Controlador Lógico
Programável - CLP
Prof. Cesar da Costa
1.a Aula
Controladores Digitais
 Podem-se dividir os controladores digitais em dois tipos:
a) Controladores digitais dedicados;
b) Controladores lógicos programáveis, também conhecidos
como CLPs.
1. Controladores digitais dedicados :
 Os controladores digitais dedicados são basicamente
aplicações de microcontroladores em tarefas de controle cujo
propósito específico é executar um algoritmo de controle
gravado em sua memória EPROM, e em geral comunicar-se
com dispositivos externos para troca de informações e
atuação neles.
 Como, por exemplo, medição e controle de temperatura,
ligar /desligar motores, ler um teclado em sua entrada, etc.
 Programa-se a EPROM com códigos de máquina, linguagem
Assembler ou linguagem C.
O projetista deve conhecer bem o conjunto de instruções do
microcontrolador utilizado, seu hardware e a tarefa de controle
a ser realizada.
Exemplos de Controladores Digitais Dedicados
1.1 Controlador Digital Multi-Loop Smar CD 600
• O CD600 é um poderoso controlador digital, microprocessado, de processos,
capaz de controlar simultaneamente até 4 malhas de controle, com até 8 blocos
PID e mais de 120 blocos de controle avançado.
1.2 Controladores de Temperatura
1.2.1 Controladores de Temperatura
1.3. Controlador de Energia Elétrica
Características Principais:
 Processador industrial de alta performance;
1 entrada para medição de energia elétrica
(compatível com medidores eletrônicos seriais da
concessionária ou transdutores de energia saída
pulso);
1 entrada para medição de água (hidrômetro saída
pulso);
 5 entradas para monitoração de status / alarmes
(contato seco) ;
 8 saídas à relé para controle de cargas
(3A/250VAC) ;
2. Controlador Lógico Programável - CLP
 Os controladores lógicos programáveis (CLPs) oferecem
uma grande flexibilidade para o usuário final;
 Para um mesmo hardware existe uma infinidade de
aplicações especificadas em software e passíveis de
alterações pelo usuário final.
 O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente PLC
(Programmable Logic Controller), pode ser definido como um
dispositivo de estado sólido - um Computador Industrial;
 Capaz de armazenar instruções para implementação de
funções de controle (sequencia lógica, temporização e
contagem, por exemplo);
 Além de realizar operações lógicas e aritméticas,
manipulação de dados e comunicação em rede, sendo
utilizado no controle de Sistemas Automatizados.
 Historicamente os CLPs podem ser classificados nas
seguintes categorias:
1ª GERAÇÃO: Programação em Assembly. Era necessário
conhecer o hardware do equipamento, ou seja, a eletrônica do
projeto do CLP.
2ª GERAÇÃO: Apareceram as linguagens de programação de
nível médio. Foi desenvolvido o “Programa monitor” que
transformava para linguagem de máquina o programa inserido
pelo usuário.
3ª GERAÇÃO: Os CLPs passam a ter uma entrada de
programação que era feita através de um teclado, ou
programador portátil, conectado ao mesmo.
4ª GERAÇÃO: É introduzida uma entrada para comunicação
serial, e a programação passa a ser feita através de
microcomputadores. Com este advento surgiu a possibilidade
de testar o programa antes do mesmo ser transferido ao
modulo do CLP, propriamente dito.
5ª GERAÇÃO (atual): Os CLPs de quinta geração vem com
padrões de protocolo de comunicação para facilitar a interface
com equipamentos de outros fabricantes, e também com
Sistemas Supervisórios e Redes Internas de comunicação.
.
2.1 CLP Industrial
 Cada
CLP
contém
um
microprocessador
programado para controlar os terminais de saída de
uma maneira especificada, com base nos valores dos
terminais de entrada.
Família 90-30 da GE Fanuc
http://www.ge-ip.com/products/family/series-90-30
 Família ControlLogix
http://ab.rockwellautomation.com/programmable-controllers/slc-500
 Família SIMATIC S7-300
http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/en/brochure_simaticcontroller_en.pdf
 Família S5
http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/en/brochure_simaticcontroller_en.pdf
 Família Atos MPC 4004
http://www.schneider-electric.com.br
2.2 CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE
Os principais componentes de hardware de um CLP são os seguintes:
 CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento):
compreende o processador (microprocessador, microcontrolador ou
processador dedicado), o sistema de memória (EPROM e RAM) e os
circuitos auxiliares de controle;
 Cartões de E/S: Contém os circuitos necessários para interfacear os
dispositivos de campo com o processador. Cada circuito de E/S possui
isolação ótica para proteger contra transientes. Vários módulos têm
filtros também. A maioria tem LEDS indicadores para sinalizar o estado
de cada dispositivo de E/S conectado. Podem ser discretos (sinais
digitais: 12VDC, 127 VAC, contatos de relés normalmente abertos,
contatos normalmente fechados) ou analógicos (sinais analógicos: 420mA, 0- 10VDC, termopar);
 Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação
fornecida à CPU e aos Circuitos/Módulos de E/S. Em alguns casos,
proporciona saída auxiliar (baixa corrente).
 A Base ou Rack é responsável pela sustentação mecânica dos
elementos que compõem o CLP. Contém o barramento que faz a
conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de dados,
endereço e controle - necessários para comunicação entre a CPU e os
Módulos de E/S, além dos níveis de tensão fornecidos pela Fonte de
Alimentação - necessários para que a CPU e os Módulos de I/O possam
operar.
Exemplo de Rack de 5 slots:
 CLP Compacto: no mesmo
invólucro estão a fonte, CPU e os
módulos de E/S.
 CLP Modular: fonte, CPU e
módulos de E/S são independentes
2.3 A arquitetura básica de um CLP é formada
por:
 Uma fonte de alimentação;
Uma Unidade Central de Processamento (CPU);
 Um sistema de memória;
 Módulos de entrada e saída.
Arquitetura Interna de um CLP
Isolamento Óptico
VCC
Fonte de
Alimentação
X0
P
X1
X2
Isolamento Óptico
E
N
T
R
A
D
A
S
Unidade Central
de
Processamento
(CPU)
Y0
S
A
Í
D
A
S
Y1
Y2
GND
Elementos de Entrada
Sistema de
Memória
Elementos de Saída
2.3.1 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 saídas.
 Bateria: Utilizada para manter o circuito do relógio
em tempo real. Normalmente são utilizadas baterias
recarregáveis do tipo Ni - Ca.
2.3.2 Unidade Central de Processamento - CPU :
 A CPU do CLP é formada pelo microprocessador e
seus circuitos de controle e comunicação.
 O microprocessador é o elemento principal da
arquitetura do controlador digital e tem como funções
o controle dos barramentos, o gerenciamento das
comunicações com a memória e os dispositivos de
entrada/ saída, e a execução das instruções.
 O microprocessador interpreta os sinais de entrada;
 Executa a lógica de controle segundo as instruções
do programa de aplicação;
 Realiza cálculos;
 Executa operações lógicas, para, em seguida,
enviar os sinais apropriados às saídas.
2.3.3 Módulos de Entradas/Saídas:
 Os circuitos de entrada formam a interface pela
qual os dispositivos enviam informações de campo
para o CLP ;
 As entradas podem ser digitais (discretas) ou
analógicas e são provenientes de elementos de
campo como sensores, botões, pressostatos, chaves
fim-de-curso, etc.
 As entradas digitais fornecem apenas um pulso ao
controlador, ou seja, elas tem apenas um estado
ligado ou desligado, nivel alto ou nivel baixo,
remontando a algebra boolena que trabalha com uns
e zeros.
 Alguns exemplos são: as botoeiras, válvulas eletro-
pneumaticas, os pressostatos e os termostatos.
 Os dispositivos de saída, tais como solenóides,
relés, contatores, válvulas, luzes indicadoras e
alarmes estão conectados aos módulos de saída do
CLP;
 As saídas de maneira similar às entradas podem
ser digitais ou analógicas;
 As saídas digitais são geralmente isoladas do
campo por meio de isoladores galvânicos, como
acopladores ópticos ou relés.
 As saídas digitais exigem do controlador apenas um
pulso que determinara o seu acionamento ou
desacionamento.
 Como exemplos tem-se: Contatores que acionam
os
Motores
de
Inducão
e
as
Válvulas
Eletropneumaticas.
 Existe uma grande variedade de módulos de entrada e
saída como: módulo de entrada de corrente contínua para
tensões de 24 Volts, módulo de entrada para corrente
alternada para tensões de 120 e 220 Volts.
Módulos de Entradas e Saídas Analógicas
 As entradas analógicas medem as grandezas de
forma analógica. Para trabalhar com este tipo de
entrada os controladores tem conversores analógicodigitais (A/D).
 A saída analógica necessita de um conversor digital para
analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os
exemplos mais comuns são: válvula proporcional,
acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros.
2.3.4 Sistemas de Memória:
 O sistema de memórias é constituído tipicamente
por memórias EPROM e RAM;
 O programa e os dados armazenados no sistema
de memória são geralmente descritos utilizando-se
alguns conceitos.
Memória
Residente
(EPROM):
contém
os
programas considerados parte integrante do sistema,
permanentemente armazenados, que supervisionam
e executam a sequencia de operações, as atividades
de controle e comunicação com os dispositivos
periféricos, bem como outras atividades.
 Memória
do Usuário (tipo RAM, EEPROM ou FLASHEPROM): armazena o programa aplicativo do usuário, ou
seja, o programa de aplicação.
 Memória de Dados ou Tabela de Dados (RAM): nessa
área são armazenados os dados associados com o
programa de controle, tais como valores de temporizadores,
contadores, constantes, etc.
 Memória
Imagem das Entradas e Saídas (RAM): área
que reproduz o estado de todos os dispositivos de entrada
e saída conectados ao CLP.
2.4 Princípio de funcionamento
O
CLP funciona segundo um programa
permanentemente armazenado em memória
EPROM, que executa um ciclo de varredura
chamado scan time e consiste de uma série de
operações realizadas de forma sequencial e
repetida.
 A figura a seguir apresenta, em forma de
fluxograma, as principais fases do ciclo de
varredura de um CLP.
Seqüência de Funcionamento do CLP
Início
Ler entradas.
(Tabela imagem das Entradas).
Executar Programa de Aplicação.
Atualizar Saídas.
(Tabela Imagem das Saídas)
Realizar Diagnósticos
 Atualização
das entradas: durante a varredura das
entradas, o CLP examina os dispositivos externos de
entrada quanto à presença ou à ausência de tensão, isto é,
um estado “energizado” ou “desenergizado”. O estado das
entradas é atualizado e armazenado temporariamente em
uma região da memória chamada “tabela imagem das
entradas”.
 Execução do programa: durante a execução do
programa, o CLP examina as instruções do programa de
controle (armazenado na memória RAM), usa o estado das
entradas armazenadas na tabela imagem das entradas e
determina se uma saída será ou não “energizada”. O
estado resultante das saídas é armazenado em uma região
da memória RAM chamada “tabela imagem das saídas”.
 Atualização das saídas: baseado nos estados dos bits
da tabela imagem das saídas, o CLP “energiza” ou
“desenergiza” seus circuitos de saída, que exercem controle
sobre dispositivos externos.
 Realização de diagnósticos: ao final de cada ciclo de
varredura a CPU verifica as condições do CLP, ou seja, se
ocorreu alguma falha em um dos seus componentes internos
(fonte, circuitos de entrada e saída, memória, etc).
 Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha do
CLP são:
a) POWER ON RESET: desliga todas as saídas
assim que o equipamento é ligado, isso evita que
possíveis danos venham a acontecer.
b) POWER DOWN: monitora a tensão de
alimentação salvando o conteúdo das memórias
antes que alguma queda de energia possa
acontecer.
2.4.1 Ciclo de trabalho da CPU
 O CLP executa cada linha do programa de forma
sequencial, não volta atrás para executar a linha anterior,
até que se faça a próxima varredura do programa.
 As linhas são normalmente ordenadas de forma a
configurar uma sequencia de eventos, ou seja, a linha mais
acima é o primeiro evento e, assim, sucessivamente.
 O CLP não executa
programação tradicional.
loops
ou desvios como
na
Tanto nos diagramas elétricos como nos programas em
linguagem Ladder, o estado das instruções de entrada
(condição) de cada linha determina a seqüência em que as
saídas são acionadas.
2.5 Classificação do CLPs
 Os CLPs podem ser classificados segundo a sua
capacidade:
a) Nano e micro CLPs: possuem até 16 entradas e 16
saídas. Normalmente são compostos por um único módulo
com capacidade de memória máxima de 512 passos.
b) CLPs de médio porte: capacidade de entrada e saída
em até 256 pontos, digitais e analógicas. Permitem até
2048 passos de memória.
c) CLPs de grande porte: construção modular com CPU
principal e auxiliar. Módulos de entrada e especializados,
módulos para redes locais. Permitem a utilização de até
4096 pontos. A memória pode ser otimizada para o
tamanho requerido pelo usuário.
Exercícios:
Dado o diagrama de funcionamento de uma
furadeira elétrica. Especifique o CLP que
deverá ser utilizado. Utilize o CLP GE Fanuc
família 90-30. Monte a tabela de E/S
conforme modelo em anexo.