Automação Industrial e Controladores Lógicos Programáveis (CLP)

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28/11/2020
AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
CONCEITO
• A palavra automação está diretamente
ligada ao controle automático, ou seja
ações que não dependem da
intervenção humana (medição, decisão
e ação corretiva).
28/11/2020
CONCEITO
 Objetivo:
Simplificar o trabalho do homem, de forma a
substituir o esforço braçal por outros meios e
mecanismos.
Atualmente a automação industrial é muito aplicada
para melhorar a produtividade e qualidade nos
processos considerados repetitivos.
CONCEITO
Os sistemas automatizados podem
ser aplicados em simples
máquina ou em toda indústria,
como é o caso das usinas de
cana e açúcar. A diferença está
no número de elementos
monitorados e controlados,
denominados de “pontos”.
28/11/2020
Histórico
• Em 1946, foi desenvolvido o primeiro computador de
grande porte, completamente eletrônico. O Eniac, como
foi chamado, ocupava mais de 180 m² e pesava 30
toneladas.
• Funcionava com válvulas e relês que consumiam
150.000 watts de potência para realizar cerca de 5.000
cálculos aritméticos por segundo.
• Esta invenção caracterizou o que seria a primeira
geração de computadores, que utilizava tecnologia de
válvulas eletrônicas.
Histórico
 A segunda geração de computadores é marcada pelo
uso de transistores.
 A terceira geração de computadores se deve ao
surgimento circuito integrado (CI).
 Em 1975, surgiram os circuitos integrados em escala
muito grande. Os chamados chips constituíram a
quarta geração de computadores.
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Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
Podemos considerar o CLP um computador
projetado para trabalhar no ambiente
industrial. Os transdutores e os atuadores
são conectados a robustos cartões de
interface. Comparados com um
computador de escritório, os primeiros
CLP’s tinham um conjunto de instruções
reduzido, normalmente apenas condições
lógicas e não possuíam entradas
analógicas, podendo manipular somente
aplicações de controle digital (discreto).
Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
 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.
 Tem a flexibilidade para expansão do número de entradas e 
saídas.
 Capacidade de comunicação com diversos outros 
equipamentos, entre outras.
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Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
A evolução do hardware conduziu a melhoras 
significativas nas características do controlador, 
entre outras citamos:
 Redução no tempo de varredura;
 Uma Interface Homem Máquina (IHM) mais poderosa e 
amigável.
 No software também surgiram novas características, tais 
como:
 Linguagem em blocos funcionais e estruturação de 
programa;
 Linguagens de programação de alto nível, baseadas em 
BASIC;
 Diagnósticos e detecção de falhas;
Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
 Toda planta industrial necessita de algum tipo de
controlador par garantir uma operação segura e
economicamente viável. Embora existam tamanhos e
complexidades diferentes, todos os sistemas de
controle podem ser divididos em três partes com
funções bem definidas: os transdutores (sensores),
os controladores e os atuadores.
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Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
Olhos
Pernas e Braços•Atuadores
Cérebro•Controladores
•Sensores/ transdutores
COMPONENTES DA 
AUTOMAÇÃO
Diagrama simplificado de um sistema 
de controle automático
 
SENSOR 
CONTROLADOR 
ATUADOR 
PROCESSO 
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COMPONENTES DA 
AUTOMAÇÃO
 Arquitetura de rede simplificada para um 
sistema automatizado
Arquitetura dos CLP’s e 
princípio de funcionamento
Um controlador programável, independente do 
tamanho, custo ou complexidade, consiste de 
cinco elementos básicos:
 Processador;
 Memória;
 Sistema de entradas/saídas;
 Fonte de alimentação;
 Terminal de programação.
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Arquitetura dos CLP’s e 
princípio de funcionamento
 A três partes principais (processador, memória e 
fonte de alimentação) formam o que chamamos 
de CPU - Unidade Central de Processamento.
 
Unidade 
Central de 
Processamento 
S 
A 
Í 
D 
A 
S 
 
E 
N 
T 
R 
A 
D 
A 
S 
Arquitetura dos CLP’s e 
princípio de funcionamento
 
Fonte de 
Alimentação 
Entrada 
Digital 
Entrada 
Analógica 
Unidade 
Central de 
Processamento 
Comunicação 
Saída 
Digital 
Saída 
Analógica 
Alimentação CA ou CC 
Controlador Lógico Programável (CLP) 
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Classificação dos CLP’s 
segundo a capacidade
 Nano e micro CLP’s
 CLP’s de médio porte
 CLP’s de grande porte
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
VS PAINEL DE RELÉS
 Vantagens do CLP sobre os Relés
 Necessidade de flexibilidade de mudanças na 
lógica de controle;
 Necessidade de alta confiabilidade;
 Espaço físico disponível pequeno;
 Expansão de entradas e saídas;
 Modificação rápida;
 Lógicas similares em várias máquinas;
 Comunicação com computadores em níveis 
superiores.
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CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
VS PAINEL DE RELÉS
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O controlador opera executando uma seqüência de atividades
definidas e controladas pelo programa Executivo. Este
modo de operação ocorre em um ciclo, chamado de Ciclo
de Varredura ("Scan"), que consiste em:
 leitura das entradas externas;
 execução da lógica programada;
 atualização das saídas externas.
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Variáveis de Controle
 Variáveis analógicas: são aquelas que variam
continuamente com o tempo. Elas são comumente
encontradas em processos químicos advindas de
sensores de pressão, temperatura e outras variáveis
físicas.
 Variáveis discretas, ou digitais: são aquelas que
variam discretamente com o tempo (ligado ou
desligado, 0 ou 1).
MEMÓRIA DA APLICAÇÃO
 A memória da aplicação é uma região com características 
de escrita e leitura aleatória. Esta memória é destinada a 
armazenar o programa do usuário.
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Linguagens de Programação
 DEFINIÇÕES BÁSICAS
 Linguagem de programação é o conjunto padronizado de instruções
que o sistema computacional é capaz de reconhecer.
 Programar significa fornecer uma série de instruções a um sistema com
capacidade computacional, de maneira que este seja capaz de comportar-
se deterministicamente, executando de forma automática as decisões de
controle em função do estado atual, das entradas e das saídas do sistema
num dado instante.
 Programador é responsável por prever as situações possíveis do
sistema, planejar uma estratégia de controle e codificar as instruções em
uma linguagem de programação padronizada para posteriormente serem
passadas ao sistema computacional.
Linguagens de Programação
 NORMA IEC 61131-3
 IEC (International Electrotechnical Commission)
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Linguagens de Programação
 Linguagem Ladder (LD – Ladder Diagram)
 Diagrama de Blocos de Funções (FBD –
Function Block Diagram)
 Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC –
System Function Chart)
 Lista de Instruções (IL – Instruction List)
 Texto Estruturado (ST – Structured Text)
Linguagens de Programação
 Linguagem Ladder – Ladder Diagram (LD)
É uma linguagem gráfica baseada na lógica de
relés e contatos elétricos para realização de
circuitos e comandos de acionamentos. Por
ser a primeira linguagem utilizada pelos
fabricantes, é a mais difundida e encontrada
em quase todos os CLP’s da atual geração.
Hoje em dia a linguagem Ladder é a mais
conhecida no meio industrial.
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Linguagens de Programação
 Diagrama de Blocos de Funções – Function 
Block Diagram (FBD)
 É uma das linguagens gráficas de programação,
muito popular na Europa, cujos elementos são
expressos por blocos interligados, semelhantes
aos utilizados em eletrônica digital.
 Devido à sua importância, foi criada uma norma
para atender especificamente a esses elementos
(IEC 61499), visando incluir instruções mais
poderosas e tornar mais clara sua programação.
Linguagens de Programação
LISTA DE INSTRUÇÕES – INSTRUCTION LIST (IL)
 Inspirada na linguagem assembly e de
características puramente seqüencial, é
caracterizada por instruções que possuem um
operador e, dependendo do tipo de operação,
podem incluir um ou mais operandos, separados
por vírgulas. É indicada para pequenos CLP’s ou
para controle de processos simples.
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Linguagens de Programação
 Aplicação de linguagens de programação
dos CLP’s.
Um item fundamental para utilização de um
controlador lógico programável é a seleção da
linguagem a ser utilizada, a qual depende de
diversos fatores, entre eles:
 Disponibilidade da Linguagem no CLP.
 Grau de conhecimento do programador.
 Solução a ser implementada.
 Nível da descrição do problema.
 Estrutura do sistema de controle.
Linguagens de Programação
 Implementação da equação lógica 
em quatro linguagens diferentes
 
AND 
A 
B 
L 
L
LDN A 
AND B 
ST L 
L:= Not(A) AND B; 
Lista de Instruções 
Texto Estruturado 
Diagrama de Blocos 
Funcionais 
Linguagem Ladder 
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Linguagem Ladder
 A linguagem Ladder foi a primeira que surgiu
para a programação dos Controladores Lógicos
Programáveis. Para que obtivesse uma aceitação
imediata no mercado, seus projetistas
consideraram que ela deveria evitar uma
mudança de paradigma muito brusca.
Considerando que, na época, os técnicos e
engenheiros eletricistas eram normalmente os
encarregados da manutenção no chão da fábrica,
a linguagem Ladder deveria ser algo familiar a
esses profissionais.
 Assim, assim ela foi desenvolvida com os
mesmos conceitos dos diagramas de
comandos elétricos que utilizam bobinas e
contatos.
Linguagem Ladder
 Uma boa compreensão do método de
programação em linguagem Ladder, incluindo
blocos funcionais, é extremamente benéfica,
mesmo quando se utiliza um CLP com outros
recursos, porque os diagramas Ladder são fáceis
de usar e implementar e constituem uma
programação de linguagem de CLP poderosa.
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Linguagem Ladder
Vantagens:
 Possibilidade de uma rápida adaptação do pessoal técnico 
(semelhança com diagramas elétricos convencionais com 
lógica a relés);
 Possibilidade de aproveitamento do raciocínio lógico na 
elaboração de um comando feito com relés;
 Fácil visualização dos estados das variáveis sobre o 
diagrama Ladder, permitindo uma rápida depuração e 
manutenção do software;
 Documentação fácil e clara;
 Símbolos padronizados e mundialmente aceitos pelos 
fabricantes e usuários;
 Técnica de programação mais difundida e aceita 
industrialmente.
Linguagem Ladder
Desvantagens:
 Utilização em programas extensos ou com lógicas
mais complexas é bastante difícil.
 Programadores não familiarizados com a
operação de relés tendem a ter dificuldades com
essa linguagem;
 Edição mais lenta.
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Linguagem Ladder
Lógica de contatos:
 A programação em diagrama de contatos permite
a implementação de funções binárias simples até
aquelas mais complexas. Pelo conjunto de ações
esquematizadas no diagrama de contatos pode-
se esboçar o programa a ser desenvolvido em
linguagem Ladder.
Linguagem Ladder
 Símbolos básicos.
 Contato Normalmente Aberto (NA).
 Contato Normalmente Fechado (NF).
 
 
 
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Linguagem Ladder
 Símbolos Ladder para contatos, utilizados por alguns
fabricantes de CLP’s.
Linguagem Ladder
 Símbolos para bobinas utilizadas em Diagrama Ladder
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Linguagem Ladder
 A função principal de um programa em
linguagem Ladder é controlar o acionamento de
saídas, dependendo da combinação lógica dos
contatos de entrada.
 A idéia por traz da linguagem Ladder é
representar graficamente um fluxo de
“eletricidade virtual” entre duas barras verticais
energizadas. Essa “eletricidade virtual” flui
sempre da barra vertical esquerda para a barra
vertical da direita.
Linguagem Ladder

As instruções de saídas, tais como bobinas e blocos funcionais
(contadores, temporizadores e outros com funções especiais), devem
ser os últimos elementos à direita.
Como funciona:
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Linguagem Ladder
 O nome Ladder (que significa escada em inglês)
foi dado porque o diagrama final se parece com
uma escada cujos trilhos laterais são as linhas de
alimentação e cada lógica associada a uma
bobina é chamada de degrau (em inglês: rung).
 Um degrau é composto de um conjunto de
condições de entrada (representado por contatos
NA e NF) e uma instrução de saída no final da
linha (representada pelo símbolo de uma bobina)
 O conjunto dos contatos que compõe um degrau
pode ser conhecido como condição de entrada ou
lógica de controle.
Linguagem Ladder
 Um degrau é verdadeiro, ou seja, energiza uma saída
quando os contatos permitem um fluxo “virtual de
eletricidade”, ou seja, existe uma continuidade entre a
barra da esquerda para direita.
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Linguagem Ladder
 Possíveis caminhos de continuidade para o diagrama da
figura
Linguagem Ladder
 Fluxo Reverso
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Linguagem Ladder
Repetição de
Contatos
 Enquanto nos relés 
eletromecânicos 
somente uma 
quantidade fixa e 
limitada está 
disponível, nos 
programas em 
Ladder uma bobina 
pode ter quantos 
contatos 
normalmente 
abertos ou 
fechados desejar. 
Isso significa que 
um mesmo contato 
pode ser repetido 
várias vezes 
Linguagem Ladder
Repetição de uma mesma Bobina.
 Embora alguns modelos de CLP permitam que
uma mesma saída (bobina) seja repetida, é
desaconselhável fazê-lo porque a repetição de
uma saída em degraus diferentes vai tornar
muito confusa a lógica do programa e, por
conseqüência, dificultar o entendimento de quem
assumir a manutenção desse programa.
Recomenda-se, portanto, que, uma bobina
(saída) não seja repetida.
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Linguagem Ladder
Relés internos
 Também chamados de bobinas auxiliares, relés auxiliares,
memória interna etc. Diferentes fabricantes usam distintos
termos para se referirem aos relés internos.
 Os relés internos nos CLP’s são elementos utilizados para
armazenamento temporário de dados (bits). Seu efeito é
comparável com os dos contatores auxiliares. O nome relé
interno foi dado em função dessa característica. Para
efeitos de programação, suas bobinas podem ser
energizadas e desativadas e seus contatos para ligar ou
desligar outras saídas
Linguagem Ladder
 Exemplo de utilização de um relé auxiliar para 
liga uma saída física
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Linguagem Ladder
 Clic02 (WEG)
As entradas são representadas pela letra “I”, os relés 
internos pela letra “M” e as saídas pela letra “Q”.
 Por se tratar de um controlador simples, sua 
estrutura de endereçamento também é simples:
 Entradas: I1, I2, I3, .... 
 Saídas: Q1, Q2, Q3....
 Relés auxiliares: M1, M2, M3....
Linguagem Ladder
 Conversão de Diagramas Elétricos em 
Diagrama Ladder
Diagrama Elétrico
Diagrama Ladder
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Linguagem Ladder
Circuitos de auto – Retenção. 
Contatos “Selo”
 Há situações em que é necessário manter uma saída
energizada, mesmo quando a entrada venha a ser desligada.
Linguagem Ladder
Circuitos de auto – Retenção. 
Instruções SET E RESET
 Outra maneira de fazer a auto-retenção de uma bobina e
pela instrução set
 A instrução set liga uma saída e a mantém liga uma saída e
a mantém ligada mesmo que o contato de entrada deixa de
conduzir. Para desligar a saída é utilizada a instrução reset.
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Linguagem Ladder
 Partida direta de um motor (ligado à saída Q1), 
utilizando bobinas set (↑) e reset (↓) 
Linguagem Ladder
Leitura das Entradas
 O programa de um CLP é executado de forma cíclica. Antes
da execução de programa principal, são lidos os estados
das entradas e alterados os conteúdos dos endereços
correspondentes na Tabela de Imagem das Entradas (TIE)
da seguinte forma: se a entrada está energizada
(recebendo alimentação), armazena o valor 1; caso
contrário, armazena o valor 0
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Linguagem Ladder
Utilização de chaves externas do tipo NF
 Uma atenção especial é necessária quando se utilizam
elementos de entrada com contatos do tipo NF.
 Deve-se lembrarque, no programa do CLP, um contato NF
só permanece assim se sua entrada não estiver energizada.
Como as chaves externas do tipo NF alimentam
continuamente a entrada do CLP, seu contato equivalente
externo estará sempre comutado da sua posição original.
Assim, para que o contato interno tenha comportamento
equivalente a um contato NF, e preciso programá-lo como
um contato NA.
Linguagem Ladder
 Temporizadores
 A instrução temporizador realiza a mesma função
do relé de tempo dos comandos elétricos.
Geralmente são habilitados por contatos NA ou
NF e, quando o valor do tempo decorrido se
iguala ao valor prefixado, o temporizador
energiza um bit interno que indica que já
transcorreu o tempo pré-programado. Esse bit
normalmente é representado como um contato
NA ou NF e pode ser utilizado para energizar ou
desativar uma instrução de saída.
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Linguagem Ladder
 Valor pré-selecionado (PT - Preset Time): deve ser
definido pelo usuário, indica o intervalo de tempo
desejado.
 Valor acumulado (ET – Elapsed Time): armazena o
valor do tempo decorrido desde a habilitação do
temporizador, isto é, a energização da bobina do
temporizador.
Linguagem Ladder
 Instrução Contador
 Os contatores são blocos muito importantes
porque na maioria das aplicações os processos
evoluem em função de eventos internos, como,
por exemplo, transcorrência de um determinado
tempo, ou ainda, de eventos externos, como a
contagem de um certo número de peças.