Seminário CLP

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Controladores Lógicos Programáveis (CLP)
Alexandre da Silva Pauli
Felipe Eduardo Pivatto
Silvio Luis de Souza Junior 
O CLP é um equipamento de estado sólido que pode ser programado para executar instruções que controlam dispositivos, máquinas e operações de processos pela implementação de funções específicas, como lógica de controle, sequencialmente, controle de tempo, operações aritméticas, controle de malha, transmissão de dados etc. 
Toda planta industrial necessita de algum tipo de controlador par garantir uma operação segura e economicamente viável. Desde o nível mais simples, em que pode ser utilizado para controlar o motor de um ventilador, até o grau e complexidade e levado, controlando a planta de um reator nuclear para produção de energia elétrica.
Originalmente os CLPs foram usados em aplicações de controle discreto (on-off/liga-desliga), como os sistemas a relés, porém eram facilmente instalados, economizando espaço e energia, além de possuírem indicadores de diagnósticos o que facilitavam a manutenção. Uma eventual necessidade de adequação da lógica de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com mudanças no programa, sem necessidade de alterar à arquitetura elétrica. 
Atualmente, existem vários tipos de controladores, desde pequena capacidade até os mais sofisticados realizando operações que antes eram consideradas específicas para computadores. A evolução do hardware conduziu a melhoras significativas nas características do controlador.
Antes
Depois
ARQUITETURA DO CLP
Conhecer a estrutura básica de cada bloco que compõe o CLP, com suas particularidades e funções desempenhadas, auxilia na configuração e escolha do equipamento mais adequado à implementação de determinado sistema. De certa forma, influencia também no desenvolvimento do programa de aplicação. 
CPU - Unidade Central de Processamento: A CPU de um CLP compreende os elementos que formam a ‘inteligência’ do sistema: o processador e o sistema de memória, além dos circuitos auxiliares de controle. O processador interage continuamente com o sistema de memória por meio do programa de execução, interpreta e executa o programa de aplicação, e gerência todo o sistema. Os circuitos auxiliares de controle atuam sobre os barramentos de dados (data bus), de endereços (address bus) e de controle (control bus), conforme solicitado pelo processador, de forma similar a um sistema convencional baseado em microprocessador. 
Processador: O Processador é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereços, de dados e de controle. Conforme determinado pelo programa de execução, interpreta e executa as instruções do programa de aplicação, controla a comunicação com dispositivos externos e verifica integridade de todo o sistema (diagnósticos). Pode operar com registros e palavras de instrução, ou de dados, de diferentes tamanhos (8, 16 ou 32 bits), determinado pelo tamanho de seu acumulador e pela lista de instruções disponíveis para cada CPU. 
Sistema de memória: O sistema de memória da CPU é composto pela memória do sistema de operação e pela memória de aplicação. 
Memória do Sistema de Operação: Constitui o programa desenvolvido pelo fabricante do CLP, o qual determina como o sistema deve operar, incluindo a execução do programa de aplicação, controle de serviços periféricos, atualização dos módulos de I/O, etc.
Memória de Aplicação: Nessa área é armazenado o programa desenvolvido pelo usuário para execução do controle desejado. Trata-se normalmente de memória EEPROM, podendo ser também EPROM, ou ainda RAM com bateria de segurança. 
Circuitos/Módulos de I/O: Os módulos de I/O fazem a comunicação entre a CPU e o meio externo, além de garantir isolação e proteção à CPU. De forma genérica, são divididos em módulos de entrada e módulos de saída. Para os CLPs modulares, há também os módulos combinados. 
Módulos de Entrada (lnput Modules): recebem os sinais dos dispositivos de entrada, tais como: sensores, chaves e transdutores, e os convertem em níveis adequados para serem processados pela CPU. 
Módulos de Saída (Output Modules): enviam os sinais aos dispositivos de saída, tais como: motores, atuadores e sinalizadores. Esses sinais podem ser resultantes da lógica de controle, pela execução do programa de aplicação, ou podem ser ‘forçados’ pelo usuário, independente da lógica de controle. 
 
Fonte de Alimentação: A fonte de alimentação desempenha importante papel na operação do sistema de um CLP. Além de fornecer todos os níveis de tensão para alimentação da CPU e dos módulos de I/O, funciona como um dispositivo de proteção. Garante a segurança e a integridade da tensão de alimentação para todo o sistema, por meio do monitoramento constante dos níveis de tensão e de corrente fornecidos. Se esses níveis excederem os valores máximo ou mínimo permitidos, além do tempo especificado pelo fabricante, a fonte interage diretamente com o processador, gerando uma interrupção e fazendo com que a CPU pare a execução do programa de aplicação. 
Base ou Rack: A base, ou rack, é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP. Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de dados, endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de I/O possam operar. 
HARDWARE:
• Maior velocidade de varredura, devido á utilização de microprocessadores e microcontroladores de 16 e 32 bits. 
• Módulos de entrada e saída de alta densidade, possibilitando baixo custo e espaços reduzidos. 
• Módulos inteligentes, microprocessados que permitem controles descentralizados (módulo PID, comunicação ASC II, posicionadores, 
emissores de relatório, etc.). 
• Redundância de CPU, utilizando arquitetura de votação majoritária, sistema dual hot stand-by ou sistema dual full duplex. 
MÓDULOS DE EXPANSÃO: Através dos módulos de expansão, a estrutura do sistema pode ser adaptada em função das necessidades de cada aplicação, podendo ser facilmente expandido. Desta forma os custos acabam sendo reduzidos sem perdas de funcionalidades. A combinação de módulos pode ser feita livremente.
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