Sistemas Digitais de
Controle I
Professor: Elton Sales
CONTROLADORES
DIGITAIS
SINGLE E MULTI LOOP
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
2
Funções do controlador
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
3
Dinâmica do Processo
Variável Manipulada
Variável Controlada
Perturbações
Entrada de Produto
Saída de Produto
CONTROLADOR
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
Set-point
4
Controle de Variáveis Contínuas –
Estratégia PID
Controlador
+
mA
Válvula
PID
Ref
Vazão
mA
Processo
erro
mA
variável controlada
Sensor
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
5
Ação de Controle Proporcional


Foi visto anteriormente, que na ação ligadesliga, quando a variável controlada se
desvia do valor ajustado, o elemento final de
controle realiza um movimento brusco de
ON (liga) para Off (desliga), provocando
uma oscilação no resultado de controle.
Para evitar tal tipo de movimento foi
desenvolvido um tipo de ação no qual a
ação corretiva produzida por este
mecanismo é proporcional ao valor do
desvio. Tal ação denominou-se ação
proporcional.
A figura ao lado indica o movimento do
elemento final de controle sujeito apenas à
ação de controle proporcional em uma
malha aberta, quando é aplicado um desvio
em degrau num controlador ajustado para
funcionar na ação direta.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
6
Ação de Controle Proporcional
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
7
Banda Proporcional
Considera-se que a válvula esteja aberta em 50% e que o nível do líquido deva ser mantido em 50cm
de altura. E ainda, a válvula tem seu curso total conforme indicado na figura. Neste caso, o ponto
suporte da alavanca deve estar no ponto b para que a relação ab : bc = 1:100 seja mantida.
Então, se o nível do líquido descer 1 cm, o movimento da válvula será 1/10, abrindo-se 0,1 cm a
mais. Deste modo, se o nível do líquido descer 5cm a válvula ficará completamente aberta. Ou
seja, a válvula se abrirá totalmente quando o nível do líquido atingir 45cm. Inversamente, quando
o nível atingir 55cm, a válvula se fechará totalmente. Pode-se portanto concluir que a faixa na
qual a válvula vai da situação totalmente aberta para totalmente fechada, isto é, a faixa em que
se realiza a ação proporcional será 10cm.
A seguir, se o ponto de apoio for transportado para a situação b’ e a relação passar a ser a.b' : b' .c =
1 : 20 , o movimento da válvula será 1/20 do nível do líquido se este descer 1cm.
Neste caso, a válvula estará totalmente aberta na graduação 40cm e totalmente fechada em 60cm e
então, a faixa em que a válvula passa de totalmente aberta para totalmente fechada será igual a
20cm.
Assim, não é difícil concluir que a relação entre a variação máxima da grandeza a ser controlada e o
curso total da válvula depende neste caso, do ponto de apoio escolhido. Este ponto de apoio vai
determinar uma relação de proporcionalidade.
E como existe uma faixa na qual a proporcionalidade é mantida, esta recebe o nome de faixa
proporcional (também chamada de Banda Proporcional).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
8
Banda Proporcional

É definida como sendo a porcentagem de
variação da variável controlada capaz de
produzir a abertura ou fechamento total da
válvula. Assim, por exemplo, se a faixa
proporcional é 20%, significa que uma variação
de 20% no desvio produzirá uma variação de
100% na saída, ou seja, a válvula se moverá de
totalmente aberta par totalmente fechada
quando o erro variar 20% da faixa de medição.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
9
Ação de Controle Proporcional

Verificamos até aqui que ao
introduzirmos os mecanismos da
ação proporcional, eliminamos as
oscilações no processo
provocados pelo controle ligadesliga, porém o controle
proporcional não consegue
eliminar o erro de off-set, visto
que quando houver um distúrbio
qualquer no processo, a ação
proporcional não consegue
eliminar totalmente a diferença
entre o valor desejado e o valor
medido (variável controlada),
conforme pode ser visto na figura
a seguir.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
10
Erro de Off-set

Para melhor esclarecer como aparece este erro.
Para tal, suponha que a válvula esteja aberta
em 50% e que a variável controlada (nível)
esteja igual ao valor desejado (50cm, por
exemplo). Agora, suponha que ocorra uma
variação de carga fazendo com que a vazão de
saída aumente. O nível neste caso descerá e,
portanto, a bóia também, abrindo mais a válvula
de controle e assim aumentando a vazão de
entrada até que o sistema entre em equilíbrio.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
11
Ação de Controle Proporcional

Basicamente todo controlador do tipo
proporcional apresenta as seguintes
características:
 a)
Correção proporcional ao desvio
 b) Existência de uma realimentação negativa
 c) Deixa erro de off-set após uma variação de
carga
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
12
Ação de Controle Integral


Ao utilizar o controle proporcional, conseguimos eliminar o
problema das oscilações provocadas pela ação ON-OFF e este
seria o controle aceitável na maioria das aplicações se não
houvesse o inconveniente da não eliminação do erro de off-set sem
a intervenção do operador. Esta intervenção em pequenos
processos é aceitável, porém em grandes plantas industriais, isto se
torna impraticável. Para resolver este problema e eliminar este erro
de off-set, desenvolveu-se uma nova unidade denominada ação
integral.
A ação integral vai atuar no processo ao longo do tempo enquanto
existir diferença entre o valor desejado e o valor medido. Assim, o
sinal de correção é integrado no tempo e por isto enquanto a ação
proporcional atua de forma instantânea quando acontece um
distúrbio em degrau, a ação integral vai atuar de forma lenta até
eliminar por completo o erro.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
13
Ação de Controle Integral
Observe que a resposta da ação integral foi aumentando enquanto o desvio
esteve presente, até atingir o valor máximo do sinal de saída (até entrar em
saturação). Assim, quanto mais tempo o desvio perdurar, maior será a saída
do controlador e ainda se o desvio
fosse
maior,
Elaborado
por Elton
Sales sua resposta seria mais
(Coordenador de Projetos de
rápida, ou seja, a reta da figuraAutomação
4.10 seria
mais inclinada.
14
Industrial)
Ação de Controle Integral





As principais características do controle integral
são:
a) Correção depende não só do erro mas
também do tempo em que ele perdurar.
b) Ausência do erro de off-set.
c) Quanto maior o erro maior será velocidade de
correção.
d) No controle integral, o movimento da válvula
não muda de sentido enquanto o sinal de desvio
não se inverter.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
15
Ação de Controle Proporcional +
Integral

Esta é a ação de controle resultante da
combinação da ação proporcional e a
ação integral. Esta combinação tem por
objetivos principais, corrigir os desvios
instantâneos (proporcional) e eliminar ao
longo do tempo qualquer desvio que
permaneça (integral).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
16
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
17
Ação de Controle Derivativa


Vimos até agora que o controlador proporcional tem sua ação
proporcional ao desvio e que o controlador integral tem sua ação
proporcional ao desvio versus tempo. Em resumo, eles só atuam
em presença do desvio. O controlador ideal seria aquele que
impedisse o aparecimento de desvios, o que na prática seria difícil.
No entanto, pode ser obtida a ação de controle que reaja em função
da velocidade do desvio, ou seja, não importa a amplitude do
desvio, mas sim a velocidade com que ele aparece.
Este tipo de ação é comumente chamado de ação derivativa. Ela
atua, fornecendo uma correção antecipada do desvio, isto é, no
instante em que o desvio tende a acontecer ela fornece uma
correção de forma a prevenir o sistema quanto ao aumento do
desvio, diminuindo assim o tempo de resposta.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
18
Ação de Controle Derivativa

O tempo derivativo, também chamado de
ganho derivativo, significa o tempo gasto
para se obter a mesma quantidade
operacional da ação proporcional somente
pela ação derivativa, quando o desvio
varia numa velocidade constante.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
19
Ação de Controle Derivativa
Neste caso houve uma
variação em degrau, isto é, a
velocidade de variação foi
infinita. Neste
caso a ação derivativa que é
proporcional à velocidade
desvio causou uma mudança
brusca
considerável na variável
manipulada.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
20
Ação de Controle Derivativa
Já neste caso, está sendo
mostrada a resposta da ação
derivativa para a situação na
qual o valor
medido é mudado numa razão
constante (rampa). A saída
derivativa é proporcional à
razão de
mudança deste desvio.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
21
Ação de Controle Derivativo




As principais características do controle
derivativo são:
a) A correção é proporcional à velocidade de
desvio.
b) Não atua caso o desvio for constante.
c) Quanto mais rápida a razão de mudança do
desvio, maior será a correção.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
22
Ação de controle Proporcional +
Integral + Derivativa


O controle proporcional associado ao integral e ao
derivativo, é o mais sofisticado tipo de controle utilizado
em sistemas de malha fechada.
A proporcional elimina as oscilações, a integral elimina o
desvio de off-set, enquanto a derivativa fornece ao
sistema uma ação antecipativa evitando previamente
que o desvio se torne maior quando o processo se
caracteriza por ter uma correção lenta comparada com a
velocidade do desvio (por exemplo, alguns controles de
temperatura).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
23
Ação de controle Proporcional +
Integral + Derivativa
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
24
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
25
Controlador convencional
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
26
Controlador digital
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
27
Multi loop SMAR CD600






O CD600 é um poderoso controlador digital de processos, capaz de controlar
simultaneamente até 4 malhas de controle, com até 8 blocos PID e mais de 120
blocos de controle avançado.
Projetado, desenvolvido e fabricado pela SMAR, pioneira e líder na fabricação de
controladores digitais, o CD600 reúne toda a experiência e conhecimento adquiridos
num equipamento poderoso, versátil, confiável e de fácil operação.
A programação é feita ou pela livre combinação de mais de 120 blocos de controle
avançado, ou pela seleção de uma configuração, pré-programada dentre as várias
disponívels.
Para programá-lo pode se utilizar o versátil terminal portátil ou o CONF600, um
software que pode ser instalado em microcomputador PC ou compatível,
proporcionando uma interface gráfica de fácil utilização.
O CD600 reúne características técnicas que o tornam um dos mais avançados e
poderosos controladores multi-loop disponíveis no mercado mundial.
Uma única unidade é por exemplo, capaz de controlar sozinha toda uma caldeira
incluindo controles de nível a três elementos, combustão com limites cruzados e
tiragem.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
28
Multi loop SMAR CD600
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
29
Multi loop SMAR CD600
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
30
CD600
Operação
 O Controlador Digital SMAR modelo CD600 tem a sua forma de
programação baseada no conceito de blocos livres que podem ser
interligados conforme a estratégia de controle definida pelo usuário.
 Todos os blocos disponíveis estão pré-ordenados em uma área do
programa, bastando interligá-los, ajustar seus parâmetros e
caracterizá-los conforme sua utilização.
 A troca de informações entre o algoritmo de controle utilizado e o
processo, se dá através dos blocos de entrada e saída (analógicas
e/ou digitais). Estes blocos estão "fisicamente" ligados à borneira do
controlador. Por exemplo, o bloco de entrada analógica nº 001,
pode ser utilizado para leitura e processamento do sinal que está
entrando nos bornes referentes à entrada analógica nº 001 (terminal
18A).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
31
CD600




DESCRIÇÃO TÍPICA DO BLOCO
A maioria dos blocos têm uma Função de Controle, consistindo de
uma ou mais operações matemáticas e/ou lógicas. A função irá
relacionar as saídas com as entradas do bloco.
As entradas são identificadas através de letras (A, B, C...), e as
saídas são identificadas através de números. Com exceção dos
blocos de entradas e saídas Analógicas e Digitais, para os quais as
entradas e saídas, respectivamente, estão vinculadas fisicamente
aos terminais da Borneira.
Os números relacionados às saídas dos blocos são de fato,
endereços. Cada número se refere exclusivamente a uma certa
saída de um certo bloco e vice-versa.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
32
CD600
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
33
CD600
Função 01 - Entrada Analógica (AI)
 Todas as entradas analógicas
(bornes do controlador) possuem
um correspondente bloco de
entrada analógica. A entrada
analógica 2, por exemplo, a qual é
conectada ao terminal 17A,
corresponde ao bloco BLK002. A
entrada do circuito é sempre um
sinal de voltagem de 0-5 Vdc ou 15 Vdc. Para sinais em corrente de
0-20 mA ou 4-20 mA, um esistor
"shunt" de 250Ω deve ser colocado
no bloco terminal correspondente à
entrada escolhida.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
34
CD600
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
35
CD600
Função 10 - PID Simples
(PID)
 Este bloco oferece uma
gama variada de
algoritmos de controle
tendo como base os
modos Proporcional (P),
Integral (I) e Derivativo
(D).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
36
CD600
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
37
CD600
Função 08 - Estação
Auto/Manual (A/M)
 Este bloco permite ao
operador atuar diretamente
na saída do controlador. Na
utilização mais comum, a
saída de um bloco PID é
conectada a entrada A do
bloco A/M e sua saída a um
bloco de saída em corrente.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
38
CD600
Função 02 - Saída em Corrente (CO)
 A entrada do bloco em
porcentagem, é calibrada e
convertida em sinal analógico de
corrente. Uma realimentação desta
saída é enviada a um comparador
que recebe também o sinal
calibrado da entrada. Se houver um
desvio superior ao estipulado no
parâmetro ADEV, será ativada uma
saída discreta (0 ou 100%)
avisando o operador de alguma
falha ou uma interrupção no loop de
corrente.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
39
CD600
Função 06 - Frontal do
Controlador (FV)
 Este bloco direciona as
entradas A, B e C
respectivamente para as
barras SP, PV e MV e
associa a elas os
mnemónicos SP, PV e
MV, como default.
Portanto, esse bloco é
limitado a um por loop.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
40
CD600
Função 07 - Chave Local/Remoto (L/R)

Este bloco permite selecionar Setpoint
Local/Remoto através da tecla <L/R>, e a
atuação do Setpoint através das teclas <Δ> e
<∇>, além de diversas funções relacionadas
com o Setpoint. A atuação local é possível de
duas formas:

a) Pelo registro interno do bloco diretamente
associado às teclas <Δ> ou <∇> no frontal do
painel, quando o Setpoint é selecionado no
display. A saída desse bloco deve ser
conectada a um bloco

da Função 06 - Frontal do Controlador ou
Função 32 - Visualização Geral.

b) Através da entrada B, pode ser ligado um
bloco gerador de sinal ou a saída de um outro
bloco.

O uso dessa entrada cancela automaticamente
o atuador de registro interno.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
41
Blocos de configuração CD600
Bornes
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
42
Blocos de configuração CD600
Loop
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
43
Blocos de configuração CD600
Loop
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
44
Blocos de configuração CD600
Loop
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
45
Blocos de configuração CD600
Loop
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
46
Blocos de configuração CD600
Frontal
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
47
Blocos de configuração CD600
Geral
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
48
Programação CD600
O CONF600 é um sistema baseado em
microcomputador IBM PC ou compatível,
que oferece recursos gráficos e interface
homem máquina de fácil operação. Sua
utilização possibilita armazenamento da
configuração em disco rigído/ flexível,
hardcopy e Iistagem dos parâmetras da
configuração, comunicação com CD600 e
Terminal Portátil.
A configuração da malha de controle é
feita de modo gráfico na forma de um
diagrama similar à norma ISA, permitindo
ao usuário visualizar e implementar
facilmente a estratégia de controle. O
carregamento da configuração no CD600
é feito em menos de 2 segundos.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
49
Programação CD600
A alteração dos parâmetros é feita ON-LINE. As entradas e saídas de cada
bloco podem ser monitoridas simultâneamente. A utilização do CONF600 torna
praticamente dispensável a consulta ao manual, já que a maior parte das
informações do bloco é mostrada na tela. A depuração da configuração fica
muito mais rápida e fácil.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
50
Single loop TRANSMITEL CP131
Malha
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
51
Single loop Yokogawa YS170
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
52
Single loop YS170
Painéis de operação
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
53
Controlador
Lógico
Programável
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
54
CONTROLADORES LÓGICOS
PROGRAMAVEIS
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
55
O CLP


Os Controladores Lógicos Programáveis ou CLPs, são
equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação
flexível Permitindo desenvolver e alterar facilmente a lógica para
acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma,
pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar
pontos de saída de sinal (cargas).
São ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações
em sistemas de acionamentos e controle, e por isso são utilizados
em grande escala no mercado industrial. Desta forma, podemos
associar diversos sinais de entrada para controlar diversos
atuadores ligados nos pontos de saída.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
56
HISTÓRICO
O surgimento do controlador
programável data de 1968
desenvolvido pelo engenheiro
Richard Morley na divisão de
hidramáticos da General Motors.
Surgiu como evolução aos antigos
painéis elétricos, cuja lógica fixa
tornava impraticável qualquer
mudança extra do processo.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
57
Vantagens















Economia de espaço devido ao seu tamanho reduzido
Reutilizáveis
Programáveis
Maior confiabilidade
Maior flexibilidade
Maior rapidez na elaboração dos projetos
Interfaces de comunicação com outros CLPs e computadores
Fácil diagnóstico durante o projeto
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
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
58
APLICAÇÕES
O controlador programável existe para automatizar
processos
industriais,
sejam
de
sequênciamento,
intertravamento, controle de processos, batelada, etc.
Este equipamento tem seu uso tanto na área de automação
da manufatura, de processos contínuos, elétrica, predial,
entre outras.
Praticamente não existem ramos de aplicações industriais
onde não se possa aplicar os CLPs
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
59
Programação de um CLP


A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para
acionar as suas saídas é programável. É possível desenvolver
lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também uma
composição das duas, o que ocorre na maioria das vezes.Como o
CLP veio substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de
acionamento, a linguagem utilizada na sua programação é similar à
linguagem de diagramas lógicos de acionamento, desenvolvidos
por eletrotécnicos, técnicos eletricistas ou profissionais da área de
controle.
Linguagem de programação é um conjunto de símbolos e regras
que formam um código capaz de permitir a comunicação entre o
usuário e um determinado equipamento ou sistema. Existem
diversas linguagens de programação de CLP padronizadas. Porém,
uma delas é utilizada em praticamente todos os CLPs, a Linguagem
Ladder.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
60
ESTRUTURA BÁSICA
O controlador programável tem sua estrutura baseada no hardware de
um computador, tendo portanto uma unidade central de processamento
(UCP / CPU), interfaces de entrada e saída e memórias. As principais
diferenças em relação a um computador comum estão relacionadas a
qualidade da fonte de alimentação, que possui características ótimas de
filtragem e estabilização, interfaces de E/S imune a ruídos e um invólucro
específico para aplicações industriais. Temos também um terminal usado
para programação do CLP.
TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO
PROCESSADOR
FONTE
DE
ALIMENTAÇÃO
Unidade
Central de
Processamento
MEMÓRIA
(UCP)
INTERFACE
DE
E/S
Elaborado por Elton Sales
CARTÕES
(Coordenador
de Projetos de
DE
ENTRADA
Automação Industrial)
CARTÕES
DE
SAÍDA
61
PLC na estrutura de automação
Manutenção
ESC
ESC
REDE ETHERNET
F
O
N
T
E
C C C C
P O O O
U M M M
CPU’s DO PLC
SALA DE CONTROLE
F
O
N
T
E
VASO SEPARADOR
C C C C
P O O O
U M M M
REDE PROPRIETÁRIA DO PLC
CHAVE
R
E
M
R
E
M
PSH
SDV
R
E
M
BOMBA
MÓDULOS REMOTOS DO PLC
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
62
ESTRUTURA BÁSICA






Fonte de alimentação: Converte a tensão da rede de 110 ou 220 VCA em +5VCC, +12VCC ou
+24VCC para alimentar os circuitos eletrônicos, as entradas e as as saídas.
Unidade de processamento: Também conhecida por CPU, é composta por microcontroladores
ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereçamento de memória de
até 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulação de dados decimais, octais e
hexadecimais.
Bateria: Utilizada para manter o circuito do relógio em tempo real. Normalmente são utilizadas
baterias recarregáveis do tipo Ni - Ca.
Memória do programa supervisor: O programa supervisor é responsável pelo gerenciamento
de todas as atividades do CLP. Não pode ser modificado pelo usuário e fica normalmente em
memórias do tipo PROM, EPROM, EEPROM.
Memória do usuário: Espaço reservado ao programa do usuário. Constituída por memórias do
tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Também pode-se utilizar cartuchos de memória, para
proporcionar agilidade e flexibilidade.
Memória de dados: Armazena valores do programa do usuário, tais como valores de
temporizadores, contadores, códigos de erros, senhas, etc. Nesta região se encontra também a
memória imagem das entradas – a saídas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU
busca informações para o processo decisório.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
63
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU)
A CPU é responsável pelo processamento
do programa, isto é, coleta os dados dos cartões de
entrada, efetua o processamento segundo o
programa do usuário, armazenado na memória, e
envia o sinal para os cartões de saída como
resposta ao processamento.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
64
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU)



Algumas características da CPU são
importantes para determinar a sua performance,
a principal delas é o scan time (tempo de
varredura), que é o período de tempo no qual o
CLP executa uma seqüência de funções de
forma repetitiva enquanto estiver em modo de
operação.
Essa seqüência é chamada de ciclo de
varredura (scan), o qual será representado pelo
Fluxograma a seguir
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
65
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU)
Inicializar: o CLP executa testes no próprio hardware para
verificar se sistema está funcionando corretamente e analisa
os dados da última queda de energia para determinar o ponto
de reinício.
• Processar funções internas: o sistema monitora o
controlador (atualiza os dados do sistema, os valores dos
temporizadores, as lâmpadas de status, etc.) e processa
requisições externas.
• Verificar estados das entradas e transferir para a
memória: o CLP examina os dispositivos externos de entrada
e armazena as informações temporariamente em uma região
da memória denominada de memória imagem das entradas.
• Processar o programa do usuário: o CLP executa as
instruções do programa, utilizando o estado das entradas
armazenado na memória imagem de entrada, e determina os
estados das saídas. Estes estados são armazenados em uma
região da memória denominada de memória imagem das
saídas.
• Atualizar as saídas: baseado nos dados da memória
imagem das saídas, o CLP aciona os dispositivos externos
conforme lógica do programa.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
66
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU)

O tamanho do programa, o
número de pontos de
entradas e saídas, o
número de módulos
especiais, a quantidades de
informações comunicadas
em rede com outros
equipamentos e o tempo de
processamento por
instrução influenciam
diretamente no scan time.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
67
ESTRUTURA DE PROCESSAMENTO




Processamento cíclico;
Processamento por interrupção;
Processamento comandado por tempo;
Processamento por evento.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
68
Processamento Cíclico
É a forma mais comum de execução que predomina em todas as UCPs/
CPUs conhecidas, e de onde vem o conceito de varredura, ou seja, as
instruções de programa contidas na memória, são lidas uma após a outra
seqüencialmente do início ao fim, daí retornando ao início ciclicamente.
Um dado importante de uma UCP /CPU é o seu tempo de ciclo, ou seja, o
tempo gasto para a execução de uma varredura. Este tempo está
relacionado com o tamanho do programa do usuário (em média 10 ms a
cada 1.000 instruções).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
69
Processamento por Interrupção
Certas ocorrências no processo controlado não podem, algumas
vezes, aguardar o ciclo completo de execução do programa. Neste
caso, ao reconhecer uma ocorrência deste tipo, a UCP/CPU
interrompe o ciclo normal de programa e executa um outro programa
chamado de rotina de interrupção. Esta interrupção pode ocorrer a
qualquer instante da execução do ciclo de programa. Ao finalizar esta
situação o programa voltará a ser executado do ponto onde ocorreu a
interrupção. Uma interrupção pode ser necessária, por exemplo, numa
situação de emergência onde procedimentos referentes a esta situação
devem ser adotados.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
70
Processamento por Evento
Este é processado em eventos específicos, tais como no
retorno de energia, falha na bateria e estouro do tempo de
supervisão do ciclo da UCP/CPU.
Neste último, temos o chamado Watch Dog Time (WD), que
normalmente ocorre como procedimento ao se detectar uma
condição de estouro de tempo de ciclo da UCP/CPU,
parando o processamento numa condição de falha e
indicando ao operador através de sinal visual e as vezes
sonoro.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
71
Processamento Comandado por Tempo
Da mesma forma que determinadas execuções não podem
ser dependentes do ciclo normal de programa, algumas
devem ser executados a certos intervalos de tempo, as
vezes muito curto, na ordem de 10 ms.
Este tipo de processamento também pode ser incarado
como um tipo de interrupção, porém ocorre a intervalos
regulares de tempo dentro do ciclo normal de programa.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
72
MEMÓRIA
O sistema de memória é uma parte de vital importância no processador
de um controlador programável, pois armazena todas as instruções assim
como os dados necessários para executá-las.
Existem diferentes tipos de sistemas de memória. A escolha de um
determinado tipo depende:
 do tipo de informação armazenada;
 da forma como a informação será processada pela UCP/CPU.
As informações armazenadas num sistema de memória são chamadas
palavras de memória, que são formadas sempre com o mesmo número de
bits.
A capacidade de memória de um CLP é definida em função do
número de palavras de memória previstas para o sistema.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
73
MEMÓRIA

Os tipos de memórias utilizadas e as funções
executadas no CLP serão apresentados a
seguir.
 RAM

(Random Access Memory)
São memórias do tipo volátil, ou seja, perdem os dados com
a falta de energia. Sua principal característica reside no fato
de que os dados podem ser gravados e alterados
rapidamente e facilmente. No CLP, os dados da RAM podem
ser mantidos por uma bateria ou por um capacitor.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
74
MEMÓRIA
 ROM

(Read Only Memory)
São memórias especialmente projetadas para
manter armazenadas informações que não
poderão ser alteradas. Desta forma, é uma
memória somente para leitura, sendo que, seus
dados não são perdidos caso ocorra falta de
energia, ou seja, são memórias não voláteis.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
75
MEMÓRIA
– (Erasable Electrical Programmable Read
Only Memory)
 EEPROM

São memórias que, apesar de não voláteis, oferecem a
mesma flexibilidade de regravação existente nas memórias
RAM. Porém, a EEPROM apresenta duas limitações: o
processo de regravação de seus dados só pode ser efetuado
após a limpeza da célula, o que demanda tempo, e a vida útil
de uma EEPROM é limitada pelo número de regravações
(mínimo de 100.000/típico 1.000.000 de operações de
limpeza/escrita).
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
76
MEMÓRIA
 Flash

EEPROM
A memória Flash é uma memória do tipo EEPROM
que permite que múltiplos endereços sejam
apagados ou escritos numa só operação. Dessa
forma, a gravação é mais rápida que a EEPROM.
Apesar de possuir uma vida útil menor que a
EEPROM (mínimo de 10.000 operações de
limpeza/escrita), tem substituído gradualmente
esta última.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
77
MEMÓRIA
 Memória

do programa monitor
O programa monitor (firmware) é o responsável pelo
gerenciamento de todas as atividades do CLP e não pode
ser alterado pelo usuário. Entre essas atividades, está a
transferência de programas entre o microcomputador e o
CLP, o gerenciamento do estado da bateria do sistema, o
controle dos diversos módulos, a conversão do programa
criado pelo usuário para a linguagem de máquina, etc. Na
maior parte dos casos o programa monitor é gravado em
memória do tipo ROM. Porém, os CLPs atuais permitem que
o firmware seja atualizado e, nesse caso, a memória deve
ser do tipo EEPROM, por ser regravável e não volátil.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
78
MEMÓRIA
 Memória do usuário
 O programa da aplicação desenvolvido pelo usuário é
armazenado nessa memória, a qual pode ser alterada pelo
mesmo. A capacidade e o tipo desta memória variam de
acordo com a marca/modelo do CLP. Em relação ao tipo,
podem ser EEPROM/Flash EEPROM ou RAM (mantida por
bateria ou capacitor). Nesse último caso, é comum o CLP
armazenar uma cópia de segurança do programa numa
memória EEPROM adicional, que em caso de perda do
programa devido a problemas na bateria, permite a
restauração do programa da memória EEPROM para a
memória RAM. Em alguns casos, esse processo é
automático.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
79
MEMÓRIA
 Memória

de dados
É a região de memória destinada a armazenar
temporariamente os dados gerados pelo programa do
usuário, tais como, valores de temporizadores, valores de
contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. Esses
valores podem ser consultados ou alterados durante a
execução do programa do usuário e, devido a grande
quantidade de regravações, essa memória só pode ser do
tipo RAM. Em alguns CLPs, utiliza - se a bateria para reter
os valores desta memória no caso de uma queda de energia.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
80
MEMÓRIA
 Memória

imagem das entradas/saídas
Sempre que a CPU executa o ciclo de leitura das entradas
ou executa uma modificação nas saídas, ela armazena os
estados da cada uma das entradas ou das saídas em uma
região de memória denominada memória imagem das
entradas/saídas. Nessa região de memória a CPU irá obter
informações das entradas ou das saídas para tomar as
decisões durante o processamento do programa do usuário,
não necessitando acessar os módulos enquanto executa o
programa do usuário. Devido a grande quantidade de
regravações, essa memória só pode ser do tipo RAM.
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
81
CARACTERÍSTICAS DAS
ENTRADAS E SAÍDAS - E/S
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
82
ENTRADA DIGITAL
CAMPO
ENTRADA 1
ENTRADA 2
PSH
fonte
COMUM
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
83
ENTRADA SINAIS ANALÓGICOS
• SINAIS: 4 a 20 mA 1 a 5 V 0 a 10 V 0 a 20 mA -20 a +20 mA
• TRANSMISSORES (PRESSÃO, VAZÃO, TEMPERATURA, etc)
CARTÃO
CPU
CONVERSOR
TRANSMISSOR
PRESSÃO = 0 a 30 Kg/cm²
ANA/DIG
4 a 20 mA
ou
1a5V
8 bits = 0 a 256
12 bits = 0 a 4095
16 bits = 0 a 65535
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
LADDER
0 a 30
84
SAÍDA DIGITAL
CAMPO
Saída 1
CARGA
Saída 2
CARGA
SAÍDAS DIGITAIS
COM PONTO
COMUM
FONTE
Comum
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
85
SAÍDA SINAIS ANALÓGICOS
• SINAIS: 4 a 20 mA 1 a 5 V 0 a 10 V 0 a 20 mA -20 a +20 mA
• INDICADORES ANALÓGICOS, CONTROLE DE MOTORES,
REGISTRADORES, TRANSDUTORES I/P, VÁLVULAS
ELÉTRICAS
CARTÃO
CPU
CONVERSOR
LADDER
0 a 100%
DIG/ANA
10 bits = 0Elaborado
a 1023 por Elton4 Sales
a 20 mA
12 bits = 0(Coordenador
a 4095 de Projetos de
Automação Industrial)
DISPOSITIVO
DE
SAÍDA
0 a 100%
86
START
PARTIDA
FUNCIONAMENTO
DE UM CLP
- Limpeza de memória
- Teste de RAM
- Teste de Execução
Não
OK
Sim
Leitura dos
Cartões de
Entrada
Atualização da
Tabela Imagem das
Entradas
Execução do Programa
do
Usuário
Atualização da
Tabela Imagem das
Saídas
Transferência
da Tabela para
a Saída
Tempo
de Varredura
OK
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
Sim
Não
STOP
PARADA
87
Cartão de Entrada
CICLO DE
OPERAÇÃO
DE UM CLP
o - 00
o - 01
o - 02
o - 03
o - 04
o - 05
o - 06
o - 07
1
0
IN
XV-001
O:1/3
I:0/0
LSH-001
I:0/2
Memória
Imagem
LSL-001
Cartão de Saída
XV-001
o - 00
o - 01
o - 02
o - 03
o - 04
o - 05
o - 06
o - 07
1
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
Í
D
A
S
88
Ambiente Para
Programação de PLC
SISTEMA
SUPERVISÓRIO
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
90
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
91
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
92
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
93
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
94
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
95
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
96
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
97
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
98
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
99
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
100
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
101
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
102
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
103
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
104
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
105
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
106
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
107
SDCD
SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
108
ESQUEMA DO SDCD
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
109
ESTRURTURA HIERÁRQUICA
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
110
MODELO DE REFERÊNCIA
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
111
SDCD DE PEQUENO PORTE (MICRO XL)
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
112
ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
113
VISTA GERAL
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
114
GRUPO DE CONTROLE
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
115
SUMÁRIO DE ALARMES
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
116
SINTONIA
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
117
TENDÊNCIA
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
118
AUTO DIAGNÓSTICO DAS UNIDADES
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
119
GRÁFICA
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
120
MENSAGENS GUIAS AO OPERADOR
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
121
DEFINIÇÃO DE INSTRUMENTOS DDC
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
122
INTERFACES DE COMUNICAÇÃO
Elaborado por Elton Sales
(Coordenador de Projetos de
Automação Industrial)
123