aos CLPs
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Controladores Lógicos Programáveis
Linguagens de Programação
Introdução aos CLPs
• LADDER
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Controladores Lógicos Programáveis
Linguagens de Programação
Introdução aos CLPs
• DIAGRAMA EM BLOCOS
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Controladores Lógicos Programáveis
Linguagens de Programação
Introdução aos CLPs
• TEXTO ESTRUTURADO
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Controladores Lógicos Programáveis
Linguagens de Programação
Introdução aos CLPs
LD Var1 
AND( Var2 
OR Var3 ) 
ST Var4 
Var4 = Var1 AND (Var2 OR Var3)
• LISTA DE INSTRUÇÕES
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Laboratório
Vestimentas:
Laboratório de Automação e Controle 1 (III-1 e III-2)
Vestimenta 1 – Deve cobrir toda a perna 
(calça, saia ou vestido), com mangas nos 
braços (curta ou comprida) e sapato 
fechado.
Introdução aos CLPs