Módulos de E/S em CLP

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Capítulo 2 CLP – Componentes do equipamento 25
só podem ser utilizadas para o controle de dispositivos 
CA, enquanto as saídas com transistor, só para o contro-
le de dispositivos CC.
O módulo de saída discreto com contato do relé uti-
liza o eletromecanismo como elemento de chaveamento. 
Esses relés na saída podem ser utilizados com dispositi-
vos CA ou CC, mas eles têm um tempo de chaveamento 
bem menor comparado com o das saídas de estado sóli-
do. Os módulos da Allen-Bradley são identificados por 
cores, como mostra a tabela a seguir:
Cor Tipo de E/S
Vermelho Entradas/saídas CA
Azul Entradas/saídas CC
Laranja Saídas com relé
Verde Módulos especiais
Preto
Determinados módulos de E/S especificam se ele foi 
projetado para servir de interface com dispositivos como 
fonte ou como dreno de corrente. Se o módulo é por fon-
te de corrente, então o dispositivo de entrada ou saída 
deve ser por dreno de corrente. E, de modo contrário, se 
o módulo é especificado sendo por dreno de corrente, en-
tão o dispositivo deve ser por fonte de corrente. Alguns 
módulos permitem ao usuário escolher o seu funciona-
mento, por dreno de corrente ou por fonte de corrente, 
possibilitando seu ajuste de acordo com a exigência do 
dispositivo de campo.
O circuito interno de alguns dispositivos de campo 
requer que ele seja usado por dreno de corrente ou por 
fonte de corrente. Geralmente, são empregados termos 
como dreno (NPN) e fonte (PNP), para descrever o fluxo 
de sinal de corrente relacionado entre os dispositivos de 
campo de entrada e saída em um sistema de controle e 
sua fonte de alimentação. A Figura 2.20 mostra o fluxo 
de corrente relacionado entre as entradas por dreno e por 
fonte para um módulo de entrada CC.
A Figura 2.21 mostra o fluxo de corrente relacionado 
entre as saídas por dreno e fonte para um módulo de 
saída CC. Os circuitos de entrada e saída CC geralmente 
são conectados com os dispositivos de campo que têm, 
de alguma forma, um circuito interno com estado sólido 
que necessita de um sinal de tensão CC para funcionar. 
Os dispositivos de campo conectados no lado positivo 
(+) da fonte de alimentação de campo são classificados 
como dispositivos de campo por fonte. De modo idêntico, 
os dispositivos de campo conectados no lado negativo 
(–) da fonte de alimentação de campo são classificados 
como dispositivos de campo por dreno.
2.3 Módulos de E/S de sinais 
analógicos
Os CLPs antigos eram limitados a interfaces de entrada e 
saída, de sinais discretos ou digitais, que permitiam ape-
nas a conexão de dispositivos liga/desliga, por isso eles 
realizavam um controle apenas parcial de muitas aplica-
ções de processos. Hoje, contudo, está disponível uma 
Contato CA/CC
+
–
Bobina
Carga
Saída com relé
CA
Carga
Saída com triac
CC
Carga
Saída com transistor
Figura 2.19 Componentes de um equipamento de CLP.
CR
Bobina do relé
intermediário
OL
M
Bobina do
contator de
partida do motor
T1 T2
L1
L2
L3
M M
L1 L2
CR
T3
M
Motor
Figura 2.18 Conexão do relé intermediário.
Fonte: Cortesia da Tyco Electronics. 
www.tycoelectronics.com
Controladores lógicos programáveis26
completa gama de interfaces discretas e analógicas que 
permitem que os controladores sejam aplicados a prati-
camente todos os tipos de controles de processo.
Dispositivos de entradas ou saídas discretos são aque-
les que têm apenas dois estados: liga e desliga, enquanto 
os dispositivos analógicos representam grandezas físicas 
que contêm um número infinito de valores. Entradas e 
saídas analógicas típicas variam de 0 a 20 mA ou 0 a 10 
V. A Figura 2.22 mostra como os módulos de entrada e 
saída analógicos são utilizados na medição e no monito-
ramento do nível de fluido em um tanque. O módulo de 
interface de entrada analógico contém o circuito necessá-
rio para receber um sinal de tensão ou corrente analógica 
de um dispositivo de campo transmissor de nível. Essa 
entrada é convertida de um valor analógico para um va-
lor digital para ser utilizado pelo processador. O circuito 
do módulo de saída analógica recebe um valor digital do 
processador e o converte novamente para um sinal analó-
gico, que aciona o medidor de nível do tanque no campo.
Os módulos de saída analógicos normalmente têm 
múltiplos canais de entrada, que permitem que 4, 8 ou 16 
dispositivos possam ser interconectados ao CLP. Os dois 
tipos básicos de módulo de entrada são sensíveis à tensão 
ou sensíveis à corrente. Os sensores analógicos medem 
uma grandeza física variável sobre uma faixa específica 
e geram um sinal correspondente, de tensão ou corrente. 
As grandezas físicas comuns medidas pelo módulo analó-
gico de um CLP são temperatura, velocidade, nível, fluxo, 
peso, pressão e posição; por exemplo, um sensor pode me-
dir uma temperatura sobre uma faixa de 0 a 500 ºC e um 
sinal de tensão correspondente que varia entre 0 e 50 mV.
A Figura 2.23 mostra um exemplo de sensor sensível 
à tensão utilizado para medir temperatura. O diagrama 
de conexão se aplica ao módulo de entrada analógico 
MicroLogix de 4 canais com termopar da Allen-Bradley.
Uma tensão CC que varia em uma faixa baixa de milivolt 
é produzida por um termopar e é amplificada e digitali-
zada por um módulo de entrada analógico, sendo depois 
enviada para o processador, que é comandado por uma 
instrução de programa. Em decorrência do baixo valor 
da tensão do sinal de entrada, um cabo de par trançado 
com cordoalha é ligado ao circuito para reduzir os sinais 
de ruídos elétricos indesejáveis que podem ser induzidos 
pelos condutores de outra fiação. Quando for utilizado 
um termopar não aterrado, a cordoalha deve ser conec-
tada ao fio terra no final do módulo. Para obter leituras 
precisas de cada canal, a temperatura entre o cabo do 
termopar e o canal de entrada deve ser compensada, o 
que é feito por meio da integração de um termistor de 
compensação de junção fria (CJC) ao bloco de terminais.
0
1
2
3
4
5
6
7
Comum
Módulo de
entrada por dreno
+
–
Fonte de
alimentação
Sensor
por fonte
Corrente 
0
1
2
3
4
5
6
7
Comum 
Módulo de
entrada por fonte
–
+
Fonte de
alimentação
Sensor
por dreno
Corrente 
Figura 2.20 Entradas por fonte e por dreno.
0
1
2
3
4
5
6
7
Comum
Módulo de saída
por fonte
Corrente 
Módulo de saída
por dreno
Corrente 
+
–
Fonte de
alimentação
–
+
Fonte de
alimentação
Dispositivo de
campo por dreno
Dispositivo de
campo por fonte
0
1
2
3
4
5
6
7
Comum
Figura 2.21 Saídas por fonte e por dreno.
Capítulo 2 CLP – Componentes do equipamento 27
A transição de um sinal analógico para valores digi-
tais é obtida por meio de um conversor analógico-digital 
(A/D), o elemento principal do módulo de entrada ana-
lógico. A tensão analógica de entrada dos módulos pode 
ser de dois tipos: unipolar e bipolar. Os módulos unipola-
res podem receber um sinal de entrada que varia somen-
te no sentido positivo; por exemplo, se o dispositivo de 
saída de campo for de 0 V a +10 V, então é possível utilizar 
os módulos unipolares. Os sinais bipolares oscilam entre 
um valor máximo negativo e um valor máximo positivo; 
por exemplo, se o dispositivo de saída de campo for de 
–10 V a +10 V, um módulo bipolar pode ser utilizado. A 
resolução de um canal de entrada analógico refere-se ao 
menor valor de variação no sinal de entrada que pode 
ser detectado e é baseado no número de bits utilizado na 
representação digital. Os módulos de entrada analógico 
precisam produzir uma faixa de valores digitais entre o 
valor máximo e o mínimo, para representar o sinal ana-
lógico sobre toda sua extensão. Especificações típicas são 
mostradas a seguir:
Faixa de 
valores da 
entrada 
analógico
Bipolar
10 V –10 para +10 V
5 V –5 para +5 V
Unipolar
10 V 0 para +10 V
5 V 0 para +5 V
0,3 mV
Na conexão de sensores que detectam entradas por 
tensão, é importante especificar o cabo com o menor 
comprimento possível, para minimizar a degradação 
do sinal e os efeitos da interferência dosruídos eletro-
magnéticos induzidos ao longo dos condutores conec-
tados. Os sinais de entrada por corrente, os quais não 
são tão sensíveis aos ruídos quanto os sinais por tensão, 
em geral não são limitados pela distância. Os módulos 
de entrada por corrente normalmente funcionam com 
dados analógicos na faixa de 4 mA a 20 mA, mas podem 
funcionar com sinais de –20 mA a +20 mA. A malha 
de alimentação pode ser fornecida pelo sensor ou pelo 
módulo de saída, como mostra a Figura 2.24, e o cabo 
com par trançado blindado com cordoalha normalmen-
te é recomendado para conectar qualquer tipo de sinal 
de entrada analógico.
O módulo de interface de saída analógico recebe dados 
digitais do processador, os quais são convertidos em cor-
rente ou tensão proporcionais para controlar um disposi-
tivo de campo analógico. A transição de um sinal digital 
em valores analógicos é obtida por meio de um conversor 
digital-analógico (D/A), o elemento principal do módulo 
de saída analógico. Um sinal analógico de saída é aque-
le que muda continuamente e varia segundo o controle 
do programa do CLP. Os dispositivos comuns controla-
dos por um módulo de saída analógico de um CLP são 
válvulas de controle, registradores gráficos, acionadores 
Transmissor
de nível
CLP Indicador
de nível
Processador
Módulo de
entrada
analógico
Módulo de
saída
analógico
Figura 2.22 Entrada e saída analógica para um CLP.
Termopar
não aterrado
+
–
+
–
Termopar
aterradoIN 0 +
IN 0 –
IN 1+
IN 1+
IN 3 –
IN 3+
IN 2–
IN 2+
CJC–
CJC+
Figura 2.23 Módulo de entrada analógico de 4 canais MicroLogix com termopar.
Fonte: Imagem usada com permissão da Rockwell Automation, Inc.
Controladores lógicos programáveis28
eletrônicos e outros tipos de dispositivos de controle que 
respondem aos sinais analógicos.
A Figura 2.25 mostra o uso de módulos de E/S analó-
gicos em um sistema de controle típico com CLP. Nessa 
aplicação, o CLP controla uma quantidade de vazão co-
locada em um tanque de armazenamento pelo ajuste da 
porcentagem de abertura da válvula. A saída analógica 
do CLP é utilizada para controlar a vazão pelo controle 
do valor de abertura da válvula que é aberta inicialmente 
com 100%. À medida que o nível do tanque se aproxi-
ma do ponto ajustado (preset), o processador modifica 
a saída e ajusta a válvula para manter um valor desejado 
(set-point).
2.4 Módulos especiais de E/S
Foram desenvolvidos vários tipos de módulos de E/S 
diferentes para atender às necessidades especiais. Entre 
eles, temos:
Módulo contador de alta velocidade
O módulo contador de alta velocidade é utilizado para 
prover uma interface para aplicações que exigem con-
tagem rápida que ultrapassa a capacidade do programa 
ladder do CLP, além de ser utilizado para contar pulsos 
(Figura 2.26) dos sensores, codificadores (conhecidos 
como encoders) e chaves que funcionam em velocidade 
muito alta. Ele possui o circuito eletrônico necessário 
para a contagem independente do processador. Uma 
taxa de contagem rápida válida é da ordem de 0 a 100 
kHz, o que significa que o módulo pode contar 100.000 
pulsos por segundo.
Módulo thumbwheel (chave mecânica)
O módulo de contagem mecânica ajustada manualmente 
(thumbwheel) permite a utilização de chaves mecânicas 
(Figura 2.27) que mandam informação ao CLP, para ser 
utilizada no programa de controle.
Alimentação fornecida pelo sensor Alimentação fornecida pelo módulo
Sensor
Malha de 4-20 mA
Fonte de
alimentação
+ –
–
+ Malha de 4-20 mA
Sensor
+ –
Fonte de
alimentação
–
+
Figura 2.24 Alimentação fornecida pelo sensor e pelo módulo analógico.
Válvula
Saída analógico
Entrada analógico
Sensor
de nível
CLP
Figura 2.25 Sistema típico de controle de E/S analógicos. 
Pulsos de alta frequência
Figura 2.26 Módulo contador de alta velocidade. 
Fonte: Cortesia da Control Technology Corporation.
Figura 2.27 Chave de contagem mecânica.
Fonte: Cortesia da Omron Industrial Automation. 
www.ia.omron.com