Aula 2 CLP

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Automação da Produção
(Controladores Lógicos Programáveis)
para Engenharia de Produção e Desenho Industrial
Prof. Artur
Exemplos de Sensores
Sensores de contato mecânico
Exemplos de Sensores
Sensores indutivos
Variações no campo eletromagnético gerado são monitoradas permitindo detectar objetos metálicos
Exemplos de Sensores
Sensores capacitivos
Variações no campo eletrostático gerado são monitoradas permitindo detectar objetos de praticamente qualquer material
Exemplos de Sensores
Sensores óticos
de reflexão difusa
de barreira
Exemplos de Sensores
Sensores ultra-sônicos
Modo por oposição
Modo difuso ou por eco
Exemplos de Sensores
Sensores ultra-sônicos por eco medem distâncias
Lógica de Controle
Exemplo:
Aciona S1 se ocorrer não E2 ou (E1 e E3)
Exemplo:
S1 = Alarme
E1 = Presença detectada na sala do cofre (laser)
E2 = Diamante detectado (mecânico)
E3 = Horário de entrada proibida
Aciona o alarme se não detectar o diamante ou (detectar movimento na sala do cofre e estiver no horário de entrada proibida)
Lógica de Controle
Tabela verdade:
E1
E2
E3
S1
F
F
F
F
F
V
F
V
F
F
V
V
V
F
F
V
F
V
V
V
F
V
V
V
Lógica de Controle
Tabela verdade:
E1
E2
E3
S1
F
F
F
V
F
F
V
V
F
V
F
F
F
V
V
F
V
F
F
V
V
F
V
V
V
V
F
F
V
V
V
V
Lógica de Controle
Exercício:
Um sistema de fiscalização eletrônica de um sinal de trânsito tem os seguintes sensores digitais:
S = 1 se o sinal está vermelho e 0 caso contrário.
C = 1 se um carro passou debaixo do sinal e 0 caso contrário.
V = 1 se um carro passou debaixo do sinal com velocidade acima do permitido e 0 caso contrário.
H = 1 se é permitido avançar o sinal no horário atual e 0 caso contrário.
Faça uma tabela verdade para a saída F assumir o valor 1 somente quando um carro avançar o sinal fora do horário em que é permitido ou exceder o limite de velocidade permitido. Essa saída é ligada a um atuador que fotografa a placa do carro.
Controladores Lógicos Programáveis
Interpretam dados dos sensores
Ativam/desativam atuadores
Introdução ao CLP
Vantagens do CLP
menor espaço ocupado
menor Potência elétrica requerida
reutilização
programável
maior confiabilidade
fácil manutenção
maior flexibilidade
comunicação com outros CLP’s e microcomputadores
projeto mais rápido
Partes de um CLP
Processador
Lê e escreve na memória e nas entradas e saídas (E/S) e executa instruções
Partes de um CLP
Memória
Guarda dados temporários e permanentes
Volátil (apaga quando desliga) e não-volátil
Partes de um CLP
Barramento
Comunicação entre o processador, memória e E/S
Codificada em 0’s e 1’s
Partes de um CLP
Fonte
Fornece energia ao CLP (quando ligado)
Mantido numa tensão constante (5V)
Partes de um CLP
Outras partes:
Terminal de Programação
Para desenvolver os programas que rodam no CLP
Normalmente um PC ligado pela uma interface serial
Interface Homem-Máquina
Para o operador do CLP configurável sem precisar entender do programa
Interface Serial (USB = Universal Serial Bus)
Interface de Rede
Partes de um CLP
Entradas e saídas podem ser
Digitais: ligado/desligado
Analógicas: com vários níveis de tensão/corrente
Partes de um CLP
Entradas e saídas podem ser
Digitais: ligado/desligado
Analógicas: com vários níveis de tensão/corrente
Partes de um CLP
Entradas e saídas podem ser
Digitais: ligado/desligado
Analógicas: com vários níveis de tensão/corrente
Sinais analógicos precisam ser convertidos para 0’s e 1’s
Partes de um CLP
Entradas e saídas podem ser
Digitais: ligado/desligado
Analógicas: com vários níveis de tensão/corrente
Sinais analógicos precisam ser convertidos para 0’s e 1’s
Um pouco de codificação binária...
Partes de um CLP
Um pouco de codificação binária...
Sistema Decimal
0, 1, 2, 3, ..., 9, 10, 11, ..., 19, 20, 21, ..., 99, 100, 101, ..., 200, 201, ...
Cada dígito é multiplicado por uma potência de dez
	205 = 2 x 102 + 0 x 101 + 5 x 100
	2013 = 2 x 103 + 1 x 101 + 3 x 100
Partes de um CLP
Sistema Binário
0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, ...
Conversão de Binário para Decimal
	101 = 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 5
	1100110001 = 29 + 28 + 25 + 24 + 20 = 817
Bits podem ser transmitidos como sinais elétricos em paralelo ou em série
Partes de um CLP
Conversão de Decimal para Binário
Divisões sucessivas: 77 = 1001101
77
2
1
38
2
0
19
2
1
9
2
1
4
2
0
2
2
0
1
2
1
0
Bit mais significativo
Bit menos significativo
Exercícios
Converter para decimal: 101, 101010, 10001
Converter para binário: 18, 11, 2013
Programação de um CLP
Linguagens de programação
Formas de representar sequências de comandos a serem executados pelo CLP e as condições em que eles serão usados
Linguagem de máquina: 0’s e 1’s
É a linguagem que o CLP “entende”
Programação de um CLP
Linguagens de programação
Linguagem assembler:
Substitui sequências de 0’s e 1’s por abreviações de comandos
Mantém a estrutura da linguagem de máquina
Linguagem Ladder:
Imita lógica de relés
Precisa ser compilada para a linguagem de máquina
Programação de um CLP
Controle de máquinas industriais eram feitas por relés
Programação de um CLP
Relés: como funcionam?
Programação de um CLP
Relés: como funcionam?
Positivo/negativo indicam condição de mudança da chave
Positivo
Negativo
Comum
Normalmente Aberto
Normalmente Fechado
Relés: como funcionam?
Programação de um CLP
Positivo
Negativo
Comum
Normalmente Aberto
Normalmente Fechado
 
Programação de um CLP
Relés: lógica de relés
Aciona S1 se ocorrer E3 e (E1 ou não E2)
E3
E2
Linguagem Ladder
Usaremos apenas um subconjunto da linguagem suficiente para fazer tudo
Outras funcionalidades tornam os programas mais simples
Linguagem Ladder
Ligação da barra esquerda para a direita ativa saídas
 = leitura de sinal (pino de entrada ou de saída)
 = bobina (ativa pino de saída)
Linguagem Ladder
Exercício:
Escrever um programa em Ladder correspondente às seguintes expressões lógicas
	X = (A e não B) ou (não A e B)
	Y = (A e B) ou (não C e não D)
	Z = não B e D
Linguagem Ladder X Lógica de Relés
Prática de Laboratório 1:
A porta de uma máquina industrial é fechada por ar comprimido com retorno por mola. Para injetar ar comprimido na porta (para fechá-la) é necessário colocar o sinal F em 1. Colocando este sinal em 0 libera o ar comprimido permitindo a abertura da porta. Dentro da máquina, existem três sensores de presença: um capacitivo, um indutivo e um ótico, gerando os sinais C, I e O, respectivamente. O sensor indutivo e o capacitivo detectam o material colocado na máquina para processamento (o material pode ser detectado por apenas um deles ou por ambos) e o ótico detecta o operador quando este está posicionando o material na máquina. Todos os sensores geram sinais com valores 1 quando detectam presença. Além disso, um botão de segurança gera um sinal B que assume o valor 1 quando pressionado para evitar o fechamento da porta. A porta deve ser fechada quando (C ou I) e não O e não B. Escreva um programa em Ladder para gerar a saída F e desenhe o esquema de uma placa de Relé implementando a mesma lógica. Monte um protótipo da placa no laboratório, testando com os sensores e a válvula solenóide.
Linguagem Ladder X Lógica de Relés
Prática de Laboratório 1:
Linguagem Ladder X Lógica de Relés
Prática de Laboratório 1:
Linguagem Ladder X Lógica de Relés
Prática de Laboratório 1:
Linguagem Ladder
Exemplo 1:
Desenvolver um circuito lógico para determinar se uma bomba de ar de posto de gasolina (com um sensor de pressão) deve ser acionada a partir das seguintes condições
Pressão zero (tubo desconectado)
Pressão não-zero mas abaixo do programado
Pressão acima do programado
Botão “pneu vazio” pressionado
Linguagem Ladder
Esquema(hipotético) de uma Bomba de Ar:
Controlador
Pneu
Sensor de Pressão
Botão “Pneu Vazio”
Ajuste de Pressão
IHM
Bomba de ar
Válvula de escape
Linguagem Ladder
Exemplo 1:
Entradas:
P0 = 1 se pressão zero (tubo pode estar desconectado)
P1 = 1 se pressão não-zero mas abaixo do programado
P2 = 1 se pressão acima do programado
BV = 1 se botão “pneu vazio” pressionado
Saídas:
Bomba = 1 se ativa a bomba de ar (enche o pneu)
Escape = 1 se abre a válvula de escape do ar (esvazia o pneu)
Linguagem Ladder
Tabela Verdade:
Usaremos para definir as saídas desejadas
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
Linguagem Ladder
Tabela Verdade:
Usaremos para definir as saídas desejadas
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
X
X
0
1
0
0
0
1
0
1
X
X
0
1
1
0
X
X
0
1
1
1
X
X
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
X
X
1
1
0
0
1
1
0
1
X
X
1
1
1
0
X
X
1
1
1
1
X
X
X = não importa
Pressão zero e alta nunca ocorrem simultaneamente
X = não importa
níveis de pressão nunca ocorrem simultaneamente
Linguagem Ladder
Tabela Verdade:
Usaremos para definir as saídas desejadas
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
X
X
0
1
0
0
0
1
0
1
X
X
0
1
1
0
X
X
0
1
1
1
X
X
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
X
X
1
1
0
0
1
1
0
1
X
X
1
1
1
0
X
X
1
1
1
1
X
X
Linguagem Ladder
Tabela Verdade:
Usaremos para definir as saídas desejadas
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
X
X
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
X
X
0
1
1
0
X
X
0
1
1
1
X
X
BV
P2
P1
P0
Bomba
Escape
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
X
X
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
X
X
1
1
1
0
X
X
1
1
1
1
X
X
Linguagem Ladder
Mapa de Karnaugh:
Ajuda a derivar a expressão lógica desejada
BV,P2
P1,P0
00
01
11
10
00
0
0
0
0
01
0
X
X
1
11
X
X
X
X
10
1
X
X
1
Bomba
Escape
BV,P2
P1,P0
00
01
11
10
00
0
1
1
0
01
0
X
X
0
11
X
X
X
X
10
0
X
X
0
Linguagem Ladder
Mapa de Karnaugh:
BV,P2
P1,P0
ñ BV
BV
ñ P1
0
0
0
0
ñ P0
0
X
X
1
P0
P1
X
X
X
X
1
X
X
1
ñ P0
ñ P2
P2
ñ P2
Bomba
BV,P2
P1,P0
ñ BV
BV
ñ P1
0
1
1
0
ñ P0
0
X
X
0
P0
P1
X
X
X
X
0
X
X
0
ñ P0
ñ P2
P2
ñ P2
Escape
Linguagem Ladder
Mapa de Karnaugh:
Bomba = (BV e P0) ou P1 Escape = P2
BV,P2
P1,P0
ñ BV
BV
ñ P1
0
0
0
0
ñ P0
0
X
X
1
P0
P1
X
X
X
X
1
X
X
1
ñ P0
ñ P2
P2
ñ P2
Bomba
BV,P2
P1,P0
ñ BV
BV
ñ P1
0
1
1
0
ñ P0
0
X
X
0
P0
P1
X
X
X
X
0
X
X
0
ñ P0
ñ P2
P2
ñ P2
Escape
Linguagem Ladder
Circuitos Lógicos:
Bomba = (BV e P0) ou P1 Escape = P2
Ladder:
BV
P0
P1
Bomba
P2
Escape
Exercícios de Linguagem Ladder
Desenvolver expressões lógicas e escrever programas Ladder para as seguintes tabelas verdade:
S1
S2
S3
S4
M1
M2
M3
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
X
X
X
S1
S2
S3
S4
M1
M2
M3
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
X
X
X
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
X
X
X
1
1
1
0
X
X
X
1
1
1
1
X
X
X
Linguagem Ladder
Exemplo 3:
Um forno industrial dispõe de quatro sensores que acusam temperaturas acima de 1000oC e um atuador D que produz o desligamento automático do forno. Cada sensor i, para i = 1, 2, 3, 4, gera um sinal Ei para um CLP que, quando ativado, indica que uma temperatura elevada foi detectada. Como os sensores podem apresentar defeitos na leitura de temperatura, o desligamento automático deve ser realizado quando pelo menos dois dos quatro sensores acusarem temperatura alta. Além disso, quando apenas o sensor i acusar temperatura elevada, a lâmpada conectada ao sinal Li deve ser acesa, indicando um possível defeito no sensor. Faça um mapa de Karnaugh, expressões lógicas e um programa Ladder para esse problema. Simule o programa usando o software LDmicro.
Linguagem Ladder: Exemplo 2
		D					L1
E4,E3
E2,E1
__
E4
E4
__
E2
0
0
1
0
/E1
0
1
1
1
E1
E2
1
1
1
1
0
1
1
1
/E1
/E3
E3
/E3
E4,E3
E2,E1
__
E4
E4
__
E2
0
0
0
0
/E1
1
0
0
0
E1
E2
0
0
0
0
0
0
0
0
/E1
/E3
E3
/E3
Linguagem Ladder: Exemplo 2
		D					L1
D = (E1 e E2) ou (E1 e E3) ou (E1 e E4) ou (E2 e E3) ou (E2 e E4) ou (E3 e E4)
L1 = E1 e /E2 e /E3 e /E4 
E4,E3
E2,E1
__
E4
E4
__
E2
0
0
1
0
/E1
0
1
1
1
E1
E2
1
1
1
1
0
1
1
1
/E1
/E3
E3
/E3
E4,E3
E2,E1
__
E4
E4
__
E2
0
0
0
0
/E1
1
0
0
0
E1
E2
0
0
0
0
0
0
0
0
/E1
/E3
E3
/E3
Linguagem Ladder
No software LDmicro, podemos utilizar um comando de leitura de sensores passando por conversores A/D: 
Comandos de comparação
READ ADC
A0
A0 ≤ 5
A0 < 5
A0 ≥ 5
A0 > 5
A0 = 5
Exemplo
Bomba de ar de posto de gasolina com valores de pressão analógicos lidos do sensor e da IHM
Controlador
Pneu
Sensor de Pressão
Botão “Pneu Vazio”
Ajuste de Pressão
IHM
Bomba de ar
Válvula de escape
Máquinas de Estado
São extensões de circuitos lógicos com memória limitada
A memória é representada na forma de estados
O próximo estado é função da entrada e do estado atual
As mudanças de estado são chamadas de transições
Máquina de Moore:
A saída é função apenas do estado
Máquina de Mealy:
A saída é função da entrada e do estado
Máquinas de Estado
Exemplo 3:
Uma descarga automática de vaso sanitário deve ser iniciada quando uma pessoa deixou de ser detectada por um sensor infravermelho
Entrada:
X0: sensor infravermelho (1 indica pessoa detectada)
X1: sensor de nível baixo do reservatório (1 indica nível acima do mínimo necessário para manter a descarga)
Saída:
Y0: ativador de descarga
Estados:
Desocupado (0), Ocupado (1), Descarga (2)
Máquinas de Estado
Exemplo 3:
Uma descarga automática de vaso sanitário deve ser iniciada quando uma pessoa deixou de ser detectada por um sensor infravermelho
Desocupado
Ocupado
Descarga
X0
X0
X1
Y0 = Descarga
Máquinas de Estado
Exemplo 3:
Os estados são codificados por números armazenados num registrador de memória do CLP (chamaremos ST)
Desocupado = 0
Ocupado = 1
Descarga = 2
Desocupado
Ocupado
Descarga
X0
X0
X1
Y0 = Descarga
Máquinas de Estado
Exemplo 3:
As transições e saídas devem ser escritas como expressões lógicas contendo comparações
(ST = 0) e X0  (1  ST)
(ST = 1) e /X0  (2  ST)
(ST = 2) e /X1  (0  ST)
ST = 0
ST = 1
ST = 2
X0
X0
X1
Y0 = (ST = 2)
Máquinas de Estado
Uma nova instruções é necessária para utilizar a memória do CLP
Mover um valor para uma variável:
Instruções de comparação podem usar variáveis
MOV
Source: 5
Dest: ST
ST ≤ 5
ST < 5
ST ≥ 5
ST > 5
ST = 5
ST  5 
OU
Máquinas de Estado
Exemplo 3:
As transições escritas como expressões lógicas podem ser traduzidas para a linguagem Ladder
(ST = 0) e X0  (1  ST)
(ST = 1) e /X0  (2  ST)
(ST = 2) e /X1  (0  ST)
X0
MOV
Source: 1
Dest: ST
MOV
Source: 0
Dest: ST
MOV
Source: 2
Dest: ST
ST = 0
X0
ST = 1
ST = 2
Y0 = (ST = 2)
X1
ST = 2
Y0
Exercício 1 de Máquinas de Estado
Um escritório tem um elevador automático que leva documentos de um andar para o outro. O elevador tem 3 sensores:
A1 (se = 1) indica que o elevador está no primeiro andar,
A2 (se = 1) indica que o elevador está no segundo andar,
C (se = 1) indica a presença de carga em posiçãode ser transportada no elevador,
e 2 atuadores:
S (se = 1) mantém ligado o motor de subida do elevador,
D (se = 1) mantém ligado o motor de descida do elevador.
 Faça uma máquina de estados e um programa em Ladder para controlar o elevador fazendo com que ele vá para outro andar apenas quando descarregado e carregado com outro documento. Assuma que ele começa descarregado no primeiro andar.
Temporizadores (Timers)
CLPs tipicamente contêm vários temporizadores
Cada temporizador permite retardar o efeito de um circuito lógico por um tempo pré-determinado
Utilizaremos a simbologia simplificada do software LDmicro.
100 ms
TON
Demora para Ligar (ir para 1)
Temporizadores (Timers)
100 ms
TON
Demora para ligar (ir para 1)
Demora para desligar (ir para 0)
100 ms
TOFF
TON
TOFF
Entrada
100 ms
Máquinas de Estado
 Exemplo 4:
Uma descarga automática de vaso sanitário deve ser iniciada quando uma pessoa deixou de ser detectada por um sensor infravermelho e mantida por 10 s
Entrada:
X0: sensor infravermelho (1 indica pessoa detectada)
Saída:
Y0: ativador de descarga
Desocupado
Ocupado
Descarga
X0
X0
TON(10s)
Y0 = Descarga
Máquinas de Estado
Exemplo 4:
X0
MOV
Source: 1
Dest: ST
MOV
Source: 0
Dest: ST
MOV
Source: 2
Dest: ST
ST = 0
X0
ST = 1
ST = 2
ST = 2
Y0
10 s
TON
Simulação de Ladder
Podemos utilizar simulação para verificar a corretude de programas de CLP antes da prototipação
Utilizaremos os software LDmicro.exe, obtido em http://www.logis.uff.br/~artur/AP
Exemplo:
X0
ST  1
ST  0
ST  2
ST = 0
X0
ST = 1
ST = 2
ST = 2
Y0
10 s
TON
Ladder só com temporizadores
Exemplo:
O programa Ladder abaixo controla uma descarga de vaso sanitário acionando o sinal D = 1 para ativá-la em função da leitura do sensor de presença determinada pelo sinal S, que é 1 quando uma pessoa é detectada e 0 caso contrário. Faça gráficos de S e D em função do tempo assumindo que uma pessoa é detectada depois de 20 segundos e permanece por 60 segundos, saindo em seguida, sendo novamente detectada 30 segundos depois, e saindo novamente depois de permanecer por 2 segundos.
Ladder só com temporizadores
Exercício:
Num sistema de controle de qualidade automático, uma câmera precisa filmar todos os produtos que passam pela sua frente numa esteira. Para identificar a passagem dos produtos, um sensor é colocado 10 centímetros antes do foco da câmera, gerando um sinal S igual a 1 quando um produto é detectado e 0 caso contrário. Sabendo-se que a esteira se move 3 metros por minuto, que cada produto tem 5 cm de comprimento e é colocado a uma distância de 20 cm do produto anterior, forneça um programa em Ladder para um CLP que gere o sinal F igual 1 um quando há um produto à frente do foco da câmera e 0 caso contrário. Use apenas contatos, temporizadores e bobinas. Faça diagramas temporais da entrada, da saída e dos sinais intermediários do programa que julgar necessários.
Linguagem Ladder em CLPs
Prática de Laboratório 2:
Uma fábrica utiliza um sistema automático para separar produtos metálicos de produtos de plástico. O sistema é composto por uma esteira com um sensor ótico em seu início e um sensor indutivo mais adiante. No final da esteira, um defletor desvia os produtos metálicos para uma rampa e deixa passar os de plástico. Quando qualquer produto é colocado sob o sensor ótico, no início da esteira, ela liga e se mantém ligada por um tempo necessário até o produto chegar ao final da esteira ou descer pela rampa. Quando um produto metálico é detectado por pelo sensor indutivo, o defletor é posicionado para desviá-lo por um tempo suficiente para que ele desça pela rampa. Escreva um programa Ladder para controlar este sistema e implemente uma miniatura funcional do sistema usado um CLP.
Linguagem Ladder em CLPs
Prática de Laboratório 2:
Linguagem Ladder em CLPs
Prática de Laboratório 2: