Sistemas de Automação
1. Controlador Lógico Programável (CLP): Histórico e
aplicações – Arquitetura; Princípio de funcionamento.
2. Linguagens de programação de CLPs: linguagem de
relés, SFC, linguagens de alto nível. Unidades
Analógicas.
3. Controle de Processos: Ações de controle em malha
aberta e malha fechada. Métodos de Sintonia de um
controlador.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
DEFINIÇÃO
Um controlador lógico programável é um dispositivo físico
eletrônico, baseado num microprocessador, dotado de
memória programável capaz de armazenar programas
implementados por um usuário com o objetivo de, baseado no
estado de suas entradas, determinar o estado das saídas de
forma a controlar um determinado processo.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
HISTÓRICO
Em 1968 David Emmett e William Stone da Divisão Hydramatic da General Motors
solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um
novo tipo de controlador lógico que incorporasse as seguintes características:
• Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que sua sequência de
operação pudesse ser alterada, mesmo depois de sua instalação;
• Ser de fácil manutenção, constituído de módulos interconectáveis;
• Operar em ambientes industriais com maior confiabilidade;
• Ser fisicamente menor que os sistemas de relés;
• Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de dados;
• Ter um preço competitivo com os sistemas de relés usados.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
HISTÓRICO
O primeiro controlador que atendia a estas especificações foi construído em
1969 pela Gould Modicon (Modular Digital Controller), o MODICON 084
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
HISTÓRICO
1968 – Especificação do controlador programável
1969 – Primeiro CLP – MODICON 084 (1kB, 128 I/O)
1971 – Aplicação do CLP a outras industrias (mineração, siderurgia)
1975 – Incorporação do controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo)
1976 – Uso de entradas e saídas remotas
1977 – CLP a partir de microprocessadores
1980 – Módulos de entrada/saída inteligentes, programação a partir de
microcomputadores pessoais
1983 – Criação de CLP pequenos e de baixo custo
1985 – Comunicação em rede e uso de sistemas SCADA (Supervisory Control
and Data Aquisition)
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CARACTERÍSTICAS
Os CLP surgiram em substituição de sistemas convencionais baseados em relés
e, em relação a estes sistemas apresenta as seguistes características:
• Ocupa menor espaço;
• Requer menor potência elétrica;
• Permite sua fácil reutilização;
• É programável, permitindo a alteração dos parâmetros de controle;
• Apresenta maior confiabilidade;
• Sua manutenção é mais fácil e rápida;
• Oferece maior flexibilidade;
• Apresenta interface de comunicação com outros CLP e computadores;
• Permite maior rapidez na elaboração do projeto do sistema de automação;
• Custo mais elevado para sistemas de pequeno porte.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
FABRICANTES
EUROPEUS
1.
2.
3.
4.
Siemens
Klockner & Mouller
Festo
Telemechanique
AMERICANOS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Allen Bradley
Gould Modicon
Texas Instruments
General Electric
Westinghouse
Cutter Hammer
Square D
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
FABRICANTES
JAPONESES
1.
2.
3.
4.
Toshiba
Omron
Fanuc
Mitsubishi
BRASILEIROS
1.
2.
3.
4.
Altus
Athos
Dakol
WEG
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONSTITUIÇÃO
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONSTITUIÇÃO
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
Ponto de Entrada: Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de
dispositivos ou componentes externos como um ponto de entrada. Ex: MicroChaves, Botões, termopares, relés etc.
• Entradas Digitais: Somente possuem dois estados
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
• Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa.
(0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
Ponto de Saída: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar
dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de saída.
Ex: Lâmpadas, Solenoides, Motores.
• Saídas Digitais: Somente possuem dois estados
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
• Saídas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa.
(0 à 10V, -10 à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA)
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
Programa: É a Lógica existente entre os pontos de entrada e saída e que executa as
funções desejadas de acordo com o estado das mesmas.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
CONCEITOS BÁSICOS
Memória: é o dispositivo responsável pela armazenagem de dados e programas
utilizados durante o funcionamento do CLP. Pode ser volátil (perde seu conteúdo
quando desligada a alimentação) ou não volátil (contém o programa do usuário e
variáveis retentivas).
CPU (Central Processing Unit): é o elemento principal do controlador, responsável
tanto pela execução dos programas do usuário quanto pelas funções associadas
ao endereçamento de memória, operações aritméticas,lógicas e relógio.
• BIT (BInary digiT): é a unidade para o sistema de numeração binário. Um bit é a
unidade básica de informação e pode assumir 0 ou 1.
• Byte: Byte é uma unidade constituída de 8 bits consecutivos. O estado das
entradas de um módulo digital de 8 pontos pode ser armazenado em um Byte.
• Word: Uma word é constituída de dois Bytes. O Valor das entradas e saídas
analógicas podem ser indicados por words.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
• A International Electronical Comission (IEC) é uma organização internacional
formada por representantes de todo o mundo.
• A Norma IEC 61131-3 é o primeiro esforço real para a padronização das
linguagens de programação para a automação industrial.
• Principais aspectos: Linguagens de programação, Modularidade, Portabilidade e
Reutilização de software.
• IEC 61131 possui 8 partes sendo a terceira parte referente as Linguagens de
Programação.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
• Parte 1: Informações Gerais
• Parte 2: Requisitos de Equipamentos e Testes
• Parte 3: Linguagens de Programação
• Parte 4: Guia de Usuário
• Parte 5: Comunicações
• Parte 6: Reserva
• Parte 7: Controle de Programação Fuzzy
• Parte 8: Guia para Aplicação e Implementação das Linguagens de Programação.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
Identificadores
• Identificadores servem para nominar elementos de software (variáveis, tipos de
dados, POUs...). Não podem conter acentos ou espaço entre duas palavras.
• Exemplo de identificadores válidos:
LSH1
_LSH1 LSH_1
Identificador
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
• Comentários não são obrigados, porém altamente recomendados.
• São delimitados por (* no inicio e *) no fim.
Comentários
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
• As variáveis podem ser:
• Variável de Representação Direta.
• Variável Dinâmica.
Variável de Representação Direta
Variável de Alocação Dinâmica
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
• Pela norma IEC, toda a variável deve ter um valor inicial.
• No caso da variável não ser inicializada pelo usuário, é utilizado um valor padrão.
Tipo
Valor inicial
Default
0
String
‘’
Datas
D#0001-01-01
• A variável pode ser inicializada na declaração.
Valor inicial
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
Inteiros e Ponto Flutuante:
Tipo
Range
Formato
BOOL
0 ou 1
1 bit
INT
-32768 a 32767
16 bits
WORD
0 a 65535
16 bits
DINT
-2147483648 a
2147483647
32 bits
DWORD
0 a 4294967295
32 bits
REAL
1.175494351e-38 a
3.402823466e+38
32 bits
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
NORMA IEC 61131
Endereçamento
%ABC.D:
Número do Ponto ( Quando utilizado bit )
Endereço da Variável
Tamanho da Variável ( X – Bit, W – Word )
Tipo da Variável ( I – Entrada, Q – Saída, M – Memória )
Exemplos:
%IX0.0: Corresponde a entrada digital 0 do grupo 0.
%IX1.3: Corresponde a entrada digital 3 do grupo 1.
%IX2.1: Corresponde a entrada digital 1 do grupo 2.
%QX0.0: Corresponde a saída digital 0 do grupo 0.
%QX1.6: Corresponde a saída digital 6 do grupo 1.
%MX0.0: Corresponde ao bit 0 da Word 0.
%MW10: Corresponde a Word 10.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
• Textuais:
• IL : Lista de Instruções
• ST : Texto Estruturado
• Gráficas:
• LD : Diagrama Ladder
• FBD: Diagrama de Blocos Funcionais
• SFC : Sequenciamento Gráfico de Funções
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
SFC – Sequenciamento Gráfico de Funções
• Descreve passos sequenciais de um sistema.
• Otimiza o desempenho, pois apenas o trecho de programa ativo é executado.
• Baseado no Grafcet.
Passos IEC
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
FBD – Diagrama de Blocos Funcionais
• O FBD é uma linguagem gráfica que enfatiza o fluxo de sinais entre os
elementos de diagramas de “circuitos”.
• Recomendada para uso com funções.
• Nesta linguagem os blocos são interconectados entre si e separado por
networks semelhante a linguagem ladder.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
LD – Diagrama Ladder
• A linguagem LD é do tipo gráfico, baseado nos esquemas elétricos que
representam contatos e bobinas interconectados, destacando o fluxo de
energização entre os componentes.
• Sua notação é baseada em uma linha vertical à esquerda simbolizando um
barramento energizado e outra linha paralela à direita representando o GND.
Recomendada para intertravamentos.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
ST – Texto Estruturado
• O ST é uma linguagem textual de alto nível baseada no Pascal.
• Recomendada para uso de operações e programas complexos.
• Linguagem mais flexível em relação as demais.
• Permite o uso de comandos do tipo IF, CASE, WHILE (Comandos comuns em
programação).
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
IL – Lista de Instruções
• O IL é uma linguagem textual similar ao Assembly.
• Linguagem considerada de baixo nível
• Recomendada para pequenos trechos de programas que precisam ser
otimizados.
• Execução dos comandos baseada no uso do Acumulador.
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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
CFC – Gráfico Continuo de Funções
• O CFC é uma linguagem gráfica semelhante ao FBD, porém mais flexível na
programação.
• Não usa o conceito de lógica, sendo os elementos posicionados de maneira livre
• Não faz parte das linguagens da norma, mas está presente no Software
MasterTool IEC.
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