Aula1b Modulos de IO Rev7

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Controladores Lógicos Programáveis e 
Dispositivos Industriais
Engenharia de Controle e Automação
Lab Aula 1b –
Módulos de IO
1o Semestre 2018
Estrutura do PLC
Racks Modulares
• Se comunicam com os módulos através de 
barramentos conectados no rack ou no 
próprio módulo
Racks Modulares
Pinos de Comunicação 
barramento paralelo:
• Dados
• Endereço
• Alimentação
Racks Modulares
• Barramento direto no 
módulo de IO
Pinos de Comunicação 
barramento
MÓDULOS do CLP
• Os principais módulos existentes para a 
utilização do CLP são:
– Módulo de entradas e saídas discretas 
(digitais); 
– Módulos de estradas/saídas analógicas;
– Módulos especiais.
MÓDULOS DE ENTRADA E 
SAÍDA DISCRETA
Entradas e Saídas Digitais
• É a classe mais comum de interface de 
entrada/saída. Esta interface é limitada a 
sensoriar sinais do tipo ON/OFF ou 
fechado/aberto.
• Da mesma forma, o controle da saída é 
limitado a dispositivos que somente 
requerem comutação em dois estados, 
ligado ou desligado.
Entradas e Saídas Digitais
CHAVES SELETORAS LAMPADAS
PUSH BUTTONS CHAVES DE 
PROXIMIDADE
RÉLES DE CONTROLE VALVULAS 
SOLENOIDES
FOTOÉLETRICOS MOTORES
VENTILADORES BUZINAS
CHAVES LIMITES
Que tipo de IO são os elementos abaixo ?
Entradas Digitais
Entradas e Saídas Digitais
• Normalmente, os módulos de I/O são 
dotados de:
– Isolação óptica para proteção da CPU, 
fonte de alimentação e demais módulos. 
– Indicadores (LED’s) de status para auxílio 
durante a manutenção. 
– Conectores removíveis que reduzem o 
tempo de manutenção e/ou substituição 
dos módulos.
MÓDULOS DE ENTRADA
• Cada ponto físico de entrada corresponde a um 
“BIT” de um determinado endereço da tabela de 
dados (Tabela da imagem das entrada es saídas)
• Mais Comuns módulos de 8, 16 e 32 entradas 
Módulos de Entrada
• Os sinais de entrada digital podem ser 
relativos ao tipo de alimentação do 
sensor:
–Corrente Continua (CC)
–Corrente alternada (CA) 
Entradas Digitais
Tensões Comuns de entrada:
• Corrente Continua (CC):
– 12, 24V com absorção de corrente entre 10 e 
15 mA.
• Corrente Alternada (CA):
– 12, 24, 120, 220V com absorção variável.
• Módulos Universais: 
– Suportam tanto corrente continua quanto 
alternada.
Módulos de Entrada
• Internamente ao Módulo de Entrada existe 
um circuito retificador para diminuir a 
tensão aos valores da CPU (geralmente 
de 0 a 5V). Tanto os módulos AC quanto 
DC utiliza um circuito como abaixo:
Entradas digitais (CC)
• A comutação executada em um sinal 
digital de corrente contínua na entrada de 
um CLP pode ser de dois tipos: 
– Tipo sinking (fornece um terra). 
– Tipo sourcing (fornece uma fonte de tensão).
O que significam os 
termos sinking e sourcing?
• Considere um circuito simples que consiste de uma 
entrada digital conectada a uma saída digital. 
• O circuito precisa de uma fonte de tensão, um terra 
e uma carga.
O que significam os 
termos sinking e sourcing?
• a entrada digital do tipo 
sourcing fornece a tensão e a 
carga. 
• A saída digital do tipo sinking
controla a linha utilizando um 
transistor para deixar a linha no 
estado alto (+V) ou para aterrar a 
linha em 0 V.
• a saída digital do tipo sourcing
fornece a tensão
• A entrada digital do tipo 
sinking fornece a carga e o terra. 
A saída digital controla a linha 
usando um transistor para deixar 
a linha a 0 V ou para elevar a 
linha a +V.
Entradas digitais (CC)
• Tipo P ou Sink : Quando o 
CLP reconhece na entrada 
o potencial positivo da fonte 
de alimentação.
• Tipo N ou Source : Quando 
o CLP reconhece na 
entrada o potencial negativo 
da fonte de alimentação;
Entradas digitais – Exemplo 1
• Exemplo de ligação de entrada digital do tipo 
sink com o PLC Siemens S71200
Entradas digitais – Exemplo 1
Entradas digitais (CA)
• Funcionam de forma idêntica as entradas digitais CC, 
porém os sensores fornecem um sinal alternado.
• Possui isolação entre o sinal de entrada e a parte lógica 
do CLP através de um acoplador óptico.
• Após o acoplador óptico existe um filtro formado por C1, 
R3 e R4, este filtro fará com que ruídos existentes na 
alimentação não causem um acionamento indevido.
Módulos de Entrada e Saída
• Módulo de Entrada Digital
– Entrada CA 
– Entrada CC
• Módulo de Saída Digital
Saídas digitais
• O circuito de saída digital varia de acordo 
com a exigência do aparelho de campo 
que deseja controlar
• Circuito típico de saída:
Saídas digitais
• Os principais módulos de saída são:
– Saída a relé
– Saída a transistor
– Saída a TRIAC
Saídas digital a relé
Chaveamento eletro-mecânico para cargas AC 
ou DC. 
• Vantagens: 
– Alta isolação entre módulo e carga, 
– Permite chavear cargas de média potência. 
• Desvantagens: 
– Vida útil limitada pelo desgaste mecânico
– baixa frequência de chaveamento.
Saídas digital a relé
• No diagrama do exemplo abaixo 
cada relé suporta uma corrente 
máxima de 2A e uma tensão 
máxima de 250Vac. A frequência 
máxima de chaveamento é de 
1HZ. 
• O exemplo utiliza duas fontes de 
alimentação, sendo uma para as 
cargas e outra para alimentar o 
módulo com 24Vdc.
Exemplo S71200
Exemplo S71200
Saída digital a Transistor
• Chaveamento eletrônico para cargas DC
Vantagens: 
• Alta vida útil, 
• alta frequência de 
chaveamento, 
• ocupam pouco espaço no 
módulo, 
• isolação entre módulo e carga.
Desvantagens: 
• Baixa proteção contra sobrecorrente e curto-circuito 
(necessita ser associado a fusíveis). 
• Geralmente para cargas de baixa potência (100 a 500 mA). 
Tipos de saída a transistor
• Tipo N ou Sink: Quando o canal libera 
potencial negativo da fonte de 
alimentação de 24 Vdc para a saída 
(carga ligada entre o potencial positivo da 
fonte e a saída);
• Tipo P ou Source: Quando o canal libera 
potencial positivo da fonte de alimentação 
de 24 Vdc para a saída (carga ligada entre 
o potencial negativo da fonte e a saída).
Tipos de saída a transistor
• Na figura abaixo vemos 
um exemplo de ligação de 
um módulo de saída digital 
transistorizado do 
controlador NEXTO da 
empresa Altus.
Saída digital a TRIAC
• Chaveamento eletrônico para cargas AC
Vantagens: 
• Alta vida útil, 
• ocupam pouco espaço no módulo, 
• isolação entre módulo e carga.
Desvantagens: 
• Baixa proteção contra sobrecorrente e curto-circuito 
(necessita ser associado a fusíveis). 
Escolha Módulos de Saída
• Além da função do aparelho a comandar, 
deve ser observado que:
• Corrente absorvida do atuador 
– se a corrente for menor que o dispositivo IO é 
capaz de fornecer pode ser conectado 
diretamente a saída o PLC. 
– Caso contrário é necessário utilizar um relé 
de potência. 
Escolha Módulos de Saída
• Velocidade da resposta –
– Semicondutor(TRIAC, Transistor) é mais 
rápido que relé.
• Tensão de Alimentação –
– Os módulos saída relé suporta qualquer 
dispositivo (AC ou CC) entre os valores do 
range de tensão e corrente especificado.
– As saídas a transistor ou TRIAC deve ter o 
valor de tensão especificado.
Escolha Módulos de Saída
• As vezes é preciso conectar na saída do 
PLC um circuito RC para proteção de sobre-
tensão que pode surgir se a carga é de 
natureza indutiva (relé, contadores, 
eletroválvulas pneumáticas): 
Exemplos de Entrada e Saída Discreta
MÓDULOS DE ENTRADA E 
SAÍDA ANALÓGICA
ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS
• A interface analógica permite que 
grandezas analógicas possam ser lidas 
pelo controladorou que o controlador 
possa modificar uma grandeza analógica, 
através de conversores A/D e D/A. 
• Os níveis mais utilizados são para tensão 
de 0 a 10Vcc e corrente de 0 a 20mA.
Aplicações Típicas
• Transmissores 
4 a 20mA
Aplicações Típicas
Analog Input Devices Analog Output Devices
Transmissor de Vazão Drivers de Motores Elétricos
Transmissor de Pressão Medidores Analógicos
Transmissor de temperatura Gravadores Gráficos
Transmissores Analíticos Controladores de Processo
Transmissores de Posição Conversores Corrente para 
Pneumático
Transmissores de Nível Válvulas Elétricas
Instrumentos Velocidade
Potenciômetros
Aquisição de dados
• Um conversor A / D só pode lidar com a tensão elétrica.
• Qualquer quantidade não elétrica deve ser convertida em 
uma quantidade elétrica usando um transdutor. 
• Um transdutor converte uma quantidade não elétrica em 
uma quantidade elétrica.
ENTRADAS ANALÓGICAS
• A tensão ou corrente de entrada é convertida 
para um código digital proporcional ao valor 
analógico, através de um conversor analógico 
digital. 
ENTRADAS ANALÓGICAS
• As seguintes características são importantes 
na escolha do módulo:
– Quantidade de canais disponíveis: são 
oferecidos módulos de 2, 4, 8 ou 16 canais. 
– Tipo e faixa de operação: os valores mais 
comuns são corrente (0-20mA, 4-20mA), tensão 
(0-10V, ±10V) ou temperatura.
– Resolução do conversor A/D: os valores mais 
comuns são 8, 10, 12, 16, 24 bits. 
– Ciclo de atualização da amostragem: há um 
tempo necessário para que os sinais analógicos 
sejam digitalizados e disponibilizados para a 
CPU. 
Tipos de Conversores A/D
• Tipo Flash
• Tipo Rampa
• Método de aproximação Sucessiva
Conversor A/D Flash
Rede de Codificação
Johnson BCD
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 1 1 0
1 1 1 1 1
Código 
Johnson
Código BCD
D0 = E1
D1=E0+E1’E2
Mais rápido. Mais Caro.
Conversor A/D Tipo Rampa
Mais lento e com tempo de leitura variável.
Como o contador sempre começa em zero e precisa contar .
podem ser necessárias 2n contagens antes da conversão ser
completada
Método Aproximação Sucessiva
Mais Usado. 
Tempo fixo de leitura e 
inferior ao paralelo
CLP S71200
CLP S71200
CLP S71200
SAÍDAS ANALÓGICAS
• A interface para saídas analógicas recebe do 
processador dados numéricos que são convertidos 
em valores proporcionais de corrente ou tensão e 
aplicados nos dispositivos de campo. 
Conversor DA
Resolução: Menor variação na saida análogica
como resultado na mudança na entrada digital.
SAÍDAS ANALÓGICAS
• As seguintes características são importantes na 
escolha do módulo:
– Quantidade de canais disponíveis: são oferecidos 
módulos de 2, 4, 8 ou 16 canais. Esses canais podem 
ser isolados (isolação galvânica) ou não isolados 
(comuns);
– Tipo e faixa de operação dos canais: corrente (0-20mA, 
4-20mA) ou tensão (0-10V, ±10V). 
– Resolução do conversor D/A
– Ciclo de atualização da saída analógica
Exemplo Módulos Analógicos
• Controle de abertura de uma válvula de 
combustível para controle da temperatura 
do forno.
MÓDULOS ESPECIAIS
MÓDULOS ESPECIAIS
• Módulos especiais (ou módulos inteligentes) 
incorporam um microprocessador de forma 
que a tarefa a ser realizada pelo módulo fica 
independente da varredura do processador.
• São necessários módulos especiais, em 
aplicações como, interface para termopares, 
contador de pulsos, modulo ASCII, 
comunicação em rede, etc.
Módulo de temperatura
• O módulo de temperatura aceita sinais 
provenientes diretamente do transdutor.
• A operação desta interface é similar a 
entrada analógica com exceção de que 
processam sinais de baixo nível 
(termopares). 
• Estes sinais são filtrados, amplificados e 
digitalizados por um conversor e então 
enviados ao processador sob o comando 
do programa de controle do usuário.
M-402
PWR
1
2
3
4
5
6
7
smar
0
L
C
7
0
0
/
M
- 4
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1AA
A
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A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
B
COM
COM
COM
COM
CH0
CH1
CH2
CH3
CH6
CH4
CH5
CH7
2A
3A
4A
5A
6A
7A
8A
9A
10A
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
8B
9B
10B
• 8 canais independentes 
• Entradas:
– RTD 
– Termopares
– Resistência (Ohm)
– Voltagem (mV)
• CADA ENTRADA PODE SER
INDIVIDUALMENTE CONFIGURADA
PARA UM TIPO DE SENSOR.
• VOCÊ PODE TER 8 TIPOS
DIFERENTES DE SENSORES EM
CADA MÓDULO
Módulo de entrada de temperatura
ou sinais baixos (mV,Ohm) 
• Estes módulos admitem uma gama de 
medições de temperatura
MÓDULOS PARA CONTAGEM RÁPIDA
• São providos de um contador de alta velocidade, 
externo ao processador.
• Aplicações típicas destes módulos são operações 
que requerem entrada direta do encoder em 
tarefas de posicionamento de máquinas, medição 
de vazão tipo turbina, entre outros.
• A freqüência máxima de pulsos varia numa 
faixa de 100 Hz a 50 kHz.
ENTRADA DE PULSO
• M-302
– 2 Grupos de 8 entradas 0-100 Hz / 24 Vdc
• M-303
– 2 Grupos de 8 entradas 0-10 KHz / 24 Vdc
• M-304
– 2 Grupos de 8 entradas 0-10 KHz / 30 Vac
• Modulo para aplicações de medição de 
vazão do tipo turbina
• Totalização do pulso e vazão 
instantânea
• Para aplicações de medição de vazão e 
transferência de custodia 
MÓDULOS SCANNERS
• Permite disponibilizar pontos de IO de 
diferentes protocolos para uma mesma CPU.
• Se assemelham aos módulos remotos pois 
permitem distribuir os pontos de IOs em 
distancias maiores
• Suportam pontos de IO de diferentes 
fabricantes pois trabalham sobre o protocolo 
padrão.
• Podem trabalhar tanto como mestre com 
escravo da rede. 
MÓDULOS SCANNERS
• Exemplo de Modulo Scanner de diferentes 
protocolos na mesma CPU.
UNIDADE DE PROGRAMAÇÃO
Unidade de Programação
• Representa a interface operador- PLC.
• Funções principais:
– Compilar e mostrar erros de lógica no 
programa usuário
– Enviar o programa do usuário para o PLC
– Visualizar, modificar, controlar o programa
– Simulação da logica sem necessidade da CPU
Unidade de Programação
Quanto ao acesso da Unidade de 
Programação:
• No próprio equipamento (Portátil)
– Através de teclados ou interfaces disponível no 
próprio equipamento
– Funções de acesso limitadas
Unidade de Programação
• Unidade de Programação de vídeo (PC)
– Utilização de pacotes de software com 
ferramentas de programação e de diagnostico 
avançados (Simulação, visualização, debug, 
download, etc).
– Disponibilidade de programação nas 
linguagens 1131
– Possibilidade de arquivamento e gestão de 
dados.
Unidade de Programação
• Comunicação:
– Serial – ponto a ponto (RS232, RS485, USB)
– Ethernet - multiponto
Comunicação serial
Comunicação ethernet