149808125-sistemas-logicos-programaveis-1

Prévia do material em texto

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI
Robson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDuCAÇÃO E TECNOLOgIA
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educação e Tecnologia
SENAI-DN – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAgEM INDuSTRIAL
Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade
Presidente
SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor-Geral
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operações
SENAI-RS – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAgEM INDuSTRIAL
DEPARTAMENTO REgIONAL DO RIO gRANDE DO SuL
Conselho Regional
Presidente Nato 
Heitor José Müller
Presidente do Sistema FIERGS
DIRETOR REgIONAL E MEMbRO NATO DO CONSELhO REgIONAL DO SENAI-RS
José Zortea
Diretoria do SENAI-RS
José Zortea
Diretor Regional
Carlos Artur Trein
Diretor de Operações 
Carlos Heitor Zuanazzi
Diretor Administrativo-Financeiro 
Pa
rt
e 
1 
- C
on
tr
ol
ad
or
es
 P
ro
gr
am
áv
ei
s
2
Conceitos básicos
Antes de iniciar a parte específica, precisamos relembrar alguns conceitos básicos e de 
extrema importância quando trabalhamos com equipamentos de programação industrial. 
O controlador lógico programável, mais conhecido por sua siglas CLP ou CP e pela sigla de 
expressão inglesa PLC (Programmable Logic Controller), é um equipamento de controle para a 
indústria e afins, microprocessado (com um ou mais processadores), criado inicialmente para 
efetuar apenas o controle lógico de variáveis discretas (sinais digitais) e atualmente utilizado 
em grande escala para todos os tipos de controle. 
Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico 
digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e 
para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, 
contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos 
de máquinas ou processos.
O CLP foi concebido na indústria para substituir os quadros de relés de um circuito 
elétrico sequencial ou combinacional para o controle industrial de máquinas, equipamentos 
ou processos. Esse equipamento funciona sequencialmente. Primeiro, ele “verifica” o estado 
dos dispositivos ligados às suas entradas (discretas ou reais – digitais ou analógicas). 
Posteriormente, ele “executa” a lógica de seu programa interno e, finalmente, “determina” o 
estado dos dispositivos ligados às suas saídas (discretas ou reais – digitais ou analógicas).
Energização 
do CLP
Ciclo de Varredura
Atualização 
das Entradas
Programa do
usuário
Atualização 
das Saídas
Inicialização
e
1º Ciclo Varredura
Figura 1 - Sequência de funcionamento do CLP (Scan)
Fonte: Autor
As lógicas que compõem o programa interno do CLP são criadas 
pelo usuário (programador), utilizando um software de programação 
dedicado, desenvolvido pelo fabricante do equipamento e instalado em 
um Computador Pessoal (PC).
 VOCÊ 
 SABIA?
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL20
2.1 Como o ClP é visto na atualidade?
Os primeiros controladores foram introduzidos no início dos anos 60, dentro da 
indústria automobilística, especificamente na Hydronic Division da General Motors, 
em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley, e não eram reprogramáveis; 
isso os tornavam muito onerosos. Com o passar do tempo, surgiram no mercado 
os controladores reprogramáveis, o que ocasionou um passo muito grande para a 
evolução da automação. Como a aceitação desses equipamentos crescia cada vez 
mais, houve a necessidade de controladores maiores e mais potentes. 
A maioria dos fabricantes respondeu à altura, criando linhas de pequeno 
porte (50 - 100 pontos de E/S), de médio porte (150 - 500 pontos de E/S) e 
de grande porte (500 - 4000 pontos de E/S). Geralmente, os modelos não 
eram compatíveis uns com os outros. Esses problemas foram sanados com a 
introdução dos protocolos de comunicação abertos por meio de canais de 
comunicação serial.
Figura 2 - Controlador Lógico Programável de Pequeno Porte (Shoebox)
Fonte: OMRON Industrial, 2011
Figura 3 - Controlador Lógico Programável de Médio Porte
Fonte: OMRON Industrial, 2011
Figura 4 - Controlador Lógico Programável de Grande Porte
Fonte: OMRON Industrial, 2011
2 CONCEITOS BáSICOS 21
Nos anos 90, o mercado se desenvolveu e se tornou ainda mais forte, 
pois entraram em cena os controladores para microaplicações (menos de 50 
pontos de E/S), o que exigiu uma redução de tamanho e de custos por parte 
dos fabricantes de controladores.
Hoje, são muito utilizados os conceitos de remotas distribuídas pelo 
campo (controle distribuído) e uma CPU em uma sala de controle. Esse tipo 
de controle provém da tecnologia dos sistemas do tipo SDCD (Sistema Digital 
de Controle Distribuído), muito utilizado ainda hoje pelas indústrias químicas 
e petroquímicas. Com o avanço das redes de comunicação com velocidades 
cada vez maiores, existe a possibilidade de os CLPs de diversos fabricantes 
trocarem informações entre si, e também com outros equipamentos.
Conheça a história do CLP e de seu criador, Richard E. Morley. 
Acesse os sites, nos links: 
http://www.isa.org/Content/ContentGroups/News/2006/
February24/History_of_the_PLC.htm. 
www.mecatronica.org.br/disciplinas/CLP/001/
apresentacao_%20e_historico.ppt
Para informações referentes ao primeiro CLP do mercado, o 
MODICON 084, acesse o link:
http://www.plcdev.com/schneider_electric_modicon_history.
 SAIBA 
 MAIS
 reCaPitulando
Neste capítulo introdutório vimos que o CLP é utilizado em grande escala 
como um equipamento de controle criado para efetuar o controle lógico de 
variáveis discretas, substituindo os quadros de relés de um circuito sequencial 
ou combinacional para o controle de máquinas ou processos. 
Aprendemos que o CLP funciona sequencialmente, verificando o estado 
das entradas, executando a lógica do programa interno e determinando o 
estado das saídas. Outro ponto também ressaltado neste capítulo refere-se à 
exitência, no mercado de controladores da linha de microaplicações (menos 
de 50 pontos de E/S), da linha de pequeno porte (50 - 100 pontos de E/S), da 
linha de médio porte (150 – 500 pontos de E/S) e da linha de grande porte 
(500 – 4000 pontos de E/S).
3
Pontos de entradas e saídas (i/o)
3.1 Pontos disCretos (digitais)
Todos os equipamentos ligados no campo podem interagir com o CLP. Os 
equipamentos que assumem apenas o estado ligado ou desligado são considerados 
pontos discretos; ou seja, são pontos binários e podem assumir o valor numérico 0 ou 1. 
Normalmente, consideramos:
•	0 = desligado/desligar;
•	1 = ligado/ligar. 
Os pontos discretos digitais podem ser caracterizados de duas formas: Entradas digitais e 
saídas digitais.
3.1.1 entradas digitais
Esses elementos são responsáveis por receber a informação do campo para dentro do CLP, 
informando se estão ligados ou desligados (abertos ou fechados). 
São exemplos de entradas digitais: botoeiras, chaves fim de curso, sensores de proximidade 
indutivos ou capacitivos, chaves comutadoras, termostatos e pressostatos.
SENSOR
CLP
Figura 5 - Entradas digitais
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005
V
C.P.U
ENTRADA 24 VCC
Figura 6 - Circuito interno da entrada digital do CLP
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL24
3.1.2 saídas digitais
Esses elementos são responsáveis por enviar a informação interna do CLP para 
o campo, informando se o equipamento deve ligar ou desligar (abrir ou fechar). 
São exemplos de saídas digitais: os atuadores do tipo acionamento de motores, 
comando de válvulas, lâmpadas, bobinas de solenóides, bobinas das contactoras, 
e bobinas de relés, entre outros.
As saídas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado. Com 
elas, podemos controlar dispositivos do tipo: reles, contatores, relés, solenoides, 
válvulas, inversores de frequência, etc.
As saídas digitais podem ser construídas de três formas básicas: saída digital a 
relê, saída digital 24Vcc e saída digital à triac. Nos três casos, também é de praxe, 
prover o circuito de um isolamento galvânico, normalmenteopto-acoplado.
Exemplo de saída digital a relê:
CLP ATUADOR
Figura 7 - Saídas digitais
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005
C.P.U SAÍDA
Figura 8 - Circuito interno da saída digital do CLP
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005
 FIQUE 
 ALERTA
As entradas e saídas discretas a transistores ou a 
relé podem possuir tensões de alimentação com até 
220Vac. Por isso, é necessário muito cuidado ao realizar 
manutenção nos controladores, uma vez que há o risco de 
choque elétrico.
3.2 Pontos reais (analógiCos)
Assim como os pontos discretos (digitais), todos os equipamentos ligados no 
campo podem interagir com o CLP. Os equipamentos que assumem uma faixa de 
trabalho como, por exemplo, entre 0% a 100%, não são considerados discretos e, 
sim, reais (analógicas). O equipamento pode assumir, dentro desta faixa, qualquer 
valor, por exemplo: 1%, 2%, 45%, 80% etc.
Os pontos reais (analógicos) podem ser caracterizados de duas formas: 
Entradas analógicas e saídas analógicas.
3 Pontos de entradas e saídas (I/o) 25
3.2.1 Entradas analógicas
Esses elementos, assim como as entradas digitais, são responsáveis por 
receber a informação do campo para dentro do CLP, informando seu valor atual 
(em tempo real). Como exemplo temos a seguinte situação: Consideremos um 
sensor de nível em um tanque. Se o tanque estiver completamente cheio, o 
sensor indicará para o CLP que ele possui um valor de nível a 100%. Se o tanque 
estiver completamente vazio, o sensor indicará para o CLP que ele possui um 
valor de nível a 0%. Porém, o sensor também indicará qualquer outra posição 
intermediária entre os valores de 0% e 100%. 
As interfaces de entrada analógica permitem que o CLP possa manipular 
grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As 
grandezas analógicas elétricas tratadas por esses módulos são normalmente 
tensão e corrente. 
No caso de tensão as faixas de utilização são: 0 á 10 Vcc, 0 a 5 Vcc, 1 a 5Vcc, -5 
a +5 Vcc, -10 a +10 Vcc ( no caso as interfaces que permitem entradas positivas e 
negativas são chamadas de entradas diferenciais ) e no caso de corrente, as faixas 
utilizadas são : 0 á 20 mA , 4 á 20 mA.
CLP
100%
50%
0%
Figura 9 - Entradas analógicas
SENAI - CETEMP, 2005 
ADC
VIN
VREF+
VREF-
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
ENTRADA C.P.U
+-
Figura 10 - Circuito interno de entrada analógica do CLP
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005 
 Casos e relatos
Na indústria, quando há necessidade de utilizar tanques e/ou vasos, 
costumamos instrumentá-lo colocando um sensor para a realização da medida 
do produto armazenado. Vamos considerar que nosso tanque é de formato 
cilíndrico e que sua altura total é de 7 metros. Para realizar a medida da 
quantidade de produto dentro do tanque, utilizamos um sensor ultrassônico 
(ou outro tipo), com saída de 4-20mA, para medir a altura atual do produto.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL26
De posse da informação da altura, os vários setores do mercado utilizam esse 
dado de diferentes formas. Na área de tratamento de água e efluentes, é mais 
interessante saber o volume que está dentro do tanque, seja para produto químico 
relacionado ao tratamento, seja para a água tratada; já para a área petroquímica, é 
interessante utilizar a leitura de nível por meio de uma escala percentual.
Para obter a informação de altura do sensor ultrassônico precisamos ligar 
sua saída na entrada analógica do controlador lógico programável. Quando 
ligamos esta entrada, o usuário visualiza um valor que é variável conforme a 
resolução do controlador.
3.2.2 saídas analógiCas
Esses elementos, assim como as saídas digitais, são responsáveis por enviar a 
informação interna do CLP para o campo, informando seu valor atual (em tempo 
real). Por exemplo: Consideremos uma válvula de controle. Por natureza, este tipo 
de válvula permite uma variação em sua abertura (0% a 100%). Assim, a saída 
controlará a posição da abertura da válvula em qualquer ponto intermediário da 
faixa de 0% a 100%. 
São exemplos de saídas analógicas: válvulas de controle, posicionadores, 
servomotores, resistências, inversores de frequência etc.
CLP
100%
50%
0%
Figura 11 - Saídas analógicas
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005 
+
0 1 2 3 4 5 6 7
DAC
V
C.P.U
8 bits
SAÍDA
Figura 12 - Circuito interno de saída analógica do CLP
Fonte: SENAI - CETEMP, 2005 
3 Pontos de entradas e saídas (I/o) 27
Os controladores lógicos programáveis mais antigos 
utilizavam resoluções de 8 e, no máximo, 12 bits. O 
valor visualizado internamente nas memórias de I/O 
do controlador programável é de 0-255 e 0-4095, 
respectivamente. Atualmente, temos resoluções mais altas 
e os valores nas memórias do CLP podem ser configurados 
para a faixa que desejamos.
 VOCÊ 
 SABIA?
Existem módulos especiais de entradas e saídas com funções 
bastante especializadas. Alguns exemplos são: Contadores 
de Fase Única; Contadores de Dupla Fase;para Encoder 
Incremental;para Encoder Absoluto; para Termopares (Tipo 
J, K, L , S, etc); para Termoresistências (PT-100, Ni-100, Cu-25 
,etc); para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - 
Gauges; para leitura de grandezas elétricas (KW , KWh , KQ, 
KQh, cos Fi , I , V etc); P.W.M. para controle de motores C.C.; 
para controle de Servomotores; para controle de Motores de 
Passo (Step Motor); para I.H.M. (Interface Homem Máquina).
 SAIBA 
 MAIS
 reCaPitulando
Neste capítulo aprendemos que os equipamentos de campo podem interagir 
com o CLP por meio das entradas e saídas. Estudamos que as entradas são os 
elementos responsáveis por receber a informação do campo para dentro do CLP, 
e as saídas são os elementos responsáveis por enviar a informação interna do CLP 
para o campo. Ainda, vimos que as entradas e as saídas podem ser classificadas 
em dois tipos, discretas e reais.
referênCias
ALLEN BRADLEY COMPANY. Advanced Programing Software - 1747 PA2E / User Manual - 
Publication IC-942. August 1992.
ALLEN BRADLEY COMPANY. SLC 500 Modular Hardware Style. Installation and Operation 
Manual, 1993.
ALLEN BRADLEY COMPANY. SLC 500 Modular Hardware Style - User Manual. [2008]. Dis-
ponível em: < http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/
um/1747-um011_-en-p.pdf>. Acesso em: 31 maio 2012.
ALLEN BRADLEY COMPANY - Cable System. Planning and Installation Manual, [s/d].
BENDER, K. Profibus: The Fieldbus for Automation. New Jersey: Prentice-Hall ,1993.
BISHOP, Robert H. The Mechatronics Handbook. CRC Press, 2002.
EATON CORPORATION. SmartWire-Darwin, The System. Bohn: Germany, 2010.
EATON CORPORATION. CANOpen. Bohn: Germany, 2007.
ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. EIA/TIA-568-B. [s/d]. Washington, DC.
GIOZZA, William F.; ARAÚJO, José Fábio de; MOURA, José Antão; SAUVÉ, Jacquer. Redes Lo-
cais de Computadores. McGraw-Hill, [s/d].
GROOVER, Mikell P. Automation, Production, Systems, and Computer-Integrated Manu-
facturing.New Jersey: Prentice Hall, 1987.
HACKWORTH, John & Frederick . PLC Programming Methods and Applications. Prentice 
Hall, 2003.
INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA (ISA). Fieldbus standard for use in industrial control 
systems. 1992.
JONES, J. Control and Instrumentation. 1992.
LAPP GROUP. Imagens. Disponível em: <www.lappgroup.com>. Acesso em: 31 maio 2012.
MILLER, MARK A. Troubleshooting with TCP/IP. Analyzing the Protocols of the Internet - 
M&T Books. [s/d].
MODICON INC. Modbus Protocol. Reference Guide, 1996.
MOELLER. Descrição Técnica do CANOpen. [2007]. Disponível em: <www.moeller.net>. Acesso 
em: 25 abril 2012.
NATALE, Ferdinando. Automação Industrial. São Paulo: Erica, 1995.
OMRON CORPORATION – Cx-Programmer Ver. 9 – Operation Manual – Tokyo – 2007a.
OMRON CORPORATION – Cx-Programmer Ver. 9 – Operation Manual SFC Programming – 
Tokyo – 2007b.
PHOENIX CONTACT. Imagens. Disponível em: <www.phoenixcontact.com>. Acesso em: 
31maio 2012.
PROFIBUS INTERNATIONAL. Profibus Specification. Order No.0.0032 . Karlsruhe: Germany, 1997.
PROFIBUS ORG . Profibus Technical description. Profibus Brochure, 1999.
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – MG.Sistemas Digitais de Controle. [s/d]. 
Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/73167242/Apostila-Sistemas-Supervis-rios-e-SDCD-MG>. 
Acesso em: 11 jun. 2012.
SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL
UNIDADE DE EDUCAçãO PROFISSIONAL E TECNOLógICA – UNIEP
Rolando Vargas Vallejos
Gerente Executivo
Felipe Esteves Morgado
Gerente Executivo Adjunto
Diana Neri
Coordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros
SENAI – DEPARTAMENTO REgIONAL DO RIO gRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenação do Desenvolvimento dos Livros no Departamento Regional
Júlio Damian
Elaboração
Giancarllo Josias Soares
Macelo Luiz de Quadros
Revisão Técnica
Enrique S. Blanco
Fernando R. G. Schirmbeck
Luciene Gralha da Silva
Maria de Fátima R.de Lemos
Design Educacional
Regina M. Recktenwald
Revisão Ortográfica e Gramatical
Camila J. S. Machado
Ilustrações
Bárbara V. Polidori Backes
Tratamento de imagens e Diagramação
i-Comunicação
Projeto Gráfico